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Title:
WATERCRAFT COMPRISING MEANS FOR COMPENSATING STRUCTURE-BORNE NOISE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/062603
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a watercraft comprising a support structure that is in contact with the ambient water. Said watercraft comprises means for compensating structure-borne noise in the support structure and a hydrophone located in the water surrounding the watercraft. The hydrophone is signal-connected to a device for controlling the means for compensating structure-borne noise.

Inventors:
HÖVELMANN NORBERT (DE)
Application Number:
PCT/EP2015/073857
Publication Date:
April 28, 2016
Filing Date:
October 15, 2015
Export Citation:
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Assignee:
THYSSENKRUPP MARINE SYS GMBH (DE)
THYSSENKRUPP AG (DE)
International Classes:
B63G8/34; B63G13/02; G10K11/16
Domestic Patent References:
WO1990010926A11990-09-20
Foreign References:
GB2366604A2002-03-13
US20050125114A12005-06-09
Attorney, Agent or Firm:
THYSSENKRUPP INTELLECTUAL PROPERTY GMBH (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Wasserfahrzeug mit einer mit der Wasserumgebung in Kontakt stehenden Tragstruktur (4, 4'), dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserfahrzeug Mittel zur Kompensation von Körperschall in der Tragstruktur (4, 4')und ein in der Wasserumgebung des Wasserfahrzeugs angeordnetes Hydrophon (22) aufweist, welches mit einer Einrichtung zur Steuerung der Mittel zur Kompensation von Körperschall signalverbunden ist.

2. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Kompensation von Körperschall mindestens ein aktiver Schwingungsdämpfer (18) vorgesehen ist.

3. Wasserfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Kompensation von Körperschall in Wirkkontakt mit der Tragstruktur (4, 4') angeordnet sind.

4. Wasserfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrophon (22) an einer Außenhülle des Wasserfahrzeugs angeordnet ist.

5. Wasserfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserfahrzeug ein Überwasserschiff (2) ist.

6. Wasserfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrophon (22) an einem unterhalb der Wasseroberfläche (14) angeordneten Bereich des Schiffsrumpfes (6) angeordnet ist.

7. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserfahrzeug ein Unterseeboot (24) ist.

8. Wasserfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet dass das Hydrophon (22) außerhalb eines Druckkörpers (26) des Unterseeboots (24) angeordnet ist.

9. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrophon (22) innerhalb eines von einer Außenhaut (28) des Unterseeboots (24) umschlossenen, wasserdurchfluteten Bereich des Unterseeboots (24) angeordnet ist.

Description:
WASSERFAHRZEUG MIT MITTEL ZUR KOMEPENSATION VON KÖRPERSCHALL

Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug mit den im Oberbegriff von Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Bei militärischen Unterseebooten ist von dem Unterseeboot ausgehender Schall möglichst gering zu halten, da getauchte Unterseeboote über den sich im Wasser ausbreitenden Schall geortet werden können. In umgekehrter Weise sind Unterseeboote während der Tauchfahrt in der Lage, Überwasserfahrzeuge über den von diesen Fahrzeugen auf das Wasser übertragenen Schall zu orten, sodass auch bei militärischen Überwasserfahrzeugen das Bedürfnis besteht, den von Ihnen ausgehenden Wasserschall möglichst gering zu halten. Hierbei kommt der Verringerung des Körperschalls, der von den auf den Wasserfahrzeugen befindlichen Schwingungserzeugenden Vorrichtungen hervorgerufen wird und über die Tragstruktur des Wasserfahrzeugs zu dessen Außenhülle geleitet wird, eine besondere Bedeutung zu.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Wasserfahrzeug zu schaffen, bei dem ein durch die Einleitung von Körperschall in die Tragstruktur verursachter Wasserschall möglichst vollständig verhindert, zumindest aber im größtmöglichen Maße verringert wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Wasserfahrzeug mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Wasserfahrzeugs ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie aus der Zeichnung. Hierbei können die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale jeweils für sich oder in geeigneter Kombination miteinander das Wasserfahrzeug nach Anspruch 1 weiter ausgestalten.

Das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug weist in üblicher Weise eine mit der Wasserumgebung in Kontakt stehende Tragstruktur auf. Hierbei sind unter dem Begriff „Tragstruktur" alle direkt oder indirekt miteinander verbundenen tragenden Teile des Rumpfes und der Aufbauten des Wasserfahrzeugs sowie insbesondere eine mit dem Umgebungswasser in Kontakt stehende tragende Außenhülle des Wasserfahrzeugs zu verstehen. Um den von auf der Tragstruktur gelagerten schwingungserzeugenden Vorrichtungen, wie z. B. Motoren, Pumpen oder Kompressoren, auf die Tragstruktur übertragenen Körperschall zu kompensieren, ist das Wasserfahrzeug mit Mitteln zur Kompensation von Körperschall ausgestattet. Mit diesen Mitteln wird die von den schwingungserzeugenden Vorrichtungen in die Tragstruktur eingeleitete Schwingungsenergie zumindest teilweise kompensiert, indem in die Tragstruktur Schwingungen eingeleitet werden, welche die von den schwingungserzeugenden Vorrichtungen in die Tragstruktur eingeleiteten Schwingungen mittels destruktiver Interferenz größtenteils und günstigstenfalls vollständig auslöschen.

Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, die Mittel zur Kompensation von Körperschall auf der Grundlage des von dem Körperschall an der Außenhülle des Wasserfahrzeugs hervorgerufenen Wasserschalls zu steuern. Zu diesem Zweck weist das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug ein Hydrophon auf, welches mit einer Einrichtung zur Steuerung der Mittel zur Kompensation von Körperschallsignal verbunden ist.

Das Hydrophon erfasst genau das von der Außenhülle aufgrund dessen Körperschallanregung ausgehende Geräusch, welches sich im Wasser über große Strecken ausbreitet und ohne die Kompensation durch die Mittel zur Kompensation von Körperschall zu einer Ortung des Wasserfahrzeugs führen könnte. Es hat sich gezeigt, dass sich der Wasserschall durch die Verwendung von Mitteln zur Kompensation von Körperschall und deren Steuerung auf Grundlage des von dem Hydrophon erfassten Wasserschalls signifikant verringern und bestenfalls auslöschen lässt.

Als Mittel zur Kompensation von Körperschall kann vorteilhaft mindestens ein aktiver Schwingungsdämpfer vorgesehen sein. Hierbei ist unter einem aktiven Schwingungsdämpfer ein Krafterreger zu verstehen, mit dem in der Tragstruktur aktiv Schwingungen erzeugt werden, welche mit den von einer schwingungserzeugenden Vorrichtung in die Tragstruktur eingeleiteten Schwingungen frequenz- und amplitudengleich, jedoch um 180° phasenverschoben sind, sodass sich die von dem Krafterreger in die Tragstruktur eingeleiteten Schwingungen und die von der schwingungserzeugenden Vorrichtung in die Tragstruktur eingeleiteten Schwingungen soweit gegenseitig eliminieren, dass in der Wasserumgebung des Wasserfahrzeugs möglichst kein Wasserschall verursacht wird. Neben der Verwendung eines aktiven Schwingungsdämpfers können als Mittel zur Kompensation von Körperschall auch alle weiteren Vorrichtungen verwendet werden, mit denen Schwingungen hinsichtlich ihrer Frequenz, Amplitude und Phase gesteuert in die Tragstruktur eingeleitet werden können. So kann als Mittel zur Kompensation von

Körperschall gegebenenfalls auch ein mit der Tragstruktur gekoppelter Rüttelmotor vorgesehen sein. Um mit den Mitteln zur Kompensation von Körperschall, die zur Eliminierung der von der schwingungserzeugenden Vorrichtung in die Tragstruktur eingeleiteten Körperschallschwingungen erforderlichen Gegenschwingungen in die Tragstruktur einleiten oder dort erzeugen zu können, sind die Mittel zur Kompensation von Körperschall zweckmäßigerweise in Wirkkontakt mit der Tragstruktur angeordnet. So kann beispielsweise bei Verwendung eines aktiven Schwingungsdämpfers dessen Krafterreger derart außenseitig der Tragstruktur angeordnet sein, dass er direkt eine Erregerkraft zur Erzeugung der Gegenschwingungen auf die Tragstruktur ausüben kann.

Das Hydrophon, welches den zur Steuerung der Mittel zur Kompensation von Körperschall verwendeten Wasserschall erfasst, ist bevorzugt an einer Außenhülle des Wasserfahrzeugs angeordnet. Bei der Außenhülle handelt es sich typischerweise um eine in direktem Kontakt mit der Wasserumgebung des Wasserfahrzeugs stehende Außenhülle. An diese Außenhülle ist das Hydrophon zweckmäßigerweise außenseitig angeordnet, sodass sich auch das Hydrophon in direktem Kontakt mit dem Umgebungswasser des Wasserfahrzeugs befindet.

Vorteilhaft kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Wasserfahrzeug um ein Überwasserschiff handeln. Bei diesem Überwasserschiff ist das Hydrophon bevorzugt an einem unterhalb der Wasseroberfläche angeordneten Bereichs des Schiffsrumpfs angeordnet.

Weiter vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug auch ein Unterseeboot sein, bei dem sich die erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen zur Eliminierung bzw. Verringerung des durch die Einleitung von Körperschall in die Tragstruktur verursachten Wasserschalls als besonders nützlich erweisen.

Bei einem Unterseeboot bildet der Druckkörper den Teil der Tragstruktur des Bootes, welcher direkt an dessen Wasserumgebung angrenzt und an welchem über eine Körperschallanregung erzeugter Wasserschall entsteht. Insofern ist das Hydrophon zweckmäßigerweise außerhalb des Druckkörpers des Unterseeboots angeordnet, wo es in direktem Kontakt zu dem Umgebungswasser des Unterseeboots steht und den Wasserschall direkt erfassen kann. Unterseeboote weisen typischerweise eine in Teilbereichen von dem Druckkörper beabstandete Außenhaut auf, wobei der Zwischenraum zwischen der Außenhaut und dem Druckkörper wasserdurchflutet ist. Besonders vorteilhaft ist das Hydrophon innerhalb dieses von der Außenhaut des Unterseeboots umschlossenen, wasserdurchfluteten Bereichs des Unterseeboots angeordnet. D. h. das Hydrophon wird in dem Zwischenraum zwischen dem Druckkörper und der Außenhaut angeordnet, wobei es außenseitig von der Außenhaut abgedeckt wird, die den Druckkörper des Unterseeboots und/oder an dem Druckkörper ausgebildete Aufbauten des Unterseeboots strömungsgünstig verkleidet. Das Hydrophon wirkt sich somit nicht auf die Strömungseigenschaften des Unterseeboots aus und wird von der Außenhaut vor äußeren Einflüssen geschützt. Nachfolgend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 in einer stark vereinfachten Prinzipskizze ein Überwasserschiff und Fig. 2 in einer stark vereinfachten Prinzipskizze ein Unterseeboot.

Ein in Fig. 1 dargestelltes Überwasserschiff 2 weist eine Tragstruktur 4 auf, welche alle tragenden Teile des Schiffskörpers beinhaltet, die aber in Fig. 1 sehr stark vereinfacht lediglich in Form eines Schiffsrumpfes 6 und eines mit dem Schiffsrumpf 6 in Verbindung stehenden Trägers 8 dargestellt ist. Auf der Tragstruktur 4 ist eine Vorrichtung 10 gelagert, welche in Fig. 1 durch den Pfeil 12 deutlich gemachte Schwingungen ausführt.

Diese Schwingungen führen innerhalb der Tragstruktur 4 zu Körperschall, welcher sich bis in den Schiffsrumpf 6 ausbreitet, wo er in einem unterhalb der Wasseroberfläche 14 befindlichen Bereich Wasserschall 16 verursacht. Um diesen Wasserschall 16 zu eliminieren oder zumindest deutlich zu verringern, ist ein mit der Tragstruktur 4 in Wirkkontakt stehender aktiver Schwingungsdämpfer 18 vorgesehen, dessen Krafterreger derart von einer Steuerungseinrichtung 20 angesteuert wird, dass eine von dem Krafterreger auf die Tragstruktur 4 ausgeübte Erregerkraft in der Tragstruktur aktiv Schwingungen erzeugt, welche mit den von der Vorrichtung 10 in die Tragstruktur 4 eingeleiteten Schwingungen frequenz- und amplitudengleich sind, jedoch eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, sodass sich die von dem Krafterreger in die Tragstruktur 4 eingeleiteten Schwingungen und die von der Vorrichtung 10 in die Tragstruktur 2 eingeleiteten Schwingungen soweit gegenseitig auslöschen, dass in der Wasserumgebung des Überwasserschiffs 2 möglichst kein Wasserschall 16 wahrnehmbar ist.

Die Steuerung des aktiven Schwingungsdämpfers 18 erfolgt auf der Grundlage des in der Außenumgebung des Überwasserschiffs 2 wahrnehmbaren Wasserschalls 16, der durch Schwingungen der Vorrichtung 10 verursacht wird. Zur Erfassung des Wasserschalls 16 ist an der mit dem Umgebungswasser des Schiffs in Kontakt stehenden Seite des Schiffsrumpfs 6 unterhalb der Wasserlinie 14 ein Hydrophon 22 angeordnet, welches mit der Steuerungseinrichtung 20 signalverbunden ist. Basierend auf den von dem Hydrophon 22 zur Verfügung gestellten Signalen wird der Schwingungsdämpfer 18 derart angesteuert, dass die von dem Krafterreger des Schwingungsdämpfers 18 in die Tragstruktur erzeugten Gegenschwingungen die von der Vorrichtung 10 erzeugten Schwingungen so weit eliminieren, dass außerhalb des Schiffsrumpfes 6 kein Wasserschall 16 wahrnehmbar ist. In Fig. 2 ist ein Unterseeboot 24 dargestellt, das einen Druckkörper 26 aufweist, welcher außenumfänglich zumindest in einem Teilbereich von einer von dem Druckkörper 26 beabstandeten Außenhaut 28 umgeben ist. Hierbei ist ein Zwischenraum 30 zwischen dem Druckkörper 26 und der Außenhaut 28 wasserdurchflutet. Der Druckkörper 26 bildet zusammen mit allen in dem Druckkörper 26 befindlichen tragenden Teilen eine Tragstruktur 4', wobei die Tragstruktur 4' in Fig. 2 sehr stark vereinfacht lediglich durch den Druckkörper 26 und einen Träger 8' veranschaulicht ist. Auch in dem Unterseeboot 24 ist auf der Tragstruktur 4' zumindest eine Vorrichtung 10' gelagert, welche durch den Pfeil 12 symbolisierte Schwingungen ausführt, die in der

Tragstruktur 4' Körperschall und außenseitig des Druckkörpers 26 Wasserschall erzeugen.

Um diesen Wasserschall zu verhindern oder zumindest deutlich zu verringern, weist auch das Unterseeboot 24 einen mit der Tragstruktur 4' in Wirkkontakt stehenden aktiven Schwingungsdämpfer 18 auf, der von einer Steuerungseinrichtung 20 gesteuert wird, wobei die Steuerung des Schwingungsdämpfers 18 auch auf der Grundlage des von einem mit der Steuerungseinrichtung 20 signalverbundenen Hydrophons 22 erfassten Wasserschalls erfolgt. Das Hydrophon 22 ist zweckmäßigerweise in dem wasserdurchfluteten Zwischenraum 30 zwischen dem Druckkörper 26 und der Außenhaut 28 des Unterseeboots 24 angeordnet, wo es sich nicht auf die Strömungseigenschaften des Unterseeboots auswirkt und von der Außenhaut 28 vor äußeren Einflüssen geschützt ist. Der an dem Unterseeboot 24 eingesetzte aktive Schwingungsdämpfer, die Steuerungseinrichtung 20 und das Hydrophon 22 können den entsprechenden in dem in Fig. 1 dargestellten Überwasserschiff 2 verwendeten Komponenten entsprechen, wobei aber hinsichtlich des Hydrophons 22 sicherzustellen ist, dass es bei der größtmöglichen Tauchtiefe des Unterseeboots 24 druckfest ist. Bezugszeichenliste

2 Überwasserschiff 4, 4' Tragstruktur 6 Schiffsrumpf

8, 8' Träger

10, 10' Vorrichtung 12 Pfeil

14 Wasseroberfläche 16 Wasserschall 18 Schwingungsdämpfer

20 Steuerungseinrichtung 22 Hydrophon

24 Unterseeboot 26 Druckkörper

28 Außenhaut

30 Zwischenraum