Title:
Vorrichtung und Verfahren zur Untersuchung der Meeresbodenbeschaffenheit
Kind Code:
A1
Abstract:

Es wird eine Vorrichtung zur Untersuchung der Meeresbodenbeschaffenheit vorgeschlagen, welche eine Antriebseinheit zur Bewegung der Vorrichtung durch das Wasser, wobei die Antriebseinheit ein U-Boot zum Schleppen der Hydrofonanordnung unter Wasser umfasst, eine Schallquelle zum Aussenden von Schallwellen in Richtung des Meeresbodens, eine Hydrofonanordnung mit einer Mehrzahl von Hydrofonen zum Aufnehmen der von der Schallquelle ausgesendeten und vom Meeresboden reflektierten Schallwellen und eine Auswerteeinheit zur Bestimmung der Meeresbodenbeschaffenheit in Abhängigkeit der mittels der Hydrofonanordnung aufgenommenen Schallwellen aufweist.



Inventors:
Brandt, Hendrik (24232, Schönkirchen, DE)
Application Number:
DE102014100623A
Publication Date:
07/23/2015
Filing Date:
01/21/2014
Assignee:
ThyssenKrupp AG, 45143 (DE)
ThyssenKrupp Marine Systems GmbH, 24143 (DE)
International Classes:
Attorney, Agent or Firm:
Kutzenberger Wolff & Partner Patentanwaltspartnerschaft mbB, 50668, Köln, DE
Claims:
1. Vorrichtung (1) zur Untersuchung der Meeresbodenbeschaffenheit aufweisend eine Antriebseinheit zur Bewegung der Vorrichtung (1) durch das Wasser, wobei die Antriebseinheit ein U-Boot (2) zum Schleppen der Hydrofonanordnung (7) unter Wasser umfasst, eine Schallquelle (6) zum Aussenden von Schallwellen (12) in Richtung des Meeresbodens (15), eine Hydrofonanordnung (7) mit einer Mehrzahl von Hydrofonen (11) zum Aufnehmen der von der Schallquelle (6) ausgesendeten und vom Meeresboden (13) reflektierten Schallwellen (12) und einer Auswerteeinheit zur Bestimmung der Meeresbodenbeschaffenheit in Abhängigkeit der mittels der Hydrofonanordnung (7) aufgenommenen Schallwellen (12).

2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Hydrofonanordnung (7) eine Mehrzahl von Hydrofonketten (8) umfasst, wobei jede Hydrofonkette (8) ein Trägermittel und eine Mehrzahl von hintereinander an dem Trägermittel aufgereihten Hydrofonen (11) aufweist.

3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die Hydrofonketten (8) im Wesentlichen in einer gemeinsamen Horizontalebene nebeneinander angeordnet sind.

4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei die Vorrichtung (1) wenigstens eine vom U-Boot (2) geschleppte Divertereinheit (18) aufweist, welche über ein Divertermittel (20) am U-Boot (2) befestigt ist und welche entlang einer zur Fahrtrichtung (3) des U-Boots (2) senkrechten Querrichtung (9) zum U-Boot (2) versetzt angeordnet ist.

5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die wenigstens eine Divertereinheit (18) über wenigstes ein Zugmittel (21) mit den Hydrofonketten (8) gekoppelt ist und derart versetzt zum U-Boot (2) geschleppt wird, dass die Hydrofonketten (8) über das wenigstens eine Zugmittel (21) in der Horizontalebene voneinander beabstandet werden.

6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei das Zugmittel (21) sich im Wesentlichen parallel zur Querrichtung (9) erstreckt und wobei das Zugmittel (21) für jede Hydrofonkette (8) eine Schlaufe (23) aufweist, durch welche die entsprechende Hydrofonkette (8) verläuft.

7. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Divertereinheit (18) einen stromlinienförmigen Grundkörper, wenigstens ein am Grundkörper befestigtes Seitenruder (19) und vorzugsweise wenigstens ein am Grundkörper befestigtes Höhenruder aufweist.

8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das U-Boot (2) wenigstens einen Tragflügel (4) aufweist, wobei wenigstens eine der Hydrofonketten (8) und/oder das wenigstens eine Divertermittel (20) an dem wenigstens einen Tragflügel (4) befestigt ist.

9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei der Tragflügel (4) wenigstens eine Winde (17) aufweist, an welcher die wenigstens eine Hydrofonkette (8) und/oder das wenigstens eine Divertermittel (20) befestigt ist.

10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei die Vorrichtung (1) einen Hydraulikmotor oder einen Elektromotor zum Antreiben der Winde (17) aufweist.

11. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Tragflügel (4) ein Höhenruder für das U-Boot (2) umfasst.

12. Verfahren zur Untersuchung der Meeresbodenbeschaffenheit, insbesondere mittels einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines in Tauchfahrt befindlichen U-Boots (2) eine Schallquelle (6) durch das Wasser bewegt wird, wobei mittels der Schallquelle (6) Schallwellen (12 in Richtung des Meeresbodens (15) ausgesendet werden, wobei mittels des in Tauchfahrt befindlichen U-Boots (2) eine Hydrofonanordnung (7) durch das Wasser geschleppt wird, wobei mittels der Hydrofonanordnung (7) die von der Schallquelle (6) ausgesendeten und vom Meeresboden (15) reflektierten Schallwellen (12) aufgenommen werden und wobei mittels einer Auswerteeinheit die Meeresbodenbeschaffenheit in Abhängigkeit der mittels der Hydrofonanordnung (7) aufgenommenen Schallwellen (12) bestimmt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die von der Schallquelle (6) ausgesendeten und vom Meeresboden (15) reflektierten Schallwellen (12) mittels einer eine Mehrzahl von Hydrofonketten (8) umfassenden Hydrofonanordnung (7) aufgenommen werden, wobei die Hydrofonketten (8) mittels einer vom U-Boot (2) geschleppten Divertereinheit (18) entlang einer zur Fahrtrichtung (3) des U-Boots (2) senkrechten Querrichtung (9) voneinander beabstandet werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei wenigstens ein Seitenruder (19) und/oder wenigstens ein Höhenruder der Divertereinheit (18) über eine in einer Hydrofonkette (8) und/oder in einem Divertermittel (20) zum Schleppen der Divertereinheit (18) verlaufende Signalleitung gesteuert werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die Hydrofonketten (8) mittels in einer Tragfläche (4) des U-Boots (2) angeordneter Winden (17) ausgebracht werden.

Description:
Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Untersuchung der Meeresbodenbeschaffenheit.

Solche Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden beispielsweise zur Suche nach Öl- oder Gasvorkommen auf dem Meeresboden eingesetzt. Hierbei werden seismische Quellen verwendet, welche von Schiffen an der Meeresoberfläche durch das Wasser geschleppt werden und deren am Meeresboden reflektierte Signale mittels Hydrofonen aufgenommen werden. Aus den aufgenommenen Signalen können dreidimensionale Abbilder des Meeresbodens bestimmt werden. Die Hydrofone werden dabei von den Schiffen oder von an der Oberfläche schwimmenden Bojen geschleppt.

Nachteilig an diesen bekannten Vorrichtungen ist, dass mit den vorgenannten Schiffen nur eisfreie Gewässer befahren werden können. Eine Analyse der Meeresbodenbeschaffenheit im Bereich von permanent mit Eis bedeckten Gewässern, wie beispielsweise in der Arktis, ist nicht möglich.

Offenbarung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, womit eine Untersuchung der Meeresbodenbeschaffenheit auch in solchen Gewässern möglich ist, in denen die Meeresoberfläche mit Eis bedeckt ist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung zur Untersuchung der Meeresbodenbeschaffenheit, wobei die Vorrichtung eine Antriebseinheit zur Bewegung der Vorrichtung durch das Wasser, eine Schallquelle zum Aussenden von Schallwellen in Richtung des Meeresbodens, eine Hydrofonanordnung mit einer Mehrzahl von Hydrofonen zum Aufnehmen der von der Schallquelle ausgesendeten und vom Meeresboden reflektierten Schallwellen und eine Auswerteeinheit zur Bestimmung der Meeresbodenbeschaffenheit in Abhängigkeit der mittels der Hydrofonanordnung aufgenommenen Schallwellen aufweist, wobei die Antriebseinheit ein U-Boot zum Schleppen der Hydrofonanordnung unter Wasser umfasst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Schallquelle und die Hydrofonanordnung von einem U-Boot bewegt bzw. geschleppt werden, so dass eine Untersuchung des Meeresbodens auch in eisbedeckten Gewässern möglich ist, indem das U-Boot in Tauchfahrt übergeht und somit unter dem Eis hindurchtauchen kann. Auf diese Weise ist beispielsweise ganzjährig eine Untersuchung der Meeresböden im Bereich der Arktis möglich. Die Untersuchung der Meeresbodenbeschaffenheit dient insbesondere dazu, ein dreidimensionales Abbild der Bodenstruktur zu erhalten und somit einen Rückschluss auf etwaige Gas- oder Ölvorkommen im Meeresboden zu ermöglichen. Das U-Boot kann ein bemanntes U-Boot oder ein unbemanntes U-Boot sein. Denkbar ist auch, dass das U-Boot ein ferngesteuertes unbemanntes U-Boot oder ein vorprogrammiertes unbemanntes U-Boot, welches beispielsweise selbstständig ein vorprogrammiertes Areal abfährt, umfasst. Wenn ein bemanntes U-Boot eingesetzt wird, werden die Schallwellen vorzugsweise fokussiert in Richtung Meeresboden gesendet, beispielsweise durch eine trichterförmige Anordnung der Schallquelle, damit die Mannschaft des U-Boots nicht gefährdet wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Hydrofonanordnung eine Mehrzahl von Hydrofonketten umfasst, wobei jede Hydrofonkette ein Trägermittel und eine Mehrzahl von hintereinander an dem Trägermittel aufgereihten Hydrofonen aufweist. Die Hydrofonketten sind dabei vorzugsweise im Wesentlichen in einer gemeinsamen Horizontalebene nebeneinander angeordnet. In vorteilhafter Weise wird somit in der Horizontalebene eine flächige Matrix aus vielen Hydrofonen aufgespannt, welche die am Meeresboden reflektierten Schallsignale detektieren. Durch eine Auswertung der verschiedenen Reflektionssignale an unterschiedlichen Orten innerhalb der Matrix sowie der zugehörigen Detektionszeiten und Signallaufzeiten ist vorteilhafterweise eine Bestimmung der dreidimensionalen Struktur der Meeresbodenoberfläche möglich. Aus der Kenntnis des dreidimensionalen Verlaufs der Meeresbodenoberfläche kann wiederum auf das Vorhandensein oder Fehlen von etwaigen Gas- oder Ölvorkommen im Meeresboden rückgeschlossen werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung wenigstens eine vom U-Boot geschleppte Divertereinheit aufweist, welche über ein Divertermittel am U-Boot befestigt ist und welche entlang einer zur Fahrtrichtung des U-Boots senkrechten Querrichtung zum U-Boot versetzt angeordnet ist. Vorteilhafterweise ermöglicht die Divertereinheit ein Auffächern der verschiedenen Hydrofonketten entlang der zur Fahrtrichtung senkrechten Querrichtung, so dass eine möglichst breite Matrix von Hydrofonen erzielt wird und somit ein möglichst großer Meeresbodenbereich beim einmaligen Überfahren durch das U-Boot analysiert werden kann. Die jeweilige Divertereinheit wird über das Divertermittel, insbesondere eine biegeschlaffe Schleppleine, vom U-Boot geschleppt. Die Schleppleine kann beispielweise ein geschlagenes oder geflochtenes Seil aus Drähten, Naturfasern oder Kunststofffasern, wie Kohlefasern oder Polyethylenfasern, sein. Vorzugsweise ist die wenigstens eine Divertereinheit über wenigstens ein Zugmittel mit den Hydrofonketten gekoppelt und wird derart versetzt zum U-Boot geschleppt, dass die Hydrofonketten über das wenigstens eine Zugmittel in der Horizontalebene voneinander beabstandet werden. Besonders bevorzugt ist auf beiden Seiten der Hydrofonanordnung genau eine Divertereinheit angeordnet, welche jeweils über ein Divertermittel vom U-Boot geschleppt wird. Die Hydrofonketten sind entlang der Querrichtung vorzugsweise zwischen den beiden Divertereinheiten angeordnet, wobei die beiden Divertereinheiten über das zur Querrichtung parallele Zugmittel auch untereinander direkt verbunden sind. Das Zugmittel umfasst insbesondere ebenfalls eine biegeschlaffe Leine, beispielsweise in Form eines geschlagenen oder geflochtenen Seils aus Drähten, Naturfasern oder Kunststofffasern, wie Kohlefasern oder Polyethylenfasern. Das Zugmittel verhindert, dass die beiden Divertereinheiten zu weit entlang der Querrichtung auseinander laufen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Zugmittel sich im Wesentlichen parallel zur Querrichtung erstreckt und wobei das Zugmittel für jede Hydrofonkette eine Schlaufe aufweist, durch welche die entsprechende Hydrofonkette verläuft. Auf diese Weise werden zueinander benachbarte Hydrofonketten jeweils in einem festgelegten und konstanten Abstand parallel zur Querrichtung gehalten, wodurch die Datenauswertung der aufgenommenen Signale vereinfacht wird. Die wenigstens eine Divertereinheit weist vorzugsweise einen stromlinienförmigen Grundkörper, wenigstens ein am Grundkörper befestigtes Seitenruder und vorzugsweise wenigstens ein am Grundkörper befestigtes Höhenruder auf. Das trimmbare oder feste Seitenruder ist insbesondere jeweils derart ausgerichtet, dass die auf beiden Seiten der Hydrofonanordnung angeordneten Divertereinheiten bei Fahrt durchs Wasser entlang der Querrichtung auseinanderfahren und somit der durch das Zugmittel vorgegebene Maximalabstand zwischen den beiden Divertereinheiten eingehalten wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das U-Boot wenigstens einen Tragflügel aufweist, wobei wenigstens eine der Hydrofonketten und/oder das wenigstens eine Divertermittel an dem wenigstens einen Tragflügel befestigt ist. Vorzugsweise weist der Tragflügel wenigstens eine Winde auf, an welcher die wenigstens eine Hydrofonkette und/oder das wenigstens eine Divertermittel befestigt ist. In vorteilhafter Weise wird somit eine besonders stromlinienförmige Anordnung der Winden innerhalb der Tragflügel erreicht. Die Winden sind insbesondere über einen Hydraulikmotor oder einen Elektromotor angetrieben, so dass ein automatisiertes Ausbringen bzw. Einholen der Divertereinheiten und/oder der Hydrofonketten durch entsprechendes Drehen der Winden ermöglicht wird. Denkbar ist, dass der Tragflügel gleichzeitig ein Höhenruder des U-Boots umfasst.

Ein weiterer Gegenstand zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ist ein Verfahren zur Untersuchung der Meeresbodenbeschaffenheit, insbesondere mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei mittels eines in Tauchfahrt befindlichen U-Boots eine Schallquelle durch das Wasser bewegt wird, wobei mittels der Schallquelle Schallwellen in Richtung des Meeresbodens ausgesendet werden, wobei mittels des in Tauchfahrt befindlichen U-Boots eine Hydrofonanordnung durch das Wasser geschleppt wird, wobei mittels der Hydrofonanordnung die von der Schallquelle ausgesendeten und vom Meeresboden reflektierten Schallwellen aufgenommen werden und wobei mittels einer Auswerteeinheit die Meeresbodenbeschaffenheit in Abhängigkeit der mittels der Hydrofonanordnung aufgenommenen Schallwellen bestimmt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Schallquelle und die Hydrofonanordnung mittels eines in Tauchfahrt befindlichen U-Boots durchs Wasser geschleppt, so dass eine Untersuchung der Meeresbodenbeschaffenheit auch unterhalb von ewigem Eis, welches die Meeresoberfläche bedeckt, ermöglicht wird. Auf diese Weise wird eine Suche nach Öl- oder Gasvorkommen im Meeresboden, beispielsweise im Bereich der Arktis, ganzjährig möglich. Das U-Boot kann ein bemanntes U-Boot oder ein ferngesteuertes unbemanntes U-Boot sein. Denkbar ist auch, dass das U-Boot ein ferngesteuertes unbemanntes U-Boot oder ein vorprogrammiertes unbemanntes U-Boot, welches beispielsweise selbstständig ein vorprogrammiertes Areal abfährt, umfasst. Wenn ein bemanntes U-Boot eingesetzt wird, werden die Schallwellen vorzugsweise fokussiert in Richtung Meeresboden gesendet, beispielsweise durch eine trichterförmige Anordnung der Schallquelle, damit die Mannschaft des U-Boots nicht gefährdet wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die von der Schallquelle ausgesendeten und vom Meeresboden reflektierten Schallwellen mittels einer eine Mehrzahl von Hydrofonketten umfassenden Hydrofonanordnung aufgenommen werden, wobei die Hydrofonketten mittels einer vom U-Boot geschleppten Divertereinheit entlang einer zur Fahrtrichtung des U-Boots senkrechten Querrichtung voneinander beabstandet werden. In vorteilhafter Weise wird somit eine vergleichsweise große Matrix von Hydrofonen in der Horizontalebene des U-Boots aufgefächert, so dass beim einmaligen Überfahren ein entsprechend großer Meeresbodenbereich analysiert werden kann.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Seitenruder und/oder wenigstens ein Höhenruder der Divertereinheit über eine in einer Hydrofonkette und/oder in einem Divertermittel zum Schleppen der Divertereinheit verlaufende Signalleitung gesteuert wird. In vorteilhafter Weise ist somit eine aktive Steuerung und Kontrolle der Divertereinheiten möglich, so dass die Grundfläche der Matrix aus Hydrofonen, beispielsweise auf die jeweiligen Bedürfnisse, aktiv angepasst werden kann.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Hydrofonketten mittels in einer Tragfläche des U-Boots angeordneter Winden ausgebracht werden. In vorteilhafter Weise werden die Winden jeweils mittels Hydraulik- oder Elektromotoren angetrieben, so dass ein automatisiertes Ausbringen und Einholen der Hydrofonketten und/oder Divertereinheiten ermöglicht wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt eine schematische Aufsichtsdarstellung einer Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

2 zeigt eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

3 zeigt eine schematische Detailansicht einer Schallquelle der Vorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

4 zeigt eine schematische Detailansicht zweier Tragflächen der Vorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

5 zeigt eine schematische Detailansicht einer Divertereinheit der Vorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

6 zeigt eine schematische Detailansicht eines Zugmittels der Vorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.

In 1 ist eine schematische Aufsichtsdarstellung einer Vorrichtung 1 zur Untersuchung der Meeresbodenbeschaffenheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Vorrichtung 1 weist ein U-Boot 2 auf, welches sich in Tauchfahrt befindet und sich somit unterhalb der Meeresoberfläche durch das Wasser entlang einer Fahrtrichtung 3 fortbewegt. Das U-Boot 2 weist auf jeder Seite einen Tragflügel 4 auf, in welchen optional jeweils ein Höhenruder des U-Boots 2 integriert ist. Zwischen den Tragflügeln 4 ist im Heckbereich des U-Boots 2 eine Antriebsschraube 5 des U-Boots 2 schematisch angedeutet. Unterhalb der Tragflächen 4 ist ferner eine Schallquelle 6 angeordnet, welche in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.

An den beiden Tragflächen 4 ist eine Hydrofonanordnung 7 befestigt, welche aus einer Mehrzahl von Hydrofonketten 8 besteht. Jede Hydrofonkette 8 weist ein biegeschlaffes Trägermittel und eine Mehrzahl von hintereinander an dem Trägermittel aufgereihten Hydrofonen 11 auf. Die Hydrofonketten 8 sind jeweils mit einem Ende an einer der beiden Tragflächen 4 befestigt, während das andere Ende einer jeden Hydrofonkette 8 als freies Ende nachgeschleppt wird. Durch die Fahrt des U-Boots 2 werden die Hydrofonketten 8 nachgeschleppt und schwimmen somit im Wesentlichen horizontal parallel zur Fahrtrichtung 3 im Wasser. Jede Hydrofonkette 8 weist dabei die Mehrzahl von Hydrofonen 11 auf, welche entlang der Hydrofonketten 8 in regelmäßigen Abständen hintereinander aufgereiht sind. In 1 ist ferner zu erkennen, dass die Hydrofonketten 8 entlang einer zur Fahrtrichtung 3 senkrechten Querrichtung 9 aufgefächert werden, wodurch voneinander benachbarte Hydrofonketten 8 jeweils um einen nahezu konstanten Abstand 10 parallel zur Querrichtung 9 voneinander beabstandet sind. Auf diese Weise wird mittels der Hydrofonanordnung 7 eine zweidimensionale Matrix von Hydrofonen 11 aufgespannt, welche sich in einer Horizontalebene parallel zur Fahrtrichtung 3 und parallel zur Querrichtung 9 erstreckt. Der Mechanismus zum Auffächern der Hydrofonketten 8 entlang der Querrichtung 9 wird weiter unten anhand von 5 und 6 näher erläutert.

Die Funktionsweise der Vorrichtung 1 wird im Folgenden anhand von 2 schematisch beschrieben.

In 2 ist eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Hydrofonanordnung 7 wird mittels des U-Boots 2 unter Wasser, d. h. unterhalb der Wasseroberfläche 13, durch das Wasser geschleppt. Auf diese Weise kann die Hydrofonanordnung 7 auch in Bereichen unterhalb von an der Wasseroberfläche 13 befindlichen Eisschollen 14 eingesetzt werden. An der Unterseite des U-Boots 2 ist über eine Schleppleine 16 die Schallquelle 6 befestigt, welche Schallwellen 12 in Richtung des Meeresbodens 15 aussenden. Zur Verdeutlichung der Funktionsweise der Vorrichtung 1 sowie des entsprechenden erfindungsgemäßen Verfahrens zur Untersuchung der Meeresbodenbeschaffenheit sind in 2 diese Unterwasserschallwellen 15 schematisch durch Pfeile angedeutet. Die Schallwellen 15 werden vom Meeresboden je nach Oberflächenbeschaffenheit und Oberflächengeometrie zurück in Richtung der Wasseroberfläche 13 reflektiert und treffen dabei auf die Hydrofonanordnung 7. Mit Hilfe der Hydrofone 11 werden die vom Meeresboden 15 reflektierten Schallwellen 12 aufgenommen und an eine nicht dargestellte Auswerteeinheit übermittelt. Denkbar ist, dass die Auswerteeinheit im U-Boot 2 angeordnet ist und dass die aufgenommenen Signale von den Hydrofonen 11 mittels in die Hydrofonketten 7 eingebetteter Signalleiter an die Auswerteeinheit übermittelt werden. Die aufgenommenen Signale und deren Laufzeiten erlauben bei Kenntnis der Position des aufnehmenden Hydrofons 11 in der Matrix Rückschlüsse auf die Form und Geometrie der Meeresoberfläche 15, an der die Schallwellen 12 reflektiert wurden. Auf diese Weise ist eine Bestimmung der Meeresbodenbeschaffenheit auch unterhalb von an der Meeresoberfläche 13 schwimmenden Eisschichten 14 möglich.

In 3 ist eine schematische Detailansicht der Schallquelle 6 der Vorrichtung 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Die Schallquelle 6 ist über die Schleppleine 16 mit der Unterseite des Tragflügels 4 verbunden, so dass die Schallquelle 6 vom U-Boot 2 nachgeschleppt wird. An einer achterlichen Abrisskante des profilierten Tragflügels 4 treten die Hydrofonketten 8 in einer strömungsgünstigen Art und Weise aus dem Tragflügel 4 aus. Darüber ist die schematisch angedeutete Antriebsschraube 5 am Heck des U-Boots 2 eingezeichnet.

In 4 ist eine schematische Aufsichtsdetaildarstellung der beiden Tragflächen 4 der Vorrichtung 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Innerhalb der Tragfläche 4 ist für jede Hydrofonkette 8 eine Winde 17 angeordnet, welche jeweils von einem nicht gezeigten Hydraulik- oder Elektromotor angetrieben wird und auf welcher jeweils eine Hydrofonkette 8 aufwickelbar ist. Mit Hilfe der Winden 17 werden die einzelnen Hydrofonketten 8 ausgebracht und wieder eingezogen.

In 5 ist eine schematische Detailansicht einer Divertereinheit 18 der Vorrichtung 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Vorrichtung 1 weist an jeder Seite der Hydrofonanordnung 7 eine solche Divertereinheit 18 auf (in 5 ist nur eine Seite illustriert), um die einzelnen Hydrofonketten 8 entlang der Querrichtung 9 voneinander zu beabstanden. Die Divertereinheit 18 umfasst hierfür einen stromlinienförmig ausgebildeten Unterwasserschwimmkörper mit feststehenden oder aktiv steuerbaren Seiten- und Höhenrudern 19. Der Unterwasserschwimmkörper ist über ein Divertermittel 20 in Form einer biegeschlaffen Schleppleine am U-Boot 2 befestigt und wird mittels des Divertermittels 20 vom U-Boot 2 nachgeschleppt. Das Divertermittel 20 ist vorzugsweise an einer eigenen Winde 17 im Tragflügel 4 des U-Boots 2 befestigt und kann somit wie die Hydrofonketten 8 ebenfalls automatisiert vom U-Boot 2 ausgebracht und eingeholt werden. Die beiden Divertereinheiten 18 auf jeder Seite der Hydrofonanordnung 7 sind über ein entlang der Querrichtung 9 verlaufendes Zugmittel 21, welches ebenfalls eine biegeschlaffe Leine umfasst, miteinander verbunden. Die Seitenruder 19 der beiden Divertereinheiten 18 sind derart ausgerichtet, dass während des Schleppvorgangs die beiden Divertereinheiten 18 entlang der Querrichtung 9 so weit auseinander getrieben werden, wie es das Zugmittel 21 erlaubt, und somit in der Horizontalebene die Hydrofonanordnung 7 aufgespannt wird. Die Divertereinheiten 18 werden durch die entsprechende Anströmung ihrer Seitenruder 19 demnach seitlich versetzt zum Kurs des U-Boots 2 vom U-Boot 2 geschleppt. Auf diese Weise wird die zweidimensionale Matrix der Hydrofone 8 aufgespannt. Zwischen den Hydrofonketten 8 und dem Zugmittel 21 existieren Knotenpunkte 22, welche im Folgenden anhand von 6 näher erläutert werden.

In 6 ist eine schematische Detailansicht eines Zugmittels 21 der Vorrichtung 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. In den Knotenpunkten 22 weist das Zugmittel 21 Schlaufen 23 auf, durch welche jeweils eine Hydrofonkette 8 verläuft. Die Schlaufen 23 sorgen dafür, dass die Hydrofonketten 8 entlang der Querrichtung 9 fixiert und somit auf einem konstanten Abstand 10 zueinander gehalten werden.

Denkbar ist, dass die Vorrichtung 1 eine Mehrzahl von Paaren von Divertereinheiten 18, die jeweils mit einem Zugmittel 21 untereinander verbunden sind, aufweist.

Bezugszeichenliste

1
Vorrichtung
2
U-Boot
3
Fahrtrichtung
4
Tragflügel
5
Antriebsschraube
6
Schallquelle
7
Hydrofonanordnung
8
Hydrofonkette
9
Querrichtung
10
Abstand
11
Hydrofon
12
Schallwelle
13
Wasseroberfläche
14
Eis
15
Meeresboden
16
Schleppleine
17
Winde
18
Divertereinheit
19
Seitenruder
20
Divertermittel
21
Zugmittel
22
Knotenpunkt
23
Schlaufe