DE68903925T2

DE68903925T2 - MAGNETIC DEPLOYMENT SYSTEM.

Info

Publication number: DE68903925T2
Application number: DE1989603925
Authority: DE
Inventors: Germain Guillemin
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1988-10-24
Filing date: 1989-10-17
Publication date: 1993-04-22
Anticipated expiration: 2009-10-18
Also published as: EP0366522A1; DE68903925D1; EP0366522B1

Description

Die Erfindung betrifft magnetische Minenräumsysteme, die die Zerstörung von Unterwasserminen ermöglichen, bei denen die Auslösung durch die vom zu versenkenden Schiff hervorgerufenen Veränderungen des magnetischen Feldes erfolgt. Der Großteil der Schiffe ist nämlich aus Eisen hergestellt und enthält außerdem große ferromagnetische Massen. Selbst wenn es gelungen ist, diese zu entmagnetisieren, verursachen sie eine erhebliche Störung des Erdmagnetfeldes. Es ist daher vergleichsweise leicht, diese Störungen zu entdecken, um eine Mine zur Explosion zu bringen.The invention relates to magnetic mine-clearing systems which enable the destruction of underwater mines, which are triggered by the changes in the magnetic field caused by the ship to be sunk. The majority of ships are made of iron and also contain large ferromagnetic masses. Even if these can be demagnetised, they cause a significant disturbance in the earth's magnetic field. It is therefore relatively easy to detect these disturbances in order to detonate a mine.

Um solche Minen zu räumen, d.h. sie explodieren zu lassen, ohne daß sie Schäden verursachen, ist es aus der europäischen Patentanmeldung 0 130 767 bekannt, hinter einem Minenräumboot, das selbst so ausgelegt ist, daß es ein Minimum an magnetischer Störung verursacht, eine Anzahl an einem Tau befestigter Magneten zu schleppen. Die Magnetisierung dieser Magnete kann durch eine Folge von Stufen variiert werden, die es ermöglicht, ziemlich grob längs dieser Vorrichtung die räumliche Verteilung des Magnetfeldes eines Schiffes mit großen Abmessungen zu simulieren, da diese Verteilung unter dem Namen magnetische Kennung bekannt ist.In order to clear such mines, i.e. to make them explode without causing damage, it is known from European patent application 0 130 767 to tow a number of magnets attached to a rope behind a minesweeper which is itself designed to cause a minimum of magnetic disturbance. The magnetization of these magnets can be varied by a series of steps which makes it possible to simulate, quite roughly, along this device, the spatial distribution of the magnetic field of a large-sized ship, this distribution being known as magnetic identification.

Außer der Tatsache, daß die Simulation weit davon entfernt ist, perfekt zu sein, macht dieses Verfahren ein voluminöses und schwer zu schleppendes Material nötig, um schließlich nur eine ziemlich kleine Fläche abzudecken. Denn während die Längsverteilung des Magnetfeldes derjenigen eines Schiffes geläufiger Art entsprechen soll, besteht ein Interesse, daß die Verteilung in der Breite so groß wie möglich ist, weil die Mine die Verteilung des Magnetfeldes nur längs des für das Schiff angenommenen Weges erkennt, nicht jedoch diese Breitenverteilung, die unter der Bezeichnung Abfangbreite bekannt ist. Diese Abfangbreite sollte so groß wie möglich sein, damit jede Vorbeifahrt des Minenräumbootes die Minen in einer Fahrrinne zerstört, die so breit wie möglich ist.In addition to the fact that the simulation is far from perfect, this method requires bulky and difficult to tow material, and ultimately covers only a relatively small area. Indeed, while the longitudinal distribution of the magnetic field must correspond to that of a conventional ship, it is important that the width distribution be as large as possible, because the mine only detects the distribution of the magnetic field along the path assumed for the ship, and not this width distribution, known as the interception width. This interception width should be as large as possible so that each passage of the minesweeper destroys the mines in a channel that is as wide as possible.

Bei dem in der als Referenz zitierten Patentanmeldung beschriebenen Beispiel ist jeder Magnet in einem Tank mit einer Abmessung von 0,9 m 5 m Länge bei einem Gesamtgewicht von 3 Tonnen enthalten, was es indessen nur erlaubt, ein ziemlich schwaches magnetisches Moment von 90 000 A/m² zu erhalten. Andererseits erfolgen die Veränderungen in der Magnetisierung in Stufen von 10 000 A/m², was es nur eine ziemlich grobe Näherung der zu simulierenden Magnetfeldverteilung ermöglicht.In the example described in the patent application cited as a reference, each magnet is contained in a tank measuring 0.9 m by 5 m in length and weighing a total of 3 tonnes, which only allows a relatively weak magnetic moment of 90,000 A/m² to be obtained. On the other hand, the changes in magnetisation take place in steps of 10,000 A/m², which only allows a relatively rough approximation of the magnetic field distribution to be simulated.

Um diese Unzulänglichkeiten zu beseitigen, wird in der europäischen Patentanmeldung 0 366 522 vorgeschlagen, eine Anzahl von Solenoiden zu verwenden, die über die gewünschten Abfangbreite verteilt sind und von dem Minenräumboot in einem ausreichenden Abstand geschleppt werden. Diese Solenoiden sind in als Tanks bezeichneten Behältern enthalten und werden mit einem variablen elektrischen Strom versorgt, derart, daß die durch die Stromänderungen erhaltenen Magnetfeldänderungen die Vorbeifahrt eines Schiffes der gewünschten Größe simulieren, während die Verteilung der Solenoiden in Fahrtrichtung des Minenräumboots praktisch punktförmig ist.To overcome these shortcomings, European patent application 0 366 522 proposes using a number of solenoids distributed over the desired interception width and towed by the minesweeper at a sufficient distance. These solenoids are contained in containers called tanks and are supplied with a variable electric current such that the magnetic field changes obtained by the current changes simulate the passage of a ship of the desired size, while the distribution of the solenoids in the direction of travel of the minesweeper is practically point-like.

Die Entfernung zwischen dem Minenräumboot und den Kanistern beträgt ca. 400 m, um jede Verwirrung zwischen dem Restmagnetfeld des Minenräumbootes und dem Magnetfeld der Solenoide zu vermeiden und zu verhindern, daß das Minenräumboot durch die Explosion der durch die Solenoide ausgelösten Minen beschädigt wird.The distance between the minesweeper and the canisters is approximately 400 m to avoid any confusion between the residual magnetic field of the minesweeper and the magnetic field of the solenoids and to prevent the minesweeper from being damaged by the explosion of the mines triggered by the solenoids.

Die Tanks werden voneinander durch eine Querstange im Abstand gehalten, die sie um eine Breite 1 getrennt hält, die der Abfangbreite eines jeden der Tanks entspricht. Es wird so eine Abfangbreite von 3 l erhalten, die proportional zur Masse des Solenoiden und zur darin verbrauchten Stromstärke beträchtlich höher ist als jene, die von einem einzelnen Solenoiden erhalten würde.The tanks are kept apart from each other by a crossbar which separates them by a width l corresponding to the interception width of each of the tanks. An interception width of 3 l is thus obtained which, in proportion to the mass of the solenoid and to the current consumed in it, is considerably higher than that which would be obtained from a single solenoid.

Durch die Verwendung eines Aluminiumleiters mit einem Querschnitt von 5 x 10 mm² wurde ein Solenoid mit 3960 Windungen hergestellt, dessen Durchmesser 0,9 m und dessen Gesamtlänge 4,38 m ist. Der Widerstand dieses Solenoiden beträgt 5,70 Ohm und seine Induktivität 4,5 H. Die Verwendung von Aluminium ermöglichte es, für diese Vorrichtung ein Gewicht von weniger als 1700 kg zu erhalten, was einem Gewinn an Masse gegenüber Kupfer bei demselben magnetischen Moment um einen Faktor 1,77 entspricht.By using an aluminum conductor with a cross-section of 5 x 10 mm², a solenoid with 3960 turns was made, with a diameter of 0.9 m and a total length of 4.38 m. The resistance of this solenoid is 5.70 ohms and its inductance is 4.5 H. The use of aluminum made it possible to obtain a weight of less than 1700 kg for this device, which corresponds to a gain in mass compared to copper for the same magnetic moment by a factor of 1.77.

Durch die Versorgung dieses Solenoids mit einem 40 kW-Verstärker, der 80 A/500V liefert, wird ein magnetisches Moment von 167 000 A/m² erhalten, das es ermöglicht, mit einem einzigen Solenoiden eine Abfangbreite von mehr als 100 m zu erhalten. Bei dem hier zitierten Beispiel ist die gesamte Abfangbreite 3 l zum Minenräumen folglich wenigstens gleich 300 m. Die Verwendung von N parallel angeordneten Solenoiden ermöglicht es, unter dem Energiegesichtspunkt eine Leistungsverminderung um einen Faktor 1/N² zu erreichen, d.h. im beschriebenen Beispiel um einen Faktor 9. Weiterhin sind die Größe und die Masse von N Solenoiden insgesamt wesentlich geringer als die Größe und die Masse eines einzelnen Solenoiden mit der gleichen Abfangbreite. Tatsächlich haben Berechnungen und Versuche in bezug auf die Verwendung eines einzelnen Solenoiden unter Berücksichtigung der Nebeneffekte gezeigt, daß eine voluminöse, sehr schwere und ungefähr 1 Megawatt Energie verbrauchende Vorrichtung hergestellt werden müßte, um dieselben Resultate wie mit den drei oben beschriebenen Solenoiden zu erreichen.By supplying this solenoid with a 40 kW amplifier delivering 80 A/500 V, a magnetic moment of 167 000 A/m² is obtained, which makes it possible to obtain an interception width of more than 100 m with a single solenoid. In the example cited here, the total interception width 3 l for mine clearance is therefore at least equal to 300 m. The use of N solenoids arranged in parallel makes it possible to achieve a reduction in power from an energy point of view by a factor of 1/N², i.e. by a factor of 9 in the example described. Furthermore, the size and mass of N solenoids as a whole are significantly smaller than the size and mass of a single solenoid with the same interception width. In fact, calculations and experiments on the use of a single solenoid, taking into account the side effects, have shown that a bulky, very heavy device consuming about 1 megawatt of power would have to be manufactured to achieve the same results as with the three solenoids described above.

Eine solche Vorrichtung ermöglicht es darüber hinaus, wechselnde Magnetfelder zu simulieren, die in jedem Schiff bestehen, welche Vorsichtsmaßnahmen auch immer getroffen werden. So erzeugt z.B. die einfache Bewegung der Schiffsschrauben im Meerwasser, das leitend ist, wechselnde Magnetfelder mit Frequenzen in der Größenordnung von einem Hertz, die obgleich schwach, als Eigenschaften eines Schiffes genau bestimmbar sind, um eine magnetische Mine, die die Bestimmung solcher Magnetfelder erlaubt, zu zünden.Such a device also makes it possible to simulate the alternating magnetic fields that exist in any ship, whatever precautions are taken. For example, the simple movement of the ship's propellers in sea water, which is conductive, generates alternating magnetic fields with frequencies of the order of one hertz, which, although weak, can be precisely determined as characteristics of a ship. to detonate a magnetic mine that allows the determination of such magnetic fields.

Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht es, neben dem Hauptsolenoid ein sekundäres Solenoid zu wickeln, das für eine Versorgung mit einem Wechselstrom bestimmt ist, um diese wechselnden Magnetfelder zu simulieren. Ein solches Solenoid kann z.B. aus einem Draht mit 2 mm² Querschmitt, gewickelt in 158 Windungen, mit einem Durchmesser von 0,90 m und einer Länge von 0,35 m hergestellt werden. Der Widerstand eines solchen Solenoids ist 3 Ohm und seine Induktivität 0,09 H. Durch die Versorgung mit einem Wechselstrom von 10 A wird ein magnetisches Moment von etwa gleich 1000 A/m² erhalten, was eine Stärke ist, die gänzlich ausreicht, um die wechselnden Magnetfeldern eines Schiffs geeigneter Größe zu simulieren. Die weiter oben angeführte Zahl von 1700 kg enthält das Gewicht dieses für die Erzeugung eines wechselnden Magnetfeldes bestimmten Solenoiden.The device described makes it possible to wind, next to the main solenoid, a secondary solenoid intended for supplying an alternating current to simulate these alternating magnetic fields. Such a solenoid can be made, for example, from a wire with a cross-section of 2 mm² wound in 158 turns, with a diameter of 0.90 m and a length of 0.35 m. The resistance of such a solenoid is 3 ohms and its inductance 0.09 H. By supplying an alternating current of 10 A, a magnetic moment of approximately 1000 A/m² is obtained, which is a strength that is entirely sufficient to simulate the alternating magnetic fields of a ship of suitable size. The figure of 1700 kg mentioned above includes the weight of this solenoid designed to generate an alternating magnetic field.

Die magnetische Kennung eines Schiffes oder eines Unterseebootes ist jedoch in der Zeit langsam veränderlich und zeigt Nulldurchgänge. Die Solenoiden der weiter oben beschriebenen Anordnungen werden daher mit Wechsel strömen sehr niedriger Frequenz in der Größenordnung von 1/10 Hertz versorgt, die nicht mit den Strömen verwechselt werden dürfen, die zur Simulation der parasitären wechselnden Magnetfelder bestimmt sind, die z.B. durch Schiffsschrauben, wie weiter oben beschrieben, erzeugt werden.However, the magnetic signature of a ship or submarine varies slowly over time and shows zero crossings. The solenoids of the arrangements described above are therefore supplied with alternating currents of very low frequency, of the order of 1/10 Hertz, which must not be confused with the currents intended to simulate the parasitic alternating magnetic fields generated, for example, by ship propellers, as described above.

Wenn der von dem Generator zu den Solenoiden gelieferte Strom durch Null geht, werden alle Komponenten des magnetischen Feldes zu Null.When the current supplied by the generator to the solenoids passes through zero, all components of the magnetic field become zero.

Dies ist ein wesentlicher Nachteil, denn moderne Minen können mit einem Magnetometer mit drei rechtwinkligen Achsen ausgerüstet sein, das so verdrahtet ist, daß es die Gleichzeitigkeit des Verschwindens der Änderung in den drei Komponenten mißt.This is a major disadvantage because modern mines can be equipped with a magnetometer with three rectangular axes wired to measure the simultaneity of the disappearance of the change in the three components.

Diese Messung ermöglicht es, die Anwesenheit eines Minenräumbootes zu erkennen und die Zündung zu überwachen.This measurement makes it possible to detect the presence of a mine-clearing boat and to monitor its ignition.

Um diese Detektionsmaßnahme zu kontern, schlägt die Erfindung ein System nach Anspruch 1 vor.To counteract this detection measure, the invention proposes a system according to claim 1.

Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich klar aus der folgenden Beschreibung, die als nicht einschränkendes Beispiel anhand der beigefügten Figur gemacht wird, die schematisch einen Tank gemäß der Erfindung zeigt, der mit einer Stromerzeugungsvorrichtung zur Versorgung der Solenoiden in diesem Tank verbunden ist.Further characteristics and advantages of the invention will become clear from the following description, given by way of non-limiting example with reference to the attached figure, which schematically shows a tank according to the invention connected to a power generation device for supplying the solenoids in this tank.

Jeder von dem Minenräumboot geschleppte Tank 103 ist zusätzlich zu einem bekannten longitudinalen Solenoid 201 mit einer horizontalen Flachspule 221 ausgerüstet.Each tank 103 towed by the minesweeper is equipped with a horizontal flat coil 221 in addition to a known longitudinal solenoid 201.

Die beiden Spulen werden mit demselben Strom I(t) versorgt, der von einem Generator 204 über zwei Verstärker 205 und 215 kommt.The two coils are supplied with the same current I(t), which comes from a generator 204 via two amplifiers 205 and 215.

Ein π/2-Phasenschieber 222 ist zwischen dem Generator 204 und dem Verstärker 215 eingefügt.A π/2 phase shifter 222 is inserted between the generator 204 and the amplifier 215.

Die beiden so versorgten Spulen liefern ein Magnetfeld, das sich in einer vertikalen Ebene dreht, die parallel zu der Achse der Bewegung des Tanks und des Schleppschiffes ist.The two coils thus supplied provide a magnetic field that rotates in a vertical plane parallel to the axis of movement of the tank and the tug.

Unter Berücksichtigung der jeweiligen Oberflächen der zwei Spulen wird die Zahl der Windungen so angepaßt, daß die Magnetfeldkomponenten gleich sind, um einen konstanten Betrag des erzeugten Magnetfeldes zu erzeugen, das dann zirkular ist.Taking into account the respective surfaces of the two coils, the number of turns is adjusted so that the magnetic field components are equal to produce a constant amount of generated magnetic field, which is then circular.

Als Zahlenbeispiel wird angegeben:The following numerical example is given:

- Größe des Solenoids:- Solenoid size:

Durchmesser ≈ 1,2 mDiameter ≈ 1.2 m

Länge: 3,5 inLength: 3.5 in

- Abmessungen der horizontalen Spule:- Dimensions of the horizontal coil:

Länge: 3,5 mLength: 3.5 m

Breite: 1,2 mWidth: 1.2 m

Höhe: 0,15 mHeight: 0.15 m

Neben der Tatsache, daß die drei Simulationskomponenten des Magnetfeldes nicht mehr gleichzeitig zu Null werden, ergibt diese Vorrichtung die weiteren nachfolgenden Vorteile:In addition to the fact that the three simulation components of the magnetic field no longer become zero at the same time, this device offers the following additional advantages:

- permanente Abgabe einer optiinierten Spitzenleistung;- permanent delivery of optimized peak performance;

- Gleichförmigkeit des Einflusses in Längsrichtung;- Uniformity of influence in the longitudinal direction;

- sehr gute Verteilung der vertikalen und longitudinalen Komponenten.- very good distribution of the vertical and longitudinal components.

Dadurch wird eine viel bessere Simulation der magnetischen Kennung eines Schiffes aufgrund einer stärkeren Annäherung an die Wirklichkeit erreicht.This results in a much better simulation of the magnetic identification of a ship due to a closer approximation to reality.

Claims

1. Magnetic mine clearance system comprising a mine clearance boat towing a device for simulating a magnetic field of a vessel with certain characteristics, said device comprising a number of solenoids towed in parallel next to one another and supplied with a variable electric current allowing the magnetic field emitted by the solenoids to be varied over time so as to simulate the passage of a vessel exhibiting said certain characteristics, characterized in that the simulation device (103) further comprises a number of flat coils (221) each associated with the solenoids (201) and whose axis is perpendicular to the axis of the associated solenoid, and means (204, 205, 215, 221) for supplying the flat coils with the same currents as the solenoids with a phase shift of π/2 in order to to obtain a rotating magnetic field.

2. System according to claim 1, characterized in that the dimensions of the flat coils (221) and the values of the supply currents make it possible to obtain a circular field.