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Dokumentenidentifikation DE2926195C1 22.12.1994
Titel Anordnung in einem Torpedo zur Erkennung und Ausschaltung von Täuschern
Anmelder STN Systemtechnik Nord GmbH, 28199 Bremen, DE
Erfinder Herrmann, Dieter, Dipl.-Phys., 22880 Wedel, DE
Vertreter Eisenführ, G., Dipl.-Ing.; Speiser, D., Dipl.-Ing., 28195 Bremen; Strasse, J., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 81541 München
DE-Anmeldedatum 29.06.1979
DE-Aktenzeichen 2926195
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 22.12.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.12.1994
IPC-Hauptklasse G01S 3/86
IPC-Nebenklasse F42B 19/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist bekannt, daß von Überwasserschiffen oder von U-Booten Geräte nachgeschleppt oder ausgesetzt werden, um sich gegen mittels Horchsonar angreifende Torpedos zu schützen. Diese Geräte sind Schallsender, die den Torpedo auf sich ziehen sollen. Wegen der beschränkte Baugröße sind die Täuschkörper jedoch nicht in der Lage, in dem tiefen Frequenzbereich der Schiffe wirksam zu arbeiten. In einfachen Ausführungen sind die Täuscher daher nur auf den Frequenzbereich von Torpedo-Angriffs-Sonaren, d. h. bei 15 kHz bis 60 kHz eingestellt.

In Fig. 1 ist die spektrale Verteilung des Fahrgeräusches verschiedener Fahrzeuge angegeben. Über der Frequenz f ist das Wasserschallsignal WS aufgetragen. Fig. 1 zeigt ein charakteristisches Signal eines Überwasserschiffes, welches vornehmlich im tiefen Frequenzbereich abgestrahlt wird. Fig. 1 stellt das ebenfalls in diesem Bereich liegende Fahrgeräusch eines Torpedos dar. Oberhalb der Frequenz f&sub0; liegt der Arbeitsbereich des Torpedoangriffssonars, in dem auch der Störer mit dem Signal 3 arbeitet. Aus diesem Schaubild kann unschwer entnommen werden, daß das Angriffssonar des Torpedos durch einen Täuscher zweckmäßig beeinflußt wird.

Höhere Frequenzen haben bezüglich des die Funktion des Sonars mindernden Eigenstör-Schalls gewisse Vorteile. Zur Erläuterung dieses Sachverhaltes wird auf Fig. 2 hingewiesen. Hierin ist ein Torpedo 4 mit einem Propeller 5 als Schallquelle dargestellt, die vom Sonar den Abstand r&sub0; hat. Der Störschall kann nun direkt in Richtung der Pfeile 6, durch Reflektion an der Wasseroberfläche (Pfeile 7) oder durch Reflektion am Meeresgrund (Pfeile 8) zum Sonar gelangen. Mit 9 ist die Schalleinfallsrichtung von einem Ziel angedeutet. Der Torpedorumpf bietet eine gewisse Schattenwirkung gegenüber dem von hinten einfallenden Propellerschall. Eine in einem wasserschallangepaßten Medium (z. B. Gummi) freistehende Sensorbasis kann mit einer schalldämmenden Rückplatte versehen sein, wobei die Schalldämmung mit steigender Frequenz wächst. Die Einzelsensoren können, da die Wellenlängen kurz sind, in Resonanz arbeiten und daher durch Halterung im Schwingungsknoten wirksam körperschall- isoliert sein. Schließlich nimmt das bei kleiner Fahrt wesentliche Meeresgrundgeräusch praktisch von wenigen Hertz an stetig ab.

Diese Vorteile müssen aber entfallen bei einem tieffrequent arbeitenden Torpedosonar. Ein solches Sonar könnte aber gerade das wesentliche Kriterium zwischen einem Schiff und einem Täuschkörper ausnutzen. Um den Eigenstörschall klein zu halten, muß ein diesbezügliches Verfahren über eine gewisse Richtwirkung verfügen, um den Torpedopropeller als Schallquelle auszublenden.

Durch Vergrößerung der sensierenden Fläche, z. B. durch Erhöhung der Sensorzahl oder der Sensorabstände allein kann bei großen Wellenlängen keine Richtwirkung erzeugt werden.

Nun könnte daran gedacht werden, eine Richtungsbewertung des einfallenden Schalls dadurch zu erhalten, daß Phasendrehungen der Sensoren untereinander von 180° eingeführt werden. Die einfachste Realisierung stellt der sogenannte Gradientenempfänger dar. Dieser Empfänger ist als Empfangsdipol anzusehen, mit dem aber ein geringer Erfolg erzielt werden kann. Würde die unempfindliche Richtung des Dipols zur Störquelle hin gedreht werden, so ergäbe sich gerade für die taktisch interessante Richtung "voraus" ebenfalls Unempfindlichkeit.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, durch eine besondere Anordnung im Torpedo eine Möglichkeit zu schaffen, die Unterscheidung des tieffrequenten Schalls eines Zieles vom höherfrequenten Schall des nachgeschleppten oder ausgesetzten Täuschers wirksam herbeizuführen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Mit dieser Anordnung nach der Erfindung, die als Zusatzgerät zum Angriffssonar eingebaut werden kann, ist der Vorteil verbunden, daß die Erfolgsaussichten eines Torpedo-Angriffs erstens grundsätzlich erhöht und zweitens durch Beeinflussung des Nutz-/Störverhältnis optimal werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt und zwar zeigt

Fig. 3 eine mögliche Sensor-Anordnung,

Fig. 4 die Fernfeld-Richtcharakteristik der Anordnung,

Fig. 5 den Arbeitsbereich der Anordnung und

Fig. 6 ein Blockschaltbild für die Signalverarbeitung.

Gemäß Fig. 3 sind im Kopfteil des Torpedos 4 die Sensoren 10 und 11 in der Nähe des Angriffssonars 12 und weitere Sensoren 13 bis 16 angeordnet. Die Längsausdehnung ist mit L und der Querabstand mit D angegeben. Die Sensoren 13 bis 16 müssen, da die Anordnung nicht zu kurz ausfallen darf, in der Außenhaut des vorderen Rumpfbereiches liegen. Sie sind weiterhin paarweise, 13/14 und 15/16, angeordnet, damit schließlich eine Peilung ermöglicht wird. Die eigentlichen sensitiven Elemente 17 der Sensoren sind mit einer Abdeckung 18, zum Beispiel Gummi, und gegebenenfalls mit einer Körperschall-Isolation 19 in der Außenhaut des Torpedos gelagert.

In Fig. 4 ist die Richtcharakteristik der Anordnung mit den Sensoren 10, 13 und 15 für ferne Schallquellen dargestellt, die die Form einer Kardioide besitzt. Der Schall fällt unter dem Winkel R ein. Bei endlicher Entfernung einer Quelle ist ferner bei 180° das Signal nicht Null.

Wie die Rechnung zeigt, ist die Wirksamkeit der Anordnung von den mit der Betriebswellenlänge λ zu vergleichenden Dimensionen der Anordnung abhängig und zwar:

Vom Störquellenabstand r&sub0;,

von der Längsausdehnung der Anordnung L und

von dem Querabstand einer für die Peilung notwendigen Doppelanordnung D.

Eine gute Peilung und ein gutes Nutz-/Störverhältnis verlangt, daß r&sub0;/λ groß ist. Da r&sub0; mit der Torpedolänge festliegt, müßte die Wellenlänge λ klein gewählt werden. Die Störquelle "Propeller" wird also umso besser unterdrückt, je kürzer die Wellenlänge ist.

Die Peilempfindlichkeit der Anordnung wächst mit wachsendem Querabstand D.

Die Gesamtempfindlichkeit der Anordnung erfordert ebenfalls, daß L/λ groß ist. Wiederum müßte die Wellenlänge klein oder die Ausdehnung der Sensoranordnung in Torpedolängsrichtung groß gewählt werden. Dem steht aber entgegen, daß die Sensoren nachrichtentechnisch verknüpft sind und möglichst eine kompakte Einheit bilden müssen.

Nun wird aber die Arbeitsfrequenz, die ja durch die Arbeitswellenlänge festgelegt ist, durch verschiedene Bedingungen eingeengt. Der Störpegel ist unterhalb von 50 Hz durch das allgemeine Grundgeräusch bestimmt, das sich wiederum aus dem Meeresgrundgeräusch (Tiefwasser, Flachwasser, Bucht) und den Beiträgen aus dem weiter entfernten Schiffsverkehr zusammensetzt. Schließlich können in diesem Bereich je nach der Gewässertiefe Sperrfrequenzen auftreten. Andererseits strahlt ein Überwasserschiff mit höchster Intensität, wie auch etwa aus Fig. 1 hervorgeht, bis zu etwa 300 Hz. Für höhere Frequenzen sinkt der Pegel mit etwa 6 dB pro Oktave. Das Torpedo- Spektrum wird in diesem Bereich durch die Blatt/Drehzahl- Harmonischen geprägt. Daß diese Frequenzen mit hoher Intensität belegt sein können, ist experimentell nachweisbar. Fig. 5 zeigt ein typisches Torpedo-Eigengeräusch und gibt mit 20 die spektrale Verteilung und mit 21 und 22 Komponenten des Drehklangs, d. h. der Propellerblattzahl-Drehzahl- Harmonischen an. Wenn nun erfindungsgemäß die Betriebsfrequenz der Anordnung zwischen die ausgeprägten Frequenzen 21 und 22 gelegt und gegebenenfalls mit der Fahrstuufe des Torpedos umschaltbar ist, so ist in diesem Bereich der Störschall minimal, wenn also beim Schiff eine Tonkomponente, beim Torpedo eine Rauschkomponente, vorliegen würde. Da der Drehzahltakt bei größeren Schiffen wesentlich niedriger liegt als beim Torpedo, fallen mehrere Tonkomponenten vom Ziel in dieses Frequenzband. Statistische Untersuchungen zur Dichte von diskreten Spektralkomponenten zeigen, daß das Empfangsband sogar enger gemacht werden kann. Dieses kommt der Peilschärfe zugute.

In dem Blockschaltbild nach Fig. 6 sind die Sensoren 10, 11, 13-16 mit ihren Beschaltungen 24 zwecks Anpassung dargestellt. Die Sensorsignale sind Summationsgliedern 25 und den Gliedern 26 zur Detektion und 27 zur Peilung zugeführt und schließlich an eine Automatik 28 für die Angriffskinematik zur Bestimmung des jeweiligen Laufprogramms weitergemeldet. Die Automatik 28 beaufschlagt eine Filtersteuerung 29 zur Umschaltung der Filter 30, die gleichzeitig je Sensorkanal die Phasendrehung leisten. Die Zahl der Zustände der Filtersteuerung 29 wird entsprechend der Zahl der Fahrstufen gewählt.

Wie dargestellt, sind für Peilaufgaben zwei Anordnungen der beschriebenen Art vorzusehen. Der Querabstand ist dabei durch die äußerste Lage beschränkt, die die vorderen Sensoren einnehmen können, was wiederum durch die Kopfform des Torpedos bestimmt ist. Gegebenenfalls kann eine Anordnung in den Seitenlinien in der Mitte des Torpedos vorgesehen werden. An Stellen hydrodynamischer Erregung, d. h. an Stellen starker Krümmung der Hüllenkontur, muß die Anordnung der Sensoren vermieden werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Anordnung in einem Torpedo zur Erkennung und Ausschaltung von akustischen Täuschern, die von Wasserfahrzeugen zu ihrem eigenen Schutz geschleppt oder ausgesetzt werden und das Torpedo-Angriffssonar im Frequenzbereich des Täuschers arbeitet, wobei Wasserfahrzeug und Torpedo als Schallquellen etwa in demselben Frequenzbereich liegen, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem Angriffssonar (12) weitere Wasserschallsensoren (10 bis 16) in der Außenhaut des Kopfteils des Torpedos angebracht sind, mit denen bei gleichzeitiger Unterdrückung des Eigengeräusches des Torpedos die Betriebsfrequenz in tiefere Frequenzbereiche gelegt ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor in der Nähe der Empfangsbasis des Angriffssonars und die zusätzlichen Sensoren in der Außenhaut des vorderen Rumpfbereiches des Torpedos angeordnet sind.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren paarweise zusammenwirken.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterdrückung des Eigenstörschalls des Torpedos durch eine Phasensteuerung je Sensor erfolgt.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsfrequenz zwischen dem Torpedo abgestrahlten diskreten Spektralkomponenten liegt.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsfrequenz mit den Fahrstufen des Torpedos umschaltbar ist.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Doppelanordnung der zusätzlichen Sensoren zur Ermöglichung der Peilung vorgesehen ist.






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