WO2012123405A2 - Messeinrichtung für eine maritime beobachtungs- und verteidigungsplattform und plattform - Google Patents

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    • E02B2017/0082—Spudcans, skirts or extended feet

Definitions

  • the invention relates to a device for observation and defense purposes in the marine environment, in particular for the protection of vital facilities at sea or in coastal regions such as wind farms, oil and gas conveyor or Verlade Schaum and the like.
  • the invention relates to a seabed-anchored platform projecting above the sea surface having observation and defense means disposed thereon, and to a method for reversibly installing an observation and defense platform and a measuring device for detecting dynamic movements of the platform.
  • the invention in this case comprises an observation and defense device for a maritime mission, wherein it has a first base element which can be lowered below the water surface to the seabed, furthermore an extended support structure connected to the base element, which in the deployed state rises from the base structure includes a cover structure mounted to the support structure at a movable distance from the base structure and configured to provide stabilizing buoyancy to the device during transport and installation against water floating parts of the device.
  • the invention further comprises a measuring device as a monitoring system for the platform according to the invention, which can detect rotational and translational relative movements of devices installed on the platform, such as radars, sensors and effectors.
  • GB 558,455 A discloses a buoyant structure whose upper part projects beyond the water surface and which has openings for observations as well as for the firing by guns. A lower part lies below the water surface and contains space for ballast tanks, pumping facilities and crew quarters. On the outside stabilizing surfaces are provided, which also support the control of the device.
  • GB 558,484 A also discloses a buoyant structure as a weapon carrier in which the upper, open and projecting over the water surface part carries a rotatable about the vertical axis gun for firing in each direction. Since the If they are located in floating facilities, they are subject to the influence of waves. Thus, a precise aiming and alignment of the weapon is not possible.
  • GB 2 376 442 discloses a self-propelled, militarily usable floating platform from which four stilts penetrating vertically beneath the ground can be lowered hydraulically, so that the platform can be lowered and anchored on the seabed near the coast.
  • the lowerable supports are relatively long and in some cases extend beyond the cover surface during a transport phase and, in particular, in a set-down state. This hampers these supports the panoramic view over deck. It is not possible to use it as an observation and defense platform, as this provides as complete a 360 degree view as possible for sensors and effectors, i. Cannons and / or missiles is required.
  • this self-propelled device is very complex and expensive.
  • Maritime structures are known from WO 99/51821 or US Pat. No. 3,996,754, in which at least one central pillar is provided, which can be lowered down to the seabed via a firmly connected pillar arrangement. It can be a platform for recording of work implements are displaced along the column along the column by means of a drive means such that during a transport phase from the coast to the destination the platform is located near said abutment arrangement. For operation, this platform is moved along the projecting over the sea surface part of the central column so far that it protrudes at least a few meters above the sea surface. These platforms are intended to support equipment for oil or gas production or wind turbines.
  • the platform should be able to carry one or more sensors and effectors and to provide them with a sufficiently stable foundation.
  • the invention is further intended to provide a cost effective and simple method of reversibly anchoring the platform.
  • the platform according to the invention can be installed at its destination without the help of floating cranes or helicopters or the like.
  • the place of destination in the vicinity of the protected facilities such as maritime oil fields, oil production facilities or wind farms also has to be selected depending on the range of installed sensors and defense equipment.
  • the platform can be installed on the seabed and subsequently it is possible to resume this platform and put it back into service at another destination. Also for this repositioning, no floating cranes or helicopters are needed.
  • the platform according to the invention is stable in all states: during the swimming phase to the destination and also during the deployment phase after installation on the seabed.
  • the design of the platform is chosen so that it covers a wide range of Water depths is suitable, for example, for depths between ten to thirty meters, but also for other water depths.
  • the platform and its components are manufactured in facilities on land and at least partially mounted.
  • the final assembly of outriggers, central pillar and main deck will be on the coast in a suitable assembly facility, such as a dry dock, or the platform will be towed into the water after assembly via cranes.
  • a suitable assembly facility such as a dry dock
  • the sensors and effectors of the platform are much more sensitive to mechanical stress than the platform itself, they are air-transportable. Depending on the location of use, it may therefore be useful, for example, to transport the effectors and / or the sensors after setting up the platform by helicopter.
  • FIG. 1 shows schematically a side view (FIG. 1 a) and a top view (FIG. 1 b) of a platform according to the invention in the installed insert configuration
  • Fig. 2 shows schematically a side view (Fig. 2a) and a plan view (Fig. 2b) of
  • FIG. 3b is a sectional view taken along the line A-A of Fig. 3a,
  • Fig. 4b is a sectional view taken along line A-A of Fig. 4a and Fig. 4c is a perspective view of the elevator drive.
  • Fig. 5b shows a typical arrangement of utilities within the upper deck.
  • Fig. 7a to 7f the flow of de-installation phase for the displacement of the platform.
  • FIG. 1 a shows a side view (arrow A of FIG. 1 b) of the platform with a plurality of arms 2, a central column 3, to which the main deck 4 is attached at a variable height.
  • the boom 2 carry in the region of their outer ends receptacle 5 for ballast or height compensation devices.
  • ballast tanks 6 are preferably provided on the level of the boom 2.
  • the platform construction 1 stands with its central column 3 and / or its receptacle 5 on the seabed 7 and the main deck is fixed at a certain height above the mean water level 8.
  • the components are made of seawater-resistant materials such as stainless steels or fiber-reinforced plastics or layer materials.
  • the main deck 4, the central column 3 and the boom 2 with the receptacles 5 are at least partially designed as a hollow body and can be connected via suitable valve and pump units with seawater partially or even be completely filled and the sea water also be let out again, for example via the injection of compressed air.
  • the observation and defense facilities are located on and within the main deck 4. In the main deck 4 and in the central column 3 shelters are provided in attacks on the platform 1 (not shown).
  • FIG. 2 a shows a side view (arrow A of FIG. 2 b) of the platform 1 according to the invention in a transport configuration in which the platform can be towed, for example by one or more tractors (not shown), from a dockyard to the intended site of use.
  • the main deck 4 has been moved along the central column 3 in the vicinity of the lower boom 2 and the level of the individual units with seawater is balanced so that the platform 1 protrudes partially from the sea surface 8.
  • the receptacles 5 are continued as integrated extensions of the arms 2 and the ballast tanks 6 are made circular around the central column 3.
  • the receptacle 5 carry height compensation devices 9, with the help of the ends of the boom 2 can be pushed or lifted from the seabed. It is directly understandable to the person skilled in the art that the cavities mentioned in FIGS. 2 and 3 can also be subdivided several times, as far as this appears advantageous in terms of design and manufacture.
  • Fig. 3a shows the column-distal end of the boom 2 with receptacle 5 according to the embodiment of Fig. 2.
  • the height compensation device 9 and optionally another chamber 10 which is filled with a dietary fiber such as gravel, sand or concrete.
  • this fiber provides the necessary weight to install platform 1 on unprepared seabed of varying density and rigidity.
  • Fig. 3b shows the sectional view along the line A-A of Fig. 3a with the end of the boom 2 and height compensation device 9.
  • This consists of a hydraulic cylinder 1 1, which can push out an extendable punch 12 from the receptacle 5.
  • the punch 12 In the installed state of the platform 1, the punch 12 can be pushed down from the receptacle 5, so that in this case the punch 12 is present with its lower surface on the seabed.
  • the height compensation device is used to compensate for sloping or uneven seabed conditions.
  • FIG. 4a is a sectional view taken along the line BB of FIG. 4b.
  • These drive pinions 14 are driven by electric motors 15.
  • Drive pinion 14 and electric motors 15 are mounted in a unit located within the main deck 4, so that during operation of the electric motors 15, the main deck 4 can be moved relative to the beams 2 along the central column 3.
  • Electric motors 15, drive pinion 14, racks 13 and a corresponding control are basically known from the prior art, so that they will not be explained further here.
  • FIG. 4 b shows a sectional view along the line AA of FIG. 4 a and allows a plan view of the double-walled design of central pillar 3 and main deck 4 including the drive components toothed racks 13, drive pinions 14 and electric motors 15.
  • Fig. 4c is a side view of the drive unit taken along line CC of Fig. 4a.
  • the main deck is arranged around. The drive pinion 14 engage in the rack 13 and thus allow an offset of the main deck along the axis of the central column. 3
  • the lifting mechanism of the main deck 4 is formed with respect to the central column 3 by means of hydraulic lifting cylinders, which are fastened at alternating attachment points to the central column 3 by means of bolts.
  • the platform is repeatedly lifted by a respective lifting height of the cylinders, provisionally fixed to the central column, while the cylinders are retracted and connected to the column at the nearest attachment point.
  • FIG. 5a-b The configuration of the components for observation and defense purposes is shown in Figures 5a-b.
  • the central column 3 pierces the main deck 4 centrally.
  • effectors 16 consisting of guns with optional guided missile launchers.
  • a sensor unit 17 and a Seeradar 18 serve the position detection.
  • the radio mast 19 is operated via a communication unit 20.
  • Generator 21 and ammunition depot 22 supplement the superstructures.
  • the main deck contains hatches 23 and a staircase 24, the levels of the main deck 4 are connected. In the lower level are workshop 25, recreation room for an operating crew 26, warehouse 27 and facilities for energy transformation and energy distribution 28.
  • the effectors 16 sweep the full azimuth and are arranged in the illustrated configuration such that the uncovered solid angle is minimal.
  • the configuration shown in FIGS. 5a-b represents only one possibility for designing the platform 1 according to the invention. It is possible within the scope of this invention to provide further variants and embodiments.
  • the effectors 16 may also be positioned opposite each other with respect to the central axis 3, or more than two effectors may be provided at appropriate locations.
  • the main deck 4 may provide several intermediate decks for accommodating crews, supplies and peripherals.
  • the platform 1 is not dependent on permanently engaged operating personnel, but can be controlled by a remote higher-level command unit, at least for a limited time.
  • Fig. 6 ah shows a sequence of the inventive method for installing the platform 1 on the seabed.
  • the individual steps are supported by the targeted flooding of parts of the overall structure with ballast and in particular with seawater.
  • the flooded parts in each step are dark colored.
  • an inclination of the seabed of 3 ° with respect to the sea level is assumed.
  • Fig. 6a shows the positioning in phase 1.
  • the platform 1 is pulled into position by suitable means, such as one or more tractors.
  • the main deck 4 rests on the arms 2 during transport.
  • Fig. 6b shows in Phase 2 the beginning of the installation, wherein the immersion of the base formed by the three arms is ushered in by the opening of a valve (not shown) on the underside of the central column 3.
  • one or more hydraulic cylinders 11 will extend punch 12 so far that the main deck 4 is oriented horizontally and the inclination of the seabed or ripples, etc. is compensated.
  • the entire base formed by the arms 2 is in phase 7 of FIG. 6g with Water flooded and finally raised in phase 8 of FIG. 6h the main deck 4 to the desired height above sea level.
  • the valves to the inlet of the seawater and for venting are closed.
  • the valves used are known in the art from the prior art. Location and number of valves are re-selected depending on the application.
  • FIG. 7a-f The inventive method for de-installation of the platform 1 from the seabed is shown in Figure 7a-f; it consists essentially of the same steps as shown in Fig. 6 - performed in reverse order.
  • phase 1 of Fig. 7a first, the main deck 4 is unlocked and the valve of the central column 3 is opened. Using the drive unit of racks 13, drive pinion 14 and electric motors 15, the main deck 4 and lowered in phase 2 of Fig. 7b until it rests on the sea surface or partially immersed.
  • Fig. 7c of the phase 3 the valves of the ballast tanks 6 are opened and removed by means of compressed air, the ballast water from the base.
  • the main deck 4 is moved in the direction of the boom 2 in phase 4, FIG.
  • Fig. 7d via the drive unit, so that the platform 1 is released from the seabed and can float freely. Possibly out punch 12 are retracted again.
  • Fig. 7e the main deck above the base of the arms 2 has come to rest.
  • Fig. 7f finally, the remaining water from the central column 3 is pressed out by means of compressed air and finally closed all the valves. The platform 1 is ready for transport.
  • the platform 1 of the invention with its main deck 4 and the central column 3 fundamentally different and significantly expanded mechanical and dynamic requirements.
  • the platform 1 according to the invention is particularly stiff and vibration and torsionally.
  • the platform 1 with its main deck 4 and the central pillar 3 is made particularly solid, because by a high mass, for example, dumpumble technique can be particularly effectively absorbed.
  • the mass of the main deck 4 and the central column 3 are each in the range of 100 tons (one hundred tons) to 800 tons, preferably each in the range of 500 tons, so that the platform a total mass of preferably 1 O00t (one thousand tons) results.
  • stiffening 4 support structures for the suppression of vibrations are provided within the main deck. These structures are formed of passive struts between individual elements of the supporting structure within the main deck 4. Particularly preferably, these struts are arranged so that they are at least partially oriented along the connecting line between the effectors and the central column 3. In a preferred embodiment, the stiffening structures are formed from actively controlled hydraulic cylinders, which are controlled in such a way that they counteract damping of oscillation of the main deck 4.
  • the platform according to the invention to stiffen the mechanical transition between the central column 3 and the main deck 4 and to eliminate an existing and in order to maintain the smooth running of the lifting mechanism formed by racks and gears' tolerated mechanical play.
  • a plurality of connecting bolts are inserted or punched in locking holes, thus eliminating the mechanical play of the drive unit.
  • the electric motors 15 acting on the racks 13 via the drive pinions 14 reach the desired position. tion is not de-energized or switched off, but their moment is suitably maintained. In each case, two drive pinion 14 act on a rack 13. In the interaction of the weight of the main deck 4 with the opposing acting stroke effect of the drive, the mechanical transition is stiffened and the game between the main deck 4 and central column 3 eliminated.
  • the electric motors 15 according to FIG. 4b are driven in opposite directions in such a way that they clamp the respective assigned drive pinion 14, as a result of which the drive clearance is likewise effectively eliminated.
  • a plurality of hydraulic clamps each with a first rotatably mounted end above and / or below the main deck 4 in such a way that they can each be pressed against the central pillar 3 with a second free end, that when pressing the mechanical clearance between the main deck 4 and central column 3 is effectively eliminated.
  • the maritime observation and defense platform 1 is subject to changing weather-related influences of, for example, sunshine, wind, rain or spray, etc. Due to the thermal expansion behavior of the materials used for the platform 1, these weather-related influences lead to changes in lengths, distances and angles on the main deck 4, which are of an order of magnitude which can no longer be neglected for use as an observation and defense platform. Therefore, according to the invention devices are provided which minimize these geometry changes.
  • a coating of basically known materials which has a reflective effect with respect to solar radiation and / or thermal insulation, ie poorer thermal conduction properties than the material used for the platform 1 - metals, usually Steel - has.
  • This layer may be applied by known methods such as spraying or brushing or may also be formed by prefabricated devices such as sheets or films.
  • the support structure lying in the interior of the main deck 4 at least in part, actively and regulated to heat and / or cool, in order to protect the by external weathering.
  • the entire structure of at least the main deck 4 can be cooled to a temperature level which is below the typical operating temperatures in the vicinity of the platform 1.
  • the analysis of the detector signals can be used to directly deduce the vibration behavior of the entire platform level and the sensors and armatures mounted thereon.
  • the light sensor is a sensor which can additionally resolve the point of impact of the light signal.
  • These sensors are known in principle, for example under the name Quadrantendiode.
  • the time-varying light signal at the individual diodes is recorded and transferred to a computing unit. This makes it possible in this embodiment in addition to the dynamic twisting behavior around the beam axis and the vibration behavior to detect each perpendicular to the beam axis.
  • the arithmetic unit creates a dynamic oscillation image of the main deck 4 and transfers this information for further processing to the guns 16 associated gun computers.
  • 4 channels or tubes are provided within the main deck, in which the linearly polarized light signal is protected from the effects of weather.
  • the use of polarization-maintaining optical waveguides is provided.
  • Fig. 8 shows schematically the structure of the measuring device 1000 of the platform monitoring system.
  • a radiation source 100 for example a semiconductor or solid-state laser, emits a radiation beam 200 with a cross-section that deviates from the circular shape, that is to say non-circular.
  • Such sources of light radiation are known in principle as line lasers, their bundle cross sections being able to resemble those of a rectangle or alternatively of an ellipse.
  • the beam 200 is split into two partial beams 201 and 202, wherein the partial beam 202 hits a position-sensitive, flat detector 102.
  • the partial beam 201 strikes a partially transparent mirror 103, which is fixed to the object B.
  • the reflectivity of the mirror 103 is preferably between 40% and 60%, particularly preferably 50%.
  • a first part of the beam 201 impinging on the mirror 103 impinges on the position-sensitive, flat detector 104 on the object B.
  • a second part of the beam 201 is reflected by the partially transmissive mirror 103 and forms the beam 203. This coincides with suitable positioning of the mirror 103 again to the beam splitter 101, which deflects the radiation beam 204 onto a position-sensitive, areal detector 105.
  • Detectors 102, 104 and 105 may be formed, for example, by position sensitive photodiodes or CCD elements.
  • the elements radiation source 100, beam splitters 101 and detectors 102 and 105 are preferably combined in a first unit 1001 fixedly connected to object A.
  • the partially transparent mirror 103 and the detector 104 are preferably combined in a second unit 1002 fixedly connected to object B.
  • the units 1001 and 1002 are sufficiently mechanically stable, have suitable passages or windows for the beam and can be thermally stabilized.
  • the reflection of the beam 203 according to the invention is not parallel to the beam 201.
  • the angle ⁇ between these two bundles is preferably dimensioned by suitable adjustment of the partially reflecting mirror 103 so that this above the expected relative respective angular dynamics of the objects A and B by at least the Solid angle ß and ⁇ is. This ensures that non-parallelism and thus the measurability of the dynamics in the x-direction are maintained even with maximum angular dynamics to be detected.
  • the partial beam 202 is used for automatic self-calibration of the system: If the radiation source 100 changes its position, for example due to mechanical or thermal influences, this causes a change in the signal detected at the detector 102. A line laser 100 displaced with respect to a desired position in the direction y results in a displacement of the signal at the position-sensitive detector 102 along the x-direction. A rotation about an angle ⁇ leads to a signal response rotated by the angle ⁇ at the detector 102. Such changes are automatically detected as a system change and corrected numerically to the zero point of the system in the sense of self-calibration.
  • the measuring device 1000 has the task of measuring the relative translatory (xyz) and rotational ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) movements between two objects A and B. This will be explained below. Relative movements of the object B with respect to the object A in the z and y directions are detected directly by the detector 104. Movements along the x-direction, due to the non-parallelism of the beams 201 and 203, result in an offset of the signal at the detector 105 also along the opposite x-direction. A relative movement about the angle ⁇ is detected directly on the position-sensitive, flat detector 104 due to the non-circular cross-section of the beam 201. A rotation about the angle ⁇ leads to an offset of the signal at the detector 105 in the z direction.
  • a relative movement of the object B with respect to the object A by the angle ⁇ is detected at the detector 105 by an offset in the x-direction.
  • Relative translational movements in the range of less than 1/100 mm as well as rotational movements of less than 1/10 milrad can be detected with the aid of the illustrated measuring device 1000 according to the invention.
  • the measuring device 1000 on the main deck 4 of a maritime observation and defense platform 1 (whereby the main deck 4 can be displaced along the central column 3 by means of a drive device) to control the dynamic translational and rotational movements between objects A and B - for example, sensors 17, 18 and effectors 16 - on the main deck 4 to detect each other.
  • the data is transmitted by a suitable processing unit to the position sensors and actuators of the sensors 17, 18 and effectors 16 on the platform 1 and further processed there.
  • the dynamic deviations are provided for the calculation of correction values of the orientation of the effectors, i. the gun barrels of the installed cannons.

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Abstract

Vorgeschlagen wird eine maritime Beobachtungs- und Verteidigungsplattform (1) mit einer aus einer Anzahl von Auslegern (2) gebildeten Basis, die sich zu einer zentralen Säule (3) hin erstrecken und daran fest verbunden sind sowie einem im Wesentlichen senkrecht zur zentralen Säule (3) orientierten und von dieser durchstoßenem Hauptdeck (4). Das Hauptdeck (4) kann mittels einer Antriebseinrichtung entlang der zentralen Säule (3) verschoben werden kann. Weiterhin wird eine Messeinrichtung (1000) zur Erfassung der relativen translatorischen und rotatorischen Dynamik zwischen zwei voneinander beabstandeten Objekten (A, B) im dreidimensionalen Raum mit einer Strahlungsquelle (100) vorgeschlagen, sowie Verfahren zur Installation und De-Installation der maritimen Beobachtungs- und Verteidigungsplattform (1).

Description

BESCHREIBUNG
Messeinrichtung für eine maritime Beobachtungs- und Verteidigungsplattform und
Plattform
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Beobachtungs- und zu Verteidigungszwecken im maritimen Umfeld, insbesondere zum Schutz vitaler Einrichtungen auf See oder in küstennahen Regionen wie Windparks, Öl- und Gasfördereinrichtung oder -verladeeinrichtungen und dergleichen. Im Besonderen betrifft die Erfindung eine am Meeresgrund verankerbare, über die Meeresoberfläche herausragende Plattform mit darauf angeordneten Beobachtungs- und Verteidigungseinrichtungen sowie ein Verfahren zu reversiblen Installation einer Beobachtungs- und Verteidigungsplattform nach und eine Messeinrichtung zur Detektion der dynamischen Bewegungen der Plattform. Die Erfindung umfasst dabei eine Beobachtungs- und Verteidigungseinrichtung für einen maritimen Einsatz, wobei sie ein erstes Basiselement aufweist, welches unterhalb der Wasseroberfläche auf den Meeresgrund abgesenkt werden kann, weiterhin eine mit dem Basiselement verbundene ausgedehnte Stützstruktur, welche im Einsatzzustand sich nach oben von der Basisstruktur erstreckt, eine an der Stützstruktur in beweglicher Entfernung zur Basisstruktur montierte Deckstruktur, die derart gestaltet ist, dass sie der Einrichtung während des Transports und der Aufstellung einen stabilisierenden Auftrieb gegenüber im Wasser schwimmenden Teilen der Einrichtung geben kann. Die Erfindung umfasst weiterhin eine Messeinrichtung als Überwachungssystem für die erfindungsgemäße Plattform, welche rotatorische und translatorische Relativbewegungen von auf der Plattform installierten Einrichtungen wie Radaren, Sensoren und Effektoren detektieren kann.
Aus dem Stand der Technik sind maritime Verteidigungseinrichtungen grundsätzlich bekannt. So offenbart GB 558,455 A eine schwimmfähige Struktur, deren oberer Teil über die Wasseroberfläche hinausragt und der Öffnungen für Beobachtungen sowie für die Schussabgabe durch Geschütze besitzt. Ein unterer Teil liegt unter der Wasseroberfläche und enthält Raum für Ballasttanks, Pumpeinrichtungen und Mannschaftsquartiere. An der Außenseite sind Stabilisierungsflächen vorgesehen, die auch die Steuerung der Einrichtung unterstützen. GB 558,484 A offenbart ebenfalls eine schwimmfähige Struktur als Waffenträger, bei der der obere, offene und über die Wasseroberfläche hinausragende Teil ein um die senkrechte Achse drehbares Geschütz zur Schussabgabe in jede Richtung trägt. Da die Ge- schütze in schwimmenden Einrichtungen lokalisiert sind, unterliegen sie dadurch dem Ein- fluss des Wellengangs. Somit ist ein präzises Zielen und Ausrichten der Waffe nicht möglich.
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik am Meeresboden reversibel verankerbare Schwimmplattformen bekannt. So offenbart GB 2 376 442 eine militärisch nutzbare Schwimmplattform mit Eigenantrieb, von der vier die Struktur senkrecht durchdringende Stelzen unter dem Boden hydraulisch absenkbar sind, sodass die Plattform in Küstennähe auf dem Meeresgrund abgesetzt und verankert werden kann. Auf Deck sind Helikopterlandeplätze, Kräne, Wohn- und Versorgungscontainer sowie andere Aufbauten vorgesehen. Für einen universellen, militärisch sinnvollen Einsatzbereich sind die absenkbaren Stützen relativ lang und reichen während einer Transportphase sowie insbesondere im abgesetzten Zustand über die Deckoberfläche teilweise hinaus. Damit behindern diese Stützen die Rundumsicht über Deck. Ein Einsatz als Beobachtungs- und Verteidigungsplattform ist nicht möglich, da hierbei eine möglichst vollständige Rundumsicht für Sensoren und Effektoren, d.h. Kanonen und / oder Raketen erforderlich ist. Darüber hinaus ist diese Einrichtung mit eigenem Antrieb sehr komplex und teuer.
Weiterhin sind Plattformen bekannt, die in einer kompakten Geometrie zu einem Einsatzort gebracht und am geplanten Verankerungsort zu einer neuen Geometrie entfaltet werden. So offenbart US 6,564,741 eine schwimmfähige Einheit, an deren Unterseite teleskopartige Stelzen angebracht sind. Am unteren Ende der Stelzen befinden sich jeweils ein oder mehrere Auftriebskörper sowie Körper, die Ballastmaterial tragen können. Während des Transports sind die teleskopartigen Stelzen eingefahren und die Struktur schwimmt mit der oberen Plattform an der Wasseroberfläche. Sobald der Einsatzort erreicht ist, wird die Teleskopstruktur unterhalb der Wasseroberfläche bis zu einer gewünschten Länge herausgefahren und anschließend der Ballast abgeworfen. Dadurch gewinnen die Auftriebskörper an Einfluss und es steigt die obere Plattform auf das gewünschte Niveau oberhalb der Wasseroberfläche an. Diese Struktur wird über Seile mit einer Anzahl von Grundankern fixiert. Obwohl diese Struktur einfach zum Einsatzort zu verbringen und in Betrieb zu nehmen ist, ist sie als schwimmende Struktur Wellengang und Strömung ausgesetzt und damit nicht für einen Einsatz als Beobachtungs- und Verteidigungseinrichtung nutzbar.
Aus der WO 99 /51821 oder der US 3 996 754 sind maritime Strukturen bekannt, bei denen zumindest eine zentrale Säule vorgesehen ist, welche über eine fest verbundene Pfeileranordnung bis auf den Meeresboden absenkbar ist. Dabei kann eine Plattform zur Aufnahme von Arbeitsgerätschaften entlang der zentralen Säule mit Hilfe einer Antriebseinrichtung derart entlang der Säule verschoben werden, dass während einer Transport- bzw. Montagephase von der Küste an den Bestimmungsort die Plattform nahe der genannten Pfeileranordnung lokalisiert ist. Zum Betrieb wird diese Plattform entlang des über die Meeresoberfläche herausragenden Teils der zentralen Säule soweit verschoben, dass sie wenigstens einige Meter über die Meeresoberfläche herausragt. Die genannten Plattformen sind vorgesehen, Einrichtungen für die Öl- bzw. Gasförderung oder Windturbinen zu tragen. Es ist für die mit fünfzig Tonnen Gewicht relativ leichten Strukturen im Stand der Technik nicht vorgesehen, dass sie besonders verwindungssteif sind oder ihre Verwindungsdynamik vermessen werden kann, da es im genannten Einsatzfall unerheblich ist, ob sich beispielsweise das über die Deckoberfläche herausragende Bohrgestänge dynamisch gegen andere Deckaufbauten periodisch bewegt. Daher sind diese genannten Strukturen für den Einsatz als Maritime Beo- bachtungs- oder Verteidigungsplattform nicht nutzbar.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine einfache und kostengünstige Plattform für Beo- bachtungs- und Verteidigungszwecke inklusive einer Messeinrichtung zur Detektion der Plattform-Dynamik bereitzustellen, die von einem Montageort einfach an ihren Einsatzort in Küstennähe verbracht und dort am Meeresboden verankert werden kann. Die Plattform soll geeignet sein, einen oder mehrere Sensoren und Effektoren zu tragen und diesen über den Einsatz eine ausreichend stabile Grundlage zu bieten. Die Erfindung soll weiterhin ein kostengünstiges und einfaches Verfahren zur reversiblen Verankerung der Plattform bereitstellen.
Es ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Plattform ohne Hilfe von Schwimmkränen oder Helikoptern oder dergleichen an ihrem Bestimmungsort installiert werden kann. Der Bestimmungsort in der Nähe der zu schützenden Einrichtungen wie maritimen Ölfeldern, Ölfördereinrichtungen oder Windfarmen ist auch abhängig von der Reichweite der installierten Sensoren und Verteidigungseinrichtungen zu wählen. Die Plattform kann auf dem Meeresgrund installiert werden, wobei es nachfolgend möglich ist, diese Plattform wieder aufzunehmen und an einem anderen Bestimmungsort wieder in Betrieb zu nehmen. Auch für diese Neupositionierung werden keine Schwimmkräne oder Helikopter benötigt. Die erfindungsgemäße Plattform ist stabil in allen Zuständen: während der Schwimmphase hin zum Bestimmungsort und genauso während der Einsatzphase nach Installation auf dem Meeresgrund. Das Design der Plattform ist so gewählt, dass sie über einen großen Bereich von Wassertiefen geeignet ist, beispielsweise für Tiefen zwischen zehn bis dreißig Metern, aber gleichfalls auch für andere Wassertiefen.
Es ist für alle dargestellten Ausführungsformen vorgesehen, dass die Plattform und ihre Komponenten in Einrichtungen an Land hergestellt und zumindest teilweise auch montiert werden. Die Endmontage von Auslegern, zentraler Säule und Hauptdeck erfolgt an der Küste in einer geeigneten Montageeinrichtung, beispielsweise einem Trockendock oder die Plattform wird nach Montage über Kräne in das Wasser bugsiert. Die Sensoren und Effektoren der Plattform sind zwar im Vergleich zur Plattform selbst wesentlich empfindlicher gegen mechanische Belastungen, jedoch sind sie luftverladbar. Je nach Einsatzort kann es daher sinnvoll sein, beispielsweise die Effektoren und / oder die Sensoren nach Aufstellen der Plattform per Helikopter zu transportieren.
Die erfindungsgemäße Plattform weist folgende Vorteile auf:
• sie bietet eine stabile Grundlage für Sensoren und / oder Waffensystemen
• es ist nötigenfalls eine schnelle Relokalisierung der Plattform möglich
• es werden keine speziellen Schiffe für die Installation und Relokalisation benötigt
• der Aufenthaltsraum für Mannschaften ist explosionsgeschützt, des weiteren ist eine Notfallschutzeinrichtung innerhalb der zentralen Säule möglich
• sie ist robust gegenüber asymmetrischen Angriffen aus Speed-Booten oder mit improvised explosive devices (lEDs)
• der Zugang für nicht autorisierte Personen ist eingeschränkt
• maximaler Sicht- und Wirkbereich durch geeignete Anordnung von Sensoren und Effektoren
• Detektion der durch Wind und Wellengang sowie durch meteorologische Einflüsse induzierte Bewegung der Plattform
• Verwendung der gemessenen Plattformdynamik zur Korrektur der Ausrichtung der Sensoren und / oder Effektoren auf der Plattform
Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt: Fig. 1 schematisch eine Seitenansicht (Fig. 1a) und eine Draufsicht (Fig. 1 b) einer erfindungsgemäßen Plattform in der installierten Einsatzkonfiguration,
Fig. 2 schematisch eine Seitenansicht (Fig. 2a) und eine Draufsicht (Fig. 2b) der
Plattform in der Transportkonfiguration,
Fig. 3a einen Detailausschnitt des Höhenausgleichs an den Auslegerenden der Plattform,
Fig. 3b eine Schnittzeichnung entlang der Linie A-A aus Fig. 3a,
Fig. 4a den Höhenantrieb für die Hauptplattform entlang der mittleren Tagesäule,
Fig. 4b eine Schnittzeichnung entlang Linie A-A aus Fig. 4a und Fig. 4c eine perspektivische Ansicht des Höhenantriebs.
Fig. 5a eine typische Anordnung der Komponenten auf dem Oberdeck der Plattform,
Fig. 5b eine typische Anordnung von Versorgungseinrichtungen innerhalb des Oberdecks.
Fig. 6a bis 6h den Ablauf der Installationsphase der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 7a bis 7f den Ablauf der De-Installationsphase zur Versetzung der Plattform.
Fig. 8 den schematischen Aufbau der Messeinrichtung zum Plattform-
Überwachungssystem.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen detailliert erläutert.
Fig. 1 a zeigt eine Seitenansicht (Pfeil A der Fig. 1 b) der Plattform mit mehreren Auslegern 2, einer zentralen Säule 3, an der das Hauptdeck 4 in variabler Höhe befestigt ist. Die Ausleger 2 tragen im Bereich ihrer außen liegenden Enden Aufnahmebehälter 5 für Ballast oder Höhenausgleichseinrichtungen. Mehrere Ballasttanks 6 sind bevorzugt auf der Ebene der Ausleger 2 vorgesehen. Die Plattformkonstruktion 1 steht mit ihrer zentralen Säule 3 und / oder ihrer Aufnahmebehälter 5 auf dem Meeresboden 7 auf und das Hauptdeck wird in einer gewissen Höhe oberhalb des mittleren Wasserstands 8 fixiert. Die Komponenten sind aus meerwasserfesten Materialien wie z.B. Edelstählen oder faserverstärkten Kunststoffen bzw. Schichtmaterialien gefertigt. Insbesondere das Hauptdeck 4, die zentrale Säule 3 sowie die Ausleger 2 mit den Aufnahmebehältern 5 sind zumindest teilweise als Hohlkörper gestaltet und können über geeignete Ventil- und Pumpeinheiten mit Meerwasser teilweise oder auch vollständig befüllt werden und das Meerwasser auch wieder herausgelassen werden, beispielsweise über das Einblasen von Druckluft. Die Einrichtungen zur Beobachtung und Verteidigung sind auf und innerhalb des Hauptdecks 4 untergebracht. Im Hauptdeck 4 sowie in der zentralen Säule 3 sind Schutzräume bei Angriffen auf die Plattform 1 vorgesehen (nicht dargestellt).
Fig. 2a zeigt eine Seitenansicht (Pfeil A der Fig. 2b) der erfindungsgemäßen Plattform 1 in einer Transportkonfiguration, in der die Plattform beispielsweise durch einen oder mehrere Schlepper (nicht dargestellt) von einer Montagewerft zum bestimmungsgemäßen Einsatzort geschleppt werden kann. Dabei ist das Hauptdeck 4 entlang der zentralen Säule 3 in die Nähe der unteren Ausleger 2 heran bewegt worden und der Füllstand der einzelnen Einheiten mit Seewasser ist derart austariert, dass die Plattform 1 teilweise aus der Meeresoberfläche 8 herausragt. In der Ausführungsform nach Fig. 2b sind die Aufnahmebehälter 5 als integrierte Verlängerungen der Ausleger 2 fortgeführt und die Ballasttanks 6 sind zirkulär um die zentrale Säule 3 ausgeführt. Die Aufnahmebehälter 5 tragen Höhenausgleichseinrichtungen 9, mit deren Hilfe die Enden der Ausleger 2 vom Meeresboden abgedrückt bzw. angehoben werden können. Es ist dem Fachmann direkt verständlich, dass die genannten Hohlräume in Fig. 2 und 3 auch mehrfach unterteilt sein können, soweit des konstruktiv und her- stellerseitig vorteilhaft erscheint.
Fig. 3a zeigt das säulenentfernte Ende der Ausleger 2 mit Aufnahmebehälter 5 nach der Ausführungsform aus Fig. 2. Zentral angeordnet ist in dieser Ausführungsform die Höhenausgleichsvorrichtung 9 sowie optional eine weitere Kammer 10, die mit einem Ballaststoff wie Kies, Sand oder Beton gefüllt ist. Dieser Ballaststoff liefert zusätzlich einen Beitrag für das nötige Gewicht, um die Plattform 1 auf unvorbereitetem Meeresboden unterschiedlicher Dichte und Festigkeit zu installieren. Fig. 3b zeigt die Schnittzeichnung entlang der Linie A-A aus Fig. 3a mit dem Ende des Auslegers 2 und Höhenausgleichsvorrichtung 9. Diese besteht aus einem Hydraulikzylinder 1 1 , der einen ausfahrbaren Stempel 12 aus dem Aufnahmebehälter 5 herausdrücken kann. Im installierten Zustand der Plattform 1 kann der Stempel 12 nach unten aus dem Aufnahmebehälter 5 herausgedrückt werden, sodass in diesem Falle der Stempel 12 mit seiner unteren Fläche auf dem Meeresgrund ansteht. Die Höhenausgleichsvorrichtung dient dem Ausgleich von geneigten oder unebenen Meeresbodengegebenheiten.
Anhand der Fig. 4a-c wird der Hubmechanismus des Hauptdecks 4 in Bezug auf die zentrale Säule 3 näher beschrieben. Fig. 4a ist eine Schnittzeichnung entlang der Linie B-B aus Fig. 4b. An der Wand der zentralen Säule 3 sind eine oder mehrere grundsätzlich bekannte Zahnstangen 13 befestigt, in die jeweils ein oder mehrere Antriebsritzel 14 eingreifen. Diese Antriebsritzel 14 werden durch Elektromotoren 15 angetrieben. Antriebsritzel 14 und Elektromotoren 15 sind in einer Einheit montiert, die sich innerhalb des Hauptdecks 4 befindet, sodass bei Betrieb der Elektromotoren 15 das Hauptdeck 4 relativ zu den Auslegern 2 entlang der zentralen Säule 3 bewegt werden kann. Elektromotoren 15, Antriebsritzel 14, Zahnstangen 13 sowie eine entsprechende Steuerung sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, sodass sie hier nicht weiter erläutert werden. Fig. 4b zeigt eine Schnittzeichnung entlang der Linie A-A der Fig. 4a und erlaubt eine Draufsicht auf die doppelwandi- ge Ausführung von zentraler Säule 3 und Hauptdeck 4 inklusive der Antriebskomponenten Zahnstangen 13, Antriebsritzel 14 und Elektromotoren 15. Im Bereich der Antriebsritzel 14 ist ein Spritzschutz 16 gegen Meerwasser vorgesehen. Fig. 4c ist eine Seitenansicht der Antriebseinheit entlang der Linie C-C aus Fig. 4a. Um die zentrale Säule 3 ist das Hauptdeck herum angeordnet. Die Antriebsritzel 14 greifen dabei in die Zahnstange 13 ein und erlauben so einen Versatz des Hauptdecks entlang der Achse der zentralen Säule 3.
In einer alternativen Ausführungsform wird der Hubmechanismus des Hauptdecks 4 in Bezug zu der zentralen Säule 3 mittels hydraulischer Hubzylinder gebildet, welche an wechselnden Befestigungspunkten an der zentralen Säule 3 mittels Bolzen befestigt sind. Die Plattform wird bei dieser Ausführungsform wiederholt um jeweils eine Hubhöhe der Zylinder angehoben, provisorisch an der zentralen Säule fixiert, während die Zylinder wieder eingezogen werden und am nächstgelegenen Befestigungspunkt mit der Säule verbunden werden.
Die Konfiguration der Komponenten für Beobachtungs- und Verteidigungszwecke ist in Fig. 5a-b dargestellt. Die zentrale Säule 3 durchsticht das Hauptdeck 4 zentral. Auf dem oberen Deck sind Effektoren 16 bestehend aus Geschützen mit optionalen Lenkwaffenwerfern positioniert. Eine Sensoreinheit 17 und ein Seeradar 18 dienen der Lageerfassung. Der Funkmast 19 wird über eine Kommunikationseinheit 20 betrieben. Generator 21 und Munitionsdepot 22 ergänzen die Aufbauten. Das Hauptdeck enthält Luken 23 und über eine Treppe 24 sind die Ebenen des Hauptdecks 4 verbunden. In der unteren Ebene sind Werkstatt 25, Aufenthaltsraum für eine Bedienmannschaft 26, Lager 27 sowie Einrichtungen für die Energieumformung und Energieverteilung 28. Weitere nicht dargestellte Komponenten sind vorgesehen, so z.B. weitere Waffensysteme wie Lenkwaffen, Raketen, Torpedos zum Eigenschutz oder weitere Beobachtungseinrichtungen und Sensoren, z.B. akustische Senso- ren oder Einrichtungen zur Aufklärung der Unterwasserlage. Die Effektoren 16 überstreichen den vollen Azimut und sind in der dargestellten Konfiguration derart angeordnet, dass der nicht abgedeckte Raumwinkel minimal ist. Die in Fig. 5a-b gezeigte Konfiguration stellt nur eine Möglichkeit zur Gestaltung der erfindungsgemäßen Plattform 1 dar. Es ist im Rahmen dieser Erfindung möglich, weitere Varianten und Ausführungsformen vorzusehen. So können die Effektoren 16 auch in Bezug auf die zentrale Achse 3 gegenüberliegend positioniert werden oder es sind mehr als zwei Effektoren an geeigneten Stellen vorgesehen. Weiterhin kann das Hauptdeck 4 mehrere Zwischendecks zur Unterbringung von Mannschaften, Nachschub und Peripheriegeräten vorsehen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Plattform 1 nicht auf dauerhaft engagiertes Bedienpersonal angewiesen, sondern kann zumindest für eine begrenzte Zeit von einer entfernten übergeordneten Kommandoeinheit gesteuert werden.
Fig. 6 a-h zeigt eine Sequenz des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Installation der Plattform 1 auf dem Meeresboden. Die einzelnen Schritte werden dabei durch das gezielte Fluten von Teilen der Gesamtstruktur mit Ballast und insbesondere mit Meerwasser unterstützt. Die im jeweiligen Verfahrensschritt gefluteten Teile sind dunkel eingefärbt. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Neigung des Meeresgrunds von 3° gegenüber dem Meeresspiegel angenommen. Fig. 6a zeigt die Positionierung in Phase 1. Die Plattform 1 wird durch geeignete Einrichtungen wie einen oder mehrere Schlepper in Position gezogen. Zur Erhöhung der Stabilität liegt das Hauptdeck 4 während des Transports auf den Auslegern 2 auf. Fig. 6b zeigt mit Phase 2 den Beginn der Installation, wobei das Eintauchen der aus den drei Auslegern gebildeten Basis mit dem Öffnen eines Ventils (nicht dargestellt) an der Unterseite der zentralen Säule 3 eingeläutet wird. Es folgt das Öffnen der Ventile auf der Unterseite der Ballasttanks 6 zum Eintritt von Wasser sowie der Ventile auf der Oberseite der Ballasttanks zum Entweichen von Luft. In dieser Phase wird die Stabilität durch das luftgefüllte Hauptdeck 4 sichergestellt. Zum Halten der Position sind i.a. zwei Schlepper ausreichend. Das Absinken der Basis wird nach Fig. 6c kontrolliert durch das relative Anheben des Hauptdecks gegenüber der Basis über die Zahnstangen 13, Antriebsritzel und Elektromotoren 15, wobei sich zentrale Säule 3 und Ballasttanks 6 weiter mit Meerwasser füllen. In Phase 4 nach Fig. 6d berührt ein erster Teil des Auslegers 2 den Meeresboden 7. Fig. 6e zeigt Phase 5, wonach die Plattform 1 nun vollständig auf dem Meeresboden aufsteht. In der Phase 6 des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Fig. 6f werden ein oder mehrere Hydraulikzylinder 11 Stempel 12 so weit ausfahren, dass das Hauptdeck 4 horizontal ausgerichtet liegt und die Neigung des Meeresbodens oder Welligkeiten etc. ausgeglichen ist. Zur Sicherung der Plattform 1 wird in Phase 7 nach Fig. 6g die gesamte aus den Auslegern 2 gebildete Basis mit Wasser geflutet und schließlich in Phase 8 nach Fig. 6h das Hauptdeck 4 auf die gewünschte Höhe über dem Meeresspiegel angehoben. Die Ventile zum Einlass des Meerwassers sowie zur Entlüftung werden geschlossen. Die verwendeten Ventile sind dem Fachmann grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Ort und Anzahl der Ventile werden je nach Anwendung neu gewählt. Zur weiteren Erhöhung der Stabilität ist es vorgesehen, Teile des in die Plattform 1 eingebrachten Meerwassers durch andere Ballastmaterialien zu ersetzen, beispielsweise Schlamm, Kies oder Beton. Aufgrund des hohen Eigengewichts der Plattform 1 wird dies aber nur bei sehr rauer See vonnöten sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur De-Installation der Plattform 1 vom Meeresgrund wird in Fig. 7a-f dargestellt; es besteht im Wesentlichen aus denselben Schritten wie in Fig. 6 dargestellt - durchgeführt in umgekehrter Reihenfolge. In Phase 1 nach Fig. 7a wird zuerst das Hauptdeck 4 entriegelt und das Ventil der zentralen Säule 3 geöffnet. Mithilfe der Antriebseinheit aus Zahnstangen 13, Antriebsritzel 14 und Elektromotoren 15 wird in Phase 2 nach Fig. 7b das Hauptdeck 4 sowie herabgelassen, bis es auf der Meeresoberfläche aufliegt bzw. teilweise eintaucht. In Fig. 7c der Phase 3 werden die Ventile der Ballasttanks 6 geöffnet und mittels eingepresster Druckluft das Ballastwasser aus der Basis entfernt. Sobald genügend Auftrieb vorhanden ist, wird in Phase 4, Fig. 7d, über die Antriebseinheit das Hauptdeck 4 in Richtung der Ausleger 2 bewegt, sodass die Plattform 1 sich vom Meeresboden löst und frei schwimmen kann. Eventuell herausgefahrene Stempel 12 werden wieder eingezogen. In Phase 5, Fig. 7e, ist das Hauptdeck oberhalb der Basis aus den Auslegern 2 zum Aufliegen gekommen. In Phase 6, Fig. 7f, wird schließlich das verbleibende Wasser aus der zentralen Säule 3 mittels Druckluft herausgepresst und abschließend alle Ventile geschlossen. Die Plattform 1 ist zum Abtransport bereit.
Für die Plattform sind weitere vorteilhafte Ausführungsformen vorgesehen. Diese betreffen die statische und dynamische Stabilität der Plattform 1 und des Hauptdecks 4. Damit eine präzise Bedrohungserfassung und Zielbekämpfung überhaupt möglich ist, muss die absolute Lage im Raum jeder Sensoreinheit 17 und jeder Bewaffnungseinheit 16 mit hoher Präzision für sich allein und auch relativ zu den anderen Komponenten eines Plattform Systems für (möglichst) jeden Zeitpunkt einer Überwachung und für jeden Zeitpunkt einer Bedrohungsbekämpfung bekannt sein. Gleichzeitig ist das dynamische Verhalten der Komponenten aufzuzeigen, etwa Schwingungen, die durch das Abfeuern einer Waffe oder die Bewegung der Kanone während der Zielverfolgung in die Plattform induziert werden. Gleichzeitig müssen die von außen in die Plattform eingetragenen Veränderungen aus der Normlage erfasst wer- den, etwa Verformungen durch inhomogene Sonneneinstrahlung über den Verlauf eines Tages oder bei Wolkenzug hinweg oder durch Winddruck und Wellengang.
Gegenüber bekannten Plattformen mit verschiebbaren Hauptdecks aus dem Stand der Technik für die Öl- oder Gasexploration erfüllt die erfindungsgemäße Plattform 1 mit ihrem Hauptdeck 4 und der zentralen Säule 3 grundlegend andere und deutlich erweiterte mechanische und dynamische Anforderungen. So ist die erfindungsgemäße Plattform 1 besonders steif und schwingungs- sowie verwindungsarm. Dazu ist die Plattform 1 mit ihrem Hauptdeck 4 und der zentralen Säule 3 besonders massiv ausgestaltet, denn durch eine hohe Masse können beispielsweise RückStoßkräfte besonders effektiv aufgenommen werden. Die Masse des Hauptdecks 4 und der zentralen Säule 3 liegen dazu jeweils im Bereich von 100t (einhundert Tonnen) bis 800t, bevorzugt jeweils im Bereich von 500t, sodass sich für die Plattform eine Gesamtmasse von bevorzugt 1 O00t (eintausend Tonnen) ergibt.
Zur Versteifung sind innerhalb des Hauptdecks 4 Stützstrukturen zur Unterdrückung von Schwingungen vorgesehen. Diese Strukturen werden gebildet aus passiven Verstrebungen zwischen einzelnen Elementen der tragenden Struktur innerhalb des Hauptdecks 4. Besonders bevorzugt sind diese Verstrebungen so angeordnet, dass sie zumindest teilweise entlang der Verbindungslinie zwischen den Effektoren und der zentralen Säule 3 orientiert sind. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Versteifungsstrukturen gebildet aus aktiv gesteuerten Hydraulikzylindern, die derart angesteuert werden, dass sie einer Schwingung des Hauptdecks 4 dämpfend entgegenwirken.
Weiterhin ist bei der erfindungsgemäßen Plattform vorgesehen, den mechanischen Übergang zwischen der zentralen Säule 3 und dem Hauptdeck 4 zu versteifen und ein vorhandenes und zwecks Erhaltung der Leichtgängigkeit des aus Zahnstangen und Zahnrädern gebildeten Hubmechanismus' tolerierte mechanische Spiel zu eliminieren. Dazu werden bei Erreichen einer gewünschten Position des Hauptdecks 4 in Bezug auf die Höhe der zentralen Säule 3 mehrere Verbindungsbolzen in Verriegelungslöcher eingeführt oder eingeschlagen und so das mechanische Spiel der Antriebseinheit eliminiert.
In einer weiteren Ausführungsform nach Fig. 4a-c werden zur Stabilisierung des mechanischen Übergangs zwischen Hauptdeck 4 und zentraler Säule 3 die über die Antriebsritzel 14 in die Zahnstangen 13 einwirkenden Elektromotoren 15 bei Erreichen der gewünschten Posi- tion nicht stromlos bzw. abgeschaltet, sondern ihr Moment wird geeignet beibehalten. Jeweils zwei Antriebsritzel 14 wirken dabei auf eine Zahnstange 13. Im Zusammenspiel der Gewichtskraft des Hauptdecks 4 mit der entgegengesetzt wirkenden Hubwirkung des Antriebs wird der mechanische Übergang versteift und das Spiel zwischen Hauptdeck 4 und zentraler Säule 3 eliminiert. In einer weiteren Ausführungsform werden die Elektromotoren 15 nach Fig. 4b so gegenläufig angesteuert, dass sie das jeweils zugeordnete Antriebsritzel 14 verspannen, wodurch das Antriebsspiel ebenfalls wirksam eliminiert wird.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Plattform ist vorgesehen, mehrere hydraulische Klemmen jeweils mit einem ersten drehbar gelagerten Ende oberhalb und / oder unterhalb des Hauptdecks 4 so zu positionieren, dass sie jeweils mit einem zweiten freien Ende so gegen die zentrale Säule 3 anpressbar sind, dass beim Anpressen das mechanische Spiel zwischen Hauptdeck 4 und zentraler Säule 3 wirksam eliminiert wird.
In der Plattform 1 ist weiterhin vorgesehen, die Auswirkungen thermischer Einflüsse zu minimieren. Die maritime Beobachtungs- und Verteidigungsplattform 1 ist sich verändernden witterungsbedingten Einflüssen von beispielsweise Sonneneinstrahlung, Wind, Regen oder Gischt etc. ausgesetzt. Aufgrund des thermischen Ausdehnungsverhaltens der für die Plattform 1 verwendeten Materialien führen diese witterungsbedingten Einflüsse zu Veränderungen von Längen, Abständen und Wnkeln auf dem Hauptdeck 4, welche in einer Größenordnung liegen, die für die Anwendung als Beobachtungs- und Verteidigungsplattform nicht mehr vernachlässigt werden kann. Daher sind erfindungsgemäß Einrichtungen vorgesehen, die diese Geometrieänderungen minimieren.
Dazu ist vorgesehen, wenigstens auf Teilen der Außenfläche der Plattform 1 eine Beschich- tung aus grundsätzlich bekannten Materialien vorzunehmen, welche reflektierend in Bezug auf Sonneneinstrahlung und / oder thermisch isolierend wirkt, also schlechtere Wärmeleiteigenschaften als das für die Plattform 1 verwendete Material - Metalle, meist Stahl - aufweist. Diese Schicht kann durch bekannte Verfahren wie sprühen oder streichen aufgebracht werden oder auch durch vorgefertigte Einrichtungen wie Platten oder Folien gebildet sein.
Weiterhin ist vorgesehen, die im Innern des Hauptdecks 4 liegende Stützstruktur zumindest in Teilen aktiv und geregelt zu heizen und / oder zu kühlen, um die durch äußere witterungs- bedingte Einflüsse hervorgerufene Längendehnung bzw. Längenschrumpfung zu kompensieren. Dabei ist es besonders vorteilhaft, die gesamte Struktur zumindest des Hauptdecks 4 auf ein Temperaturniveau zu heizen, welches über den typischen Einsatztemperaturen in der Umgebung der Plattform 1 liegt. Alternativ kann die gesamte Struktur zumindest des Hauptdecks 4 auf ein Temperaturniveau gekühlt werden, welches unter den typischen Einsatztemperaturen in der Umgebung der Plattform 1 liegt. Dazu ist vorgesehen, Rohre oder Schläuche, die mit einer temperierten Flüssigkeit befüllbar sind, im Innern des Hauptdecks 4 in für einen Fachmann grundsätzlich bekannter Weise so zu positionieren, dass sie im thermischen Kontakt mit den Stütz- und Flächenstrukturen stehen und ein Wärmeaustausch zwischen der temperierten Flüssigkeit (z.B. Wasser) und den Strukturen des Hauptdecks 4 erfolgen kann. In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, Verdrehungen und Verwindungen des Hauptdecks 4 direkt zu detektieren. Dazu wird zwischen geeigneten Referenzpunkten beispielsweise in der Nähe der äußeren Ecken ein richtungsbezogenes Vektorsignal (beispielsweise senkrecht zur Ebene des Hauptdecks) ausgetauscht. Dies kann beispielsweise durch die Aussendung von linear polarisiertem Licht von einem Referenzpunkt zu einem zweiten Referenzpunkt geschehen. Zwischen dem ersten, aussendenden Referenzpunkt und dem zweiten, empfangenden Referenzpunkt ist eine Messeinrichtung für die relative Verdrehung des zweiten Referenzpunktes um die Verbindungslinie der Referenzpunkte vorgesehen. Dies kann in einer bevorzugten Ausführungsform durch einen Polarisationsfilter und einem nachfolgend geschalteten Detektor erfolgen. Sofern sich aufgrund einer Plattformverwindung die Richtung einer Senkrechten zwischen den beiden Referenzpunkten verändert, wird das linear polarisierte Licht bei Durchtritt durch den Polarisationsfilter in bekannter Weise in Abhängigkeit vom Verdrehungswinkel abgeschwächt und diese Ab- schwächung wird nachfolgend durch den Detektor ermittelt. Bei Analyse der Größe der Ab- schwächung sowie deren zeitlichen Verlauf kann direkt auf das Verwindungsverhalten der Plattformebene zwischen den Referenzpunkten geschlossen werden. Sofern mehrere Referenzstrecken auf der Plattformebene - bevorzugt nicht parallel zueinander - gewählt werden, kann durch die Analyse der Detektorsignale direkt auf das Schwingungsverhalten der gesamten Plattformebene und den darauf montieren Sensoren und Bewaffnungen geschlossen werden.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der zuvor genannten Einrichtung ist der Lichtsensor ein Sensor, der zusätzlich den Auftreffpunkt des Lichtsignals auflösen kann. Diese Sensoren sind grundsätzlich bekannt, beispielsweise unter der Bezeichnung Quadrantendiode. Das zeitlich veränderliche Lichtsignal an den einzelnen Dioden wird aufgezeichnet und an eine Recheneinheit übergeben. Damit ist es bei dieser Ausführungsform möglich, zusätzlich zum dynamischen Verwindungsverhalten um die Strahlachse herum auch das Schwingungsverhalten jeweils senkrecht um die Strahlachse zu detektieren. Die Recheneinheit erstellt ein dynamisches Schwingungsbild des Hauptdecks 4 und übergibt diese Informationen zur Weiterverarbeitung an die den Geschützen 16 zugeordneten Geschützrechnern.
In einer Ausführungsform sind innerhalb des Hauptdecks 4 Kanäle oder Röhren vorgesehen, in denen das linear polarisierte Lichtsignal vor Witterungseinflüssen geschützt geführt wird. In einer weiteren Ausführungsform ist die Verwendung von polarisationserhaltenden Lichtwellenleitern vorgesehen.
Fig. 8 zeigt schematisch den Aufbau der Messeinrichtung 1000 des Plattform- Überwachungssystems. Zur Erläuterung der Funktionsweise ist ein rechtwinkliges Koordinatensystem mit drei Achsen x-y-z eingezeichnet. Die Rotationswinkel um diese Achsen sind jeweils mit α, ß, γ bezeichnet. Eine Strahlungsquelle 100, beispielsweise ein Halbleiter- oder Festkörperlaser, emittiert ein Strahlenbündel 200 mit von der Kreisform abweichendem, also nicht-zirkularem Querschnitt. Derartige Lichtstrahlungsquellen sind als Linienlaser grundsätzlich bekannt, wobei deren Bündelquerschnitte denen eines Rechtecks oder alternativ einer Ellipse ähneln können. Durch einen Strahlteiler 101 wird das Strahlenbündel 200 in zwei Teilstrahlenbündel 201 und 202 aufgeteilt, wobei das Teilstrahlenbündel 202 auf einen positionsempfindlichen, flächigen Detektor 102 trifft. Das Teilstrahlenbündel 201 trifft auf einen teildurchlässigen Spiegel 103, welcher am Objekt B befestigt ist. Die Reflektivität des Spiegels 103 liegt bevorzugt zwischen 40% und 60%, besonders bevorzugt bei 50%. Ein erster Teil des auf den Spiegel 103 treffenden Strahlenbündels 201 trifft auf den positionsempfindlichen, flächigen Detektor 104 am Objekt B. Ein zweiter Teil des Strahlenbündels 201 wird durch den teildurchlässigen Spiegel 103 reflektiert und bildet das Strahlenbündel 203. Dieses trifft bei geeigneter Positionierung des Spiegels 103 wieder auf den Strahlteiler 101 , welcher das Strahlenbündel 204 auf einen positionsempfindlichen, flächigen Detektor 105 umlenkt. Detektoren 102, 104 und 105 können gebildet werden beispielsweise durch positionsempfindliche Fotodioden oder CCD-Elemente.
Bevorzugt sind die Elemente Strahlungsquelle 100, Strahlteiler 101 sowie Detektoren 102 und 105 in einer fest mit Objekt A verbundenen ersten Einheit 1001 zusammengefasst. Bevorzugt sind der teildurchlässige Spiegel 103 und der Detektor 104 in einer fest mit Objekt B verbundenen zweiten Einheit 1002 zusammengefasst. Die Einheiten 1001 und 1002 sind ausreichend mechanisch stabil, besitzen geeignete Durchgänge bzw. Fenster für die Strahlenbündel und können thermisch stabilisiert werden.
Die Reflexion des Strahlenbündels 203 erfolgt erfindungsgemäß nicht parallel zum Strahlenbündel 201. Der Winkel ε zwischen diesen beiden Bündeln ist durch geeignete Justage des teildurchlässigen Spiegels 103 bevorzugt so groß zu bemessen, dass dieser oberhalb der erwarteten relativen jeweiligen Winkeldynamik der Objekte A und B um zumindest die Raumwinkel ß und γ liegt. Damit wird gewährleistet, dass auch bei maximaler zu erfassender Winkeldynamik eine Nichtparallelität und damit die Messbarkeit der Dynamik in x-Richtung erhalten bleibt.
Das Teilstrahlenbündel 202 dient der automatischen Selbsteichung des Systems: Ändert die Strahlungsquelle 100 beispielsweise durch mechanische oder thermische Einflüsse seine Position, so bedingt dies eine Änderung des am Detektor 102 detektierten Signals. Ein in Bezug auf eine Sollposition in Richtung y verschobener Linienlaser 100 führt zu einer Verschiebung des Signals am positionsempfindlichen Detektor 102 entlang der x-Richtung. Eine Verdrehung um einen Wnkel α führt am Detektor 102 zu einer um den Winkel ß verdrehten Signalantwort. Derartige Änderungen werden automatisch als Systemänderung erkannt und numerisch zum Nullpunkt des Systems im Sinne einer Selbsteichung korrigiert.
Die Messeinrichtung 1000 hat die Aufgabe, die relativen translatorischen (x-y-z) sowie rotatorischen (α, ß, γ ) Bewegungen zwischen zwei Objekten A und B zu messen. Dies wird nachfolgend erläutert. Relative Bewegungen des Objekts B in Bezug auf das Objekt A in z- sowie in y-Richtung werden vom Detektor 104 direkt erkannt. Bewegungen entlang der x- Richtung führen aufgrund der Nichtparallelität der Strahlenbündel 201 und 203 zu einem Versatz des Signals am Detektor 105 ebenfalls entlang der entgegengesetzten x-Richtung. Eine relative Bewegung um den Winkel α wird aufgrund des nicht-zirkularen Querschnitts des Strahlenbündels 201 direkt am positionsempfindlichen, flächigen Detektor 104 erkannt. Eine Rotation um den Winkel ß führt zu einem Versatz des Signals am Detektor 105 in z- Richtung. Eine relative Bewegung des Objekts B in Bezug auf Objekt A um den Winkel γ wird am Detektor 105 durch einen Versatz in x-Richtung erfasst. Mit Hilfe der dargestellten erfindungsgemäßen Messeinrichtung 1000 des Überwachungssystems können relative translatorische Bewegungen im Bereich von weniger als 1/100 mm sowie rotatorische Bewegungen von weniger als 1/10 milrad erfasst werden.
Es ist vorgesehen, die Messeinrichtung 1000 auf dem Hauptdeck 4 einer maritimen Beo- bachtungs- und Verteidigungsplattform 1 einzusetzen (wobei das Hauptdeck 4 vermittels einer Antriebseinrichtung entlang der zentralen Säule 3 verschoben werden kann), um die dynamischen translatorischen und rotatorischen Bewegungen zwischen Objekten A und B - beispielsweise Sensoren 17, 18 und Effektoren 16 - auf dem Hauptdeck 4 zueinander zu detektieren. Die Daten werden durch eine geeignete Verarbeitungseinheit an die Positionssensoren und Aktoren der Sensoren 17, 18 und Effektoren 16 auf dem der Plattform 1 übertragen und dort weiter verarbeitet. Insbesondere ist erfindungsgemäß vorgesehen, die dynamischen Abweichungen für die Berechnung von Korrekturwerten der der Ausrichtung der Effektoren, d.h. der Waffenrohre der installierten Kanonen, zu verwenden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Messeinrichtung (1000) zur Erfassung der relativen translatorischen und rotatorischen Dynamik zwischen zwei voneinander beabstandeten Objekten (A, B) im dreidimensionalen Raum mit einer Strahlungsquelle (100), die fest mit dem ersten Objekt (A) verbunden ist, und aus der ein Strahlenbündel (200, 201) emittierbar ist, welches durch einen mit dem zweiten Objekt (B) verbundenen teildurchlässigen Spiegel (103) einen mit dem zweiten Objekt (B) verbundenen ersten positionsempfindlichen Detektor (104) beleuchten kann und das durch den teildurchlässigen Spiegel (103) reflektierbare Strahlenbündel (203, 204) einen mit dem ersten Objekt (A) verbundenen zweiten positionsempfindlichen Detektor (105) beleuchten kann dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (ε) zwischen dem auf den teildurchlässigen Spiegel (103) einfallenden Strahlenbündel (201) und dem reflektierten Strahlenbündel (203) zumindest in der Normlage der beiden Objekte (A, B) zueinander größer ist als die zu erfassende relative Winkeldynamik der beiden Objekte (A, B) um die jeweiligen Raumwinkel (α, ß, γ) und der Querschnitt des von der Strahlungsquelle (100) emittierbaren Strahlenbündels (200, 201) eine von der Kreisform abweichende Form aufweist.
2. Messeinrichtung (1000) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass vom Strahlenbündel (200) mittels eines mit dem ersten Objekt (A) verbunden Strahlteilers (101) ein Strahlenbündel (202) abgetrennt und auf einen dritten, mit dem ersten Objekt (A) verbundenen, positionsempfindlichen Detektor (102) abgelenkt werden kann.
3. Messeinrichtung (1000) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (100) durch einen Linienlaser gebildet wird.
4. Maritime Beobachtungs- und Verteidigungsplattform (1) mit einer aus einer Anzahl von Auslegern (2) gebildeten Basis, die sich zu einer zentralen Säule (3) hin erstrecken und daran fest verbunden sind sowie einem im Wesentlichen senkrecht zur zentralen Säule (3) orientierten und von dieser durchstoßenem Hauptdeck (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptdeck (4) vermittels einer Antriebseinrichtung entlang der zentralen Säule (3) verschoben werden kann.
5. Maritime Beobachtungs- und Verteidigungsplattform (1) nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung zumindest eine an der zentralen Säule (3) befestigte Zahnstange umfasst, in die zumindest ein Antriebsritzel (14) eingreift, welches von zumindest einem Motor (15) angetrieben ist und mit diesem am Hauptdeck (4) montiert ist.
6. Maritime Beobachtungs- und Verteidigungsplattform (1) nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ballasttank (6) in der Ebene der Ausleger (2) vorgesehen ist, wobei der Ballasttank (6) mit Ventilen ausgestattet ist, über welche der Ballasttank (6) Meerwasser oder Luft aufnehmen, halten und abgeben kann.
7. Maritime Beobachtungs- und Verteidigungsplattform (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Teile der Ausleger (2) und der zentralen Säule (3) als Hohlkörper ausgebildet sind, wobei sie mit Ventilen ausgestattet sind, über welche der der Ausleger (2) und die zentrale Säule (3) Meerwasser oder Luft aufnehmen, halten und abgeben können.
8. Maritime Beobachtungs- und Verteidigungsplattform (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Ausleger (2) im Bereich der zentralen Säule (3) abgewandten Seite Höhenausgleichseinrichtungen (9) umfassen, welche aus einem Hydraulikzylinder (11) und aus einem ausfahrbaren Stempel (12) bestehen und wobei der Stempel (12) derart orientiert ist, dass er im installierten Zustand der Plattform (1) auf den Meeresboden unterhalb der Ausleger (2) drücken kann.
9. Maritime Beobachtungs- und Verteidigungsplattform (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Effektoren (16) und Sensoren (17, 18) zumindest teilweise auf der im installierten Zustand oberen Seite des Hauptdecks (4) angeordnet sind.
10. Maritime Beobachtungs- und Verteidigungsplattform (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest auf Teilen des Hauptdecks (4) und / oder der zentralen Säule (3) ein sonneneinstrahlungsreflektierender und / oder thermisch isolierender Überzug aufgebracht ist.
1 1. Maritime Beobachtungs- und Verteidigungsplattform (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptdeck (4) homogen auf eine Temperatur geheizt werden kann, die oberhalb der üblichen Umgebungstemperaturen am Einsatzort der Plattform (1) liegt.
12. Maritime Beobachtungs- und Verteidigungsplattform (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptdeck (4) auf eine Temperatur gekühlt werden kann, die unterhalb der üblichen Umgebungstemperaturen am Einsatzort der Plattform (1) liegt.
13. Maritime Beobachtungs- und Verteidigungsplattform (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Hauptdeck (4) zumindest eine Messeinrichtung (1000) zur Detektion der translatorischen und rotatorischen Dynamik zwischen zwei Objekten (A, B) auf dem Hauptdeck (4) vorgesehen ist.
H. Verfahren zur Installation der maritimen Beobachtungs- und Verteidigungsplattform (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass die zu Beginn überwiegend luftgefüllten Ballasttanks (6) und die zentrale Säule (3) mit Meerwasser gefüllt werden und gleichzeitig das Hauptdeck (4) von einer ersten Position in der Nähe der Ausleger (2) derart wegbewegt wird, dass das Hauptdeck (4) mit seiner Oberseite über die Meeresoberfläche herausragt.
15. Verfahren zur Installation einer maritimen Beobachtungs- und Verteidigungsplattform (1) nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen des Meeresbodens durch die Ausleger (2) die Stempel (12) der Höhenausgleichsvorrichtung (9) derart ausgefahren werden, dass die zentrale Säule (3) eine lotrechte Position einnimmt.
16. Verfahren zur Installation einer maritimen Beobachtungs- und Verteidigungsplattform (1) nach Anspruch 13 oder 14 dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptdeck (4) auf eine bestimmte Höhe oberhalb des mittleren Meeresspiegels angehoben wird.
17. Verfahren zur De-Installation einer maritimen Beobachtungs- und Verteidigungsplattform (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 13 umfassend die folgenden Schritte: (i) Herabsenken des Hauptdecks (4) bis zum Aufliegen auf der Meeresoberfläche, (ii) Entfernen des Wassers aus den Ballasttanks (6) und Auslegern (2) unter gleichzeitiger Bewegung des Hauptdecks (4) entlang der zentralen Säule (3) hin zu den Auslegern derart, dass das Hauptdeck auf der Wasseroberfläche liegen bleibt und sich die Ausleger (2) vom Meeresboden heben, sowie (iii) Entfernen des Wassers aus der zentralen Säule (3).
18. Verfahren zur De-Installation einer maritimen Beobachtungs- und Verteidigungsplattform (1) nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass diejenigen der Stempel (12), die ausgefahren waren, eingezogen werden.
19. Verwendung einer Messeinrichtung (1000) aus einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Detektion der relativen Dynamik zwischen zwei Objekten (A, B) im Raum auf dem Hauptdeck (4) einer Plattform (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 13.
20. Verwendung einer Messeinrichtung (1000) nach Anspruch 19, wobei die Objekte (A, B) durch Sensoren (17, 18) und / oder Effektoren (16) gebildet werden und die detek- tierte relative Dynamik in die Steuerungen der Sensoren und / oder Effektoren zur Korrektur der Ausrichtung der Effektoren im Raum herangezogen werden.
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