WO2020169810A1 - Wasserfahrzeug - Google Patents

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WO2020169810A1
WO2020169810A1 PCT/EP2020/054637 EP2020054637W WO2020169810A1 WO 2020169810 A1 WO2020169810 A1 WO 2020169810A1 EP 2020054637 W EP2020054637 W EP 2020054637W WO 2020169810 A1 WO2020169810 A1 WO 2020169810A1
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gondola
floating body
watercraft
dimension
expansion
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PCT/EP2020/054637
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Inventor
Gunnar Brink
Eduard Maydanik
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H2005/075—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers using non-azimuthing podded propulsor units, i.e. podded units without means for rotation about a vertical axis, e.g. rigidly connected to the hull
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/125—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers movably mounted with respect to hull, e.g. adjustable in direction, e.g. podded azimuthing thrusters
    • B63H2005/1254—Podded azimuthing thrusters, i.e. podded thruster units arranged inboard for rotation about vertical axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
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    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/30—Mounting of propulsion plant or unit, e.g. for anti-vibration purposes
    • B63H21/305—Mounting of propulsion plant or unit, e.g. for anti-vibration purposes with passive vibration damping

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a watercraft, in particular a watercraft with a floating body and a gondola.
  • Preferred exemplary embodiments relate to a robust, unmanned, floating vehicle (unmanned surface vehicle, USV) with a wide waterline surface with at least two levels.
  • unmanned surface vehicle USV
  • unmanned boats are used in maritime technology, in research, for surveying tasks, as tow vehicles for towed sensor platforms or other objects, as well as transport ships or for military tasks.
  • Further application examples for surface vehicles are the use as a tow vehicle for diving robots (autonomous: AUV or on control cables: ROV), as a vehicle for shallow water direction finding (in rivers, ports or coastal areas), to create digital water maps, for mine searches or in so-called “damage assessment" ", Z. B. in wrecked ships or generally in hostile environments.
  • Such vehicles are generally designed to be as small as possible, since there is no need for a high payload in the form of people. As a result, these vehicles are very light and have little draft.
  • One problem that goes along with this is the lack of robustness against harsh weather.
  • Conventional manned boats are particularly stable through wind and waves when there are people on board who can actively change the center of gravity of the boat. This applies in particular to catamarans, which are particularly at risk of tipping forwards or to the side and being turned around by wind and waves, especially on long waves with a steep front, unless there are people on board who are actively influencing the center of gravity of the boat can.
  • a particular challenge with an unmanned boat is launching and recovery. Especially during the recovery process, the boat moving in the waves has to move onto a ship moving with a different frequency and different heeling (heeling is a short-term term or at least controlled rolling movement, which brings the ship into an inclined position) moves, are spent.
  • the unmanned vehicle usually either has to be coupled to a crane rope without human intervention or pulled on board or ashore on a ramp, which is difficult and takes a long time in rough seas.
  • shocks and collisions should be well absorbed, e.g. B. in order not to damage your own ship or foreign ships, bank or port facilities in the collision.
  • UPSs are shaped like conventional manned boats (single-hull or classic catamarans, trimarans or SWATH).
  • Ballast keels are traditionally used in sailing boats, that is, heavy keel fins made of cast iron or lead that ensure weight stability.
  • EP 2 982 595 A2 shows in FIG. 10 a removable electric motor which is attached as a separate module under a manned kayak.
  • CN102923262A discloses a UPS with a small waterplane, i.e. a small, narrow float and a large submerged part.
  • US7789723B2 discloses a USV as a catamaran with a payload bay in the hull, which has ballast tanks and can thus be operated under water and on the surface.
  • US20070203623A1 describes a monohull UPS, which consists of a waterproof section in the middle and water-flooded parts before and after the waterproof section. Neither approach provides a solution that will prevent the vehicle from tipping over avoids adverse waves or wind and damage in collisions with a high degree of safety. Therefore, there is a need for an improved approach.
  • the object of the present invention is to create a concept for a watercraft, in particular an unmanned surface vehicle, which is characterized by its robustness against rough weather.
  • Embodiments of the present invention provide a watercraft, in particular a surface vehicle or unmanned surface vehicle with a gondola and a floating body.
  • the gondola includes a drive such. B. a motor with an external screw or a jet drive.
  • the floating body extends along the waterline in a first and second dimension (first and second mutually perpendicular dimension). The expansion of the floating body is greater than that of the gondola in at least one of these two dimensions, but preferably also in both dimensions.
  • the gondola is significantly heavier than the float.
  • the floating body is both wider (first dimension) and longer (second dimension) than the gondola, so that a vertical projection of a contour of the floating body completely encloses the contour of the gondola.
  • the gondola is positioned, for example, centrally / centrally or generally between the outer lines of the floating body. According to exemplary embodiments, this means that the center of gravity of the gondola is arranged centrally in the width direction (or in the middle third) and / or in the longitudinal direction in the middle (or in the middle third).
  • Embodiments of the present invention are based on the knowledge that a robust watercraft design can be created by combining a wide floating body with a comparatively heavy gondola.
  • the wide floating body is positioned in the plane of the waterline surface, while the gondola is below the waterline.
  • This shape in combination with the low center of gravity creates a stable navigable watercraft that always returns to its original shape.
  • the watercraft is thus advantageously very robust against rough weather and external influences.
  • This form is also generally very energy-efficient, so that a long range and / or high speed can be achieved with one tank load.
  • the low center of gravity is achieved in that elements such as motor, motor in combination with a propeller and / or a water jet drive are arranged in the nacelle.
  • gondola is at least 50%, at least 100% or even at least 200% heavier than the floating body.
  • the dimensioning of the floating body it should be noted that in the first and / or second dimension it is at least 50%, at least 100% or at least 200% larger than the gondola.
  • the float itself also has a third dimension (height dimension). This is preferably laid out flat. This means that the expansion in the first dimension and / or in the second dimension is at least 500% or at least 1000% greater than an expansion in the third dimension. Due to the flat shape, the float has a kind of surfboard shape, for example. This significantly reduces the center of gravity.
  • the floating body is formed from an elastic material or has at least one elastic edge. This elastic edge encloses the floating body partially or preferably completely.
  • the floating body can be designed to vary a resulting buoyancy force. This can be implemented, for example, by venting air or using base tanks. Varying it has the advantage that the float can submerge, for example to enable it to be weathered.
  • the floating body can be made in several parts according to further exemplary embodiments, e.g. B. with a catamaran shape or a side float.
  • the gondola can be pivoted with respect to the floating body in order to advantageously achieve maneuvering / steering.
  • the connection between the gondola and the floating body can be designed differently. This can for example be fixed / rigid or also be designed to be elastic. A damped connection or a connection using chains or ropes would also be conceivable.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a watercraft according to a basic exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a watercraft according to an expanded exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a watercraft 10 with a floating body 12 and a gondola 14.
  • the gondola 14 is connected to the floating body 12 (see connection 16).
  • the floating body 12 floats on the water line 18.
  • the entire surface of the floating body 12 rests.
  • the gondola 14, i. H. thus positioned in a second plane to the plane of the floating body 12.
  • the floating body 12 extends in two lateral directions x and y along the water surface 18 and in a third dimension z, namely the height dimension, x, y, z are each perpendicular to one another.
  • the length dimension x and / or the width dimension y is significantly greater, ie, for example, at least twice as large or at least five times as large as the height dimension z. Furthermore, the length x and / or the width y is significantly greater than the respective extent of the gondola 14. According to preferred embodiments, the gondola 14 hangs essentially centrally below (ie below the waterline 18) of the floating body 12. In a vertical projection along the z-axis would According to a preferred variant, the contour of the floating body 12 completely enclose the contour of the gondola 14.
  • the gondola 14 is at least a few centimeters (at least 3 or 10 cm), but preferably a greater distance (e.g. in the range of at least 30 cm, at least 50 cm or at least 100 cm) from the floating body 12 .
  • the exact size depends on the overall dimensions, for example the distance between the gondola 14 and the floating body 12 being at least 5% of the length x of the floating body 12, but preferably at least 20% of the length x of the floating body 12. This distance positioning serves to shift the center of gravity of the watercraft 10 as deeply as possible below the water surface 18. Another means of shifting the center of gravity is that the gondola 14 is heavier than the floating body 12.
  • the gondola 14 can be at least 50% or even at least 100 or 200%. According to exemplary embodiments, this is achieved in that components such as the drive (motor, propeller, jet jet propulsion) and additional components such as the battery (general energy supply) are arranged in the nacelle 14.
  • components such as the drive (motor, propeller, jet jet propulsion) and additional components such as the battery (general energy supply) are arranged in the nacelle 14.
  • the two-part design (12 to 14) in two different levels also has advantages for recovery.
  • a recovery system consisting of a ramp with at least two rails or supports on which the float rests can be used.
  • the gondola is located below the girders.
  • Guide rails can support the threading of the gondola into the ramp system.
  • the floating body 12 has a surfboard shape, i. H. it is longer in the x direction than in the width direction y and significantly flatter in the z direction than one of the dimensions x or y.
  • the nacelle has a torpedo shape. These two forms are very favorable from a hydrodynamic point of view and thus enable efficient operation.
  • FIG. 2 shows the watercraft 10 'with the floating body 12' and the gondola 14 '.
  • the gondola 14 ' is connected to the floating body 12' via a web 16 '.
  • the floating body 12 ' is located on the water surface 18.
  • the floating body 12' / buoyancy body has a shape similar to a surfboard or an air mattress and is wider or longer than the submerged gondola 14 'in at least one direction x or y.
  • the buoyancy body 12 ' provides the buoyancy, which can be achieved, for example, in that it consists essentially of a foam or is inflatable.
  • a float has a density less than water in order to be buoyant.
  • the buoyancy body 12 ′ can be equipped with fins, as is illustrated here by way of example with reference to the fin 12f.
  • the connecting element 16 ′ can also have a fin shape. These fins 12f 'and / or 16' support straight driving behavior in the water.
  • the shape of the float 12 ′ can either be chosen so that it cuts through the waves with little water resistance or its shape offers a wide contact area (ready) to lie stable in the water.
  • a combination is given, for example, by several hulls which together form the buoyancy body 12 '.
  • the catamaran shape has proven to be particularly advantageous here.
  • the gondola it should be noted that it is heavy, in particular in relation to the float 12 ′, in order to shift the center of gravity below the water line 18. For this reason, for example, components of the watercraft 10 'that contribute significantly to the total weight are arranged in the gondola 14'. This includes the energy supply (battery, fuel cell and / or power generator). The other drive components are also part of the gondola 14 '.
  • the motor / electric motor can preferably be provided internally, an outboard motor also being conceivable.
  • the motor can be designed as a direct drive or have a sealed or alternatively an oil-filled gear. As a rule, the motor is coupled to a propeller 14p ', with several propellers also being conceivable.
  • a water jet drive would be conceivable.
  • steering components are also arranged in the nacelle 14 '.
  • the drive cf. propeller 14p '
  • the entire nacelle 14' (with respect to the buoyancy body 12 ') can be designed to be rotatable / pivotable in order to be controlled in this way (Keyword: Thruster).
  • the propeller 14p can also be fixed and supplemented by sides or optionally also by elevators (not shown).
  • the nacelle 14 'can have one or more rudders and / or elevators.
  • the gondola 14 ' can be completely or partially flooded with water, completely filled with oil, but also completely or partially filled with air and sealed watertight.
  • motor coils, coils of the servomotors and vehicle electronics are either cast in plastic (so-called pressure-neutral systems) or sealed against the environment by means of seals.
  • sensors can also be arranged in the nacelle 14 '.
  • the gondola 14 ' comprises an inertial navigation system and / or a Doppler Velocity Log.
  • Further sensors for detecting the surroundings can also be arranged within the gondola 14 'or encompassed by it.
  • further components can also be arranged on or above the buoyancy body 12 ′.
  • Conceivable would be z.
  • warning lights or warning lights e.g. AIS
  • navigation components such as a GPS antenna, transmitting and receiving antenna.
  • the mast could e.g. be arranged at position 12f ‘.
  • a snorkel for the internal combustion engine or the generator would also have to be provided here.
  • other sensors such as. B. cameras or laser scanners can be installed in this area.
  • the buoyancy force of the buoyancy body 12 ′ can be varied in accordance with exemplary embodiments. This is conceivable either through the use of ballast tanks or through the use of separately inflatable air tanks. According to an exemplary embodiment, a snorkel for air suction can also be provided above the buoyancy body 12 ′. According to exemplary embodiments, it would be conceivable that cable winches or other actuators are attached to the buoyancy body 12 '(either above or below). With regard to the connection between the gondola 14 'and the wide buoyancy body 12', it should be noted that the connection 16 ', as shown here, can be made fixed.
  • connection consists of at least two ropes or chains or vibration-dampening, e.g. B. is realized via rubber hoses. The latter prevents driving noises from the water surface, the wind or other ambient noises from interfering with the sonar recording or other measurements.
  • connection 16 ' is designed to be low in vibration when a sonar or a similar vibration-sensitive sensor is integrated into the nacelle.
  • drive components such. B. motor or propeller can be integrated into the float 12 '. In order to keep the center of gravity low in this case, it would be conceivable that drive components such. B. the battery / power supply are still arranged in the gondola 14 '.

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Abstract

Ein Wasserfahrzeug umfasst eine Gondel sowie einen Schwimmkörper. Dieser erstreckt sich entlang der Wasserlinie in einer ersten und zweiten Dimension, wobei er zumindest in der ersten oder in der zweiten Dimension eine größere Ausdehnung hat als die Gondel. Die Gondel ist schwerer als der Schwimmkörper.

Description

Wasserfahrzeug
Beschreibung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Wasserfahrzeug, insbesondere auf ein Wasserfahrzeug mit Schwimmkörper und Gondel. Bevorzugte Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein robustes, unbemanntes, schwimmendes Fahrzeug (unmanned surface vehicle, USV) mit breiter Wasserlinienfläche mit mindestens zwei Ebenen.
Zunehmend sind unbemannte Boote in der maritimen Technologie, in der Forschung, bei Vermessungsaufgaben, als Schleppfahrzeuge für geschleppte Sensorplattformen oder andere Objekte sowie als Transportschiffe oder bei militärischen Aufgaben im Einsatz. Weitere Anwendungsbeispiele für Oberflächenfahrzeuge ist die Verwendung als Schleppfahrzeug für Tauchroboter (autonom: AUV oder an Steuerkabel: ROV), als Fahrzeug zur Flachwasserpeilung (in Flüssen, Häfen oder Küstengebieten), um digitale Gewässerkarten zu erzeugen, bei der Minensuche oder im sogenannten„Damage Assessment“, z. B. bei havarierten Schiffen bzw. allgemein in menschenfeindlichen Umgebungen.
Derartige Fahrzeuge sind im Regelfall so klein wie möglich ausgelegt, da hier der Bedarf an hoher Zuladung in Form von Personen entfallen ist. Infolgedessen sind diese Fahrzeuge sehr leicht und verfügen über wenig Tiefgang. Ein Problem, das damit einhergeht, ist die fehlende Robustheit gegenüber rauem Wetter.
Konventionelle bemannte Boote fahren dann besonders stabil durch Wind und Wellen, wenn Menschen an Bord sind, die den Schwerpunkt des Bootes aktiv verändern können. Das gilt in besonderem Maß für Katamarane, die besonders auf langen Wellen mit einer steilen Front gefährdet sind, nach vorne oder zur Seite zu kippen und durch Wind und Wellen umgedreht zu werden, wenn nicht Menschen an Bord sind, die den Schwerpunkt des Bootes aktiv beeinflussen können.
Eine besondere Herausforderung bei einem unbemannten Boot ist das Aussetzen und Bergen. Vor allem beim Bergevorgang muss das Boot, das in den Wellen bewegt auf ein Schiff, das sich mit anderer Frequenz und anderen Krängung (Krängung ist eine kurzzei- tige oder zumindest kontrollierte Rollbewegung, die das Schiff in Schräglage bringt) bewegt, verbracht werden. Dabei muss das unbemannte Fahrzeug in der Regel entweder ohne Eingriff von Menschen an einem Kranseil ankoppeln oder auf einer Rampe an Bord oder an Land gezogen werden, was bei höherem Seegang in der Regel schwierig ist und lange dauert.
Weitere Randbedingung ist, dass Stöße und Kollisionen gut abgefangen werden sollen, z. B. um das eigene Schiff oder auch fremde Schiffe, Ufer- oder Hafenanlagen nicht bei der Kollision zu beschädigen.
Nachfolgend werden einige Stand-der-Technik-Ansätze erläutert. Die meisten USV haben Formen wie konventionelle bemannte Boote (Ein-Rumpfboote oder klassische Katamarane, Trimarane oder SWATH).
Bei Segelbooten verwendet man traditionell teilweise Ballastkiele, das heißt, schwere, aus Gusseisen oder Blei bestehende Kielflossen, die für Gewichtsstabilität sorgen.
US3034468A aus dem Jahr 1959 beschreibt ein gezogenes für die Unterwasserfahrt geeignetes Fahrzeug, das von einem an der Oberfläche fahrenden Schiff geschleppt wird. Eine Vielfalt von Schleppkörpern, z. B. als gezogenes Sonararray wurde seitdem entwickelt oder ist im Einsatz. http://www.asvqlobal.com/asv-global-terrasond-annouce-first-ever-usv-supported-cable- route-survev beschreibt ein entsprechendes System aus einem unbemannten Boot und einem Schleppkörper. Dabei ist allerdings das USV schwer und groß und der Schleppkörper klein.
Die EP 2 982 595 A2 zeigt in Figur 10 einen abnehmbaren Elektromotor, der als eigenes Modul unter einem bemannten Kayak befestigt ist. CN102923262A offenbart ein USV mit small waterplane, also einem kleinen, schmalen Schwimmkörper und einem großen untergetauchten Teil. US7789723B2 offenbart ein USV als Katamaran mit Payload Bay im Rumpf, das Ballasttanks hat und so unter Wasser und an der Oberfläche betrieben werden kann. US20070203623A1 beschreibt ein Einrumpf-USV, das aus einer wasserdichten Sektion in der Mitte und wasserdurchfluteten Teilen vor und nach der wasserdichten Sektion besteht. Keiner der Ansätze liefert eine Lösung, die ein Umkippen des Fahrzeugs bei widrigem Wellengang oder Wind und Beschädigungen bei Kollisionen mit hoher Sicherheit vermeidet. Deshalb besteht der Bedarf nach einem verbesserten Ansatz.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Konzept für ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein unbemanntes Oberflächenfahrzeug zu schaffen, das sich durch Robustheit gegenüber rauem Wetter auszeichnet.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein Oberflächenfahrzeug bzw. unbemanntes Oberflächenfahrzeug mit einer Gondel und einem Schwimmkörper. Die Gondel umfasst einen Antrieb, wie z. B. einen Motor mit externer Schraube oder einen Jet-Antrieb. Der Schwimmkörper erstreckt sich entlang der Wasserlinie in einer ersten und zweiten Dimension (erste und zweite zueinander senkrechte Dimension). Die Ausdehnung des Schwimmkörpers ist zumindest in einer dieser zwei Dimensionen größer als die der Gondel, vorzugsweise aber auch in beiden Dimensionen. Die Gondel ist signifikant schwerer als der Schwimmkörper.
Entsprechend Ausführungsbeispielen ist der Schwimmkörper sowohl breiter (erste Dimension) als auch länger (zweite Dimension) als die Gondel, so dass eine senkrechte Projektion einer Kontur des Schwimmkörpers, die Kontur der Gondel vollständig einschließt. Hierzu ist die Gondel beispielsweise zentral/mittig oder allgemein zwischen den Außenlinien des Schwimmkörpers positioniert. Entsprechend Ausführungsbeispielen heist das, dass der Schwerpunkt der Gondel in Breitenrichtung Mittig (bzw. im mittleren Drittel) und/oder in Längsrichtung Mittig (bzw. im mittleren Drittel) angeordnet ist.
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein robustes Wasserfahrzeug-Design dadurch geschaffen werden kann, indem ein breiter Schwimmkörper mit einer vergleichsweise schweren Gondel kombiniert wird. Hierbei ist der breite Schwimmkörper in der Ebene der Wasserlinienfläche positioniert, während die Gondel sich unterhalb der Wasserlinie befindet. Durch diese Form in Kombination mit dem niedrigen Schwerpunkt wird ein stabil zu navigierendes Wasserfahrzeug geschaffen, das immer wieder in seine Ursprungsform zurückkehrt. Somit ist das Wasserfahrzeug vorteilhafterweise sehr robust gegenüber rauem Wetter und äußeren Einflüssen. Diese Form ist auch allgemein sehr energieeffizient, so dass mit einer Tankladung eine hohe Reichweite und/oder eine schnelle Geschwindigkeit erreicht werden kann. Entsprechend Ausführungsbeispielen wird der tiefe Schwerpunkt dadurch erreicht, dass Elemente wie Motor, Motor in Kombination mit Propeller und/oder ein Wasserstrahlantrieb in der Gondel angeordnet ist. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen sind auch weitere Elemente, wie Akku, Batterie und/oder allgemein die Stromversorgung in der Gondel angeordnet. Hierdurch kann entsprechend Ausführungsbeispielen erreicht werden, dass die Gondel mindestens 50%, mindestens 100% oder sogar mindestens 200% schwerer ist als der Schwimmkörper.
Bezüglich der Dimensionierung des Schwimmkörpers sei angemerkt, dass dieser in der ersten und/oder zweiten Dimension eine um mindestens 50%, um mindestens 100% oder um mindestens 200% größere Ausdehnung hat als die Gondel. Der Schwimmkörper an sich weist auch eine dritte Dimension (Höhendimension) auf. Diese ist vorzugsweise flach ausgelegt. Das heißt also, dass die Ausdehnung in der ersten Dimension und/oder in der zweiten Dimension um mindestens 500% oder mindestens 1000% größer ist als eine Ausdehnung in der dritten Dimension. Durch die flache Ausprägung hat der Schwimmkörper also beispielsweise eine Art Surfbrettform. Diese reduziert den Schwerpunkt erheblich. Entsprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Schwimmkörper aus einem elastischen Material geformt oder hat zumindest einen elastischen Rand. Dieser elastische Rand umschließt den Schwimmkörper partiell oder vorzugsweise vollständig. Der elastische Rand bzw. das elastische Material bietet den Vorteil, dass selbst starke Stöße keinen Schaden bei der Technik, d. h. am Eigenfahrzeug oder auch an anderen Booten oder Bootsanlegern verursachen. Auch werden Schäden gegenüber Menschen vermieden. Entsprechend Ausführungsbeispielen kann der Schwimmkörper dazu ausgebildet sein, eine resultierende Auftriebskraft zu variieren. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass Luft abgelassen wird oder Baiasttanks zum Einsatz kommen. Das Variieren hat den Vorteil, dass der Schwimmkörper abtauchen kann, um so beispielsweise ein Abwettern zu ermöglichen. An dieser Stelle sei auch angemerkt, dass der Schwimmkörper entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen mehrteilig ausgeführt sei kann, z. B. mit einer Katamaranform oder einem Seitenschwimmer.
Entsprechend Ausführungsbeispielen ist die Gondel gegenüber dem Schwimmkörper schwenkbar, um so vorteilhafterweise eine Manövrierung/Lenkung zu erreichen. Im Allgemeinen sei angemerkt, dass die Verbindung zwischen Gondel und Schwimmkörper unterschiedlich ausgeführt sein kann. Diese kann beispielsweise fest/starr sein oder auch elastisch ausgelegt sein. Auch wäre eine gedämpfte Verbindung oder eine Verbindung mittels Ketten oder Seilen denkbar.
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
Ausführungsbeispiele werden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Wasserfahrzeugs gemäß einem Basisausführungsbeispiel; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Wasserfahrzeugs gemäß einem erweiterten Ausführungsbeispiel.
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass gleichwirkende Elemente und Strukturen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer aufeinander anwendbar ist.
Fig. 1 zeigt ein Wasserfahrzeug 10 mit einem Schwimmkörper 12 und einer Gondel 14. Die Gondel 14 ist mit dem Schwimmkörper 12 verbunden (vgl. Verbindung 16).
Nachfolgende Erläuterung geht davon aus, dass der Schwimmkörper 12 auf der Wasserlinie 18 schwimmt. Hierbei liegt beispielsweise die gesamte Fläche des Schwimmkörpers 12 auf. Unter der Wasserlinie 18 ist die Gondel 14, d. h. also in einer zu der Ebene des Schwimmkörpers 12 zweiten Ebene positioniert. Der Schwimmkörper 12 erstreckt sich in zwei laterale Richtungen x und y entlang der Wasserfläche 18 sowie in eine dritte Dimension z, nämlich die Höhendimension, x, y, z stehen jeweils senkrecht aufeinander.
Die Längenausdehnung x und/oder die Breitenausdehnung y ist entsprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen signifikant größer, d. h. beispielsweise mindestens doppelt so groß oder mindestens fünfmal so groß wie die Höhenausdehnung z. Des Weiteren ist die Längenausdehnung x und/oder die Breitenausdehnung y signifikant größer als die jeweilige Ausdehnung der Gondel 14. Entsprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen hängt die Gondel 14 im Wesentlichen zentral unterhalb (d. h. unter der Wasserlinie 18) des Schwimmkörpers 12. Bei einer senkrechten Projektion entlang der z-Achse würde ent- sprechend einer bevorzugten Variante die Kontur des Schwimmkörpers 12 die Kontur der Gondel 14 vollkommen einschließen.
In Bezug auf die Höhe ist die Gondel 14 mindestens einige Zentimeter (mindestens 3 oder 10 cm), bevorzugt aber einem größeren Abstand (z. B. im Bereich von mindestens 30 cm, mindestens 50 cm oder mindestens 100 cm) von dem Schwimmkörper 12 beabstandet. Die genaue Größe hängt von den Gesamtdimensionen ab, wobei beispielsweise der Abstand zwischen Gondel 14 und Schwimmkörper 12 mindestens 5% der Länge x des Schwimmkörpers 12, bevorzugt aber mindestens 20% der Länge x des Schwimmkörpers 12 betragen kann. Diese Abstandspositionierung dient dazu, den Schwerpunkt des Wasserfahrzeugs 10 möglichst tief unter die Wasseroberfläche 18 zu verlagern. Ein weiteres Mittel, um den Schwerpunkt zu verlagern ist, dass die Gondel 14 schwerer dimensioniert ist als der Schwimmkörper 12. Beispielsweise kann die Gondel 14 mindestens 50% oder sogar mindestens 100 oder 200% sein. Dies wird entsprechend Ausführungsbeispielen dadurch erreicht, dass Komponenten wie Antrieb (Motor, Propeller, Jet-Strahlantrieb) und Zusatzkomponenten wie Akku (allgemeine Energieversorgung) in der Gondel 14 angeordnet sind.
Die zweigeteilte Ausführung (12 bis 14) in zwei verschiedenen Ebenen hat auch für das Bergen Vorteile. Beim Bergen kann ein Bergesystem aus einer Rampe mit mindestens zwei Schienen oder Trägern verwendet werden, auf denen der Auftriebskörper aufliegt. Die Gondel befindet sich unterhalb der Träger. Führungsschienen können das Einfädeln der Gondel in das Rampensystem unterstützen.
Entsprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen weist der Schwimmkörper 12 eine Surfbrettform auf, d. h. er ist in x-Richtung länger als in Breitenrichtung y und in z- Richtung signifikant flacher als eine der Dimensionen x oder y. Entsprechend weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen weist die Gondel eine Torpedoform auf. Diese beiden Formen sind aus hydrodynamischer Sicht sehr günstig und ermöglichen so einen effizienten Betrieb.
Bezug nehmend auf Fig. 2 wird nachfolgend eine bevorzugte Variante erläutert. Fig. 2 zeigt das Wasserfahrzeug 10‘ mit dem Schwimmkörper 12' sowie der Gondel 14'. Die Gondel 14' ist über einen Steg 16' mit dem Schwimmkörper 12' verbunden. Der Schwimmkörper 12' befindet sich auf der Wasseroberfläche 18. Der Schwimmkörper 12‘/Auftriebskörper hat eine ähnliche Form wie ein Surfbrett oder eine Luftmatraze und ist in mindestens einer Richtung x oder y breiter bzw. länger als die getauchte Gondel 14‘. Der Auftriebskörper 12' sorgt für den Auftrieb, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, dass er im Wesentlichen aus einem Schaum besteht oder aufblasbar ist. Allgemein hat ein Auftriebskörper eine Dichte kleiner als Wasser, um so schwimmfähig zu sein. Durch die Form ist er robust gegen Strömungen, Wind und Wellen und bietet dadurch Schutz vor Kollisionen, so dass nur er über den Rand der Gondel 14' hinausragt und somit als einziger in Berührung mit Gegenständen im Wasser bzw. am Land kommen kann. Vorzugsweise ist er elastisch ausgeführt, um so Beschädigungen an sich oder an Kollisionsobjekten zu vermeiden. Entsprechend Ausführungsbeispielen kann der Auftriebskörper 12' mit Finnen ausgestattet sein, wie hier exemplarisch anhand der Finne 12f illustriert ist. Auch das Verbindungselement 16' kann eine Finnenform aufweisen. Diese Finnen 12f‘ und/oder 16' unterstützen ein gerades Fahrverhalten im Wasser.
Bezüglich der Form des Auftriebskörpers 12' sei angemerkt, dass hier unterschiedliche Ansätze verfolgt werden können. Die Form des Auftriebskörpers 12' kann entweder so gewählt werden, dass er die Wellen mit wenig Wasserwiderstand durchschneidet oder in seiner Form eine breiten Aufstandsfläche bietet (bereit ist), um stabil im Wasser zu liegen. Eine Kombination ist beispielsweise durch mehrere Rümpfe, die gemeinsam den Auftriebskörper 12' formen, gegeben. Hierbei hat sich die Katamaranform als besonders vorteilhaft erwiesen. Alternativ wäre es auch denkbar, dass ein schmaler Hauptrumpf und ein oder mehrere Ausleger verwendet werden.
Bezüglich der Gondel sei angemerkt, dass diese, insbesondere im Verhältnis zu dem Auftriebskörper 12' schwer ist, um den Schwerpunkt unter die Wasserlinie 18 zu verlagern. Deshalb sind beispielsweise Komponenten des Wasserfahrzeugs 10‘, die wesentlich zum Gesamtgewicht beitragen, in der Gondel 14' angeordnet. Hierzu zählen die Energieversorgung (Batterie, Brennstoffzelle und/oder Stromgenerator). Die weiteren Antriebskomponenten sind auch Teil der Gondel 14‘. Vorzugsweise innenliegend kann der Motor/Elektromotor vorgesehen sein, wobei auch ein Außenborder denkbar wäre. Der Motor kann als Direktantrieb ausgeführt sein oder ein abgedichtetes oder alternativ ein ölgefülltes Getriebe aufweisen. Im Regelfall ist der Motor mit einem Propeller 14p' gekoppelt, wobei auch mehrere Propeller denkbar wären. Entsprechend einer alternativen Variante wäre ein Wasserstrahlantrieb (engl.: Waterjet) denkbar. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen sind Lenkungskomponenten ebenfalls in der Gondel 14' angeordnet. So kann der Antrieb (vgl. Propeller 14p‘) oder auch die gesamte Gondel 14' (gegenüber dem Auftriebskörper 12‘) drehbar/schwenkbar ausgeführt sein, um so gesteuert zu werden (Schlagwort: Thruster). Alternativ kann selbstverständlich auch der Propeller 14p fest sein und durch Seiten oder gegebenenfalls auch durch Höhenruder ergänzt werden (nicht dargestellt). Insofern kann entsprechend den Ausführungsbeispielen die Gondel 14‘ ein oder mehrere Seiten und/oder Höhenruder aufweisen.
Bezüglich der Abdichtung der Gondel sei angemerkt, dass die Gondel 14‘ ganz oder teilweise wasserdurchflutet, komplett ölgefüllt, aber auch ganz oder teilweise mit Luft gefüllt und wasserdicht abgedichtet sein kann. Je nach Ausführung der Gondel 14' sind dann auch Motorspulen, Spulen der Servomotoren und Fahrzeugelektronik entweder in Kunststoff eingegossen (sogenannte druckneutrale Systeme) oder mittels Dichtungen gegenüber der Umgebung gedichtet.
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann neben dem Antrieb und Steuerungskomponenten (Steuerrechner) auch Sensorik in der Gondel 14‘ angeordnet sein. Hierbei wäre es beispielsweise denkbar, dass die Gondel 14‘ ein Inertial-Navigationssystem und/oder ein Doppler Velocity Log umfasst. Auch weitere Sensoren zur Umgebungserfassung (chemische Sensoren und Temperatursensoren oder andere Sensoren) oder zur Unterstützung der Navigation (wie Sonar oder Unterwasserkameras) können innerhalb der Gondel 14' angeordnet sein bzw. durch diese umfasst werden.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen können an dem bzw. oberhalb des Auftriebskörpers 12' auch weitere Komponenten angeordnet sein. Denkbar wären z. B. Warnleuchten oder Wamsender (z. B. AIS) oder auch Navigationskomponenten, wie eine GPS- Antenne, Sende- und Empfangsantenne. In der Praxis hat sich ein sogenannter„Sensor Tower“ bewährt, bei welchem die mehreren Komponenten oberhalb der Wasserlinie 18 anortenbar sind. Der Mast könnte z.B. an der Position 12f‘ angeordnet sein.
Wenn man von einem Verbrennungsmotor ausgeht, wäre hier auch ein Schnorchel für den Verbrennungsmotor oder den Generator vorzusehen. Zusätzlich können auch weitere Sensoren, wie z. B. Kameras oder Laserscanner in diesem Bereich angebracht werden..
Wie oben bereits angedeutet, kann entsprechend Ausführungsbeispielen der Auftriebskörper 12' in seiner Auftriebskraft variiert werden. Dies ist entweder durch die Verwendung von Ballasttanks oder auch durch die Verwendung von separat aufblasberen Lufttanks denkbar. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel kann auch ein Schnorchel für die Luftansaugung oberhalb des Auftriebskörpers 12' vorgesehen sein. Entsprechend Ausführungsbeispielen wäre es denkbar, dass Seilwinden oder andere Aktoren auf dem Auftriebskörper 12‘ (entweder oberhalb oder unterhalb) angebracht sind. Bezüglich der Verbindung zwischen der Gondel 14‘ und dem breiten Auftriebskörper 12‘ sei angemerkt, dass die Verbindung 16‘, wie hier dargestellt, fest ausgeführt sein kann. Alternativ wäre es auch denkbar, dass die Verbindung aus mindestens zwei Seilen oder Ketten besteht oder vibrationsdämpfend, z. B. über Gummischläuche, realisiert ist. Letzteres verhindert, dass Fahrgeräusche von der Wasseroberfläche, dem Wind oder anderen Umgebungsgeräuschen die Sonaraufnahme oder andere Messungen stören.
Insofern ist es entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel so, dass die Verbindung 16‘ vibrationsarm ausgeführt ist, wenn ein Sonar oder ein ähnlicher vibrationsempfindlicher Sensor in die Gondel integriert ist. Um weiter die Vibrationen zu verhindern, können Antriebskomponenten, wie z. B. Motor oder Propeller in den Auftriebskörper 12' integriert werden. Um in diesem Fall dennoch die Schwerpunkt niedrig zu halten, wäre es denkbar, dass dennoch Antriebskomponenten, wie z. B. der Akku/die Stromversorgung weiterhin in der Gondel 14' angeordnet sind.

Claims

Patentansprüche
1. Wasserfahrzeug (10, 10‘) mit folgenden Merkmalen: eine Gondel (14, 14‘); und einem Schwimmkörper (12, 12‘), der sich entlang der Wasserlinie (18) in einer ersten und zweiten Dimension (x, y) erstreckt, wobei er zumindest in der ersten oder in der zweiten Dimension (x, y) eine größere Ausdehnung hat als die Gondel (14, 14*), wobei die Gondel (14, 14‘) schwerer ist als der Schwimmkörper (12, 12‘).
2. Wasserfahrzeug (10, 10‘) gemäß Anspruch 1 , wobei sich die Gondel (14, 14‘) im Betrieb unter der Wasserlinie (18) befindet; und/oder wobei sich der Schwimmkörper (12, 12‘) im Betrieb auf der Wasserlinie (18) befindet.
3. Wasserfahrzeug (10, 10‘) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ausdehnung des Schwimmkörpers (12, 12‘) sowohl in der ersten Dimension (x) als auch in der zweiten Dimension (y) größer ist.
4. Wasserfahrzeug (10, 10‘) gemäß Anspruch 3, wobei die Gondel (14, 14‘) gegenüber dem Schwimmkörper (12, 12') derart positioniert ist, dass in einer senkrechten Projektion (z) eine Kontur des Schwimmkörpers (12, 12‘) die Kontur der Gondel (14, 14‘) einschließt.
5. Wasserfahrzeug (10, 10') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schwimmkörper (12, 12‘) in der ersten und/oder zweiten Dimension (x, y) eine um mindestens 50%, um mindestens 100%, oder um mindestens 200% größere Ausdehnung hat als die Gondel (14, 14').
6. Wasserfahrzeug (10, 10‘) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Gondel (14, 14‘) eine Batterie, einen Akku und/oder eine Energieversorgung aufweist.
7. Wasserfahrzeug (10, 10‘) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Gondel (14, 14') einen Antrieb (14p‘) aufweist.
8. Wasserfahrzeug (10, 10‘) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Gondel (14, 14‘) einen Motor in Kombination mit einem Propeller (14p‘) und/oder einem Wasserstrahlantrieb (14p‘) aufweist.
9. Wasserfahrzeug (10, 10‘) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Gondel (14, 14‘) gegenüber dem Schwimmkörper (12, 12') schwenkbar ist.
10. Wasserfahrzeug (10, 10') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Gondel (14, 14‘) über eine feste Verbindung, eine elastische Verbindung, eine gedämpfte Verbindung, oder eine Seilverbindung mit dem Schwimmkörper (12, 12‘) verbunden ist.
11. Wasserfahrzeug (10, 10‘) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ausdehnung des Schwimmkörpers (12, 12‘) in der ersten Dimension (x) und/oder in der zweiten Dimension (y) größer ist als eine Ausdehnung in einer dritten Dimension; und/oder wobei die Ausdehnung in der ersten Dimension (x) und/oder in der zweiten Dimension (y) um mindestens 500% oder um mindestens 1000% größer ist als eine Ausdehnung in einer dritten Dimension.
12. Wasserfahrzeug (10, 10‘) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Gondel (14, 14‘) mindestens 50%, mindestens 100% oder mindestens 200% schwerer ist als der Schwimmkörper (12, 12‘).
13. Wasserfahrzeug (10, 10') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schwimmkörper (12, 12‘) ein elastisches Material und/oder einen elastischen Rand und/oder einen elastischen Rand, der den gesamten Schwimmkörper (12, 12‘) umschließt, aufweist.
14. Wasserfahrzeug (10, 10‘) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schwimmkörper (12, 12‘) ausgebildet ist, eine resultierende Auftriebskraft zu variieren.
15. Wasserfahrzeug (10, 10‘) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schwimmkörper (12, 12‘) aus einem Schaum oder elastischem Schaum besteht oder aufblasbar ist.
16. Wasserfahrzeug (10, 10‘) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der
Schwimmkörper (12, 12‘) mehrteilig gebildet ist.
17. Wasserfahrzeug (10, 10‘) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Gondel (14, 14‘) zentral zwischen den Außenlinien des Schwimmkörpers (12, 12‘) positioniert ist.
18. Wasserfahrzeug (10, 10‘) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Gondel (14, 14‘) mindestens 50%, mindestens 100% oder mindestens 200% schwerer ist als der Schwimmkörper (12, 12‘).
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