DE3908577A1

DE3908577A1 - Verfahren und vorrichtung zur verminderung der schallemission getauchter unterseeboote

Info

Publication number: DE3908577A1
Application number: DE3908577A
Authority: DE
Inventors: Guenther Prof Dr Rer N Laukien; Arne Prof Dr Kasten
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-03-16
Filing date: 1989-03-16
Publication date: 1990-09-20
Also published as: JPH03505129A; EP0417225B1; WO1990010926A1; DE59008511D1; EP0417225A1; US5130948A; DE3908577C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Schallemission getauchter Unterseeboote, bei denen im Innenraum bewegte mechanische Elemente auf einem Übertragungsweg Schwingungen an eine Außenhülle abgeben und die Schwingungen auf dem Übertragungsweg gedämpft werden.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Verminderung der Schallemission getauchter Unterseeboote, bei der Dämpfungs mittel zwischen einem im Innenraum des Unterseebootes bewegten mechanischen Element und einer Außenhülle angeordnet sind.

Mit der Erfindung sollen die Unterseeboote insbesondere getarnt werden.

Im Rahmen der Bekämpfung von Unterseebooten verwendet man zum Orten der Unterseeboote sowohl aktive wie auch passive Systeme.

Bei den aktiven Systemen (z.B. SONAR) wird von Bord eines suchenden Fahrzeugs, beispielsweise einer Fregatte, ein Such signal abgestrahlt, im allgemeinen ein Schallsignal im Schall- oder Infraschallbereich. Diese Schallsignale werden an der Oberfläche des Unterseeboots reflektiert und gelangen auf Empfänger an Bord des suchenden Fahrzeugs, so daß mittels geeigneter Auswerteverfahren aus diesen empfangenen Signalen die Position des Unterseeboots bestimmt werden kann.

Um Unterseeboote gegen solche aktive Ortungsverfahren zu schützen, ist es bekannt, das Unterseeboot an seiner Außenhülle mit einer Beschichtung zu versehen, die auftreffende Schall signale bestmöglich absorbiert.

Aus der DE-OS 33 32 754 ist ein Unterwasserschiff bekannt, das gegen Erkennung durch ein Tieffrequenz-Aktiv-Sonar, d.h. ein passives Schallortungssystem getarnt werden soll. Hierzu sind insbesondere am Bug und am bugseitigen Turmbereich breit bandige Keilabsorber angeordnet, die ihrerseits an die jewei ligen Schiffskonturen angepaßt sind und selbst keine Schallre flexionseigenschaften aufweisen. Auf diese Weise soll die Erkennbarkeit des Unterseeboots, nämlich das sogenannte Zielmaß um ca. 10 bis 15 dB vermindert werden können.

Auch ist bereits vorgeschlagen worden, Turbulenzen an umströmten Unterwasserteilen von Unterseebooten durch Einbringen chemischer Additive herabzusetzen (DE-OS 23 18 304).

Bei den passiven Ortungsverfahren werden hingegen physikalische Erscheinungen ausgenutzt, die vom Unterseeboot selbst verursacht werden. So ist es beispielsweise bekannt, zum Orten von Unter seebooten die Tatsache auszunutzen, daß die metallischen Teile des Unterseeboots das Erdmagnetfeld stören. Es sind daher Ortungssonden bekannt, die auf dem Prinzip der kernmagnetischen Resonanz beruhen und von Schiffen oder Flugzeugen an einer langen Leine über den abzusuchenden Bereichen des Meers ge schleppt werden, um Verwerfungen des Erdmagnetfelds zu detek tieren.

Ein weiteres passives Ortungsverfahren, wie es beispielsweise in der EP-PS 63 517, der EP-OS 1 20 520 sowie der EP-PS 2 13 418 beschrieben ist, beruht auf der Messung von Schallsignalen, die vom Unterseeboot abgestrahlt werden. Ein Unterseeboot strahlt nämlich in dem Umfange Schall an das umgebende Meer wasser ab, wie bewegte Teile im Unterseeboot Schwingungen an die Außenhaut übertragen. In erster Linie werden meßbare Schallsignale von bewegten Antriebselementen des Unterseeboots, also von den rotierenden Teilen des Antriebsmotors und von der Welle erzeugt, aber auch die rotierende Schraube und die von der Schraube verursachte Kavitation sind als Schallquellen zu berücksichtigen. Schließlich werden auch bei der Betätigung der Höhen- und Tiefenruder, beim Ablassen von Luft und beim Verschieben von Trimmassen Schallsignale erzeugt, die mit entsprechend empfindlichen passiven Ortungssystemen an Bord moderner Fregatten erfaßt werden können.

Bei Unterseebooten mit kerntechnischem Antrieb kommt in diesem Zusammenhang noch die Besonderheit hinzu, daß Kernreaktoren, wie sie an Bord von Unterseebooten eingesetzt werden, üblicher weise mit periodisch betätigten Regelstäben ausgerüstet sind. Die Regelstäbe werden mit einer vorgegebenen Frequenz im Reaktorgefäß bewegt, wobei die Eintauchtiefe der Regelstäbe einstellbar ist, so daß auf diese Weise die vom Kernreaktor abgegebene Leistung eingestellt werden kann. Infolge der periodischen Bewegung relativ großer Massen entsteht jedoch auch ein verhältnismäßig intensives Schallsignal, das zur Ortung von derartigen kerntechnisch angetriebenen Unterseebooten herangezogen werden kann.

Es ist andererseits bekannt, daß bei modernen, immer empfind licher werdenden passiven Schallortungssystemen in immer größerem Maße auch der Schall berücksichtigt werden muß, der in der Umgebung des Unterseeboots vorhanden ist. Dieser natür liche Schall wird im wesentlichen durch Meeresströmungen, Wellengang, Fischschwärme und dgl. erzeugt.

Beim Betrieb von passiven Schallortungssystemen macht sich dieser Umgebungsschall als Rauschen bemerkbar, das je nach Umgebungsbedingungen eine gleichmäßige oder eine ungleichmäßige Frequenzverteilung annehmen kann.

Aus der DE-OS 34 06 343 ist ein Verfahren bekannt, mit dem Schallsignale von Unterseebooten, deren Intensität nur gering fügig über dem des Umgebungsrauschens liegt, aus dem Umgebungs rauschen heraus erkannt werden können.

Um Unterseeboote der Erkennung durch die vorstehend beschrie benen passiven Schallortungssysteme zu entziehen, sind zahl reiche Maßnahmen bekannt.

Die wesentliche Maßnahme besteht naturgemäß darin, die Schall abgabe des Unterseeboots insgesamt nach Möglichkeit zu ver mindern. Um dies zu erreichen werden insbesondere im Antriebs bereich des Unterseeboots möglichst geräuscharme Maschinenteile, beispielsweise Lager, verwendet, damit die gesamthaft erzeugte Schallenergie möglichst gering gehalten wird.

Darüber hinaus ist es aber im Sinne des Verfahrens und der Vorrichtung der eingangs genannten Art auch bekannt, an Bord von Unterseebooten Schalldämmaßnahmen vorzunehmen, um unvermeid baren Schall zumindest nicht an die Außenhülle des Unterseeboots gelangen zu lassen. Die hierzu verwendeten Dämpfer sind bekannte elastische und schwingungsabsorbierende Bauteile, die zusammen mit den zu dämpfenden mechanischen Elementen ein Feder-Masse- System bilden. Derartige bekannte Maßnahmen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung als "passive Dämpfung" bezeichnet. Es ist beispielsweise bekannt, die Außenhülle des Unterseeboots zweischalig auszubilden und den Zwischenraum mit einer Dicke von beispielsweise 30 cm mit Meerwasser zu fluten, damit möglichst wenig Schallwellen an die äußere Hülle des Untersee boots gelangen können.

Weiterhin kann in Gefahrensituationen das Ausmaß der abgestrahl ten Schallwellen auch dadurch vermindert werden, daß die Antriebsleistung durch sogenannte "Schleichfahrt" vermindert wird. Allerdings setzt dies naturgemäß die Fähigkeit des Unterseeboots herab, sich der Ortung durch feindliche Schiffe durch Entfernung von denselben zu entziehen.

Aus der DE-OS 36 00 258 ist eine elektrische Anlage für Unter seeboote bekannt, die Mittel zum Tarnen des Unterseeboots aufweist. Bei der bekannten Anlage berücksichtigt man die Tatsache, daß ein Wechselstromnetz des Unterseeboots im Fre quenzbereich zwischen 60 Hz und 400 Hz arbeitet und daß es unvermeidbar ist, daß Frequenzen in diesem Frequenzbereich zuzüglich ihrer Oberschwingungen über den Bootskörper an das umgebende Wasser abgegeben werden. Bei der bekannten elektri schen Anlage wird daher für das Wechselstromnetz des Unter seeboots eine Frequenz von beispielsweise 30 kHz vorgesehen, die weit oberhalb des Empfangsfrequenzbereichs fremder Or tungssysteme liegt.

Allerdings hat diese bekannte elektrische Anlage den Nachteil, daß sie lediglich so lange eine Tarnung des getauchten Unter seeboots bewirken kann, als die Frequenzbereiche feindlicher passiver Ortungssysteme nicht ebenfalls im Bereich von bei spielsweise 30 kHz arbeiten. Sobald also die bei der bekannten Anlage getroffenen Maßnahmen dem jeweiligen Feind bekannt sind, kann dieser durch entsprechende Umgestaltung seiner passiven Ortungssysteme die getauchten Unterseeboote durch Überprüfung des neuen Frequenzbereichs orten.

Schließlich ist noch bekannt, passive Schallortungssysteme an Bord feindlicher Schiffe dadurch zu stören, daß Objekte ab gesetzt werden, die eine hohe Schalleistung abstrahlen und damit die empfindlichen Empfangsgeräte der passiven Schall ortungssysteme übersteuern.

So ist z.B. aus der DE-OS 33 00 067 eine Vorrichtung zum Stören der Ortung von U-Booten bekannt, bei der von einem Unterseeboot ein Körper ausgestoßen werden kann, der schallabgebend ausge stattet ist. Dieser Körper dient zum Irreführen eines Sonar- Systems, d.h. eines aktiven akkustischen Ortungssystems an Bord eines feindlichen Fahrzeugs.

Aus der EP-OS 2 37 891 ist eine Einrichtung zum Stören und Täuschen von Wasserschall-Ortungsanlagen bekannt. Ein Tragkörper der bekannten Einrichtung ist mit pyrotechnischen Ladungen versehen, deren Abbrand zur impulsförmigen Abgabe von Gasblasen führt, die z.B. niederfrequente Körperschallschwingungen und hochfrequent schwingende äußere Kavitationsschichten an einem Gehäuse hervorrufen, aus dem sie auch zur Ausbildung eines Blasenvorhanges austreten. Die bekannte Einrichtung soll von einem zu schützenden Objekt ablenken und durch die langsam dahintreibende Blasenansammlung ein reflektierendes Zielobjekt vortäuschen.

Allerdings ist der Einsatzbereich derartiger Störobjekte auf den Fall beschränkt, daß die Anwesenheit des Unterseeboots ohnehin an Bord der feindlichen Schiffe bekannt ist und nur noch verhindert werden soll, daß durch die passiven Schall ortungssysteme die präzise Ortung von abgeschossenen Torpedos ermöglicht wird, die ebenfalls unter Schallerzeugung in Bewegung sind. Für den Einsatzfall, daß ein Unterseeboot überhaupt unentdeckt bleiben möchte, sind derartige Störobjekte ungeeig net.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Unterseeboot der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die Ortung durch passive Schallortungs systeme erheblich erschwert wenn nicht sogar dadurch unmöglich gemacht wird, daß die Amplitude der von den passiven Schall ortungssystemen empfangenen Signale in den Bereich des natür lichen Rauschens gelangen und in diesem untergehen.

Gemäß dem eingangs genannten Verfahren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schwingungen dadurch aktiv gedämpft werden, daß die Bewegung der mechanischen Elemente relativ zur Außenhülle erfaßt und daß der Bewegung eine gegenläufige Bewegung überlagert wird.

Gemäß der eingangs genannten Vorrichtung wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß die Dämpfungsmittel einen Detektor zum Erfassen sowie einen Translator zum Ein stellen der relativen Lage des Elements zur Außenhülle auf weisen, und daß ein Regler zwischen einen Ausgang des Detektors und einen Eingang des Translators geschaltet ist, derart, daß bei einer Änderung der relativen Lage der Translator die relative Lage in gegenläufiger Richtung nachstellt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Dadurch, daß die mit den Schwingungen einhergehenden Relativ bewegungen zwischen den Elementen und der Außenhülle durch gegenläufige Überlagerung einer zweiten Bewegung kompensiert werden, befindet sich das Unterseeboot im Idealfalle von außen betrachtet in Ruhe, so daß die an das umgebende Meerwasser abgegebenen Schwingungen unterdrückt, zumindest aber erheblich in ihrer Schalleistung reduziert werden. Die vom Unterseeboot abgestrahlten Schallsignale werden auf diese Weise so sehr vermindert, daß sie in dem Rauschen untergehen, das durch den natürlichen Umgebungsschall in einem passiven Ortungssystem eines feindlichen Fahrzeugs erzeugt wird.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungs gemäßen Vorrichtung sind der Detektor und der Translator in Reihe in einem Übertragungsweg zwischen dem Element und der Außenhülle angeordnet.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß exakte Übereinstimmung in der räumlichen Lage der Störgröße, nämlich der mit der Schwingung einhergehenden Bewegung, und in der Stellgröße, nämlich der vom Translator erzeugten Gegenbewegung besteht, so daß die Störgröße exakt nach Amplitude, Richtung und Phasen lage kompensiert werden kann.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungs gemäßen Vorrichtung ist der Detektor ein Sensor zum Erfassen der Kraft, die von der seismischen Masse des Elements infolge der die Bewegung bewirkenden Beschleunigung auf die Außenhülle ausgeübt wird.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß bereits geringste Auslen kungen, wie sie bei der Schallausbreitung in den Bauelementen eines Unterseebootes auftreten, sicher erfaßt werden können, was mit sonstigen Lagesensoren nur mit erheblichem Aufwand möglich ist.

Bei weiteren bevorzugten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen sowohl der Detektor wie auch der Translator ein Piezoelement auf.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß sowohl einerseits die der störenden Schwingungsbewegung entsprechenden Kräfte in ein elektrisches Signal umgewandelt wie auch andererseits aus einem elektrischen Stellsignal eine Gegenbewegung im Translator erzeugt werden kann. Bei Verwendung von ähnlichen Piezo-Elemen ten im Detektor und im Translator kann man sich darüber hinaus die Tatsache zunutze machen, daß beide Piezo-Elemente den selben Umweltbedingungen, beispielsweise derselben Temperatur, ausgesetzt sind, so daß sich entsprechende Effekte kompensieren.

Besonders bevorzugt ist schließlich ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei dem die Außenhülle über mindestens drei Stützen mit einer die bewegten Elemente aufnehmenden Innenhülle verbunden ist und die Stützen jeweils mindestens einen Detektor und einen Translator aufweisen.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß alle schwingungserzeugenden, nämlich die bewegten mechanischen Elemente im abgeschlossenen Innenraum angeordnet sind, der von der Innenhülle umschlossen ist. Alle Schallereignisse, die sich zur Außenhülle fortpflanzen können, müssen somit ihren Weg über die Innenhülle nehmen und können im wesentlichen nur über die Stützen zur Außenhülle übertragen werden. Da jedoch in den Stützen die zuvor erläuter ten aktiven Dämpfungsmaßnahmen vorgesehen sind, wird auf diese Weise eine effektive Abschirmung der Außenhülle gegenüber Schallereignissen aller Art erreicht, die von den bewegten mechanischen Elementen ausgelöst werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach stehend noch erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematisierte Ansicht einer Gefechtslage, bei der eine Fregatte mittels eines passiven Schallortungssystems versucht, ein getauchtes Unterseeboot zu orten;

Fig. 2 einen äußerst schematisierten Längsschnitt durch ein Unterseeboot in Höhe eines kerntechnischen Antriebes an Bord desselben;

Fig. 3 einen stark vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2 zur Erläuterung einer erfindungsgemäß verwendeten aktiv gedämpften Stütze;

Fig. 4 ein Diagramm, einen Frequenzgang der aktiven Dämpfung der Stütze gemäß Fig. 3 darstellend;

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer aktiv dämpfenden Stütze.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Gefechtslage ist mit 10 ein Meer bezeichnet, auf dem sich eine Fregatte 11 auf Suchfahrt nach Unterseebooten befindet.

Unterhalb einer Wasserlinie 12 der Fregatte 11 ist diese mit einem passiven Schallortungssystem 13 versehen, das beispiels weise einen Öffnungskegel 14 aufweist. Die Fregatte 11 erzeugt ihrerseits Schallwellen 15, insbesondere durch den Antrieb der Fregatte 11.

Unter der Oberfläche des Meers 10 befindet sich in nicht maßstäblich eingezeichneter Tiefe ein Unterseeboot 20 mit kerntechnischem Antrieb 21. Mit 22 ist äußerst schematisch eine Antriebswelle des Unterseeboots 20 bezeichnet, die zu einer Schraube 23 führt. Mit 24, 25 und 26 sind Schallwellen bezeichnet, die vom Unterseeboot 20 ausgestrahlt werden.

24 soll dabei den Anteil an Schallwellen symbolisieren, der durch die Bewegungseinrichtung der Regelstäbe des kerntechni schen Antriebs 21 erzeugt wird, wie dies weiter unten zu Fig. 2 noch erläutert werden wird.

25 soll den Anteil der Schallwellen symbolisieren, die durch die Antriebselemente des Unterseeboots 20, insbesondere durch die rotierende Welle, die rotierenden Motorelemente und dgl. erzeugt werden.

26 soll schließlich den Anteil der Schallwellen symbolisieren, der durch die Rotation der Schraube 23, insbesondere durch die von der Schraube 23 verursachten Kavitationen erzeugt wird.

Das Unterseeboot 20 ist seinerseits ebenfalls mit einem passiven Schallortungssystem 27 bestückt, das einen Kegel 28 über streicht.

Um die Schallabstrahlung des Unterseebootes 20 der Amplitude nach zu vermindern, werden erfindungsgemäß an Bord des Unter seebootes aktive Dämpfungsmaßnahmen vorgenommen, wie dies nachstehend erläutert werden wird.

Fig. 2 zeigt einen radialen Schnitt durch das Unterseeboot 20 gemäß Fig. 1 und zwar in Höhe des kerntechnischen Antriebes 21.

Man erkennt, daß das Unterseeboot 20 mit einer Außenhülle 30 versehen ist, die eine Innenhülle 31 allseitig umschließt. Die Innenhülle 31 ist in der Außenhülle 30 mittels vier über den Umfang der Innenhülle 31 verteilten aktiv gedämpften Stützen 32 bis 35 abgestützt. Es versteht sich, daß die Stützen 32 bis 35 über die Länge des Unterseeboots 20 diskret verteilt angeordnet sein können. Auch können die Stützen 32 bis 35 statt in radialer Richtung, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, auch in einer Richtung schräg zu einem Radius angeordnet sein und es ist ebenso denkbar, daß statt vier jeweils um 90° über den Umfang der Innenhülle 31 versetzter Stützen 32 bis 35 auch drei derartige Stützen oder mehr als vier Stützen ein gesetzt werden können, ohne daß dies den Rahmen der vorliegenden Erfindung sprengt.

Auf einem Boden 36 in der Innenhülle 31 ist ein Kernreaktor 37 angeordnet. Der Kernreaktor 37 ist von üblicher Bauart und weist Regelstäbe 38 auf, die mittels eines Regelstabantriebes 39 in Richtung eines Pfeiles 40 in ein Reaktorgefäß ein- bzw. ausgefahren werden können. Bei Kernreaktoren 37 der hier interessierenden Art, wie sie an Bord von Unterseebooten 20 verwendet werden, geht man üblicherweise so vor, daß die Regelstäbe 38 in einer periodischen Bewegung in das Reaktorgefäß eintauchen, wobei die vom Kernreaktor 37 abgegebene Leistung durch Amplitudenmodulation, d.h. durch Variation der Eintauch tiefe der Regelstäbe 38 eingestellt wird.

Dies bedeutet, daß aufgrund der mit dem Pfeil 40 angedeuteten periodischen Bewegung der Regelstäbe 38 eine Schwingung erzeugt wird, die vom Kernreaktor 37 auf den Boden 36 übertragen wird. Dies ist in Fig. 2 mit einem weiteren Pfeil 41 angedeutet. Da der Boden 36 seinerseits fest in der Innenhülle 31 verankert ist, gerät auch diese in Schwingungen, wie mit einem weiteren Pfeil 42 in Fig. 2 angedeutet ist.

In der vorstehend beschriebenen Weise bildet sich somit ein Übertragungsweg von den periodisch bewegten Regelstäben 38 bis hin zur Innenhülle 31 aus, wobei noch hinzukommen kann, daß infolge von Eigenresonanzen der im Übertragungsweg ange regten Bauteile des Unterseebootes 20 Resonanzüberhöhungen eintreten.

Um eine weitere Übertragung dieser Schwingungen auf die Außen hülle 30 zu unterbinden oder zumindest erheblich zu dämpfen, sind die Stützen 32 bis 35 als aktive Dämpfungselemente aus gestattet. Hierzu sind in jeder der Stützen 32 bis 35 ein Detektor 50 und ein Translator 51 in Reihenschaltung angeordnet, wobei der Detektor 50 sich jeweils an der Außenhülle 30 be findet.

Unter "Detektor" soll dabei jedwedes Element verstanden werden, das in der Lage ist, eine Relativbewegung eines bewegten mechanischen Elementes, im vorliegenden Falle also der Innen hülle 31, relativ zur Außenhülle 30 festzustellen. Hierzu können Drucksensoren, aber auch Wegesensoren, wie z.B. Inter ferometer oder dgl. verwendet werden.

Unter "Translator" soll hingegen jedwede Einrichtung verstanden werden, die es gestattet, eine gezielte Stellbewegung in Abhängigkeit von einem Stellsignal zu erzeugen.

In der vergrößerten Darstellung der Fig. 3 sind wiederum der Detektor 50 und der Translator 51 zu erkennen und man erkennt deutlich, daß sowohl der Detektor 50 wie auch der Translator 51 jeweils ein Piezoelement 52 bzw. 53 aufweisen. Das Piezo- Detektorelement 52 ist mit einem Eingang 54 eines Regelver stärkers 55 verbunden, dessen Ausgang 56 an das Piezo-Trans latorelement 53 angeschlossen ist.

Wird nun die Innenhülle 31 durch irgendeine mechanische Bewegung in ihrem Innenraum ausgelenkt, wie dies weiter oben anhand der Pfeile 40 bis 42 erläutert wurde, so erfährt die Innenhülle 31 eine Auslenkung in Achsrichtung der Stütze 34, die in Fig. 3 mit der komplexen Größe gekennzeichnet ist.

Bei einer Masse m ₁ der Außenhülle 30 wird nun infolge der die Bewegung der Außenhülle 30 verursachenden Beschleunigung eine Kraft auf den Detektor 50 ausgeübt, so daß vom Piezo- Detektorelement 52 ein komplexes elektrisches Signal an den Eingang 54 des Regelverstärkers 55 gegeben wird. In Abhängigkeit von der Verstärkung, dem Frequenzgang und der Regelcharakte ristik des Regelverstärkers 55 erzeugt diese an seinem Ausgang 56 ein elektrisches Signal, das dem Piezo-Translatorelement 53 zugeführt wird. Der Translator 51 wird hierdurch zu einer der Bewegung entgegengesetzten Bewegung angeregt, so daß die in Fig. 3 mit der komplexen Größe gekennzeichnete Bewegung der Außenhülle 30 zu Null gemacht oder zumindest weitgehend minimiert wird.

Fig. 4 zeigt den Frequenzgang der Transmission, d.h. des Verhältnisses der Beträge von und über der Frequenz f für eine bestimmte Konfiguration der beteiligten Elemente. In Fig. 4 ist auch die Formel für die Transmission angegeben, wobei m ₁ bereits als Masse der Innenhülle 31 sowie der darin angeordneten Bauteile des Unterseebootes 20 definiert wurde. Der Quotient (δ P/δ l) _D, kennzeichnet die Steifigkeit des Detektors 50, der Quotient (w P/δ l) _T, kennzeichnet die Steifig keit des Translators 57, der Quotient (δ l/w U) kennzeichnet die Empfindlichkeit des Translators 51, der Quotient (δ Q/δ P) kennzeichnet die Empfindlichkeit des Detektors 50, R ₂ ist der Innenwiderstand des Detektors 50, Z ₂ ist die Kapazität des Detektors 50 und die komplexe Größe repräsentiert schließ lich die komplexe Verstärkung des Regelverstärkers 55.

Für einen praktischen Anwendungsfall ergibt sich die in Fig. 4 durchgezogen eingetragene Kurve 60, die für sehr tiefe Fre quenzen einen Betrag 1 der Transmission ausweist, dann jedoch mit einer Zwischenstufe steil abfällt, so daß oberhalb einer Grenzfrequenz f ₁ eine ständig zunehmende Dämpfung von gegen über stattfindet.

Zum Vergleich ist in Fig. 4 gestrichelt eine Kurve 61 ein getragen, in der dieselbe Anordnung mit passiver Dämpfung durchgerechnet wurde. Unter passiver Dämpfung sind dabei Federungen und dgl. zu verstehen. Man erkennt deutlich, daß der Betrag der Transmission im Falle der Kurve 61 noch für mehrere Größenordnungen der logarithmisch aufgetragenen Frequenz f den Betrag 1 annimmt, dann zunächst in die für passiv ge dämpfte Systeme charakteristische Eigenresonanz übergeht und erst dann auf Beträge kleiner als 1 abfällt, um erst bei sehr hohen Frequenzen von mehr als 6 Größenordnungen oberhalb der Grenzfrequenz f ₁ dasselbe Dämpfungsverhalten wie das aktive Dämpfungssystem einzunehmen.

Der Gewinn der erfindungsgemäß verwendeten aktiven Dämpfung (Kurve 60) gegenüber herkömmlichen passiven Dämpfungen (Kur ve 61) wird durch den dazwischenliegenden Bereich 62, der in Fig. 4 schraffiert ist, deutlich.

Durch geeignete Dimensionierung der beteiligten Elemente, insbesondere im Bereich der Stützen 32 bis 35 sowie des Regel verstärkers 55 kann man erreichen, daß der Bereich 62 mit dem Frequenzbereich üblicher bewegter Aggregate an Bord eines Unterseebootes übereinstimmt, vor allem also mit den Drehzahlen der Antriebselemente des Unterseebootes sowie schwerer Hilfs aggregate.

Fig. 5 zeigt schließlich noch eine Variante mit einem fluid ischen aktiven Dämpfungselement.

Mit 70 ist in Fig. 5 eine erste Schwingung größerer Amplitude bezeichnet, also z.B. die Schwingung der Innenhülle 31. Diese Schwingung wird über eine mit 71 symbolisierte erste Stange auf einen Zylinder 72 übertragen, in dem ein Kolben 73 läuft. Zwischen Kolben 73 und Zylinder 72 befindet sich dann ein Druckraum 74. Der Kolben 73 ist seinerseits mit einer zweiten Stange 75 verbunden, die eine zweite Schwingung 76 wesentlich verminderter Amplitude oder gar auf Null kompensierte Amplitude weitergibt, z.B. an die Außenhülle 30.

An den Druckraum 74 ist eine Druckleitung 77 angeschlossen, die zu einer einstellbaren Druckquelle 78 führt. Im Druckraum 74 ist ferner ein Drucksensor 79 angeordnet, der ein dem im Druckraum 74 herrschenden Druck entsprechendes Signal an einen Regler 80 wiedergibt. Der Regler 80 steuert seinerseits die Druckquelle 78, beispielsweise eine Pumpe.

Auch in diesem Falle des fluidischen, beispielsweise pneumati schen oder hydraulischen Dämpfungselementes wird bei Auslenkung der ersten Stange 71 in einer Richtung eine gegenläufige Bewegung der zweiten Stange 75 durch geeignete Messung des Drucks im Druckraum 74 und durch Nachstellung dieses Drucks mittels der einstellbaren Druckquelle 78 erreicht, wie keiner näheren Erläuterung bedarf.

Auch für die Anordnung gemäß Fig. 5 läßt sich über Ersatzschalt bilder eine Formel für die Transmission ermitteln, die der in Fig. 4 dargestellten Formel für den Fall einer aktiven Dämpfung mit Piezo-Elementen entspricht und auch der Frequenzgang der Anordnung gemäß Fig. 5 entspricht demjenigen der Fig. 4.

Die vorliegende Anmeldung hängt zusammen mit den folgenden Anmeldungen desselben Anmelders vom selben Tage und der Offen barungsgehalt jener Anmeldungen wird durch diesen Verweis auch zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gemacht:
Patentanmeldung P .....
"Verfahren zum Beeinflussen einer Schallquelle, ins besondere eines getauchten Unterseebootes und Untersee boot" (Anwaltsaktenzeichen 1206P100)
Patentanmeldung P .....
"Verfahren und Vorrichtung zum Lokalisieren von in wasserhaltiger Umgebung befindlichen protonenarmen Gegenständen, insbesondere zum Orten von Unterseebooten oder Seeminen in einem Meer oder einem Binnengewässer" (Anwaltsaktenzeichen 1206P102
Patentanmeldung P .....
"Unterwasserfahrzeug mit einem passiven optischen Beobachtungssystem" (Anwaltsaktenzeichen 1206P103)
Patentanmeldung P .....
"Verfahren zum Betreiben getauchter Unterseeboote und Unterseeboot" (Anwaltsaktenzeichen 1206P104)
Patentanmeldung P ....
"Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung der Schall emission getauchter Unterseeboote" (Anwaltsaktenzeichen 1206P105)
Patentanmeldung P ....
"Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben getauchter Unterseeboote" (Anwaltsaktenzeichen 1206P106).

Claims

1. Verfahren zur Verminderung der Schallemission getauchter Unterseeboote (20), bei denen im Innenraum bewegte mechanische Elemente auf einem Übertragungsweg Schwingungen an eine Außenhülle (30) abgeben und die Schwingungen auf dem Übertragungsweg gedämpft werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen dadurch aktiv gedämpft werden, daß die Bewegung der mechanischen Elemente relativ zur Außenhülle erfaßt und daß der Bewegung eine gegenläufige Bewegung überlagert wird.

2. Vorrichtung zur Verminderung der Schallemission ge tauchter Unterseeboote (20), bei der Dämpfungsmittel zwischen einem im Innenraum des Unterseebootes (20) bewegten mechanischen Element und einer Außenhülle (30) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel einen Detektor (50) zum Erfassen sowie einen Translator (51) zum Einstellen der relativen Lage des Elementes zur Außenhülle (30) aufweisen, und daß ein Regler (55) zwischen einen Ausgang des Detektors (50) und einen Eingang des Translators (51) geschaltet ist, derart, daß bei einer Änderung der relativen Lage der Translator (51) die relative Lage in gegenläufiger Richtung nachstellt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (50) und der Translator (51) in Reihe in einem Übertragungsweg zwischen dem Element und der Außenhülle (30) angeordnet sind.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (50) ein Sensor zum Erfassen der Kraft ist, die von der seismischen Masse des Elementes infolge der die Bewegung bewirkenden Beschleunigung auf die Außenhülle (30) ausgeübt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (50) ein Piezo-Element aufweist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Translator (51) ein Piezo-Element aufweist.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülle (30) über mindestens drei Stützen (32, 33, 34, 35) mit einer die bewegten Elemente aufnehmenden Innenhülle (31) verbunden ist, und daß die Stützen (32, 33, 34, 35) jeweils mindestens einen Detektor (50) und einen Trans lator (51) aufweisen.