Warum sollte ein ASDIC nicht sofort nach einem Wasserbombenangriff funktionieren?

Ihre Erwartung " bedeutet das nicht, dass Echos schneller abklingen sollten " ist für den Teil der Sprengenergie, der vertikal oder nahezu vertikal gerichtet ist, weitgehend ungenau.

Gerade weil sich Schall in Wasser so viel schneller ausbreitet als in Luft und dieses Wasser viel dichter als Luft ist, ist der Übertragungskoeffizient von Wasser zu Luft für Schall selbst bei einem Einfallswinkel von null Grad (vertikal) sehr nahe bei Null.

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Hier:
- c ist die Schallgeschwindigkeit des Mediums
- ρ ist die Dichte des Mediums
- der Index l steht für das zweite Medium (Luft), kein Index für das Ursprungsmedium (Wasser)

Typische Werte für Meerwasser sind:
    ρ = 1020 kg/m3
    c = 1500 m/s;

und für Luft:
    ρ = 1,225 kg/m3
    c = 340 m/s

also aus Gl. 1,28 über
    m ~ 1,225 / 1020 = 0,0012
    n ~ 1500 / 340 = 4,41

Dann ist selbst bei einem Einfallswinkel von 0 Grad (also cos θ == 1 und sin θ == 0) aus Gl. 1,30 erhalten wir als Transmissionsfaktor:

T ~ ( 2 . 0,0012 ) / ( 0,0012 + 4,41 . 1 )
   ~ 0,0024 / 4,4112
   ~ 0,00054

Eine ähnliche Analyse wird zeigen, dass auch in Bezug auf den Meeresboden ein sehr kleiner Transmissionskoeffizient auftritt.

Daher hallt das Echo der Schallwelle in der unmittelbaren Nähe von U-Boot und Zerstörer/Korvette, wo der Einfallswinkel der Schallwelle sehr nahe bei Null liegt, sowohl in Bezug auf die Meeresoberfläche als auch auf den Meeresboden, in einem nahezu vertikalen Muster bis zu diesem Echo nach wandert langsam aus der Senkrechten oder wird durch Erwärmung vom Wasser aufgenommen.

Der größte Teil des Atlantiks ist zwischen 3000 und 4000 Meter tief, im Durchschnitt etwa 3600 Meter. Das bedeutet, dass die Echos einer Wasserbombenexplosion in jeweils 2-3 Sekunden zwischen Meeresoberfläche und Meeresboden hin und her rasen. Bei nahezu keiner Übertragung sowohl in die Luft als auch auf das Grundgestein würde ein lauter Nachhall in der Nähe der Explosion widerhallen, typischerweise in unmittelbarer Nähe von U-Boot und Jäger. In einem Höhlensystem mit starken Echos zu schreien und dann auf genügend Stille zu warten, um eine Stecknadel fallen zu hören, wäre eine analoge Situation.

Die typische Frequenz für Sonar im 2. Weltkrieg war 20 kHz bis 30 kHz. Die Wellenlänge für ein 25-kHz-Signal würde angesichts der oben genannten Meerwassereigenschaften ~ 6 cm betragen, sodass alle Merkmale der Meeresoberfläche oder des Meeresbodens < ~ 3 cm unsichtbar wären.

Die Behauptung wird in einer anderen Antwort aufgestellt:

Damit ASDIC am besten funktioniert, sollte das Wasser homogen sein, nur mit laminarer Strömung.

Dies ist zwar wahr, aber niemals der Fall . Vielmehr gibt es immer drei Sprungschichten, die die Übertragung beeinträchtigen, außer in Gewässern, die so flach sind, dass eine oder mehrere herausgedrückt werden.

Daher ist die Vorstellung, etwa 15 Minuten auf eine Rückkehr zur Homogenität des Meeres zu warten, absurd. Was tatsächlich passiert, ist, dass jede große Störung des Wassers die " Laminierung " des Ozeans stört, die den hier veranschaulichten Sonar-Schatteneffekt erleichtert , der auftritt, wenn ein positiver Sprungschichtgradient, der der Oberfläche am nächsten liegt, über einem negativen liegt:

Andere komplexere Ausbreitungsmuster müssen auch von dem erfahrenen Sonarbediener berücksichtigt werden, wie in der Referenz beschrieben .

Eine Unterwasserexplosion erzeugt Turbulenzen im Wasser, erzeugt Blasen und vermischt möglicherweise Wasser mit unterschiedlichen Temperaturen oder Salzgehalten, die alle die Schallbrechung im Wasser beeinflussen. Damit ASDIC am besten funktioniert, sollte das Wasser homogen sein, nur mit laminarer Strömung.

Ich denke, dass der Schlüssel dazu darin besteht, die reflektierten Wellen und ihre Wechselwirkungen mit der Umgebung und untereinander zu berücksichtigen.

Die anfängliche Explosion wird Schockwellen in alle Richtungen aussenden. Diese Stoßwellen prallen von jeder Oberfläche ab, insbesondere vom Meeresboden und der Oberfläche mit der Luft. Wichtig ist, dass diese reflektierten Wellen auch reflektiert werden, wenn sie auf eine Oberfläche treffen (z. B. wird die anfängliche Reflexion vom Meeresboden abprallen und von der Oberfläche reflektiert), und diese Reflexionen tun dasselbe. Da diese Oberflächen im Allgemeinen unregelmäßig sind, werden die reflektierten Stoßwellen sehr schnell zu einem Rauschen.

Es lohnt sich auch zu bedenken, dass Wasserbomben normalerweise in Mustern abgeworfen wurden, sodass es nicht nur eine einzelne Explosion, sondern eine Reihe von Explosionen gab. Die Kombination von Stoßwellen und Reflexionen (und Interferenzen zwischen den Stoßwellen und Reflexionen) macht die Dinge in der Tat sehr laut.

Die anfänglichen Explosionen sind um Größenordnungen stärker (dh lauter) als die ASDIC-Schallwellen, und obwohl jede Reflexion Energie verliert, dauert es einige Zeit, bis die Reflexionen genügend Energie verlieren, sodass sie im Vergleich zu den ASDIC-Signalen unbedeutend werden.

Um eine Wasserbombe freizusetzen, müsste das Schiff die Mindestreichweite des Sonars unterschreiten

Sonare (oder ASDIC in der britischen Terminologie) waren im 2. Weltkrieg relativ einfach. Der Schall würde in eine Richtung gesendet, er würde sich durch das Wasser ausbreiten und von jedem Unterwasserobjekt auf seinem Weg (z. B. einem U-Boot) zurückprallen. Da man die Schallgeschwindigkeit im Wasser kannte, war es möglich, ungefähr die Entfernung und Peilung dieses Objekts zu berechnen. Aber wenn das Objekt dem Sonar zu nahe kommt, kann es es nicht erkennen. Der Artikel über Igel, den Sie gepostet haben, erklärt Folgendes:

Das System wurde entwickelt, um das Problem zu lösen, dass das Ziel-U-Boot aus dem ASDIC des angreifenden Schiffs verschwindet, wenn das Schiff in die Mindestreichweite des Sonars kommt. Aufgrund der Schallgeschwindigkeit im Wasser wurde die Zeit, die das „Ping“-Echo benötigte, um vom Ziel-U-Boot zum angreifenden Schiff zurückzukehren, zu kurz, um es dem menschlichen Bediener zu ermöglichen, das zurückkehrende hörbare Echo von dem des ursprünglich ausgesandten Schallimpulses zu unterscheiden durch das Sonar – das sogenannte „Sofortecho“, bei dem der ausgegebene Schallimpuls und das zurückkehrende Echo verschmelzen. Dieser "blinde Fleck" ermöglichte es dem U-Boot, unentdeckt Ausweichmanöver durchzuführen, während sich das Schiff außerhalb der Reichweite für einen Wasserbombenangriff befand. Daher war das U-Boot für das Sonar praktisch unsichtbar, als das Schiff in die Mindestreichweite des Sonars kam.

Wasserbomben hingegen waren umständlichere Waffen. Wie Sie dem Link entnehmen können, wurden sie normalerweise im Kielwasser des Schiffes abgeworfen. Dies bedeutet, dass das angreifende Schiff das U-Boot überqueren musste, dh für einige Zeit den Kontakt verlor. Im Gegensatz zu Igeln würden Wasserbomben jedes Mal explodieren (in einer vorbestimmten Tiefe). Ein angreifendes Schiff würde ein Muster von ihnen legen, warten, bis sie explodieren, die Mindestreichweite verlassen und dann versuchen, das Ziel wieder zu erreichen, vorausgesetzt, die Kavitation hat sich beruhigt.

Die Bereitstellung aller erforderlichen Schritte, die Tatsache, dass Sonar selten bei Geschwindigkeiten über 15 Knoten und einer Reichweite unter 300 Yards funktionierten, sowie Einschränkungen beim Senden von Pings in Intervallen, die etwa 5 Sekunden in einem 5-Grad-Bogen dauerten (um eine Rückkehr des Schalls zu ermöglichen), könnte es wirklich bis zu 15 Minuten dauern, bevor Sie die Suche erneut starten können, wenn der erste Wasserbombenangriff erfolglos war.

Das Zitat bezieht sich möglicherweise auf die physischen Systeme, die ASDIC implementieren. Schock- und Vibrationsabschirmung sind wichtige Themen in der Schiffsarchitektur. Unzureichend stoßgeschützte Systeme müssen möglicherweise gewartet werden, nachdem sie einem Schock ausgesetzt wurden, beispielsweise weil sie sich in der Nähe eines kürzlich ausgeführten Wasserbombenangriffs befanden. Zumindest einige britische Commonwealth-Schiffe aus dem Zweiten Weltkrieg hatten keinen vollständigen Stoßschutz auf ihren ASDIC-Systemen vor den Stößen, die durch ihre eigenen Wasserbombenangriffe verursacht wurden.

Anti-Submarine Warfare Division, Navy Office, Melbourne (1943-07) „SOUTH-WEST PACIFIC ANTI-SUBMARINE REPORT JULY, 1943“ ACB0233/43(2) [ http://www.navy.gov.au/sites/default /files/documents/1943_Juli.pdf ] p. 9:

"KALGOORLIE" griff um 18:08 Uhr einen möglichen Kontakt an, und zwei Minuten später hatte "WARRNAMBOOL" ein Echo auf der von "KALGOORLIE" gemeldeten Peilung, Entfernung 700 Yards. Vier Ladungen wurden fallen gelassen, der Steuerbordwerfer zündete erneut fehl. Die Gehirnerschütterung des letzten Angriffs setzte den Asdic-Satz außer Gefecht. Ein Ventil war aus seiner Fassung gerüttelt worden und der Überlagerungskondensator hatte sich von der Einstellung „E“ auf die Einstellung „B“ bewegt.