mussten. Das L¨osen des Verankerungsgewichts vom Meeresboden konnte ebenfalls mit Hilfe eines ROVs beobachtet werden, das den gesamten Verankerungsversuch filmte (sie-he Abbildung 4-34). Leider sind die Sichtverh¨altnisse in der Ostsee im November sehr schlecht, so dass die Aufnahmen nur schemenhaft die Bewegungen der Versuchsplattform DNS Pegel erkennen lassen.
zwi-schen dem Druckk¨orper und der Trimmblase liefern sollen, haben sich trotz des einfa-chen Aufbaus und der M¨oglichkeit einer einfachen druckneutralen Modifikation nicht bew¨ahrt. Die Sensoren wiesen eine starke Abh¨angigkeit der Messwerte von den physi-kalischen Eigenschaften und der Str¨omungsgeschwindigkeit der Trimmfl¨ussigkeit auf. So wurden bei unterschiedlichen Str¨omungsgeschwindigkeiten unterschiedliche Fl¨ ussigkeits-mengen gemessen. Die verwendeten Durchflusssensoren sind daher f¨ur ein solches System ungeeignet. Eine druckneutrale Modifikation von Sensoren mit anderen Messverfahren ist sicher aufwendiger, aber angesichts der Fehlfunktion der mechanischen Durchflussensoren anzustreben, um eine bessere Auswertung der Verteilung der Fl¨ussigkeitsmengen zu er-halten.
Es ist jedoch m¨oglich, die Durchflussensoren durch eine analoge F¨ullstandsmessung in dem Druckk¨orper zu ersetzen, da sich ¨uber den F¨ullstand der Trimmfl¨ussigkeit ebenfalls die Verteilung der Trimmfl¨ussigkeit ableiten l¨asst. Eine solche Variante sollte in einem nachfolgenden Aufbau genutzt werden, da sie in den Druckk¨orper integriert und somit relativ einfach gestaltbar ist.
Das so entstandene System bietet mit seinen druckneutralen Komponenten viele Ein-satzm¨oglichkeiten. Durch das geschlossene System ist es neben der Trimmung von Unter-wasserfahrzeugen auch m¨oglich, das System adaptiv in anderen meerestechnischen Mess-instrumenten einzusetzen.
Installiert man beispielsweise zwei von einander unabh¨angige Auftriebstrimmsysteme vor und hinter dem Auftriebsschwerpunkt eines Unterwasserfahrzeugs, so kann damit nicht nur der Gesamtauftrieb ver¨andert werden, sondern auch in einem gewissen Rahmen der pitch-Winkel, ohne dass sich der Gesamtauftrieb des Fahrzeugs ¨andert.
Vorstellbar ist beispielsweise auch ein Profilersystem, welches nicht mit einer Winde son-dern mit einem solchen variablen Auftriebstrimmsystem arbeitet. Der Wegfall einer kom-plizierten Seilmechanik kann in diesem Fall von Vorteil sein. Weiterhin w¨are ein solches Profilersystem in der Lage, auf Wasserschichten, die einen Dichtesprung aufweisen, zu schwimmen und somit die Eigenschaften des Wassers genau an dieser Schicht zu vermes-sen.
In dem autonomen Unterwasserfahrzeug, welches in dem Anfang 2010 gestarteten Folge-projekt (Druckneutrale Systeme Tiefsee) gebaut wird, kommt ein Auftriebstrimmsystem der gleichen Bauart, jedoch mit wesentlich mehr Trimmvolumen zum Einsatz.
5 Ruderanlage
Um den Kurs eines Unterwasserfahrzeugs im Wasser zu halten oder ¨andern zu k¨onnen, ben¨otigt man ein entsprechendes Man¨ovriersystem. Bei der Realisierung solcher Man¨ ovrier-systeme werden viele verschiedene Konzepte angewandt. Steuerungen, wie sie heutzutage bei verschiedenen ROVs Anwendung finden, sollen hier nicht betrachtet werden, da sie sich zu meist nur schlecht in AUVs anwenden lassen, die oft andere H¨ullenformen und Anordnungen der Man¨ovriersysteme aufweisen.
Bei den Man¨ovriersystemen von AUVs sind Einrichtungen zu unterscheiden, die nur in Verbindung mit dem Hauptpropulsionsorgan agieren und Anlagen, die unabh¨angig von einem Propulsionsorgan arbeiten k¨onnen. Zu den Ersten z¨ahlen Vektorsteuerungen, die Propulsionsorgane direkt in eine bestimmte Richtung ausrichten, um eine Kurs¨anderung im Raum zu erreichen. Dabei kann es sich um einen Propeller [Kir09], [Hum05] oder auch um mehrere einzelne Propeller handeln [She09], die an verschieden Positionen des AUVs angebracht sind (siehe Abbildung 5-1 a). Im zweiten Fall, in dem die Man¨ over-einrichtung unabh¨angig von dem Hauptpropulsionsorgan arbeiten kann, handelt es sich um bewegliche Str¨omungsfl¨achen, die durch hydrodynamische Anstr¨omung Kr¨afte auf das Unterwasserfahrzeug aus¨uben und somit zu einer Kurs¨anderung f¨uhren (siehe Abbildung 5-1 b). Fixierte Fl¨achen werden f¨ur eine Stabilisierung des Kurses benutzt. Die Art der Str¨omungsfl¨achen kann man nach der Anordnung vor oder hinter dem Nachstromfeld des Propulsionsorgans und nach der Anzahl und der Orientierung zueinander unterscheiden.
Die Str¨omungsfl¨achen hinter das Hauptpropulsionsorgan und somit in das Nachstromfeld anzuordnen, welches zumeist eine h¨ohere Geschwindigkeit als die eigentliche Fahrzeug-geschwindigkeit besitzt, bietet diverse Vorteile. Zum einen ist die RelativFahrzeug-geschwindigkeit des Wassers zur Str¨omungsfl¨ache gr¨oßer, zum andern liefern die Str¨omungsfl¨achen auch
(a) (b)
Abb. 5-1 Verschiedene Arten von Man¨ovriersystemen. Mareport SQX-1 (a) [Sqx10], Bluefin Robotics Bluefin-21 BPAUV (b) [Blu10]
(a) (b) (c)
Abb. 5-2 Eine Kreuzanordnung der Ruderfl¨achen (gr¨un dargestellt) mit einem Kiel an der Unterseite (a). X-Anordnung (b) und Kreuzanordnung mit vier Ruder-fl¨achen (c)
Kraftkomponenten, wenn das Fahrzeug sich nicht bewegt, aber das Hauptpropulsions-organ schon einen Volumenstrom erzeugt. Die Versuchsplattform DNS Pegel besitzt als Hauptman¨ovriersystem eine Ruderanlage hinter dem Hauptantrieb, um beide Vorteile nutzen zu k¨onnen.
Weitere Punkte, die bei der Konzeptionierung der Ruderanlage betrachtet wurden, waren die Anzahl der beweglichen Str¨omungsfl¨achen, die Orientierung zueinander und zu den Hauptachsen des Fahrzeugs.
Um das Unterwasserfahrzeug im Wasser zu steuern, w¨urden ein H¨ohen- und ein Seitenru-der ausreichen. Die Konzeption Seitenru-der RuSeitenru-deranlage sah jedoch einzeln agierende Str¨ omungs-fl¨achen vor. Bei vier Str¨omungsfl¨achen (kurz: Ruder) lassen sich diese in einer Stern-oder X-Anordnung anordnen (siehe Abbildung 5-2) . Bei einer X-Anordnung, welche vier voneinander unabh¨angig agierende Ruder voraussetzt, sind bei Man¨overn immer alle vier Ruder im Einsatz. Da ein angestelltes Ruder neben einer Querkraft, die zu einer Kurs¨ ande-rung f¨uhrt, auch eine Widerstandskraft erzeugt, bedeutet dies, dass sich der Str¨ omungs-widerstand der ausgelenkten Ruder im Vergleich zu einer Kreuzanordnung verdoppelt.
Bei der ersten Version der Ruderanlage f¨ur die Versuchsplattform DNS Pegel sollten eine Seitenruderfl¨ache und zwei H¨ohenruderfl¨achen f¨ur entsprechende Ruderkr¨afte sorgen, wo-bei ein fester Kiel einen stabilen Kurs bewirken und die Ruderanlage vor Besch¨adigung durch Grundber¨uhrung bewahren sollte (siehe Abbildung 5-2 a). Bei Versuchen zeigte sich jedoch schnell, dass ein einzelnes Seitenruder, welches oben angeordnet ist, f¨ur Ober-fl¨achenfahrten der Versuchsplattform v¨ollig ungeeignet ist, da es nur von verwirbeltem Wasser des teilweise ¨uber Wasser arbeitenden Hauptantriebs angestr¨omt wird.
Das Hauptpropulsionsorgan der Versuchsplattform DNS Pegel besteht aus einem acht-fl¨ugeligen Propeller. Die Propellerfl¨ugel sind auf dem Umfang eines druckneutralen Ring-motors angeordnet. Der große Durchmesser von 0,45 m des Hauptantriebs bietet einen gr¨oßeren Wirkungsgrad als Antriebe mit kleinen, schnell drehenden Propellern [Kir09].
Ein weiterer Vorteil stellt die Aufbauweise als Ringmotor dar. Sie bietet die M¨oglichkeit, Aggregate und Leitungen durchzuf¨uhren und somit hinter dem Hauptantrieb zu
betrei-ben.
Der große Durchmesser des Hauptantriebs verursacht jedoch, abh¨angig von der Dreh-zahl und Geschwindigkeit der Versuchsplattform, ein Moment um die L¨angsachse des Fahrzeugs, welches es zu kompensieren gilt. Eine Maßnahme zur Kompensation ist das Anordnen von festen Leitfl¨achen im Nachstromfeld des Hauptantriebs, die den Drall des Volumenstroms gleichrichten. Eine weitere M¨oglichkeit besteht in der Verdrehung der bei-den Seitenruder zueinander. Diese L¨osung funktioniert ebenso wie feste Leitfl¨achen nur f¨ur eine bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit. Eine g¨unstigere L¨osung bietet das aktive Ver-drehen zweier Leitfl¨achen zueinander. Aus diesem Grund werden die beiden H¨ohenruder im Gegensatz zu den Seitenrudern getrennt voneinander mit je einem Ruderstellmodul angesteuert. Folglich ist es m¨oglich, den Drall aktiv bei jeder Fahrzeuggeschwindigkeit auszugleichen.