VERFAHREN ZUM TARNEN DER VON DEN SCHALLABSTRAHLENDEN MECHANISCHEN ELEMENTEN EINES FAHRZEUGES ABGESTRAHLTEN SCHALLSIGNALE; INSBESONDERE EINES GETAUCHTEN UNTERSEEBOOTES UND UNTERSEEBOOT

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Tarnen der von den schallabstrahlenden mechanischen Elementen eines Fahrzeuges abgestrahlten Schallsignale, insbesondere eines getauchten Unterseebootes, wobei die mechanischen Elemente ein Schallsignal mit einem ersten Frequenzspektrum mit mindestens einem ersten Intensitätsmaximum abstrahlen.

[0002] Die Erfindung betrifft ferner ein Unterseeboot mit schallabstrahlenden mechanischen Elementen und Mitteln zum Tarnen der abgestrahlten Schallsignale.

[0003] Mit der Erfindung soll insbesondere die Schallquelle verschleiert bzw. das Unterseeboot getarnt werden.

[0004] Im Rahmen der Bekämpfung von Unterseebooten verwendet man zum Orten der Unterseeboote sowohl aktive wie auch passive Systeme.

[0005] Bei den aktiven Systemen (z.B. SONAR) wird von Bord eines suchenden Fahrzeugs, beispielsweise einer Fregatte, ein Suchsignal abgestrahlt, im allgemeinen ein Schallsignal im Schall- oder Infraschallbereich. Diese Schallsignale werden an der Oberfläche des Unterseeboots reflektiert und gelangen auf Empfänger an Bord des suchenden Fahrzeugs, so daß mittels geeigneter Auswerteverfahren aus diesen empfangenen Signalen die Position des Unterseeboots bestimmt werden kann.

[0006] Um Unterseeboote gegen solche aktive Ortungsverfahren zu schützen, ist es bekannt, das Unterseeboot an seiner Außenhülle mit einer Beschichtung zu versehen, die auftreffende Schallsignale bestmöglich absorbiert.

[0007] Aus der DE-OS 33 32 754 ist ein Unterwasserschiff bekannt, das gegen Erkennung durch ein Tieffrequenz-Aktiv-Sonar, d.h. ein passives Schallortungssystem getarnt werden soll. Hierzu sind insbesondere am Bug und am bugseitigen Turmbereich breitbandige Keilabsorber angeordnet, die ihrerseits an die jeweiligen Schiffskonturen angepaßt sind und selbst keine Schallreflexionseigenschaften aufweisen. Auf diese Weise soll die Erkennbarkeit des Unterseeboots, nämlich das sogenannte Zielmaß um ca. 10 bis 15 dB vermindert werden konnen.

[0008] Auch ist bereits vorgeschlagen worden, Turbulenzen an umströmten Unterwasserteilen von Unterseebooten durch Einbringen chemischer Additive herabzusetzen (DE-OS 23 18 304).

[0009] Bei den passiven Ortungsverfahren werden hingegen physikalische Erscheinungen ausgenutzt, die vom Unterseeboot selbst verursacht werden. So ist es beispielsweise bekannt, zum Orten von Unterseebooten die Tatsache auszunutzen, daß die metallischen Teile des Unterseeboots das Erdmagnetfeld stören. Es sind daher Ortungssonden bekannt, die auf dem Prinzip der kernmagnetischen Resonanz beruhen und von Schiffen oder Flugzeugen an einer langen Leine über den abzusuchenden Bereichen des Meers geschleppt werden, um Verwerfungen des Erdmagnetfelds zu detektieren.

[0010] Ein weiteres passives Ortungsverfahren, wie es beispielsweise in der EP-PS 63 517, der EP-OS 120 520 sowie der EP-PS 213 418 beschrieben ist, beruht auf der Messung von Schallsignalen, die vom Unterseeboot abgestrahlt werden. Ein Unterseeboot strahlt nämlich in dem Umfange Schall an das umgebende Meerwasser ab, wie bewegte Teile im Unterseeboot Schwingungen an die Außenhaut übertragen. In erster Linie werden meßbare Schallsignale von bewegten Antriebselementen des Unterseeboots, also von den rotierenden Teilen des Antriebsmotors und von der Welle erzeugt, aber auch die rotierende Schraube und die von der Schraube verursachte Kavitation sind als Schallquellen zu berücksichtigen. Schließlich werden auch bei der Betätigung der Höhen- und Tiefenruder, beim Ablassen von Luft und beim Verschieben von Trimmassen Schallsignale erzeugt, die mit entsprechend empfindlichen passiven Ortungssystemen an Bord moderner Fregatten erfaßt werden können.

[0011] Bei Unterseebooten mit kerntechnischem Antrieb kommt in diesem Zusammenhang noch die Besonderheit hinzu, daß Kernreaktoren, wie sie an Bord von Unterseebooten eingesetzt werden, üblicherweise mit periodisch betätigten Regelstäben ausgerüstet sind. Die Regelstäbe werden mit einer vorgegebenen Frequenz im Reaktorgefäß bewegt, wobei die Eintauchtiefe der Regelstäbe einstellbar ist, so daß auf diese Weise die vom Kernreaktor abgegebene Leistung eingestellt werden kann. Infolge der periodischen Bewegung relativ großer Massen entsteht jedoch auch ein verhältnismäßig intensives Schallsignal, das zur Ortung von derartigen kerntechnisch angetriebenen Unterseebooten herangezogen werden kann.

[0012] Es ist andererseits bekannt, daß bei modernen, immer empfindlicher werdenden passiven Schallortungssystemen in immer größerem Maße auch der Schall berücksichtigt werden muß, der in der Umgebung des Unterseeboots vorhanden ist. Dieser natürliche Schall wird im wesentlichen durch Meeresströmungen, Wellengang, Fischschwärme und dgl. erzeugt.

[0013] Beim Betrieb von passiven Schallortungssystemen macht sich dieser Umgebungsschall als Rauschen bemerkbar, das je nach Umgebungsbedingungen eine gleichmäßige oder eine ungleichmäßige Frequenzverteilung annehmen kann.

[0014] Aus der DE-OS 34 06 343 ist ein Verfahren bekannt, mit dem Schallsignale von Unterseebooten, deren Intensität nur geringfügig über dem des Umgebungsrauschens liegt, aus dem Umgebungsrauschen heraus erkannt werden können.

[0015] Um Unterseeboote der Erkennung durch die vorstehend beschriebenen passiven Schallortungssysteme zu entziehen, sind zahlreiche Maßnahmen bekannt.

[0016] Die wesentliche Maßnahme besteht naturgemäß darin, die Schallabgabe des Unterseeboots insgesamt nach Möglichkeit zu vermindern. Um dies zu erreichen werden insbesondere im Antriebsbereich des Unterseeboots möglichst geräuscharme Maschinenteile, beispielsweise Lager, verwendet, damit die gesamthaft erzeugte Schallenergie möglichst gering gehalten wird.

[0017] Darüberhinaus ist es aber auch bekannt, an Bord von Unterseebooten Schalldämmaßnahmen vorzunehmen, um unvermeidbaren Schall zumindest nicht an die Außenhülle des Unterseeboots gelangen zu lassen. Hierzu ist beispielsweise bekannt, die Außenhülle des Unterseeboots zweischalig auszubilden und den Zwischenraum mit einer Dicke von beispielsweise 30 cm mit Meerwasser zu fluten, damit möglichst wenig Schallwellen an die äußere Hülle des Unterseeboots gelangen können.

[0018] Weiterhin kann in Gefahrensituationen das Ausmaß der abgestrahlten Schallwellen auch dadurch vermindert werden, daß die Antriebsleistung durch sogenannte "Schleichfahrt" vermindert wird. Allerdings setzt dies naturgemäß die Fähigkeit des Unterseeboots herab, sich der Ortung durch feindliche Schiffe durch Entfernung von denselben zu entziehen.

[0019] Aus der DE-OS 36 00 258 ist eine elektrische Anlage für Unterseeboote bekannt, die Mittel zum Tarnen des Unterseeboots aufweist. Bei der bekannten Anlage berücksichtigt man die Tatsache, daß ein Wechselstromnetz des Unterseeboots im Fre quenzbereich zwischen 60 Hz und 400 Hz arbeitet und daß es unvermeidbar ist, daß Frequenzen in diesem Frequenzbereich zuzüglich ihrer Oberschwingungen über den Bootskörper an das umgebende Wasser abgegeben werden. Bei der bekannten elektrischen Anlage wird daher für das Wechselstromnetz des Unterseeboots eine Frequenz von beispielsweise 30 kHz vorgesehen, die weit oberhalb des Empfangsfrequenzbereichs fremder Ortungssysteme liegt.

[0020] Allerdings hat diese bekannte elektrische Anlage den Nachteil, daß sie lediglich so lange eine Tarnung des getauchten Unterseeboots bewirken kann, als die Frequenzbereiche feindlicher passiver Ortungssysteme nicht ebenfalls im Bereich von beispielsweise 30 kHz arbeiten. Sobald also die bei der bekannten Anlage getroffenen Maßnahmen dem jeweiligen Feind bekannt sind, kann dieser durch entsprechende Umgestaltung seiner passiven Ortungssysteme die getauchten Unterseeboote durch Überprüfung des neuen Frequenzbereichs orten.

[0021] Schließlich ist noch bekannt, passive Schallortungssysteme an Bord feindlicher Schiffe dadurch zu stören, daß Objekte abgesetzt werden, die eine hohe Schalleistung abstrahlen und damit die empfindlichen Empfangsgeräte der passiven Schallortungssysteme übersteuern.

[0022] So ist z.B. aus der DE-OS 33 00 067 eine Vorrichtung zum Stören der Ortung von U-Booten bekannt, bei der von einem Unterseeboot ein Körper ausgestoßen werden kann, der schallabgebend ausgestattet ist. Dieser Körper dient zum Irreführen eines Sonar-Systems, d.h. eines aktiven akkustischen Ortungssystems an Bord eines feindlichen Fahrzeugs.

[0023] Aus der EP-OS 237 891 ist eine Einrichtung zum Stören und Täuschen von Wasserschall-Ortungsanlagen bekannt. Ein Tragkörper der bekannten Einrichtung ist mit pyrotechnischen Ladungen versehen, deren Abbrand zur impulsförmigen Abgabe von Gasblasen führt, die z.B. niederfrequente Körperschallschwingungen und hochfrequent schwingende äußere Kavitationsschichten an einem Gehäuse hervorrufen, aus dem sie auch zur Ausbildung eines Blasenvorhanges austreten. Die bekannte Einrichtung soll von einem zu schützenden Objekt ablenken und durch die langsam dahintreibende Blasenansammlung ein reflektierendes Zielobjekt vortäuschen.

[0024] Allerdings ist der Einsatzbereich derartiger Störobjekte auf den Fall beschränkt, daß die Anwesenheit des Unterseeboots ohnehin an Bord der feindlichen Schiffe bekannt ist und nur noch verhindert werden soll, daß durch die passiven Schallortungssysteme die präzise Ortung von abgeschossenen Torpedos ermöglicht wird, die ebenfalls unter Schallerzeugung in Bewegung sind. Für den Einsatzfall, daß ein Unterseeboot überhaupt unentdeckt bleiben möchte, sind derartige Störobjekte ungeeignet.

[0025] Aus dem Dokument US-A-3 891 961 sind eine Gegenmaßnahme gegen Sonar-Ortung sowie ein Unterseeboot bekannt. Dabei ist ein Generator für Sonar-Signale an Bord eines Unterseebootes vorgesehen, der mit mehreren Sonar-Schallquellen zusammenarbeitet, die an der Außenoberfläche des Unterseebootes angeordnet sind. Die verschiedenen Schallquellen werden über Phasenschieber angesteuert, so daß insgesamt ein Störgeräusch entsteht, das eine Sonar-Ortung des Unterseebootes erschwert.

[0026] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Unterseeboot der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die Ortung durch passive Schallortungssysteme erheblich erschwert wenn nicht sogar dadurch unmöglich gemacht wird, daß die Amplitude der von den passiven Schallortungssystemen empfangenen Signale in den Bereich des natürlichen Rauschens gelangen und in diesem untergehen.

[0027] Gemäß dem eingangs genannten Verfahren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Bewegungsablauf von die Schallquelle bildenden mechanischen Elementen und infolgedessen das erste Frequenzspektrum moduliert wird.

[0028] Gemäß dem eingangs genannten Unterseeboot wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß Mittel zum Beeinflussen der mechanischen Elemente vorgesehen sind, derart, daß ein von den mechanischen Elementen abgestrahltes erstes Frequenzspektrum moduliert wird.

[0029] Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

[0030] Moderne passive Schallortungssysteme müssen nämlich, wie bereits weiter oben erläutert, zunächst überhaupt Schallsignale von gesuchten Unterseebooten als solche erkennen, ehe überhaupt eine Ortung, d.h. eine Bestimmung der exakten Position des Unterseeboots möglich wird. Hierzu muß das passive Schallortungssystem die vom Unterseeboot abgestrahlten Schallwellen von den Schallereignissen der natürlichen Umgebung unterscheiden, was alleine dadurch möglich ist, daß die vom Unterseeboot abgestrahlten Schallsignale sich vom Umgebungsschall abheben. Bei einer Modulation des Frequenzspektrums wird hingegen die abgestrahlte Schallenergie zusätzlich auf Seitenbänder verteilt, so daß die Amplitude des Trägersignals sich entsprechend vermindert und im Rauschen des Umgebungsschalls schließlich untergeht.

[0031] Die Erfindung hat ferner den Vorteil, daß durch die mechanische Beeinflussung der hauptverursachenden Elemente eine beliebige spektrale Verteilung der abgegebenen Schallsignale erzielt werden kann, um die vorstehend beschriebenen Ziele zu erreichen.

[0032] Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Frequenzspektrum stochastisch moduliert.

[0033] Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß alle Gesetzmäßigkeiten ausgeschaltet werden, denen das Schallsignal gehorcht, so daß das Schallsignal nicht mehr aus dem stochastischen Umgebungsschall heraus erkannt werden kann.

[0034] Diese Gesetzmäßigkeiten beruhen darauf, daß die schallerzeugenden Elemente in der Regel periodisch oder quasiperiodisch betätigte Bauteile des Unterseeboots, beispielsweise eine mit vorgegebener Drehzahl rotierende Antriebswelle oder Antriebsschraube sind. Das passive Schallortungssystem braucht in einem solchen Falle daher nur nach solchen Schallsignalen im Umgebungsrauschen zu suchen, die eine ausgeprägte Intensitätsverteilung des Frequenzspektrums aufweisen, weil derartige Schallereignisse im natürlichen Umgebungsrauschen nicht auftreten.

[0035] Wird nun erfindungsgemäß der vom Unterseeboot abgestrahlte Schall in einer Weise beeinflußt, daß die schallauslösenden mechanischen Vorgänge ihrer Gesetzmäßigkeit beraubt werden, kann das passive Schallortungssystem folglich diese, jetzt keinen Gesetzmäßigkeiten mehr gehorchenden Schallsignale nicht von den ebenfalls stochastischen Schallsignalen der Umgebung unterscheiden.

[0036] Im Idealfalle bedeutet dies, daß in dem vom passiven Schallortungssystem gemessenen Frequenzspektrum des Umgebungsschalls keine charakteristischen Signale mehr erscheinen, zumindest werden diese Signale aber in ihrer Intensität so vermindert, nämlich im Frequenzbereich "verschliffen", daß sie nicht mehr von den natürlichen Unregelmäßigkeiten der spektralen Verteilung des Umgebungsschalls unterschieden werden können.

[0037] Bei einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung wird bei makroskopisch bewegten mechanischen Elementen die Bewegungsfrequenz moduliert.

[0038] Unter "makroskopisch bewegt" sollen hierbei solche Teile verstanden werden, die z.B. im Antriebsstrang des Unterseeboots sichtbar bewegt werden, also z.B. rotierende Wellen, Motorenteile, Antriebsschrauben und dgl.. Werden diese makroskopisch bewegten Elemente frequenzmoduliert, so bedeutet dies in der spektralen Verteilung der abgestrahlten Schallsignale, daß sich eine Vielzahl von Seitenbändern bildet, deren Frequenzabstand und Amplitude infolge der stochastischen Modulierung ständig nach Zufallsgesichtspunkten variiert, so daß keine regelmäßige Erscheinung im abgestrahlten Schallbild verbleibt. Weiterhin kommt als besonders vorteilhaft hinzu, daß bei einer intensiven Frequenzmodulation die abgestrahlte Leistung auf den Träger und die Seitenbänder verteilt wird, so daß ein zuvor monochromatisch vorhandenes Signal mit geringer Bandbreite und großer Amplitude nunmehr in ein verschliffenes Signal mit großer Bandbreite und geringer Amplitude umgesetzt wird. Infolge der Vielzahl von Seitenbändern bei der Frequenzmodulation entsteht dabei eine spektrale Verteilung mit unregelmäßiger Hüllkurve, deren Gestalt infolge der stochastischen Modulierung noch beständig schwankt.

[0039] Alternativ dazu kann bei makroskopisch bewegten mechanischen Elementen aber auch die Bewegungsamplitude moduliert werden.

[0040] Bei der Amplitudenmodulation entstehen zwar bekanntlich nur zwei Seitenbänder jeweils im Abstand der Modulationsfrequenz, infolge der stochastischen Amplitudenmodulation variiert jedoch auch bei dieser Vorgehensweise die Amplitude und Lage der Seitenbänder beständig, so daß sich - wenngleich in vermindertem Umfang - auch die vorstehend beschriebenen Vorteile der Frequenzmodulation einstellen.

[0041] Das vorstehend beschriebene Verfahren läßt sich mit Vorteil zum Verschleiern von Schallquellen der verschiedensten Art einsetzen, so auch zum Verschleiern von Schallquellen in Gestalt von Land- oder Luftfahrzeugen aller Art, besonders bevorzugt ist jedoch, wie bereits eingangs erläutert, das Verfahren zum Tarnen eines getauchten Unterseeboots einzusetzen, wobei dann bevorzugt der Bewegungsablauf von Antriebselementen des Unterseebootes moduliert wird.

[0042] Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die wesentlichen schallerzeugenden Elemente, nämlich die Antriebselemente, derart beeinflußt werden, daß die von ihnen abgestrahlten Schallsignale in der beschriebenen Weise verschleiert werden.

[0043] Bevorzugt ist vor allem, wenn die Drehzahl einer Antriebswelle des Unterseebootes moduliert wird.

[0044] Dies hat den Vorteil, daß das wesentliche schallerzeugende Element, nämlich der Antriebsstrang des Unterseeboots in der genannten Weise beeinflußt wird, so daß eine erhebliche Reduzierung der abgestrahlten Gesamtschalleistung möglich wird.

[0045] Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Eigenfrequenz von die Schallquelle bildenden eigenresonanten mechanischen Elementen moduliert.

[0046] Diese Maßnahme ist dann von Vorteil, wenn die abgestrahlte Schalleistung nicht nur oder zumindest nicht im wesentlichen von den makroskopisch bewegten mechanischen Elementen in der oben erläuterten Definition selbst erzeugt wird, sondern vielmehr durch eigenresonante mechanische Elemente eine Resonanzüberhöhung von Primär-Schwingungsereignissen auftritt. In diesem Falle kann die Schallabstrahlung in vorteilhafter Weise dadurch beeinflußt werden, daß die Eigenfrequenz dieser resonanten Elemente moduliert wird.

[0047] In dem bereits geschilderten bevorzugten Anwendungsfall bei getauchten Unterseebooten wird dann die Eigenfrequenz von eigenresonanten Bauteilen des Unterseeboots moduliert.

[0048] Dies ist besonders vorteilhaft, weil gerade bei Unterseebooten der beschriebene Mechanismus z.B. dadurch auftreten kann, daß primäre Schwingungsereignisse, beispielsweise im Unterseeboot umhergehende Mannschaften durch Resonanzüberhöhung von resonanzfähigen Bauteilen in Schallereignisse umgesetzt werden, deren Amplitude beträchtliche Ausmaße annehmen kann.

[0049] Eine weitere besonders bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Schallquelle sich in einer Umgebung mit Fremdschall befindet, daß ein zweites Frequenzspektrum des Fremdschalls aufgenommen wird, daß zweite Intensitätsmaxima des zweiten Frequenzspektrums bestimmt werden und daß durch Beeinflussen der Schallquelle das erste Frequenzspektrum mit seinem ersten Intensitätsmaximum auf die Frequenz eines der zweiten Intensitätsmaxima des zweiten Frequenzspektrums verschoben wird.

[0050] Diese Maßnahmen, die auch in Alleinstellung verwendbar sind, haben den wesentlichen zusätzlichen Vorteil, daß die Schallquelle sich mit ihrer nicht mehr verminderbaren abgestrahlten Schalleistung in einem Intensitätsmaximum des Umgebungsschalls "verstecken" kann. Bei der Analyse des vom passiven Schallortungssystem erfaßten Umgebungsschalls fallen nämlich naturgemäß solche Veränderungen im Spektrum eher auf, die sich isoliert darstellen, während lediglich eine Variation eines natürlich vorhandenen Maximums sehr viel schwieriger zu erkennen ist.

[0051] Auch diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich mit besonderem Vorteil zum Tarnen eines getauchten Unterseeboots einsetzen, indem nämlich das zweite Frequenzspektrum des das Unterseeboot umgebenden Meeres aufgenommen wird und die Frequenz des Bewegungsablaufs von Antriebselementen des Unterseeboots auf die Frequenz eines der zweiten Intensitätsmaxima verschoben wird.

[0052] Bei Anwendung dieses Verfahrens kann über die vorstehend genannten Gesichtspunkte noch hinzukommen, daß sogar denkbar ist, das Unterseeboot mit dem Maximum seines abgestrahlten Schallspektrums in dem Maximum des Umgebungsschalls zu verstecken, das vom suchenden feindlichen Fahrzeug selbst erzeugt wird. Da das feindliche Fahrzeug, beispielsweise die Fregatte, sich während der Suchfahrt bewegen muß, strahlt es selbst naturgemäß ebenfalls ein Schallspektrum ab, das ausgeprägte Maxima aufweist. Wenn also die schallerzeugenden Elemente des Unterseeboots so beeinflußt werden, daß das Maximum des abgestrahlten Schallspektrums mit dem Maximum des von der Fregatte abgestrahlten Schallspektrums übereinstimmt, so ist es für das passive Schallortungssystem an Bord der Fregatte besonders schwierig, dieses Schallereignis zu detektieren, weil naturgemäß der in unmittelbarer Nähe befindliche Antrieb der Fregatte eine besondere Störgröße für das passive Schallortungssystem darstellt.

[0053] Selbstverständlich kann auch bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens die Eigenfrequenz von eigenresonanten Bauteilen des Unterseeboots in der Weise verändert werden, daß das abgestrahlte Frequenzspektrum in das Maximum des Umgebungsschalls verschoben wird.

[0054] Gemäß dem erfindungsgemäßen Unterseeboots ist eine Vielzahl von Varianten der apparativen Ausgestaltung möglich, um zusätzliche vorteilhafte Wirkungen bei der Lösung der weiter oben angegebenen Aufgabe zu erreichen.

[0055] So kann bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen U-Boots eine Stellstufe in einer Versorgungseinheit eines Antriebsmotors vorgesehen sein.

[0056] Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß in einfacher Weise z.B. die Drehzahl des Antriebsmotors, bei Einsatz eines Elektromotors durch Variation der Speisespannung oder Speisefrequenz beeinflußt werden kann, um die ausführlich geschilderten Wirkungen zu erzeugen.

[0057] Bei einer weiteren Variante kann in einem Antriebsstrang des Unterseeboots eine einstellbare Kupplung angeordnet sein. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß durch stochastisches öffnen und Schließen der Kupplung ebenfalls die gewünschte Beeinflussung der schallerzeugenden Elemente erzielt werden kann, wobei eine Kupplung ein hierfür besonders geeignetes Maschinenelement ist, da es bestimmungsgemäß für das Auftrennen und Schließen eines Kraftflusses in einem Antriebsstrang vorgesehen ist.

[0058] Bei einer weiteren bevorzugten Variante ist Hilfsenergie in Abhängigkeit von der Stellstufe in einen Antriebsstrang des Unterseeboots einspeisbar.

[0059] Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß durch stochastisches Einspeisen der Hilfsenergie auch die schallerzeugenden Ereignisse in der gewünschten Weise beeinflußt werden.

[0060] Bei einer praktischen Ausführungsform dieser Variante ist ein Hilfsenergie-Speicher über eine einstellbare Kupplung an den Antriebsstrang anschließbar.

[0061] Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß durch selektives Schließen und Öffnungen von Kupplungen alternativ die Antriebsleistung oder ein Teil derselben zum Aufladen des Hilfsenergie-Speichers verwendet werden kann und der Hilfsenergie-Speicher dann durch Ankuppeln an den Ausgang des Antriebstrangs wieder teilweise oder ganz entladen werden kann.

[0062] Bei einer weiteren Variante der Erfindung ist in einem Antriebsstrang des Unterseeboots ein im Übersetzungsverhältnis einstellbares Getriebe angeordnet.

[0063] Auch dieses an sich bekannte Maschinenelement ermöglicht in relativ einfacher Weise eine stochastische Einstellung der Antriebsdrehzahl.

[0064] Bei noch einer Variante der Erfindung ist in einem Antriebsstrang des Unterseeboots ein federndes Übertragungselement angeordnet, das mittels einer einstellbaren Kupplung überbrückbar ist.

[0065] Auch diese Maßnahme hat den Vorteil, daß durch stochastisches Verändern der Elastizität des Antriebsstranges die erzeugten Schallwellen in der gewünschten Weise beeinflußt werden.

[0066] Entsprechendes gilt, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in einem Antriebsstrang des Unterseeboots ein Übertragungselement angeordnet ist, bei dem die Phasenlage einer Antriebsbewegung am Ausgang gegenüber der Antriebsbewegung am Eingang einstellbar ist.

[0067] Auf diese Weise läßt sich eine Phasenmodulation der Antriebsdrehzahl erreichen, die ebenfalls zu den gewünschten Seitenbändern und der Verteilung der Schallenergie führt.

[0068] Weiterhin ist eine Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, bei der Mittel zum Einstellen eines Anstellwinkels einer Antriebsschraube des Unterseeboots vorgesehen sind.

[0069] Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß weitestgehend ohnehin vorhandene Komponenten verwendet werden können, weil es bekannt ist, durch Verstellen des Anstellwinkels der Antriebsschraube die Antriebsleistung des Unterseeboots zu variieren.

[0070] Bei einer Unterseeboot mit kerntechnischem Antrieb mit periodischer Auslenkung von Regelstäben eines Kernreaktors ist besonders bevorzugt, wenn eine Bewegungseinheit für die Regelstäbe einstellbar ist.

[0071] Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß das schallverursachende Bewegen der Regelstäbe ebenfalls in der beschriebenen Weise verschleiert werden kann.

[0072] Eine weitere bevorzugte Variante der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß an eigenresonanten Elementen einstellbare mechanische Spannmittel angeordnet sind.

[0073] Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Eigenresonanz der genannten Elemente in einfacher Weise dadurch variiert werden kann, daß man eine mechanische Zug- oder Druckspannung in stochastischer Weise auf die genannten Elemente ausübt.

[0074] Besonders einfach ist dies dann möglich, wenn die Spannmittel Piezoelemente sind, weil Piezoelemente besonders einfache Spannungs/Druck-Wandler sind und damit die Eigenresonanz der genannten Elemente in einfacher Weise durch elektrische Signale modulierbar wird.

[0075] Entsprechendes gilt, wenn die Eigenresonanz der Elemente dadurch verändert wird, daß zwischen eigenresonanten Elementen einstellbare mechanische Kopplungsmittel angeordnet sind.

[0076] Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

[0077] Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

[0078] Besonders gilt dies für die beiden Verfahrensvarianten der Frequenzmodulation und der Frequenzverschiebung, die je nach Einsatzfall entweder in Kombination oder einzeln verwendet werden können.

[0079] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine schematisierte Ansicht einer Gefechtslage, bei der eine Fregatte mittels eines passiven Schallortungssystems versucht, ein getauchtes Unterseeboot zu orten;

Fig. 2

eine schematisierte Darstellung der spektralen Verteilung von Schallsignalen über der Frequenz für die Schallereignisse einer natürlichen Meeresumgebung;

Fig. 3

ein periodisches Schallsignal im Zeitbereich;

Fig. 4

die spektrale Verteilung der Fig. 2, jedoch bei gleichzeitigem Auftreten des monochromatischen Schallereignisses gemäß Fig. 3;

Fig. 5

das Schallereignis der Fig. 3, jedoch für den Fall einer periodischen Amplitudenmodulation;

Fig. 6

die spektrale Verteilung der Fig. 4, jedoch für das Schallereignis der Fig. 5;

Fig. 7

das Schallereignis der Fig. 3, jedoch für den Fall einer stochastischen Amplitudenmodulation;

Fig. 8

die spektrale Verteilung der Fig. 2, jedoch in Anwesenheit des Schallsignals gemäß Fig. 7;

Fig. 9

das Schallereignis der Fig. 7, jedoch mit verschobener Trägerfrequenz;

Fig. 10

die spektrale Verteilung der Fig. 8, jedoch für das Schallereignis der Fig. 9;

Fig. 11

ein äußerst schematisiertes Blockschaltbild eines Antriebsstrangs eines Unterseeboots mit stochastisch beeinflußter Stellstufe in.der Stromversorgung eines Elektromotors;

Fig. 12

ein Blockschaltbild ähnlich Fig. 11, jedoch mit stochastisch beeinflußter Trennkupplung im Antriebsstrangs;

Fig. 13

ein Blockschaltbild ähnlich Fig. 11, jedoch mit stochastisch beeinflußter Zuschaltung eines Hilfsenergie-Speichers;

Fig. 14

ein Blockschaltbild ähnlich Fig. 11, jedoch mit stochastisch beeinflußtem Übersetzungsgetriebe;

Fig. 15

ein Blockschaltbild ähnlich Fig. 11, jedoch mit stochastisch beeinflußtem elastischen Übertragungselement;

Fig. 16

ein Blockschaltbild ähnlich Fig. 11, jedoch mit stochastisch beeinflußtem Phasenschieber im Antriebsstrang;

Fig. 17

ein Blockschaltbild ähnlich Fig. 11, jedoch mit stochastisch beeinflußter Anstellung des Neigungswinkels der Antriebsschraube;

Fig. 18

eine schematisierte Darstellung eines Kernreaktors zum Antrieb eines Unterseeboots mit stochastisch beeinflußter Einstellung der Regelstäbe;

Fig. 19

eine schematisierte Darstellung zur Erläuterung einer stochastischen Einstellung einer Eigenfrequenz eines eigenresonanten Feder-Masse-Systems;

Fig. 20

eine Variante zur Anordnung gemäß Fig. 19 mit stochastisch eingestellter Kopplung zwischen zwei eigenresonanten Feder-Masse-Systemen.

[0080] Bei der in Fig. 1 dargestellten Gefechtslage ist mit 10 ein Meer bezeichnet, auf dem sich eine Fregatte 11 auf Suchfahrt nach Unterseebooten befindet.

[0081] Unterhalb einer Wasserlinie 12 der Fregatte 11 ist diese mit einem passiven Schallortungssystem 13 versehen, das beispielsweise einen Öffnungskegel 14 aufweist. Die Fregatte 11 erzeugt ihrerseits Schallwellen 15, insbesondere durch den Antrieb der Fregatte 11.

[0082] Unter der Oberfläche des Meers 10 befindet sich in nicht maßstäblich eingezeichneter Tiefe ein Unterseeboot 20 mit kerntechnischem Antrieb 21. Mit 22 ist äußerst schematisch eine Antriebswelle des Unterseeboots 20 bezeichnet, die zu einer Schraube 23 führt. Mit 24, 25 und 26 sind Schallwellen bezeichnet, die vom Unterseeboot 20 ausgestrahlt werden.

[0083] 24 soll dabei den Anteil an Schallwellen symbolisieren, der durch die Bewegungseinrichtung der Regelstäbe des kerntechnischen Antriebs 21 erzeugt wird, wie dies weiter unten zu Fig. 18 noch erläutert werden wird.

[0084] 25 soll den Anteil der Schallwellen symbolisieren, die durch die Antriebselemente des Unterseeboots 20, insbesondere durch die rotierende Welle, die rotierenden Motorelemente und dgl. erzeugt werden.

[0085] 26 soll schließlich den Anteil der Schallwellen symbolisieren, der durch die Rotation der Schraube 23, insbesondere durch die von der Schraube 23 verursachten Kavitationen erzeugt wird.

[0086] Das Unterseeboot 20 ist seinerseits ebenfalls mit einem passiven Schallortungssystem 27 bestückt, das einen Kegel 28 überstreicht.

[0087] Unter einem passiven Schallortungssystem soll nachfolgend jedwede Einrichtung verstanden werden, die in der Lage ist, Schallsignale zu empfangen und zu analysieren.

[0088] In Fig. 2 ist über der Frequenz f die Intensität eines Schallsignals S als erstes Frequenzspektrum 30 aufgetragen. Das erste Frequenzspektrum 30 soll die natürliche Umgebung in Abwesenheit von künstlichen Schallquellen darstellen. Das erste Frequenzspektrum 30 ist, wie man bei f₁ erkennt, mit einem ersten Maximum 31 versehen, das durch natürliche Umgebungseinflüsse, beispielsweise durch einen einer bestimmten Windstärke zugeordneten Wellengang erzeugt wird.

[0089] Es versteht sich, daß im Rahmen der vorliegenden Erfindung die interessierenden Frequenzen im Schall- bzw. Infraschallbereich liegen.

[0090] Fig. 3 zeigt im Zeitbereich t ein erstes Schallsignal 32 von sinusförmiger, d.h. periodischer Gestalt, das ein von einem Unterseeboot abgestrahltes Schallsignal US symbolisieren soll. Die Frequenz des ersten Schallsignals 32 kann beispielsweise der Drehzahl der Welle 22 entsprechen. Der Übersichtlichkeit halber sind bei der Darstellung der Fig. 3 und der nachstehenden Figuren Oberwellen und sonstige Erscheinungen außer Betracht gelassen.

[0091] Kommt nun das Unterseeboot 20 in den Bereich des Kegels 14 des passiven Schallortungssystems 13 der Fregatte 11, so erscheint im ersten Frequenzspektrum 30 ein überlagertes, ausgeprägtes zweites Frequenzspektrum 33, das im idealisierten Fall des monochromatischen Schallereignisses des ersten Schallsignals 32 der Fig. 3 einer hohen schmalen Linie bei einer Frequenz f₂ der Welle entspricht.

[0092] Wie man deutlich aus Fig. 4 erkennen kann, ist das zweite Frequenzspektrum 33 in Gestalt der schmalen Linie deutlich vom Hintergrund des ersten Frequenzspektrums 30 zu unterscheiden.

[0093] Fig. 5 zeigt nun den Fall, daß das erste Schallsignal 32a periodisch amplitudenmoduliert wird, wie mit einer periodischen Einhüllenden 34 in Fig. 5 verdeutlicht. Bekanntlich entstehen bei einer Amplitudenmodulation im Abstand der Modulationsfrequenz Seitenbänder zum Träger, was sich in Fig. 6 im ersten Frequenzspektrum 30 durch ein überlagertes zweites Frequenzspektrum 33a bemerkbar macht, das nun Seitenbänder 35 aufweist. Die Amplitude des Trägers ist gegenüber dem unmodulierten Fall der Fig. 4 deutlich vermindert, weil sich die Schalleistung nunmehr auf den Träger und die beiden Seitenbänder verteilt. Allerdings ist das zweite Frequenzspektrum 33 immer noch deutlich vom Hintergrund des ersten Frequenzspektrums 30 zu unterscheiden.

[0094] Fig. 7 zeigt nun einen weiteren Schritt, bei dem das erste Schallsignal 32b stochastisch amplitudenmoduliert wird, was durch eine stochastische Einhüllende 36 angedeutet ist.

[0095] Unter "stochastisch" soll dabei jedwede von einem Zufallsgenerator oder sonstwie erzeugte Vorgehensweise verstanden werden, die keinerlei, Gesetzmäßigkeiten unterliegt.

[0096] Die stochastische Amplitudenmodulation, des ersten Schallsignals 32b manifestiert sich in der spektralen Darstellung der Fig. 8 in einem zweiten Frequenzspektrum 33b, das nun stark verbreitert und in der Amplitude entsprechend vermindert ist, weil sich die abgestrahlte Schalleistung nunmehr auf einen breiten Frequenzbereich verteilt.

[0097] Wie man deutlich aus Fig. 8 erkennt, ist die Unterscheidung des zweiten Frequenzspektrums 33b von der Umgebung des ersten Frequenzspektrums 30 bereits recht schwierig und wohl nur dann möglich, wenn zuvor das ungestörte erste Frequenzspektrum 30 gemäß Fig. 2 betrachtet wurde und nun bei der Frequenz f₂ plötzlich eine Amplitudenerhöhung auftritt.

[0098] Fig. 9 zeigt nun, daß bei unverändert stochastisch amplitudenmoduliertem ersten Schallsignal 32c jetzt dessen Frequenz erhöht wurde und zwar derart, daß die Trägerfrequenz mit der Frequenz fi des ersten Maximums 31 übereinstimmt.

[0099] Im Frequenzbereich der Fig. 10 äußerst sich sich dies dadurch, daß das erste Maximum 31 durch das zweite Frequenzspektrum 33c lediglich geringfügig überhöht wurde. Eine grundsätzliche Formänderung des ersten Frequenzspektrums 30 liegt damit jedoch nicht vor, weil nicht - wie im vorstehenden Fall der Fig. 8 - an einer Position, an der zuvor kein Maximum vorhanden war, ein Maximum auftritt, sondern weil nunmehr lediglich ein bereits vorhandenes Maximum lediglich in seiner Amplitude etwas erhöht wird.

[0100] Es liegt auf der Hand, daß diese geringfügige Veränderung des ersten Frequenzspektrums 30 besonders schwierig, wenn überhaupt, erkennbar ist.

[0101] Fig. 11 zeigt in einem äußerst schematisierten Blockschaltbild einen Antriebsstrang des Unterseeboots 20.

[0102] Eine Antriebsschraube 40 wird von einem Elektromotor 41 angetrieben, der seinerseits über eine Thyristorstufe 42 aus Batterien 44 gespeist wird. Die Thyristorstufe 42 wird von einer Stellstufe 43 gesteuert, die es gestattet, die Drehzahl des Elektromotors 41 entweder stochastisch zu variieren oder aber auch von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert zu verschieben, wie dies mit der Verschiebung von f₂ auf f₁ in Fig. 10 erläutert wurde.

[0103] Betrachtet man den Elektromotor 41 in Fig. 11 als Gebilde mit monochromatischer Schallerzeugung, so wird leicht erkennbar, daß mittels der Stellstufe 43 eine Frequenzverschiebung bzw. eine Frequenzmodulation der Drehzahl n erzielt werden kann, so daß sich die Situation einstellt, wie sie anhand der Fig. 2 bis 10 für den Fall der Amplitudenmodulation dargestellt wurde.

[0104] In den Fig. 12 bis 17 sind Varianten des Blockschaltbilds gemäß Fig. 11 dargestellt, wobei übereinstimmende Elemente mit denselben Bezugszeichen, jedoch jeweils unter Hinzufügung eines kleinen Buchstabens bezeichnet sind.

[0105] Fig. 12 zeigt eine erste Variante, bei der zwischen Elektromotor 41a und Antriebsschraube 40a eine erste Kupplung 45 angeordnet.

[0106] Die Stellstufe 43a steuert in diesem Falle die erste Kupplung 45 an.

[0107] Durch Öffnen und Schließen der ersten Kupplung 45 kann die Drehzahl der Antriebsschraube 40a pulsmoduliert werden, so daß sich ebenfalls die gewünschten Seitenbänder, und bei stochastischer Pulsmodulation die gewünschte stochastische Verteilung der Seitenbänder einstellt.

[0108] Bei der in Fig. 13 gezeigten weiteren Variante ist neben der ersten Kupplung 45b eine zweite Kupplung 46 angeordnet, mit der ein Schwungrad 47 oder ein anderer Bewegungsenergiespeicher über ein bei 48 lediglich angedeutetes Sumiergetriebe in den Antriebsstrang geschaltet werden kann.

[0109] Die Kupplungen 45b, 46 werden von der Stellstufe 43b angesteuert, so daß durch selektives Öffnen und Schließen dieser Kupplungen 45b, 46 entweder der Elektromotor 41b bei geschlossenen Kupplungen 45b und 46 sowohl auf die Antriebsschraube 40b wie auch auf das Schwungrad 47 arbeitet oder bei geöffneter erster Kupplung 45b und geschlossener zweiter Kupplung 46 lediglich das Schwungrad 47 auf die Antriebsschraube 40b arbeitet oder bei geschlossener erster Kupplung 45b und geöffneter zweiter Kupplung 46 lediglich der Elektromotor 41b die Antriebsschraube 40b antreibt.

[0110] Auch auf diese Weise ist ersichtlich eine Modulation der Antriebsdrehzahl und damit der schallerzeugenden Antriebselemente möglich.

[0111] Bei der nächsten Variante der Fig. 14 ist ein stufenloses Getriebe 49 zwischen Elektromotor 41c und Antriebsschraube 40c geschaltet. Die Stellstufe 43c steuert das stufenlose Getriebe 49 an, so daß das Übersetzungsverhältnis ü stochastisch variiert wird, was ebenfalls zu einer stochastischen Variation der Drehzahl der Antriebsschraube 40c führt.

[0112] Bei der weiteren Variante der Fig. 15 ist zwischen Elektromotor 41d und Antriebsschraube 40d ein elastisches Übertragungselement 51 angeordnet, das mittels einer dritten Kupplung 50 überbrückbar ist. Die dritte Kupplung 50 wird von der Stellstufe 43d angesteuert.

[0113] Bei geöffneter dritter Kupplung 50 ist der Antriebsstrang durch das jetzt eingeschaltete elastische Übertragungselement 51 relativ weich, während bei geschlossener dritter Kupplung 50 der Antriebsstrang entsprechend steif ist. Durch stochastisches Hin- und Herschalten zwischen diesen beiden Zuständen kann ebenfalls der gewünschte Effekt erzielt werden.

[0114] Bei der weiteren Variante der Fig. 16 ist zwischen Elektromotor 41e und Antriebsschraube 40e ein Differential 42 geschaltet, bei dem die beiden direkt im Antriebsstrang liegenden Kegel-Zahnräder mit derselben Drehzahl, jedoch gegenläufig umlaufen, während das dritte, mit seiner Achse rechtwinklig dazu angeordnete Kegelzahnrad in einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 16 um die Achse des Antriebsstrangs verschwenkbar ist. Durch diese Verschwenkbewegung wird eine Phasenverschiebung zwischen der Drehbewegung am Eingang und am Ausgang des Differentials 52 erzeugt. Die Stellstufe 43e verstellt nun das dritte Kegelzahnrad stochastisch in dieser Ebene, so daß der Antrieb der Antriebsschraube 40e phasenmoduliert wird.

[0115] Bei der Variante der Fig. 17 ist schließlich eine Betätigungseinheit 53 für den Anstellwinkel 54 der Antriebsschraube 40f vorgesehen und die Betätigungseinheit 53 wird von der Stellstufe 43f angesteuert.

[0116] In diesem Falle wird somit der Anstellwinkel 54 stochastisch moduliert, was ebenfalls zur Ausprägung von Seitenbändern führt.

[0117] Fig. 18 zeigt in schematisierter Weise einen Kernreaktor 60, der ein Teil des kerntechnischen Antriebes 21 des Unterseeboots 20 ist.

[0118] Der Kernreaktor 60 weist ein Reaktorgefäß 61 auf, in dem in bekannter Weise Regelstäbe 62 axial mittels einer Betätigungseinheit 63 verfahrbar sind, um die vom Kernreaktor 60 abgegebene Leistung einstellen zu können.

[0119] Die Betätigungseinheit 63 wird durch die Stellstufe 43e stochastisch beaufschlagt, so daß die Regelstäbe 62 in regelloser Weise im Reaktorgefaß 61 axial verschoben werden. Es versteht sich, daß dabei die Anordnung so getroffen werden kann, daß das zeitliche Integral des eingetauchten Zustandes der Regelstäbe 62 dennoch z.B. konstant gehalten werden kann, um die Ausgangsleistung des Kernreaktors 60 konstant zu halten.

[0120] Während die vorstehend anhand der Fig. 11 bis 18 beschriebenen Ausführungsbeispiele sämtlich einen Einfluß auf den Bewegungsablauf von makroskopisch bewegten Elementen an Bord eines Unterseeboots betrafen, sind in den Fig. 19 und 20 äußerst schematisch Situationen dargestellt, bei denen nicht der Bewegungsablauf sondern vielmehr die Eigenfrequenz von eigenresonanten Elementen beeinflußt wird.

[0121] In Fig. 19 bezeichnen 70, 71 zwei raumfeste Punkte, beispielsweise gegenüberliegende Wände der Außenhülle des Unterseeboots 20 oder eine Kabine an Bord des Unterseeboots 20. Eine Masse 72 ist über Federn 73 und 74 mit den raumfesten Punkten 70, 71 verbunden. Die Masse 72 kann dabei z.B. einen Gefechtsstand oder einen Gang im Unterseeboot 20 symbolisieren, der von Mannschaften des Unterseeboots 20 begangen wird. Der Gang bzw. der Kommandostand, symbolisiert durch die Masse 72, ist jedoch aufgrund der federnden Aufhängung resonanzfähig, so daß durch die Gehbewegung von Mannschaften infolge von Resonanzüberhöhung des Systems eine Schwingung an die raumfesten Punkte 70, 71 abgegeben werden kann.

[0122] Um die Eigenresonanz des in Fig. 19 dargestellten Systems beeinflussen zu können, ist die Ankopplung der Feder 74 an den zweiten raumfesten Punkt 71 durch ein Piezoelement 75 unterbrochen, das von der Stellstufe 43h beaufschlagt wird.

[0123] Auf diese Weise kann die Steifigkeit des- in Fig. 19 dargestellten Systems und damit dessen Eigenresonanz beeinflußt werden. Dies bedeutet, daß bei unveränderter Anregung des Systems, z.B. durch gehende Mannschaften, die Frequenz des abgestrahlten Schallsignals mit der Eigenresonanz verschoben wird.

[0124] Fig. 20 zeigt eine Variante hierzu, bei der eine zweite Masse 80 zusätzlich vorgesehen ist, so daß zwei schwingungsfähige Gebilde 72/73 und 74/80 zwischen den raumfesten Punkten 70, 71 angeordnet sind. Das Piezoelement 75i symbolisiert in diesem Falle die Kopplung zwischen den beiden Schwingungsfähigen Systemen 72/73 und 74/80 und wird von der Stellstufe 43i beaufschlagt.

[0125] Durch Variation der Kopplung wird auch in diesem Falle die Eigenresonanz des Gesamtsystems beeinflußt, so daß sich die bereits zuvor geschilderte Wirkung einstellt.

[0126] Die vorliegende Anmeldung hängt zusammen mit den folgenden Anmeldungen desselben Anmelders vom selben Tage, und der Offenbarungsgehalt jener Anmeldungen wird durch diesen Verweis auch zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gemacht:
   Europäische Patentanmeldung 90 904 233.5
   "Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung der Schallemission getauchter Unterseeboote"
   Europäische Patentanmeldung 90 904 239.2
   "Verfahren und Vorrichtung zum Lokalisieren von in wasserhaltiger Umgebung befindlichen protonenarmen Gegenständen, insbesondere zum Orten von Unterseebooten oder Seeminen in einem Meer oder einem Binnengewässer"
   Europäische Patentanmeldung 90 904 231.9
   "Unterwasserfahrzeug mit einem passiven optischen Beobachtungssystem"
   Europäische Patentanmeldung 90 904 238.4
   "Verfahren zum Betreiben getauchter Unterseeboote und Unterseeboot"
   Europäische Patentanmeldung 90 904 237.6
   "Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung der Schallemission getauchter Unterseeboote"
   Deutsche Patentanmeldung P 39 08 573.2
   "Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben getauchter Unterseeboote"

Ansprüche

1. Verfahren zum Tarnen der von den schallabstrahlenden mechanischen Elementen eines Fahrzeuges abgestrahlten Schallsignale, insbesondere eines getauchten Unterseebootes (20), wobei die mechanischen Elemente ein Schallsignal (S; 24, 25, 26) mit einem ersten Frequenzspektrum (33) mit mindestens einem ersten Intensitätsmaximum abstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsablauf von die Schallquelle bildenden mechanischen Elementen und infolgedessen das erste Frequenzspektrum (33) moduliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzspektrum (33) stochastisch moduliert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei makroskopisch bewegten mechanischen Elementen die Bewegungsfrequenz (f) moduliert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei makroskopisch bewegten mechanischen Elementen die Bewegungsamplitude moduliert wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Tarnen eines getauchten Unterseeboots (20) der Bewegungsablauf von Antriebselementen des Unterseeboots (20) moduliert wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz von die Schallquelle bildenden eigenresonanten mechanischen Elementen moduliert wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallquelle sich in einer Umgebung mit Fremdschall befindet, daß ein zweites Frequenzspektrum (30) des Fremdschalls aufgenommen wird, daß zweite Intensitätsmaxima (31) des zweiten Frequenzspektrums (30) bestimmt werden und daß durch Beeinflussen der Schallquelle das erste Frequenzspektrum (30) mit seinem ersten Intensitätsmaximum auf die Frequenz (f₁) eines der zweiten Intensitätsmaxima (31) des zweiten Frequenzspektrums (30) verschoben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Tarnen eines getauchten Unterseeboots (20) das zweite Frequenzspektrum (30) des das Unterseeboots (20) umgebenden Meeres (10) aufgenommen wird und daß die Frequenz (f₂) des Bewegungsablaufs von Antriebselementen des Unterseeboots (20) auf die Frequenz (f₁) eines der zweiten Intensitätsmaxima (31) verschoben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Tarnen eines getauchten Unterseeboots (20) das zweite Frequenzspektrum (30) des das Unterseeboot (20) umgebenden Meeres (10) aufgenommen wird und daß die Eigenfrequenz von eigenresonanten Bauteilen des Unterseeboots (20) auf die Frequenz (f₁) eines der zweiten Intensitätsmaxima (31) verschoben wird.

10. Unterseeboot mit schallabstrahlenden mechanischen Elementen (21, 22, 23) und Mitteln zum Tarnen der abgestrahlten Schallsignale (S), dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Beeinflussen der mechanischen Elemente (21, 22, 23) vorgesehen sind, derart, daß ein von den mechanischen Elementen (21, 22, 23) abgestrahltes erstes Frequenzspektrum (33) moduliert wird.

11. Unterseeboot nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Frequenzspektrum (33) stochastisch moduliert wird.

12. Unterseeboot, insbesondere nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Beeinflussen der mechanischen Elemente (21, 22, 23) das erste Frequenzspektrum (33) in seiner Frequenzlage (f₂) verschieben.

13. Unterseeboot nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Elemente (21, 22, 23) bewegte Antriebselemente des Unterseeboots (20) sind und daß im Antrieb Mittel zum Einstellen der Bewegungsfrequenz der Antriebselemente vorgesehen sind.

14. Unterseeboot nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Antriebsstrang des Unterseeboots (20) eine einstellbare Kupplung (45, 45b) angeordnet ist.

15. Unterseeboot nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Antriebsstrang des Unterseeboots (20) Hilfsenergie in Abhängigkeit von der Stellstufe (43b) einspeisbar ist.

16. Unterseeboot nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Antriebsstrang des Unterseeboots (20) ein im Übersetzungsverhältnis (ü) einstellbares Getriebe (49) angeordnet ist.

17. Unterseeboot nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Antriebsstrang des Unterseeboots (20) ein federndes Übertragungselement (51) angeordnet ist, das mittels einer einstellbaren Kupplung (50) überbrückbar ist.

18. Unterseeboot nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Antriebsstrang des Unterseeboots ein Übertragungselement (52) angeordnet ist, bei dem die Phasenlage einer Antriebsbewegung am Ausgang gegenuber der Antriebsbewegung am Eingang einstellbar ist.

19. Unterseeboot nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Einstellen eines Anstellwinkels (54) einer Antriebsschraube (40f) des Unterseeboots (20) vorgesehen sind.

20. Unterseeboot nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem kerntechnischen Antrieb (21) mit periodischer Auslenkung von Regelstäben (62) eines Kernreaktors (60) eine Bewegungseinheit (63) für die Regelstäbe (62) einstellbar ist.

21. Unterseeboot nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß an eigenresonanten Elementen (72, 73, 74) einstellbare mechanische Spannmittel angeordnet sind.

Claims

1. Process for masking the noise signals emitted by the sound-emitting mechanical elements of a vehicle, in particular of a submerged submarine (20), wherein the mechanical elements emit a noise signal (S; 24, 25, 26) with a first frequency spectrum (33) having at least a first intensity maximum, characterized in that the motions of the mechanical elements being the noise source and, hence, the first frequency spectrum (33) are modulated.

2. The process of claim 1, characterized in that the frequency spectrum (33) is modulated stochastically.

3. The process of claim 1 or 2, characterized in that the motion frequency (f) of macroscopically moved mechanical elements is modulated.

4. The process of claim 1 or 2, characterized in that the motion amplitude of macroscopically moved mechanical elements is modulated.

5. The process of one or more of claims 1 through 4, characterized in that for masking the submerged submarine (20) the motions of propulsion elements of the submarine (20) are modulated.

6. The process of one or more of claims 1 through 5, characterized in that the natural frequency of self-resonant mechanical elements being the noise source, is modulated.

7. The process of one or more of claims 1 through 6, characterized in that the noise source is situated within an environment of foreign noise, that a second frequency spectrum (30) of the foreign noise is recorded, that second intensity maxima (31) of the second noise spectrum (30) are determined and that by influencing the noise source the second frequency spectrum with its first intensity maximum is shifted to the frequency (f₁) of one of the second intensity maxima (31) of the second frequency spectrum (30).

8. The method of claim 7, characterized in that for masking a submerged submarine (20) the second frequency spectrum (30) of the sea (10) surrounding the submarine (20) is recorded and that the frequency (f₂) of the motions of propulsion elements of the submarine (20) is shifted on the frequency (f₁) of one of the second intensity maxima (31).

9. The process of claim 7, characterized in that for masking a submerged submarine (20) the second frequency spectrum (30) of the sea (10) surrounding the submarine (20) is recorded and that the natural frequency of self-resonant components of the submarine (20) is shifted to the frequency (f₁) of one of the second intensity maxima (31).

10. Submarine having noise-emitting mechanical elements (21, 22, 23) and means for masking emitted noise signals (S), characterized in that means are provided for influencing the mechanical elements (21, 22, 23) such that a first freqency spectrum (33) emitted from the mechanical elements (21, 22, 23) is modulated.

11. The submarine of claim 10, characterized in that the first frequency spectrum (33) is modulated stochastically.

12. The submarine, in particular of claims 10 or 11, characterized in that the means for influencing the mechanical elements (21, 22, 23) shift the first frequency spectrum (33) in its frequency position (f₂).

13. The submarine of claim 12, characterized in that the mechanical elements (21, 22, 23) are moving propulsion elements of the submarine (20) and that means are provided in the propulsion system to set the motion frequency of the propulsion elements.

14. The submarine of claim 13, characterized in that an adjustable clutch (45, 45b) is provided in a drive chain of the submarine (20).

15. The submarine of claim 13, characterized in that auxiliary energy may be fed into a drive chain of the submarine (20) depending on a control stage (43b).

16. The submarine of one or more of claims 13 through 15, characterized in that a transmission (49) having a variable transmission ratio (ü) is provided in a drive chain of the submarine (20).

17. The submarine of one or more of claims 13 through 18, characterized in that a resilient transmission element is provided in a drive chain of the submarine (20), the element being adapted to be bridged by means of an adjustable clutch (50).

18. The submarine of one or more of claims 13 through 17, characterized in that a transmission element (52) is provided in a drive chain of the submarine, enabling to adjust the phase of a propulsion motion at its output relatively to a drive movement at its input.

19. The submarine or one or more of claims 13 through 18, characterized in that means are provided for adjusting a pitch angle of a drive propeller (40f) of the submarine (20).

20. The submarine of one or more of claims 13 through 19, characterized in that a nuclear propulsion system (21) is provided comprising a periodical displacement of control rods (62) of a nuclear reactor (60) wherein a drive-unit (63) for the control rods (62) is adjustable.

21. The submarine of one or more of claims 10 through 20, characterized in that adjustable mechanical tension elements are provided on self-resonant elements (72, 73, 74).

Revendications

1. Procédé pour camoufler les signaux sonores émis par les parties mécaniques d'un véhicule, en particulier un sous-marin (20) en plongée, les parties mécaniques émettant un signal sonore (S, 24, 25, 26) ayant un premier spectre de fréquences (33) comportant au moins un premier maximum d'intensité, caractérisé en ce que la séquence de mouvement des parties mécaniques qui constituent la source sonore, et par conséquent le premier spectre de fréquences (33), est modulée.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le spectre de fréquences (33) est modulé de façon aléatoire.

3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans le cas de parties mécaniques macroscopiques mobiles, la fréquence du mouvement (f) est modulée.

4. Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans le cas de parties mécaniques macroscopiques mobiles, l'amplitude du mouvement est modulée.

5. Procédé selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, pour camoufler un sous-marin (20) en plongée, la séquence de mouvement des éléments de propulsion du sous-marin (20) est modulée.

6. Procédé selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la fréquence propre des parties mécaniques résonantes qui constituent la source sonore est modulée.

7. Procédé selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la source sonore se trouve dans un environnement comportant un bruit étranger, en ce qu'un second spectre de fréquences (30) du bruit étranger est enregistré, en ce que les seconds maximums d'intensité (31) du second spectre de fréquences (30) sont déterminés, et en ce que, en agissant sur la source sonore, le premier maximum d'intensité de fréquence du premier spectre de fréquence (33) est déplacé sur la fréquence (f₁) de l'un des seconds maximums d'intensité (31) du second spectre de fréquences (30).

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, pour camoufler un sous-marin (20) en plongée, le second spectre de fréquences (30) de la mer (10) entourant le sous-marin (20) est enregistré, et en ce que la fréquence (f₂) de la séquence de mouvement des éléments de propulsion du sous-marin (20) est déplacée sur la fréquence (f₁) de l'un des seconds maximums d'intensité (31).

9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, pour camoufler un sous-marin (20) en plongée, le second spectre de fréquences (30) de la mer (10) entourant le sous-marin (20) est enregistré, et en ce que la fréquence propre des parties résonantes qui constituent le sous-marin (20) est déplacée sur la fréquence (f₁) de l'un des seconds maximums d'intensité (31).

10. Sous-marin comportant des parties mécaniques (21, 22, 23) émettant des signaux sonores, et des moyens permettant de camoufler les signaux sonores émis (S), caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour agir sur les parties mécaniques (21, 22, 23), de telle sorte qu'un premier spectre de fréquences (33) émis par les parties mécaniques (21, 22, 23) soit modulé.

11. Sous-marin selon la revendication 10, caractérisé en ce que le premier spectre de fréquences (33) est modulé de façon aléatoire.

12. Sous-marin, en particulier selon les revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que les moyens qui agissent sur les parties mécaniques (21, 22, 23) déplacent la fréquence (f₂) du premier spectre de fréquences (33).

13. Sous-marin selon la revendication 12, caractérisé en ce que les parties mécaniques (21, 22, 23) sont les organes de propulsion du sous-marin (20) et en ce que la propulsion comporte des moyens de réglage de la fréquence de mouvement des organes de propulsion.

14. Sous-marin selon la revendication 13, caractérisé en ce que, sur un arbre de propulsion du sous-marin (20), est disposé un accouplement réglable (45, 45b).

15. Sous-marin selon la revendication 13, caractérisé en ce que, sur un arbre de propulsion du sous-marin (20), une énergie auxiliaire peut être injectée en fonction du palier de réglage (43b).

16. Sous-marin selon l'une ou plusieurs des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que, sur un arbre de propulsion du sous-marin (20), est disposée une boîte de transmission (49) de rapport réglable (ü).

17. Sous-marin selon l'une ou plusieurs des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que, sur un arbre de propulsion du sous-marin (20), est disposé un élément de transmission élastique (51) commutable momentanément avec un accouplement réglable (50).

18. Sous-marin selon l'une ou plusieurs des revendications 13 à 17, caractérisé en ce que, sur un arbre de propulsion du sous-marin, est disposé un élément de transfert (52) par lequel un déphasage réglable est obtenu entre le mouvement de l'arbre d'entrée et le mouvement de l'arbre de sortie.

19. Sous-marin selon l'une ou plusieurs des revendications 13 à 18, caractérisé en ce que des moyens de réglage de l'angle d'incidence (54) d'une hélice de propulsion (40f) du sous-marin (20) sont prévus.

20. Sous-marin selon l'une ou plusieurs des revendications 13 à 19, caractérisé en ce que, dans le cas d'une propulsion nucléaire (21) avec extraction périodique des barres de pilotage (62) du réacteur (60) une unité de déplacement (63) des barres de pilotage (62) est réglable.

21. Sous-marin selon l'une ou plusieurs des revendications 10 à 20, caractérisé en ce que des éléments à résonance propre (72, 73, 74) sont pourvus de moyens mécaniques réglables de mise en tension.

Zeichnung