ES2980768T3 - Vehículo sumergible con probabilidad de detección reducida a larga distancia - Google Patents

Vehículo sumergible con probabilidad de detección reducida a larga distancia Download PDF

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Abstract

La presente invención se refiere a un vehículo submarino 10 con probabilidad de detección reducida, en donde el vehículo submarino 10 tiene un casco exterior 50, en donde el vehículo submarino 10 tiene una sección de proa 20, una sección de popa 40 y una sección central 30, en donde el casco exterior 50 de la sección central 30 tiene una sección transversal poligonal transversal a la dirección longitudinal del vehículo submarino 10, en donde el casco exterior 50 de la sección central 30 tiene una curvatura de la sección central a lo largo de la dirección longitudinal del vehículo submarino 10. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Vehículo sumergible con probabilidad de detección reducida a larga distancia
La invención se refiere a un vehículo sumergible, en particular un submarino, cuya forma externa está optimizada para reducir la detectabilidad mediante sonar activo. Esto puede reducir significativamente la distancia a partir de la cual es probable que se detecte el vehículo sumergible.
En la actualidad, los vehículos sumergibles, en particular los submarinos militares, suelen tener una forma básica cilíndrica simplificada en la sección intermedia, con una proa semiesférica y una popa cónica. Esta forma es aerodinámica y sencilla de fabricar como embarcación monocasco o de doble casco.
Hoy en día, el sonar se utiliza sobre todo para detectar submarinos, y la detección se efectúa preferentemente a grandes distancias, por ejemplo 100 km. Esto significa que las ondas sonoras del sonar golpean un vehículo sumergible en un ángulo muy poco profundo paralelo a la superficie del agua. Para evitar la detección, hay que evitar la reflexión de las ondas sonoras, sobre todo hacia el punto donde suelen encontrarse el emisor y el receptor. De esta consideración geométrica se desprende que la detectabilidad a distancia de un vehículo sumergible depende en particular de la reflexión del sonido en un ángulo de ± 20°, especialmente en un ángulo de ± 10°.
A distancias cortas se pueden emplear otras posibilidades de localización, en particular el calor, la emisión acústica y el comportamiento magnético, entre otros, de modo que la detectabilidad suele estar determinada por otros parámetros.
Sin embargo, un cuerpo cilíndrico tiene la propiedad de reflejar una onda prácticamente de forma isótropa vertical y, por tanto, de emitir prácticamente la misma energía en todas las direcciones espaciales verticales. Esto significa que la detección en el rango crítico de ángulos poco profundos no es especialmente reducida.
US 1.500.997 describe un revestimiento en forma de placa de un submarino para reducir su huella.
GB 531 892 A describe un submarino en miniatura accionado eléctricamente.
ES 19625 127 C1 describe un absorbedor acústico para reducir la dimensión del objetivo.
ES 19754333 A1 describe un submarino catamarán.
DE 1196531 A describe un vehículo sumergible con superficie curva.
US 2005/0145159 A1 describe una construcción de casco que tiene una curvatura.
US 4577583 A describe un vehículo sumergible con un casco aerodinámico.
EP 0850830 A2 se describe un submarino con tres cascos de presión.
US 1500997 A se describe un diseño de submarino.
El propósito de la invención es crear un vehículo sumergible que tenga una probabilidad de detección significativamente reducida en condiciones de localización a distancia.
Este problema se resuelve mediante un vehículo sumergible con las características especificadas en la Reivindicación 1. En las reivindicaciones, la siguiente descripción y los dibujos ilustran otras realizaciones recomendables.
Según la invención, el vehículo sumergible con probabilidad de detección reducida tiene un casco exterior. El vehículo sumergible tiene una sección de proa, una de popa y una intermedia. El casco exterior de la sección intermedia tiene una sección poligonal transversal a la dirección longitudinal del vehículo sumergible. Además, el casco exterior de la sección intermedia tiene una curvatura a lo largo de la dirección longitudinal del vehículo sumergible en toda la longitud de la sección intermedia.
La propia sección transversal poligonal se detecta por la reflexión dirigida de una onda de detección en una dirección que se desvía del emisor. Este principio se conoce en la construcción aeronáutica o naval, por ejemplo, en el Sea Shadow. Este ejemplo utilizar grandes superficies planas e inclinadas como reflectores.
Esto tiene la única desventaja de que las reflexiones de orden superior también se producen en otros ángulos y, por lo tanto, puede ser también detectable en un rango de ángulos críticos poco profundos. Además, esta medida por sí sola no es tan eficaz para un submarino como para un avión, por ejemplo, porque un submarino está rodeado de varias interfaces en las que puede producirse una reflexión hacia el transmisor. Estas interfaces son, por ejemplo, principalmente el fondo marino y la superficie del agua, pero también superficies que pueden resultar de la estratificación del agua de mar y comportarse como planos de reflexión.
Para minimizar este problema, en la invención el casco exterior de la sección intermedia tiene una curvatura a lo largo de la dirección longitudinal del vehículo sumergible. Esto hace que se produzcan ambos efectos, reflexión y dispersión. El resultado es que la energía de la onda de detección se puede minimizar significativamente en el rango crítico de ángulos poco profundos. La curvatura del casco exterior de la sección intermedia se prolonga a lo largo de toda la sección intermedia. La curvatura puede tener un radio de variable a lo largo de la longitud, pero el radio de curvatura no debe ser infinito. Esto formaría una superficie plana al menos en un punto, que reflejaría un haz entrante sin dispersión.
La sección intermedia está situada entre la sección de proa y la sección de popa. La sección de proa tiene una longitud del 5 % al 40 %, preferiblemente del 5 % al 30 %, particularmente preferiblemente del 5 % al 20 % de la longitud total del vehículo sumergible, comenzando la sección de proa en la proa del vehículo sumergible. La sección de popa tiene una longitud del 5 % al 40 %, preferiblemente del 5 % al 30 %, particularmente preferiblemente del 5 % al 20 % de la longitud total del vehículo sumergible, comenzando la sección de popa en la popa del vehículo sumergible. Así, la sección intermedia tiene una longitud del 20 % al 90 %, preferiblemente del 40 % al 90 %, particularmente preferible del 60 % al 90 % de la longitud total del vehículo sumergible.
Como resultado, la potencia de la onda reflejada en la dirección de transmisión puede reducirse en un factor de, por ejemplo, 10000 en comparación con un vehículo sumergible cilíndrico convencional. Esto reduce hasta en un orden de magnitud la distancia a la que es probable que se produzca la detección. Así se aumenta considerablemente la libertad de movimiento del vehículo sumergible.
Una sección transversal poligonal puede ser un triángulo o un cuadrilátero, por ejemplo, aunque estos dos polígonos son menos recomendables debido a las escasas opciones de ajuste. Se prefieren los polígonos con 5 a 10 ángulos o lados, y se recomienda que la longitud de los lados sea diferente. Los lados opuestos son preferiblemente de igual longitud por pares.
En una realización ejemplar, que no aparece en las reivindicaciones, la sección transversal poligonal tiene regiones de esquina redondeadas. Esto es recomendable en términos de tecnología de producción e hidrodinámica.
En otra realización de la invención, la sección transversal poligonal tiene un plano de espejo perpendicular al eje longitudinal. Esto quiere decir que el contorno exterior del lado de babor y del lado de estribor son iguales.
En otra realización de la invención, el casco exterior de la sección intermedia tiene una curvatura transversal a la dirección longitudinal del vehículo sumergible en toda la sección transversal a lo largo de la dirección longitudinal de este.
En otra realización de la invención, el casco exterior tiene al menos un primer segmento que constituye una primera sección cónica en la dirección longitudinal del vehículo sumergible o se compone de dos o más secciones cónicas. Un segmento es un área delimitada en su parte superior e inferior por los bordes de la sección transversal poligonal. En la dirección longitudinal, la extensión del segmento está limitada por la extensión de la sección intermedia. La sección cónica es una sección de la superficie lateral de un cono. Los segmentos primero y segundo correspondientes situados en el lado opuesto del sumergible tienen recortes cónicos de imagen especular. Un cono es una figura geométrica definida por su altura y su radio. Por tanto, con un recorte cónico, el radio de curvatura cambia continuamente en ángulo recto con respecto a la dirección longitudinal del vehículo sumergible. Esto también puede ser una sección cónica de un cono inclinado en el que el eje de altura no esté centrado en la base circular.
En otra realización de la invención, el casco exterior tiene al menos un tercer segmento que constituye una tercera sección cónica en la dirección longitudinal del vehículo sumergible al menos por secciones, preferiblemente por completo, en el que la altura o el radio de la tercera sección cónica son diferentes de la altura o el radio de la primera sección cónica.
En otra realización de la invención, el cono de la sección cónica tiene una altura, en la que la relación entre la altura y la longitud del vehículo sumergible está comprendida entre 0,5 y 1000, preferiblemente entre 3,5 y 130, particularmente preferiblemente entre 8,0 y 35.
En otra realización de la invención, el cono de la sección cónica tiene un diámetro en la que la relación entre la altura y la longitud del vehículo sumergible está comprendida entre 2 y 100, preferiblemente entre 6 y 50, particularmente preferiblemente entre 10 y 20.
En otra realización de la invención, el vehículo sumergible tiene una torreta en la sección intermedia. Es especialmente recomendable que la torreta tenga las paredes exteriores inclinadas al menos 10°, especialmente preferible al menos 20°, con respecto a la vertical.
Es especialmente recomendable que la torreta tenga el mismo ángulo que el lado de la sección transversal poligonal adyacente debajo de esta.
Según la invención, la curvatura de la sección intermedia tiene un radio de curvatura, en el que la relación entre el radio de curvatura y la longitud del vehículo sumergible está comprendida entre 5 y 1000, preferentemente entre 10 y 250, particularmente preferente entre 25 y 100.
La curvatura de la sección intermedia no tiene por qué ser constante en toda su longitud. En particular, la curvatura de la sección intermedia puede ser ascendente hacia las secciones adyacentes a la sección de proa o popa, por ejemplo, para crear una transición. La curvatura aumenta preferiblemente en la transición de la sección intermedia a la sección de proa y disminuye en la transición de la sección intermedia a la sección de popa.
Por ejemplo, para un vehículo sumergible con una longitud de 80 m, esto da lugar a una curvatura de la sección intermedia que provoca un aumento de la sección transversal de un círculo imaginario que rodea la sección intermedia en comparación con una forma cilíndrica recta no curva de aproximadamente 0,5 m a 2 m, sin tener en cuenta aquí la torreta ni otras estructuras superpuestas ni accesorios.
En otra realización de la invención, la sección transversal poligonal tiene un punto más ancho situado por debajo o por encima del centro, en el que el centro se define como la mitad de la altura de la sección transversal poligonal.
La desviación de un diseño simétrico permite desviar específicamente una mayor sección de la onda de detección entrante en la misma dirección. Si el punto más ancho está por debajo del centro, la mayor parte se refleja hacia arriba y, por tanto, hacia la superficie del agua. Si el punto más ancho está por encima del centro, la mayor parte se refleja hacia abajo y, por tanto, hacia el fondo del mar. La primera variante es recomendable para la estabilidad del submarino, la segunda para reducir la dimensión del objetivo.
En otra realización de la invención, el punto más ancho de la sección transversal poligonal está dispuesto al menos un 10 %, preferiblemente al menos un 20 % de la mitad de la altura de la sección transversal poligonal por debajo o por encima del centro.
En otra realización de la invención, todos los planos de la sección transversal poligonal tienen una inclinación de al menos 10°, preferiblemente al menos 20°, con respecto a la vertical.
En otra realización de la invención, todos los planos de la sección transversal poligonal tienen una inclinación de 10° a 40° o de 50° a 80° respecto a la vertical. Se deben también evitar los ángulos de 45°, ya que la onda entrante se refleja en la superficie del agua, por ejemplo, y luego se refleja directamente al emisor. Aunque la reflexión múltiple reduce la intensidad, esta sigue siendo significativamente mayor en comparación con otros ángulos.
En otra realización de la invención, el casco exterior tiene propiedades de absorción acústica. Además de la geometría optimizada, el casco exterior puede estar compuesto, contener o estar recubierto de un material que absorba el sonido. Como la absorción nunca puede ser completa, ambos efectos se combinan positivamente.
En otra realización de la invención, el casco exterior es sustancialmente reflectante o absorbente para ondas sonoras en el rango de frecuencias de 100 Hz a 100 kHz, en particular en el rango de 1 kHz a 25 kHz. Dado que el casco exterior puede alojar otras estructuras no optimizadas, la transmisión a través de este debe mantenerse lo más baja posible. La suma de reflectancia, absorbancia y transmitancia es 1 por definición. Se considera que es esencialmente reflectante o absorbente si la reflectancia o transmitancia es de al menos 0,75, preferentemente de al menos 0,9, particularmente preferentemente de al menos 0,95.
Según la invención, el vehículo sumergible tiene un casco de presión esencialmente cilíndrico bajo el casco exterior. En otra realización de la invención, el casco exterior no encierra completamente el casco de presión cilíndrico. El casco de presión forma así el casco exterior en algunas zonas. Esto puede ocurrir en zonas que no sean críticas, por ejemplo, en la parte inferior.
En otra realización de la invención, los sensores, en particular los sensores sonares pasivos o los depósitos de fluido operativo, están dispuestos entre el casco exterior y el casco de presión.
El almacenamiento de combustible incluye todas las formas de bienes de almacenamiento necesarias para el funcionamiento del submarino, por ejemplo depósitos de gasolina o gasóleo, almacenamiento de hidrógeno, por ejemplo en forma de gas comprimido, hidrógeno líquido o hidruro metálico, oxígeno, por ejemplo en forma de gas presurizado o de oxígeno líquido, metanol, etanol, baterías, acumuladores y gas presurizado para turbinas de gas, pero también vehículos sumergibles autónomos o teledirigidos, armas como torpedos o misiles, o señuelos.
En otra realización de la invención, se dispone una hélice al nivel del punto más ancho del exterior.
En otra realización de la invención, el vehículo sumergible es un submarino. El vehículo sumergible es generalmente un vehículo sumergible militar, particularmente preferible un submarino militar.
A continuación, se describe en más detalle el vehículo sumergible según la invención con referencia a las realizaciones mostradas en los dibujos.
Fig. 1 Vista superior de un vehículo sumergible según la invención
Fig. 2 Sección transversal de un primer vehículo sumergible ejemplar
Fig. 3 Sección transversal de un segundo vehículo sumergible ejemplar
Fig. 4 Sección transversal de un tercer vehículo sumergible ejemplar
Fig. 5 Sección transversal de un cuarto vehículo sumergible ejemplar
En la Fig. 1, se muestra una vista superior de un vehículo sumergible 10 con una sección de proa 20, una sección intermedia 30 y una sección de popa 40, en la que el vehículo sumergible tiene un timón 60, aquí un timón transversal, y una hélice 70 en la sección de popa 40. El vehículo sumergible 10 tiene un casco exterior 50, cuya sección intermedia tiene una curvatura en la dirección longitudinal del vehículo sumergible 10, como puede verse en comparación con un casco de presión 80 representado en aras de la simplicidad como un cilindro. En la práctica, el casco de presión 80 también tiene extremos redondeados, preferiblemente semiesféricos, en la proa y la popa, lo que se ha omitido aquí en aras de la simplicidad. El casco de presión 80 tampoco tiene que ocupar toda la longitud. En particular, los cañones de las armas se pueden disponer en la proa.
La Fig. 2 muestra una primera sección transversal ejemplar. El casco exterior 80 tiene una sección transversal hexagonal, el punto más ancho 100 está exactamente a la altura del centro 90, que está formado por el centro del casco de presión cilíndrico 80. Este punto se utiliza aquí y en lo sucesivo como centro según la mitad de la altura de la sección poligonal, ya que estos prácticamente coinciden, pero el punto central es más fácil de representar visualmente. Todas las superficies del casco exterior 50 tienen un ángulo de 30° o 90° respecto a la vertical.
La Fig. 3 muestra una segunda sección transversal ejemplar. El casco exterior 80 tiene una sección transversal hexagonal irregular, con el punto más ancho 100 situado muy por encima del centro 90. De este modo, gran parte de las ondas incidentes se reflejen en el lecho marino, lo que minimiza aún más la probabilidad de detección.
La Fig. 4 muestra una tercera sección transversal ejemplar. El casco exterior 80 tiene una sección transversal hexagonal irregular, con el punto más ancho 100 situado muy por debajo del centro 90. Aunque esto significa que una gran proporción de las olas entrantes se reflejan en la superficie del agua, el centro de gravedad del vehículo sumergible 10 puede situarse más abajo. Esto es ventajoso para la estabilidad del vehículo sumergible 10.
A diferencia de las Fig. 2 a Fig. 4, la Fig. 5 muestra una sección transversal con esquinas redondeadas, que por lo demás es en principio igual a la segunda sección transversal ejemplar de la Fig. 3. Además, los acumuladores de combustible 110 y los sensores de sonar 120 están dispuestos entre el casco exterior 50 y el casco de presión 80.
Todas las secciones transversales mostradas en las Figs. 2 a 5 son simétricas. No es necesario, pero sí recomendable.
Símbolos de referencia
10
Vehículo sumergible
20
Sección de proa
30
Sección intermedia
40
Sección trasera
50
Casco exterior
60
Timón
70
Hélice
80
Casco de presión
90
Centro
100
Punto más ancho
Almacenamiento de combustible
Sensores de sonar

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Vehículo sumergible (10) con probabilidad reducida de detección, donde el vehículo sumergible (10) tiene un casco exterior (50), y el vehículo sumergible (10) incluye una sección de proa (20), una sección de popa (40) y una sección intermedia (30), donde el casco exterior (50) de la sección intermedia (30) tiene un corte transversal poligonal en dirección perpendicular a la longitud del vehículo sumergible (10), donde el casco exterior (50) de la sección intermedia (30) presenta una curvatura a lo largo de la dirección longitudinal del vehículo sumergible (10) a través de toda la longitud de la sección intermedia (30), donde el vehículo sumergible (10) bajo el casco exterior (50) incluye un casco de presión (80) sustancialmente cilíndrico,caracterizado porquela curvatura de la sección intermedia tiene un radio de curvatura, donde la relación entre el radio de curvatura y la longitud del vehículo sumergible (10) está entre 5 y 1000, y donde el corte transversal poligonal tiene de tres a 10 esquinas.
2. Vehículo sumergible (10) según la Reivindicación 1,caracterizado porquela sección transversal poligonal tiene un plano de espejo perpendicular al eje longitudinal.
3. Vehículo sumergible (10) según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizadoporque el casco exterior (50) de la sección intermedia (30) tiene una curvatura transversal a la dirección longitudinal del vehículo sumergible (10) en toda la sección transversal a lo largo de la dirección longitudinal del vehículo sumergible (10).
4. Vehículo sumergible (10) según la Reivindicación 3,caracterizadoporque el casco exterior (50) crea una sección cónica en la dirección longitudinal del vehículo sumergible (10) o está compuesto por dos o más secciones cónicas.
5. Vehículo sumergible (10) según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porqueel vehículo sumergible (10) tiene una torreta en la sección intermedia del submarino (30).
6. Vehículo sumergible (10) según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porquela relación entre el radio de curvatura y la longitud del vehículo sumergible (10) está comprendida entre 10 y 250, particularmente preferida entre 25 y 100.
7. Vehículo sumergible (10) según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porquela sección transversal poligonal tiene un punto más ancho (100) que está dispuesto por debajo o por encima del centro (90), en el que el centro (90) se define como la mitad de la altura de la sección transversal poligonal.
8. Vehículo sumergible (10) según la Reivindicación 7,caracterizado porqueel punto más ancho (100) de la sección transversal poligonal está dispuesto al menos al 10%, preferentemente al menos al 20 % de la mitad de la altura de la sección transversal poligonal por debajo o por encima del centro (90).
9. Vehículo sumergible (10) según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porquetodos los planos de la sección transversal poligonal tienen una inclinación de al menos 10°, preferentemente de al menos 20°, con respecto a la vertical.
10. Vehículo sumergible (10) según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porquetodos los planos de la sección transversal poligonal tienen una inclinación de 10° a 40° o de 50° a 80° con respecto a la vertical.
11. Vehículo sumergible (10) según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porqueel casco exterior (50) tiene propiedades de absorción del sonido.
12. Vehículo sumergible (10) según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porquelos sensores, en particular los sensores sonares pasivos (120), o los acumuladores de combustible (110) están dispuestos entre el casco exterior (50) y el casco de presión (80).
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