WO2017211960A2 - Autonomes unterwasserfahrzeug und stapelvorrichtung - Google Patents

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WO2017211960A2
WO2017211960A2 PCT/EP2017/063980 EP2017063980W WO2017211960A2 WO 2017211960 A2 WO2017211960 A2 WO 2017211960A2 EP 2017063980 W EP2017063980 W EP 2017063980W WO 2017211960 A2 WO2017211960 A2 WO 2017211960A2
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underwater vehicle
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    • B63G8/001—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/02—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement
    • B63B1/10—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement with multiple hulls
    • B63B1/107—Semi-submersibles; Small waterline area multiple hull vessels and the like, e.g. SWATH

Definitions

  • Embodiments of the present invention provide an autonomous underwater vehicle with a hull having a polygonal shape with an aspect ratio of at most 1: 1, 5 or 1: 125 at least in the cross-sectional area.
  • a polygonal shape such as an angular shape. a triangular, square, hexagonal shape or a rhombic shape, too.
  • the hull in the arrangement discussed above (side surfaces not parallel to the water surface and acute angles between the two or more planar side surfaces), the hull forms a so-called keel which, according to preferred embodiments, forms an acute angle, e.g. has a 60 ° angle.
  • antennas for the sonar an interferometric sonar, a synthetic aperture sonar and / or a sidescan sonar
  • This angle is very advantageous especially with regard to the radiation.
  • the side surfaces 12a-d are all arranged such that they do not run parallel to the ground or the water surface at least in the rest position of the AUV 10. In other words, this means that the surfaces are arranged at an angle. In this case, for example, in the rest position, i. at normal Vorrausfahrt, the surfaces 12a and 12d opposite the ground or the waterline an angle ⁇ in the range of 45 °, here 60 ° occupy.
  • the batteries can be arranged well, since no "dead" spaces are formed by the curves.Lithium-ion batteries have proven not only to us for the power supply of autonomous diving robots Battery management, the drive, the Operation of the sensors and lighting as well as the control computer must be as energy-efficient as possible to ensure that a mission duration of 16 to 24 hours can be achieved with relatively little weight and volume of the batteries.Also note that hydrodynamic vision of this hull shape If, according to further embodiments, the hull 12 of the AUV 10 is made of lightweight material, such as polypropylene, a copolymer of polypropylene (eg together with (poly) ethylene with an ethylene amount of for example, ⁇ 5.0 wt .-% or ⁇ 1, 0 wt .-%) or egg If another incompressible polymer is used, there is also a large weight advantage per AUV.
  • lightweight material such as polypropylene, a copolymer of polypropylene (eg together with (poly)
  • polypropylene As an alternative to polypropylene, as mentioned above, a copolymer of polypropylene and polyethylene may also be used.
  • Polyethylene is chemically very similar to polypropylene and, as a copolymer, has the advantage that it does not become brittle at 0 ° C and thus offers better mechanical properties over a broad range.
  • the low payloads allow further advantages, namely that a variety of control mechanisms can be effectively integrated in addition to the conventional control over rudders (which are flowed through the vehicle movement):
  • a control in the sense of maneuvering for example, by sliding trim, for example via weights (in the keel), which are movable by means of toothed belts, or by pumping ballast tanks, can be realized.
  • By pumping ballast water or pumping and pumping ballast water the lowering and emergence of the AUV can be easily realized.
  • a side mounted rudder (without protruding beyond the outside constricting element) is conceivable, which may be based ⁇ sioned also very small dimen from the small crowd.
  • the reference to FIG. 1 a selected variant with the acute angles, in particular the acute 60 ° angle in the keel is an advantageous; This applies, for example, when a sonar is to be mounted in the keel.
  • the antennas in the 60 ° angle can radiate very well, which means the use of sonars, such. interferometric sonars, synthetic aperture sonars or sidescansonare optimized.
  • other electronic units may also be incorporated into the autonomous vessel, such as e.g. a depth sensor (pressure sensor) to be integrated.
  • a depth sensor pressure sensor
  • the receiving means 54 are realized by two oblique plates parallel to the angled outer surfaces of the trunk of the AUV.
  • the flat elements described, such as the two hulls 52a and 52b, and thus also the intermediate space 50z, and the receiving means 54 are lowered below the water surface during recovery according to further embodiments.
  • the recovery device 50 then has floats 56a-c. Due to the fact that a lowering takes place, the recovery device, ie the SWATH 50 and the AUV to be sheltered, are stable in the water since the displacement center of gravity lies below the water surface.
  • the recovery device 50 shielding the AUV from the wavefronts during recovery (For example, in that more than 50% of the waterline is surrounded.)
  • the lowering and recovery can be done by pumping in and out of ballast water.
  • the SWATH 50 is dismountable or has at least one retractable element, so that the SWATH 50 can be stowed together with the AUVs in containers.
  • the number of SWATHs 50 are matched to the number of AUVs in the container or are the same.
  • the AUV 10 or 10 may not only have a polygonal cross-section, but also a pointed nose and / or tail. As a result, the so-called penguin shape or spindle shape arises.
  • FIG. 3b shows another recovery device 50 'with likewise two hulls 52a' and 52b '.
  • an outboard motor 53 ' may be provided at each of the two hulls 52a 'and 52b'.
  • the two hulls 52a 'and 52b' are connected to each other by means of bent elements 55 ', so that again a gap 50z' is created.
  • the receiving means 54' here provided a kind of network.
  • FIG. 3c three-dimensional view
  • Fig. 3d side view
  • another variant of a SWATH 50 is shown, comprising two hulls 52a" and 52b "connected together by a connection structure 55".
  • the connection structure 55 has a float 55s” mounted to form a gap 50z "under the same 55s.
  • This area 50z is bounded laterally by the connecting structure 55" and down by the hulls 52a “and 52b” and the receiving means 54 ".”
  • This area 50z is opened on the bow or tail (here bow), so that the AUV can retract.

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Abstract

Ein autonomes Unterwasserfahrzeug weist einen Rumpf mit einer in Bezug auf einen Querschnitt eckigen Form mit einem Aspektverhältnis von maximal 1:1,5 auf. Entsprechend einem weiteren Aspekt weist ein autonomes Unterwasserfahrzeug für den Tiefseeeinsatz einen Rumpf mit einem Materialanteil von größer 50 % an einem Polymermaterial, das ein spezifisches Gewicht kleiner 1,0 hat, auf.

Description

Autonomes Unterwasserfahrzeug und Stapelvorrichtung
Beschreibung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein autonomes Unterwasserfahrzeug mit besonderer Geometrie und auf eine Stapelvorrichtung zur Stapelung der autonomen Unterwasserfahrzeuge. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Unterwasserfahrzeug mit bestimmter Materialcharakteristik.
Autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs) werden derart eingesetzt, dass diese selbstständig im Unterwasserbetrieb und hier insbesondere auch im Tiefseebetrieb Missionen, wie z.B. das Kartographieren, durchführen. Bei Stand der Technik AUVs wird zwischen solchen mit einer Druckkammer oder solchen mit einem druckneutralem oder teilweise druckneutralem Aufbau unterschieden; in diesem Zusammenhang sei beispielsweise auf die US 5,995,882 verwiesen. Autonome Unterwasserfahrzeuge haben im Gegensatz zu bemannten Unterwasserfahrzeugen einen ganz erheblichen Kostenvorteil, der es ermöglicht, wesentlich kosteneffizienter Unterseeforschung zu betreiben. Insofern ist es ein all- gemein gültiges Ziel, die Technologie von Unterwasserfahrzeugen so voranzutreiben, dass der Einsatz von Unterwasserfahrzeugen kostengünstiger ist.
AUVs weisen oft eine Außenhülle / Gestell aus Stahl, Aluminium oder Titan mit zusätzlichen Auftriebskörpern (z.B. Schaum) auf. Da syntaktischer Schaum ein spez. Gewicht von 0,5 bis 0,8 hat, braucht man sehr viel Auftriebs-Material, um im Wasser den Abtrieb des Metallkörpers zu kompensieren. Materialen für Auftriebskörper sind beispielsweise in der US 4,021 ,589, der US 6,153,294 oder der EP 0883648 A1 offenbart.
Die heutige fortgeschrittene autonome Tauchroboter-Technologie erfordert Mutterschiffe, die bis zu 60.000 $ pro Tag kosten und erfordern eine Kapitalinvestition von mehreren $ 1 Millionen pro Stück, was deren Nutzung auf sehr wenige Branchen und Anwendungen begrenzt. Bestehende Technologien können nicht so großskalig arbeiten, wie es erforderlich wäre, um den Meeresgrund (Tiefsee: mehr als 1000 bis 1 1000 m Tiefe) aller Ozeane zu explorieren, wenn sie nicht erhebliche Kompromisse bei der Auflösung, Leistung und Gewicht von Sensoren machen. Deshalb besteht der Bedarf nach einen verbesserten Ansatz. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein autonomes Unterwasserfahrzeug zu schaffen, dass bezüglich Herstellung und Einsatz Vorteile bezüglich der Kosten aufweist. Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein autonomes Unterwasserfahrzeug mit einem Rumpf, der zumindest in der Querschnittsfläche eine eckige Form mit einem Aspektverhältnis von maximal 1 : 1 ,5 oder 1 :125 aufweist. Die Bedingung trifft bei- spielsweise auf eine eckige Form, wie z.B. eine dreieckige, quadratische, sechseckige Form oder eine Rauten-Form, zu.
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ausgehend von einer eckigen Rumpfform mit kleinem Aspektverhältnis die Stapelbarkeit der AUVs wesentlich verbessert werden kann, so dass bei gleichgroßem Mutterschiff wesentlich mehr AUVs mitgeführt werden können. So ist beispielsweise in einem herkömmlichen 40 Fuß ISO Container das Aussetz- und Bergesystem samt 12 Unterwasserfahrzeuge stapelbar, wenn diese ausgehend von der neuen Form nebeneinander / übereinander geschachtelt werden.
Auch wurde erkannt, dass diese eckige Form keine großen Nachteile hinsichtlich Strömungswiderstand, insbesondere bei den geringen Geschwindigkeiten von AUVs, bietet. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist das autonome Unterwasserfahrzeug bzw. dessen Rumpf in Leichtbauweise, z.B. aus einem Polymermaterial mit einem spezifi- sehe Gewicht kleiner 1 ,0, wie z.B. Polypropylen oder ungefülltes Polypropylen oder einer Polyethylen/ Polypropylen-Mischung, geformt. Es kann entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen das AUV einen drucklosen (druckneutralen) Aufbau aufweisen, d.h. also ohne äußere Druckpanzerung ausgeführt sein. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen wird die eckige Form dadurch realisiert, dass der Rumpf mindestens zwei ebene, bevorzugterweise aber mindestens drei ebene Seitenflächen aufweist. Diese sind entsprechend Ausführungsbeispielen gewinkelt, z.B. um einen spitzen Winkel oder um einen 90° Winkel angeordnet. Wenn beispielsweise der Rumpf vier Seitenflächen aufweist, ist die Anordnung der Seitenflächen zueinander im 90° Winkel vorteilhaft, da so ein quadratischer bzw. rechteckiger Querschnitt geschaffen wird. Dieser quadratische bzw. rechteckige Querschnitt kann sehr gut gestapelt werden. Ent- sprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die Seitenflächen, z.B. die rechteckig zueinander angeordneten Seitenflächen, in Ruhelage gegenüber dem Erdboden bzw. der Wasserfläche derart angeordnet, dass zwei Seitenflächen zu der Wasseroberfläche einen 45° Winkel einschließen. Das heißt also, dass die Seitenflächen nicht parallel zum Erdbo- den bzw. zur Wasseroberfläche in der Ruhelage verlaufen.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen bildet der Rumpf bei der oben diskutierten Anordnung (nicht parallel zur Wasseroberfläche angeordnete Seitenflächen und spitze Winkel zwischen den zwei oder mehr ebenen bzw. geradlinigen Seitenflächen) einen so- genannten Kiel aus, der entsprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen einen spitzen Winkel, wie z.B. einen 60° Winkel hat. In diesem Kiel können entsprechend Ausführungsbeispielen Antennen für das Sonar (ein interferometrisches Sonar, ein synthetisches Apertursonar und/oder ein Sidescansonar) vorgesehen sein. Dieser Winkle ist insbesondere im Hinblick auf die Abstrahlung sehr vorteilhaft.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein autonomes Unterwasserfahrzeug mit einem Rumpf (ohne Formbeschränkung) mit einem Materialanteil von größer 50 % (oder sogar 90%, 99% oder 100%) an einem Polymermaterial mit einem spezifische Gewicht kleiner 1 ,0 geschaffen. Entsprechend Ausführungsbeispielen wird als Polymer- material ein Polyolefin, wie Polypropylen oder insbesondere wenig gefülltes oder ungefülltes Polypropylen verwendet.
Kerngedanke dieses Aspekts liegt darin, dass das o.g. Polymermaterial / Polypropylen aufgrund ihrer Materialeigenschaften sowohl als Struktur- als auch als Auftriebsmaterial dient. Diese Materialien sind kostengünstig, leicht zu formen und haben aufgrund ihres spezifischen Gewichts kleiner 1 bzw. um 0,91 hervorragende Auftriebseigenschaften. Diese geringen spezifischen Gewichte werden insbesondere bei reinen (ungefüllten) Po- lymermaterialen erreicht. Die Bruchfestigkeit eines aus Polypropylen bestehenden Bauteils kann weiterhin durch Beimischung von Polyethylen gesteigert werden, ohne die Dich- te wesentlich zu erhöhen.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen eine Stapelvorrichtung zum Stapeln von mindestens zwei autonomen Unterwasserfahrzeugen. Diese Stapelvorrichtung kann Teil eines Containers (ISO Container) sein oder in einem Container integriert werden. Die Stapelvor- richtung weist die Besonderheit auf, dass sie die AUVs derart platzoptimal stapelt, dass die zwei AUVs nebeneinander angeordnet sind und zwar so, dass die eine Seitenfläche des einen AUV mit der anderen Seitenfläche des anderen AUV parallel verläuft (d.h. leicht beabstandet oder direkt in Eingriff).
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert. Ausführungsbeispiele der vorlie- genden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 a eine schematische Darstellung eines AUVs gemäß einem Basisausführungsbeispiel; Fig. 1 b eine Stapelvorrichtung für das AUV gemäß Ausführungsbeispielen aus Fig.
1 a;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines AUVs gemäß einem erweiterten Ausführungsbeispiel;
Fig. 3a eine Bergevorrichtung für das AUV gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 3b-d eine weitere Bergevorrichtung für das AUV gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass gleichwirkende Elemente und Strukturen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer aufeinander anwendbar bzw. austauschbar ist.
Fig. 1 a zeigt ein AUV 10 mit einem Rumpf 12. Dieser ist, wenn man den Querschnitt des Rumpfes 12 betrachtet, viereckig bzw. rautenförmig ausgeführt. Hierdurch bildet sich also ein Rumpf 12 mit vier ebenen Flächen 12a-d aus, wobei die Fläche 12a um einen Winkel α gegenüber der Fläche b gewinkelt angeordnet ist und die Fläche 12b um einen Winkel ß gegenüber der Fläche 12c usw., so dass sich die vier Winkel (α, ß, γ, δ) einstellen.
In diesem Ausführungsbeispiel können beispielsweise die Winkel ß und δ spitze Winkel sein, d.h. beispielsweise Winkel mit 60°, und die Winkel a und γ stumpfe Winkel, folglich dann um die 120°. Alternativ hierzu können natürlich alle Winkel α bis δ gleich sein und somit 90° betragen oder auch beliebig anders gewählt sein. Der Rumpf hat zusätzlich auch noch ein kleines Aspektverhältnis von maximal 1 :1 ,5 oder 1 :1 ,25 bezogen auf den Querschnitt, um die gute Stapelbarkeit zu ermöglichen. Das Aspektverhältnis beschreibt das Verhältnis zwischen der maximalen und der minimalen Querausdehnung. Bei der dargestellten Raute also das Verhältnis der zwei Diagonalen zueinander.
Ferner sei an dieser Stelle angemerkt, dass optionaler weise die Seitenflächen 12a-d alle so angeordnet sind, dass diese zumindest in Ruhelage des AUVs 10 nicht parallel zum Erdboden bzw. zur Wasseroberfläche verlaufen. In anderen Worten ausgedrückt heißt das, dass die Flächen gewinkelt angeordnet sind. Hierbei können beispielsweise in Ruhelage, d.h. bei normaler Vorrausfahrt, die Flächen 12a und 12d gegenüber dem Erdboden bzw. der Wasserlinie einen Winkel ε im Bereich von 45°, hier 60°, einnehmen.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass unter einer ebenen Fläche auch eine leicht geboge- ne oder gekrümmte Fläche verstanden werden kann.
Infolge der kantigen Form lassen sich die AUVs 10 sehr gut platzsparend stapeln, wie beispielsweise anhand von Fig. 1b dargestellt ist. Hierbei wird davon ausgegangen, dass jedes Fahrzeug eine maximale Länge von 2,20 m hat, so dass das AUV 10 quer in einen Standard ISO Container (40 Zoll mit Innenmaß 2,352 m) untergebracht werden kann. Bei diesen Abmessungen wird nicht nur eine platzsparende Stapelung, sondern auch eine gut Erreichbarkeit gewährleistet.
Fig. 1 b zeigt, wie eine Vielzahl von AUVs 10 mit rechteckigem Querschnitt mittels einer Stapelvorrichtung 20 gestapelt sind. Die Stapelvorrichtung 20 weißt hier einer Wabenstruktur 20 auf. Durch diese Stapelvorrichtung 20 können bei den oben erläuterten Abmessungen etwa 12 Fahrzeuge zusammen mit einem Trägersystem (zum Aussetzen und Bergen) in einem einzigen 40 Fuß ISO Container untergebracht werden. Die Anordnung der 12 Tauchfahrzeuge erfolgt quer in den Standardcontainern, so dass auch Zubehör, wie das Bergewerkzeug, in demselben untergebracht werden kann. Somit ist es also möglich mit einem einzigen ISO Container das vollständige Equipment für eine mittelgroße Mission mitzuführen, so dass es nicht zwingend notwendig ist, mit großen und teuren Mutterschiffen auf See zu gehen. Entsprechend Ausführungsbeispielen können die AUVs in einzelnen Transportboxen in dem Container gestapelt werden. In diesem Zusammen- hang sei angemerkt, dass 12 Tauchfahrzeuge ausgehend von einem interferometrischen Sonar mit typischen 1 17 kHz in 14 Stunden eine Kartographierung von 500 km2 ermöglichen.
Auch in Bezug auf das AUV 10 selbst hat diese rechteckige bzw. allgemein eckige Anord- nung Vorteile. In einer solchen Geometrie lassen sich die Batterien gut angeordnet werden können, da sich keine„toten" Räume durch die Rundungen ausbilden. Lithium-Ionen Batterien haben sich nicht nur bei uns für die Stromversorgung von autonomen Tauchrobotern bewährt. Das Batteriemanagement, der Antrieb, der Betrieb der Sensoren und Beleuchtung sowie der Steuerrechner muss möglichst stromsparend erfolgen. Nur so kann gewährleistet werden, dass mit relativ wenig Gewicht und Volumen der Batterien eine Missionsdauer von 16 bis 24 Stunden ermöglicht werden kann. Darüber hinaus ist auch angemerkt, dass hydrodynamischer Sicht diese Rumpfform nicht nachteilig ist, da der Strömungswiderstand nicht übermäßig nachteilig ist. Wenn man nun entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen den Rumpf 12 des AUVs 10 aus Leichtbaumaterial, wie z.B. Polypropylen, einem Copolymer von Polypropylen (z.B. zusammen mit (Poly-)Ethylen mit einer Ethylen-Menge von beispielsweise < 5,0 Gew.-% oder < 1 ,0 Gew.-%) oder einem anderen inkompressiblen Polymer ausführt, ist auch noch ein großer Gewichtsvorteil je AUV zu verzeichnen. Beim Polypropylen wird im vorliegenden Fall z.B. von einem sogenannten ungefüllten / reinen Polypropylen ausgegangen, da dieses die geforderten Auftriebseigenschaften (spezifische Gewicht) hat. Unter ungefülltem Polypropylen wird ein reines Polypropylen verstanden, das im Gegensatz zu technischem Polypropylen ohne Füllstoffe, wie natürlichem Calciumcarbonat (GCC), synthetischem Calciumcarbonat (PCC) oder Carbon Black (Ruß) auskommt. Ungefülltes Polypropylen ist zwar teurer als gefülltes Polypropylen, aber viel billiger als syntaktischer Schaum und auch viel leichter zu bearbeiten. Durch das geringe Gewicht kann der Antrieb klein dimensioniert werden, was insgesamt zu einem sehr batteriesparenden Betrieb beiträgt. Als Polymermaterial eignen sich entsprechend Ausführungsbeispielen beispielsweise Po- lyolefine (zugehörig zu der Gruppe der Thermoplaste), wie Polypropylen (PP) oder insbesondere wenig gefülltes (< 1 %, 5%, 10% oder 15% Füllstoffanteil) oder ungefülltem Polypropylen. Ungefülltes Polypropylen hat ein spezifisches Gewicht im Bereich von 0,91. Diese Materialien der Gruppe Polyolefine sind kostengünstig, leicht zu formen und haben aufgrund ihres / archimedisches Gewicht kleiner 1 hervorragende Auftriebseigenschaften, sodass das Material selbst als Auftriebskörper wirkt. Abhängig von der Wassertiefe können auch syntaktische Schäume mit einem spez. Gewicht von 0,4 kg/1 verwendet werden, wenn z.B. die hohe Druckfestigkeit nicht benötigt wird. Hintergrund hierzu ist, dass normalerweise sehr druckfeste Schäume umso teurer sind je leichter sie sind.
Alternativ zu Polypropylen kann, wie oben erwähnt, auch ein Copolymer von Polypropylen und Polyethylen verwendet werden. Polyethylen ist dem Polypropylen chemisch sehr ähnlich und hat als Copolymer hat den Vorteil, dass es nicht um 0°C spröde wird und folglich bessere mechanische Eigenschaften über einen breiten Bereich bietet.
Diese Materialen haben auch weiter den Vorteil, dass sie inkompressibel sind bzw., um genau zu sein ein hohes Kompressionsmodul haben. Hier ist das Kompressionsmodul (im Bereich von 1011 Pa) hinreichend hoch, sodass dieses im Tiefseeeinsatz (mindestens 300 m, bevorzugt größer 1 .000 m oder sogar im Bereich von 10.000 m) als Strukturelement eingesetzt werden kann.
An dieser Stelle sei bezüglich der Variante mit (ungefülltem) Polypropylen als Rumpfmaterial angemerkt, dass aufgrund des spezifischen Gewichts des PP ein Gestell / Rumpf aus PP viele Zentimeter stark designt werden kann, da es trotzdem in Wasser leichter ist als mit Metallgestell und Schaum.
Entsprechend Ausführungsbeispielen wird ein druckneutraler Aufbau (Innendruck = Ausendruck) in Verbindung mit der tragenden Außenstruktur, beispielsweise aus dem oben erläuterten ungefüllten Polypropylen eingesetzt, so dass syntaktischer Schaum ganz oder teilweise entfallen kann. Durch die geringen Einsatzgewichte werden weitere Vorteile ermöglicht, nämlich dass eine Vielzahl von Steuerungsmechanismen neben der herkömmlichen Steuerung über Ruder (die durch die Fahrzeugbewegung angeströmt werden) effektiv integriert werden können:
So kann ein Steuerung im Sinne von Manövrieren beispielsweise durch verschiebbarer Trimm, z.B. über Gewichte (im Kiel), welche mittels Zahnriemen bewegbar sind, oder durch Umpumpen von Ballasttanks, realisiert werden. Durch das Umpumpen von Ballastwasser bzw. das Zu- und Abpumpen von Ballastwasser, kann auch das Absenken und Auftauchen des AUVs einfach realisiert werden. Alternativ hier zu der Trimmsteuerung wäre auch ein vorne angebrachtes Seitenstrahlruder (ohne über die Außenform hinausra- gendes Element) denkbar, das ausgehend von der kleinen Masse auch sehr klein dimen¬ sioniert sein kann.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist die Bezug nehmend auf Fig. 1 a gewähl- te Variante mit den spitzen Winkeln, insbesondere dem spitzen 60° Winkel im Kiel eine Vorteilhafte; dies gilt beispielsweise, wenn ein Sonar im Kiel angebracht werden soll. Die Antennen im 60° Winkel können sehr gut abstrahlen, was den Einsatz von Sonaren, wie z.B. interferometrischer Sonare, synthetische Apertursonare oder Sidescansonare optimiert.
Fig. 2 zeigt ein weiteres AUV 10', das einen Rumpf 12' mit quadratischem Querschnitt aufweist, wobei die Nase 12n eine abgerundete Form aufweist und das Heck 12h einen kegelförmigen Auslauf bildet, in welchem dann der Propeller 12p angeordnet ist. Der Propeller 12p kann beispielsweise einflügig oder zweiflügig ausgeführt sein. Am Heck 12h sind auch die Ruder 12r vorgesehen.
Wie bereits oben erläutert, dient das AUV 10' beispielsweise zur Kartographierung und weist deshalb in diesem Ausführungsbeispiel eine Antenne für ein Sonar auf. Diese ist im Kiel 12k, der separat an den Grundkörper 12' angesetzt ist, vorgesehen. Der Kiel 12k weist einen spitzen Winkel (idealerweise 60°) im Querschnitt auf.
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann auf jedem Tauchfahrzeug eine Kamera und eine LED Beleuchtung angebracht sein, um zusätzlich Fotos aufnehmen zu können. LED und Kamera sind voneinander entfernt, so dass Bilder besser werden (Beleuchtung von der Seite). Diese Anordnung wurde bei unserem Partner GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel bereits erfolgreich entwickelt und in der Tiefsee getestet. Ergänzt wird sie Allogithen zur automatisierten Optimierung von Unterwasserbildern durch intelligente Elektronik. Die Fotografie wird in Zusammenarbeit mit dem GEOMAR Helmholtz- Zentrum für Ozeanforschung in Kiel realisiert, die bereits entsprechende Lösungen entwi- ekelt und getestet haben.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist es für die Kartographierung vorteilhaft, wenn eine Positionsbestimmung direkt erfolgt. Die Positionsbestimmung wird beispielsweise über ein eingebautes Inertial-Navigations-System gewährleistet, dass mittels USBL und„inverted" LBL durch GPS Signale gestützt wird. Sowohl USBL als auch inverted LBL sind Unterwassernavigationssysteme, die auf Laufzeiten von Wasserschall zwischen dem Objekt und mehreren Bezugspunkten basiert. Sie werden benutzt, um die Position von Objekten oder Geräten unter Wasser zu bestimmen.
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann die Elektronik, wie z.B. die Sonarelektronik, BMS, der Steuerrechner, INS usw. in einem separaten Druckkörper, der im Inneren des Rumpfes vorgesehen ist, vorgesehen sein.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen können zusätzlich zu den oben erläuterten elektronischen Einheiten auch noch weitere elektronische Einheiten in das autonome Wasserfahrzeug, wie z.B. ein Tiefensensor (Drucksensor) integriert sein.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen wird eine Bergevorrichtung in Form eines kleinen Mutterfahrzeuges geschaffen. Beispiele hierfür sind in Fig. 3a - 3d dargestellt. Fig. 3a zeigt die Bergevorrichtung 50, die hier als sogenanntes SWATH (Small Waterplane Area Twin Hull) ausgeführt ist. Hierbei sind zwei Rümpfe 52a und 52b vorgesehen, zwischen welchen ein Zwischenraum 50z entsteht, mittels welchem das AUV aufgenommen werden kann. In dem Zwischenraum 50z ist entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ein Träger, hier zwei schräge Platten, derart angeordnet, dass ein maximal großer Oberflächenkontakt zum AUV (z.B. 30% der gesamten AUV-Oberfläche) entsteht, so dass dieses (wenn es aus strukturell schwächeren Leichtbaumaterialien ausgeführt ist) nicht beschädigt wird. Hier sind die Aufnahmemittel 54 durch zwei schräge Platten parallel zu den gewinkelten Außenflächen des Rumpfes des AUVs realisiert. Die ebenen beschriebenen Elemente, wie die zwei Rümpfe 52a und 52b und damit auch der Zwischenraum 50z sowie die Aufnahmemittel 54 werden beim Bergen entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen unter die Wasseroberfläche abgesenkt. Hierzu weist dann die Bergevorrichtung 50 Schwimmkörper 56a-c auf. Dadurch, dass eine Absenkung erfolgt, ist die Bergevorrichtung, d.h. also das SWATH 50 sowie das zu bergende AUV stabil im Wasser da der Verdrängungsschwerpunkt unter der Wasseroberfläche liegt. Folglich ist auch wenig„Material" in der Wellenzone, so dass auch starker Wellengang nichts ausmachen kann. Weiter wird ein langes Verweilen des AUVs bzw. ein andauernder Transport durch die Wellenzone vermieden wird, indem die Bergevorrichtung 50 beim Bergen das AUV gegenüber den Wellenfronten abschirmt (z.B. dadurch dass mehr als 50 % der Wasserlinie umringt sind). Entsprechend Ausführungsbeispielen kann das Absenken und Bergen durch Zu- und Abpumpen von Ballastwasser erfolgen. Entsprechend Ausführungsbeispielen ist das SWATH 50 zerlegbar bzw. weist zumindest ein einklappbares Element auf, so dass das SWATH 50 zusammen mit den AUVs in Container verstaut werden kann.
Entsprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen wäre es auch denkbar, dass die Zahl der SWATHs 50 an die Zahl der AUVs im Container angepasst sind bzw. gleich sind.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass das AUV 10 oder 10' nicht nur einen eckigen Quer- schnitt, sondern auch eine spitz zulaufende Nase und/oder Heck haben kann. Hierdurch stellt sich die sogenannte Pinguinform oder Spindelform ein.
Fig. 3b zeigt eine weitere Bergevorrichtung 50' mit ebenfalls zwei Rümpfen 52a' und 52b'. An jedem der zwei Rümpfe 52a' und 52b' kann entsprechend Ausführungsbeispielen ein Außenborder als Antrieb 53' vorgesehen sein. Die zwei Rümpfe 52a' und 52b' sind mittels gebogenen Elementen 55' miteinander verbunden, so dass wiederum ein Zwischenraum 50z' geschaffen wird. An diesen Elementen 55' sind die Aufnahmemittel 54', hier ein Art Netz vorgesehen. Beim Bergen fährt das AUV in bzw. unter den Zwischenraum 50z', nachdem das Netz 54' unter die Wasseroberfläche abgesenkt wurde. Durch Anheben des Netzes 54' erfolgt dann das eigentliche Bergen.
In Fig. 3c (dreidimensionale Ansicht) und Fig. 3d (Seitenansicht) ist eine weitere Variante eines SWATH 50" gezeigt. Dies umfasst, zwei Rümpfe 52a" und 52b", die über einen Verbindungs-Konstruktion 55" miteinander verbunden sind. Die Verbindungs-Konstruktion 55" weist einen Schwimmkörper 55s" auf, der so angebracht ist, dass unter selben 55s" ein Zwischenraumbereich 50z" gebildet wird. Dieser Bereich 50z" wird seitlich durch die Verbindungs-Konstruktion 55" und nach unten durch die Rümpfe 52a" und 52b" sowie die Aufnahmemittel 54" begrenzt. Dieser Bereich 50z" ist auf Bug- oder Heckseiten (hier Bug) geöffnet, so dass das AUV einfahren kann.
Beim Bergen wird der untere Bereich 52a", 52b" und 54" des SWATH 50" unter die Wasseroberfläche abgesenkt, so dass das AUV in den Zwischenraum 50z" einfahren kann, wobei beim Anheben des untere Bereich 52a", 52b" und 54" des SWATH 50" das AUV aufgenommen wird. Das SWATH 50" kann optional zwei integrierte Antriebe 53" (je einen je Rumpf 52a" / 52b") aufweisen. Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Ein- zelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

Patentansprüche
Autonomes Unterwasserfahrzeug (10, 10') mit folgenden Merkmalen: einem Rumpf (12, 12'), der in Bezug auf einen Querschnitt eine eckige Form mit einem Aspektverhältnis von maximal 1 :1 ,5 aufweist.
Autonomes Unterwasserfahrzeug (10, 10') gemäß Anspruch 1 , wobei der Rumpf (12, 12') zumindest zwei ebene Flächen (12a, 12b, 12c, 12d) aufweist.
Autonomes Unterwasserfahrzeug (10, 10') gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Rumpf (12, 12') drehsymmetrisch um kleiner 180°, 90° oder 60° ist.
Autonomes Unterwasserfahrzeug (10, 10') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Aspektverhältnis maximal 1 :1 ,25 ist.
Autonomes Unterwasserfahrzeug (10, 10') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Rumpf mindestens zwei zueinander mit einem Winkel (α, ß, γ, δ ) gewinkelte Flächen (12a, 12b, 12c, 12d) aufweist.
Autonomes Unterwasserfahrzeug (10, 10') gemäß Anspruch 5, wobei die Winkel (α, ß, Y, δ ) spitze Winkel (a, ß, γ, δ ) sind oder senkrechte Winkel (a, ß, γ, δ ) sind.
Autonomes Unterwasserfahrzeug (10, 10') gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei keine der zwei Flächen (12a, 12b, 12c, 12d) in Ruhelage im Wasser parallel zur Wasseroberfläche verläuft.
Autonomes Unterwasserfahrzeug (10, 10') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Rumpf (12, 12') ein Materialanteil von über 50 % an einem Polymermaterial hat, das ein spezifisches Gewicht kleiner 1 ,0 hat, oder ein Materialanteil von über 50 % an einem Polyolefine oder an einem Polypropylen oder an einem Copolymer von Polypropylen.
9. Autonomes Unterwasserfahrzeug (10, 10') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Polymermateriai, das Polyolefine oder das Polypropylen ungefüllt ist oder einen Füllstoffanteil kleiner 10% aufweist. 10. Autonomes Unterwasserfahrzeug (10,
10') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Rumpf (12, 12') druckneutral ausgebildet ist.
1 1 . Autonomes Unterwasserfahrzeug (10, 10') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Rumpf (12, 12') einen Kiel (12k) aufweist, in welchem eine Antenne für ein Sonar, ein interferometrisches Sonar, ein synthetischen Apertursonar und/oder ein Sidescansonar aufweist.
12. Autonomes Unterwasserfahrzeug (10, 10') gemäß Anspruch 1 1 , wobei der Kiel (12k) einen spitzen Winkel (α, ß, γ, δ) aufweist und/oder wobei der Kiel (12k) einen 60° Winkel (α, ß, γ, δ) aufweist.
13. Autonomes Unterwasserfahrzeug (10, 10') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das autonome Unterwasserfahrzeug (10, 10') ein Steuerungsmechanismus aufweist; wobei der Steuermechanismus einen in Bezug auf seine Lage zum Schwerpunkt des Unterwasserfahrzeuges (10, 10') veränderliches Belastgewicht aufweist.
14. Stapelvorrichtung (20) für mindestens zwei gelagerte autonome Unterwasserfahr- zeuge (10, 10') gemäß einem der Ansprüche 2 bis 13, wobei die mindestens zwei autonomen Unterwasserfahrzeuge (10, 10') derart in dem Container gelagert sind, dass eine der mindestens zwei Flächen (12a, 12b, 12c, 12d) des einen autonomen Unterwasserfahrzeuges (10, 10') benachbart und parallel zu einer der Flächen (12a, 12b, 12c, 12d) des anderen autonomen Unterwasserfahrzeuges (10, 10') angeordnet ist.
15. Stapelvorrichtung (20) gemäß Anspruch 14, wobei die mindestens zwei autonomen Unterwasserfahrzeuge (10, 10') in je einer Box in dem Container gelagert sind und die Boxen derart stapelbar sind, dass eine der mindestens zwei Flächen (12a, 12b, 12c, 12d) des einen autonomen Unterwasserfahrzeuges (10, 10') be- nachbart und parallel zu einer der Flächen (12a, 12b, 12c, 12d) des anderen autonomen Unterwasserfahrzeuges (10, 10') angeordnet ist.
Autonomes Unterwasserfahrzeug (10, 10'), mit folgenden Merkmalen: einem Rumpf (12, 12') mit einem Materialanteil von größer 50 % an einem Polymermaterial, das ein spezifisches Gewicht kleiner 1 ,0 hat, wobei das Autonomes Unterwasserfahrzeug (10, 10') für den Tiefseeeinsatz ausgebildet ist.
Autonomes Unterwasserfahrzeug (10, 10') gemäß Anspruch 16, wobei das Polymermaterial ein Polyolefine oder Polypropylen oder Copolymer von Polypropylen ist.
Autonomes Unterwasserfahrzeug (10, 10') gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei das Poiymermaterial ungefüllt ist oder einen Füllstoffanteil kleiner 10% aufweist.
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