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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verhindern der
Erkennung von flachen Aufbauten von Schiffen durch Radar.
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Es
ist bekannt, dass die Bewaffnung von Kriegsschiffen zusätzlich zu
oder anstelle von gewöhnlichen Kanonen
und Torpedos Batterien mit Antischiffsraketen oder Flugabwehrraketen
aufweist. Diese Raketen und ihre Abschussvorrichtungen können sich
als Aufbauten auf dem Schiffsdeck befinden. Da diese Raketenbatterien
dort jedoch verständlicherweise
leicht per Radar entdeckt werden können, ist es vorzuziehen, sie
möglichst
im Inneren des Schiffes vorzusehen.
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In
diesem Fall können
sich die Raketen in vertikalen Schächten unter dem Schiffsdeck
befinden, an deren oberen Enden schwenkbare Abschlusstüren angebracht
sind, die in geschlossenem Zustand, das heißt im inaktiven Zustand der
Raketenbatterien, wenn keine Raketen abgefeuert werden, etwas über das
Schiffsdeck emporragen.
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Im
inaktiven Zustand sind also die Türen der Aufbauten der Raketenbatterien
geschlossen. Außerdem können die
Aufbauten Abzugsschächte
für die
Verbrennungsgase der Triebwerke der Raketen aufweisen. In allen
Fällen
liegen sie sehr flach auf dem Deck und überragen es nur geringfügig. Die
Gesamt-Radarsignatur resultiert daher hauptsächlich aus anderen Aufbauten,
beispielsweise Rumpf, Bug- bzw. Heckaufbauten, Kommandobrücke, Masten,
Antennen, etc.
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Auch
wenn die Radarsignatur der Aufbauten einer solchen Raketenbatterie,
die sich teilweise unter Deck befindet, im inaktiven Zustand relativ
klein ist, wirkt sie sich dennoch ungünstig auf die Gesamt-Radarsignatur
des Schiffes aus.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, den oberen
Teil der Aufbauten solcher Raketenbatterien im inaktiven Zustand
zu verbergen, damit sie die Gesamt-Radarsignatur des Schiffes nicht
beeinträchtigen.
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Daher
zeichnet sich gemäß der Erfindung
die Vorrichtung, die es ermöglicht,
flache Schiffsdeckaufbauten für
elektromagnetische Wellen unortbar zu machen, insbesondere Aufbauten
mit Raketenbatterien im inaktiven Zustand an Bord von Schiffen,
deren Raketen sich in vertikalen Schächten befinden, die teilweise unter
dem Schiffsdeck liegen und an deren oberen Enden schwenkbare Abschlusstüren angebracht
sind, die in geschlossenem Zustand zumindest einen Teil der Aufbauten
bilden, dadurch aus, dass sie Folgendes aufweist:
- – mindestens
sowohl auf der Backbord- als auch auf der Steuerbordseite der Aufbauten
mindestens einen flachen Schirm in Kippstellung, der so ausgebildet
ist, dass er ein ankommendes Strahlenbündel aus elektromagnetischen
Wellen in eine andere Richtung reflektiert als die, aus der es gekommen
ist, wobei die Schirme um eine Höhe über das
Schiffsdeck emporragen, die größer ist
als die Höhe
der Aufbauten, und die Neigung der Schirme so ausgelegt ist, dass
sie sich vom Schiffsdeck weg in Richtung Aufbauten neigen; und
- – ein
Netz, das die elektromagnetischen Wellen reflektiert und über die
Aufbauten gespannt ist.
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Wenn
also ein Radarortungsgerät,
das sich seitlich des Schiffes befindet, ein Strahlenbündel in
Richtung Aufbauten aussendet, kann es das entsprechende reflektierte
Strahlenbündel
nicht empfangen, weil das ankommende Strahlenbündel auf einen der flachen
Schirme oder das Schutznetz trifft.
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Man
wird feststellen, dass die Schirme dank diesem über den Aufbauten gespannten
Netz relativ niedrig ausgebildet sein können. In der Tat werden die
ankommenden Radarstrahlen, die über
die Schirme hinweggehen und auf das Netz treffen, ebenfalls in eine
andere Richtung reflektiert.
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Vorzugsweise
wird das Schutznetz zwischen den freien Kanten der flachen Schirme
in Kippstellung, auf der dem Deck gegenüberliegenden Seite gespannt,
so dass sich das Netz in gleicher Höhe über dem Deck befindet wie die
flachen Schirme in Kippstellung.
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Die
flachen Schirme in Kippstellung und das Netz bilden also eine Schutzumschließung zur
Radarstrahlenabwehr, die die Aufbauten umgibt, so dass sie besonders
schlecht zu orten sind.
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Um
diesen Schutzeffekt durch Umschließung noch zu verstärken, ist
es von Vorteil, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung außer den
flachen Schirmen in Kippstellung backbord und steuerbord zusätzliche ähnliche
flache Schirme in Kippstellung aufweist, die zusammen mit den Schirmen
backbord und steuerbord ein Polyeder bilden, das die Aufbauten umgibt,
wobei das Schutznetz zwischen den freien Kanten aller flachen Schirme
in Kippstellung gespannt wird.
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In
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
dieses Typs weist die Vorrichtung vier flache Schirme in Kippstellung
auf, darunter einen Schirm backbord und einen Schirm steuerbord,
die einen pyramidenstumpfförmigen
Tetraeder formen, der die Aufbauten umgibt.
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Um
zu verhindern, dass ein solcher Entdeckungsschutz das Abfeuern der
Raketen behindert, sieht man außerdem
vor, dass die Höhe
der flachen Schirme in Kippstellung und des Netzes kleiner ist als
die Länge der
schwenkbaren Abschlusstüren,
und dass das Schutznetz von jeder dieser Türen zerrissen werden kann, wenn
sie aus geschlossenen Zustand heraus geöffnet wird. Durch einfaches Öffnen der
Tür reißt also
das Netz und macht den Weg außerhalb
der Schächte
frei, so dass die Raketen augenblicklich abgefeuert werden können.
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Man
wird bemerken, dass das Netz einerseits durch Öffnen der Schachttüren leicht
abzureißen
sein muss. Andererseits muss es jedoch stark genug sein, um dem
Wind und den Sturzwellen standhalten zu können. Man hat festgestellt,
dass es möglich
war, diesen gegensätzlichen
Anforderungen mittels einer Ausführungsform
gerecht zu werden, in der dieses Netz Stahlfäden mit einem maximalen Durchmesser
von 0,4 cm hat.
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Des
Weiteren ist bekannt, dass die Radarortungsgeräte Strahlenbündel aus
elektromagnetischen Wellen aussenden, deren Frequenz im Bereich
von 2 bis 18 Ghz liegt. Daraus folgt, dass die Maschengröße des Netzes
maximal 0,8 cm betragen darf, damit das Netz diese elektromagnetischen
Wellen reflektieren kann. Vorzugsweise wählt man ein Netz mit quadratischen
Maschen, deren maximale Seitenlänge
0,8 cm beträgt.
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Um
die Rollbewegungen des Schiffes zu berücksichtigen, wählt man
außerdem
für die
flachen Schirme in Kippstellung einen Neigungswinkel in Bezug zum
Schiffsdeck von maximal 60°,
wie nachstehend zu sehen ist.
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Aus
den Figuren der Zeichnungen im Anhang ist ersichtlich, wie die Erfindung
ausgeführt
sein kann. Ähnliche
Elemente sind in diesen Figuren mit gleichen Bezugszeichen beschriftet.
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1 ist
eine Draufsicht des Bugs eines Schiffes, das mit einer Raketenbatterie
ausgestattet und durch die erfindungsgemäße Entdeckungsschutzvorrichtung
geschützt
ist.
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2 ist
eine perspektivische Draufsicht der Entdeckungsschutzvorrichtung
von 1 gemäß Pfeil
II besagter Figur.
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3 ist
eine schematische Ansicht der Entdeckungsschutzvorrichtung ähnlich der
aus 2, wobei die Vorrichtung ohne das der Tarnung
dienende Schutznetz gezeigt wird.
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Die 4 und 5 sind
schematische Querschnittsansichten gemäß den Linien IV-IV beziehungsweise
V-V der 3.
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6 veranschaulicht
schematisch das Öffnen
einer Schachttür
der Raketenbatterie, wodurch das der Tarnung dienende Schutznetz
zerreißt.
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7 ist
eine Grundzeichnung, die die Funktionsweise der Entdeckungsschutzvorrichtung
veranschaulicht.
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8 ist
ein Diagramm, das die Änderung
des Reflexionswinkels eines ankommenden Strahlenbündels aus
elektromagnetischen Wellen in Abhängigkeit vom Einfallswinkel
dieses Strahlenbündels
veranschaulicht.
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9 ist
eine vergrößerte Teilansicht
eines Ausführungsbeispiels
des der Tarnung dienenden Schutznetzes der Vorrichtung der Erfindung.
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Das
Schiff 1 mit der Längsachse
X-X, von dem in 1 nur der Bug dargestellt ist,
weist ein Deck 2 und einen Heckaufbau 3 sowie
einen vorderen Artillerieaufbau 4 auf. Zwischen dem Heckaufbau 3 und
dem Artillerieaufbau 4 ist eine Raketenbatterie 5 vorgesehen,
die von einem Rahmen 6 umgeben und von einem Netz 7 (in 1 teilweise
abgerissen) bedeckt ist. Der Rahmen 6 und das Netz 7 sind
in der perspektivischen Ansicht in 2 in größerem Maßstab dargestellt.
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Wie
in den Querschnittsansichten der 4 und 5 zu
sehen ist, weist die Raketenbatterie 5, die sich an Bord
des Schiffes befindet, eine Vielzahl von Raketen 8 auf,
die in vertikalen Schächten 9 unter
dem Deck 2 vorgesehen sind.
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Wenn
keine Raketen abgefeuert werden, bestehen die Aufbauten mit der
Raketenbatterie 5, die sich über dem Deck 2 befinden,
im Wesentlichen aus einer Grundplatte 10, einer Vielzahl
von geschlossenen Türen 11,
von denen jede das obere Ende eines Schachts 9 verschließt, und
Abzügen 12,
die dazu dienen, beim Abfeuern der Raketen 8 die Verbrennungsgase
deren (nicht dargestellten) Triebwerke abzuleiten. Jede Tür 11 ist auf
der Grundplatte 10 um eine Achse 13 drehbar angebracht.
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In
dem in den 1 bis 8 dargestellten
Ausführungsbeispiel
besteht der Rahmen 6 aus vier ebenen Flächen in Kippstellung 14.1 bis 14.4,
die einen Pyramidenstumpf mit einer rechteckigen Basis bilden, der über das
Deck 2 emporragt. Die Höhe
H des Rahmens 6 über
dem Deck 2 ist größer als
die entsprechende Höhe
h der Aufbauten 10, 11 und 12 (bei geschlossenen
Türen 11,
wie in den 3, 4, 5 dargestellt). Der
Rahmen 6 ist mit seiner großen Basis mittels beliebiger
bekannter, hier nicht dargestellter Vorrichtungen am Deck 2 und/oder
an der Grundplatte 10 befestigt. Außerdem ist die Länge L der
Türen 11 größer als
die Höhe
H des Rahmens 6.
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Jede
der Flächen 14.1 bis 14.4,
die beispielsweise in Stahl ausgeführt sind, ist dazu ausgelegt,
die elektromagnetischen Wellen zu reflektieren und bildet einen
flachen Schirm, der über
das Deck 2 emporragt, wobei er mit diesem einen Winkel ϕ bildet.
Die Neigung ϕ der flachen Schirme 14.1 bis 14.4 ist
so ausgelegt, dass sich jeder dieser Schirme den Aufbauten 10, 11 und 12 zuneigt
(und damit den anderen Schirmen, um so die kleine Basis des Pyramidenstumpfes
zu bilden) und vom Deck 2 weggerichtet ist.
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Wie
in 1 zu sehen ist, ist der pyramidenstumpfförmige Rahmen 6 so
angeordnet, dass die flachen Schirme in Kippstellung 14.1 und 14.3 steuerbord
beziehungsweise backbord aufgestellt sind, während sich die flachen Schirme
in Kippstellung 14.2 und 14.4 seitlich befinden.
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Die
kleine Basis des pyramidenstumpfförmigen Rahmens 6,
die von den freien, vom Deck 2 weggeneigten Kanten 15.1 bis 15.4 der
flachen Schirme in Kippstellung 14.1 bis 14.4 gebildet
wird, ist vom Netz 7 abgedeckt, das auf beliebige bekannte
und hier nicht dargestellte Weise befestigt und über die freien Kanten gespannt
ist. Das Netz 7, dessen Höhe über dem Deck 2 im
Wesentlichen gleich der Höhe
H des Rahmens 6 ist, ist aus Metall und so ausgebildet,
dass es elektromagnetische Wellen reflektiert.
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Das
Netz 7 weist einen mechanischen Widerstand auf, der groß genug
ist, um selbsttragend zu sein, aber klein genug ist, um teilweise
von einer Tür 11 abgerissen
werden zu können,
wenn sich diese öffnet,
wie schematisch in 6 veranschaulicht.
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Wenn
also eine Rakete 8 abgeschossen werden muss, wird die entsprechende
Tür 11 geöffnet, wodurch
das Netz 7 gegenüber
des entsprechenden Schachts 9 stellenweise reißen kann,
da die Länge
L der Tür 11 größer ist
als die Höhe
H des Netzes 7. Die Rakete wird gezündet und gelangt durch den
Riss im Netz 7 ins Freie, während die Abgase des Triebwerks
der Rakete durch den zugehörigen
Abzug 12 entweichen, wie in 6 schematisch
mit Pfeilen veranschaulicht.
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In 7 sind
schematisch das Deck 2 des Schiffes 1 und eine
horizontale Referenzebene r-r abgebildet.
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In
Bezug zu dieser horizontalen Referenzebene r-r sind außerdem dargestellt:
- – der
Einfallswinkel I eines von der Seite kommenden Strahlenbündels aus
elektromagnetischen Wellen 19, das auf den flachen Schirm
in Kippstellung 14.3 trifft;
- – der
Reflexionswinkel R des entsprechend reflektierten Strahlenbündels aus
elektromagnetischen Wellen 20;
- – der
Rollwinkel ρ des
Schiffes 1 um seine Achse X-X.
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Außerdem hat
man mit ϕ den Neigungswinkel der flachen Schirme 14.1 bis 14.4 in
Bezug zum Deck 2 bezeichnet.
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Man
kann sich leicht vergewissern, dass die nachstehenden Größen gemäß folgender
Beziehung voneinander abhängen:
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Um
die Hauptkeule der Rückstreuung
der Aufbauten zu berücksichtigen
und davon unabhängig
zu werden, ist es empfehlenswert, vom Winkel R, der durch die Beziehung
(1) bestimmt wird, den Wert der 3/2-maligen Länge LP bei
drei dB der Hauptkeule der Rückstreuung
des flachen Schirms 14.3 abzuziehen. Der Ausdruck (1) ändert sich
somit wie folgt:
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In
einem Ausführungsbeispiel,
in dem der gewählte
Neigungswinkel gleich 60° ist,
wobei der maximale Rollwinkel ρ des
Schiffes 1 5° beträgt und die
Länge LP
bei drei dB gleich 5° ist,
kann der Reflexionswinkel R wie folgt ausgedrückt werden: R = 42,5° – I (3)wie im Diagramm
der 8 veranschaulicht.
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Der
Ausdruck (3) zeigt ganz klar, dass sich der Reflexionswinkel
R bei zunehmendem Einfallswinkel I verkleinert. Damit das reflektierte
Strahlenbündel 20 nicht
zu dem Radargerät
zurückkehrt,
das das ankommende Strahlenbündel 19 aussendet,
das heißt,
damit der Rahmen 6 für
dieses Radargerät
nicht erkennbar ist, muss der Reflexionswinkel R ständig um
eine Mindestsicherheitsspanne größer bleiben
als der Einfallswinkel I.
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Wie
im Diagramm der 8 dargestellt, bleibt der Reflexionswinkel
R größer als
22,5°, wenn
der Einfallswinkel I zwischen 0° und
20° beträgt, wodurch
eine Mindestsicherheitsspanne von 2,5° gewährleistet ist.
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Man
kann also sehen, dass die Aufbauten 10, 11 12 bei
einem Neigungswinkel ϕ gleich 60° für das ankommende Strahlenbündel 19 bis
zu Einfallswinkeln I von 20° nicht
zu erkennen sind.
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Wenn
die Aufbauten auch bei Einfallswinkeln I größer als 20° nicht zu erkennen sein sollen,
muss der Neigungswinkel ϕ gemäß der Beziehung (2)
verkleinert werden.
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Es
ist bekannt, dass das Metallnetz 7, damit es nicht auffällt, Maschen
mit einer maximalen Größe kleiner
als die halbe Mindestwellenlänge
des Frequenzbandes des Radarortungsgeräts haben muss. Gewöhnlich wird
dieses Frequenzband von den Extremwerten 2 und 18 GHz begrenzt.
Man kann daraus also leicht ableiten, dass die maximale Maschengröße höchstens
8 mm betragen darf.
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In 9 ist
ein Ausführungsbeispiel
eines Netzes 7 mit quadratischen Maschen dargestellt, das
aus senkrechten Kettfäden 17 und
Schussfäden 18 gebildet
ist. Selbstverständlich
beträgt
die Seitenlänge
a der quadratischen Maschen wie oben angegeben maximal 8 mm.
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Der
Durchmesser der Stahlfäden 17 und 18,
aus denen das Netz 7 besteht, kann in der Größenordnung
von 3 bis 4 mm liegen, um ein bestimmtes mechanisches Verhalten
(um dem Wind und den Sturzwellen standhalten zu können) zu
gewährleisten
und gleichzeitig das Netz 7 nicht allzu stabil auszubilden,
da es durch die sich öffnenden
Türen 11 zerreißen muss.
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Gegebenenfalls
kann man, wie in 4 dargestellt, zwischen dem
Netz 7 und den Türen 11 starre Streben 16 vorsehen,
um das Abreißen
des Netzes durch die Türen
zu erleichtern.
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In 7 ist
außerdem
ein von der Seite kommendes Strahlenbündel aus elektromagnetischen
Wellen 21 abgebildet, das auf das Netz 7 trifft
und gemäß dem Strahlenbündel 22 von
Letzterem reflektiert wird. Man kann feststellen, dass das reflektierte
Strahlenbündel 22 auf
keinen Fall zum seitlich gelegenen Radarortungsgerät, das das
ankommende Strahlenbündel 21 ausgesandt
hat, zurückkehren
kann.
