Onderwaterakoestiek: Actieve sonar vanaf 1947
Onderzoek naar actieve sonar (1947 – jaren 60)
Omstreeks 1950 kwam, als resultaat van de eerdergenoemde marineopdracht, het laboratoriummodel van een Anti-Duikboot Installatie (ADI) gereed. Op een dikke stalen plaat als tegenmassa werden piëzo-elektrische kristallen van Seignettezout (kalium-natrium tartraat) geplakt. Voor de toepassing onder water worden de kristallen opgesloten in een waterdichte behuizing, gevuld met ricinusolie en met een rubberen geluidvenster aan de voorzijde. Hierbij werd gebruik gemaakt van advies door het Rubberinstituut TNO (in het jaarverslag destijds nog aangeduid met de oude naam (Rijks)Rubberdienst).
De opstelling van de kristallen in diagonaalsgewijs geplaatste vierkanten maakt het mogelijk om tussen het linker en het rechter kwadrant een richtingsbepaling te realiseren in het horizontale vlak, terwijl met de bovenste en onderste kwadranten de richtingsbepaling in het verticale vlak plaatsvindt. Met deze opstelling kan men dus de richting van het binnenkomende geluid bepalen.
De kristallen hebben een eigenfrequentie van 25 kHz. De frequentie van de actieve sonar was instelbaar tussen 17 en 35 kHz en had een zendvermogen van 250 W. Deze “zoeklichtsonar” was voor die tijd ultramodern. De ADI bevatte alles wat men zich van een dergelijk apparaat kon wensen. Naast het elektronische deel, dat van een geheel nieuwe opzet was, was ook de transducent een eigen ontwikkeling van het laboratorium. De elektronische apparatuur omvatte een onderdeel dat de beweging van het eigen schip kon elimineren als onderdeel van de snelheidsbepaling van het doelwit, een zogenaamde “eigen Doppler-nullifier”.
Parallel vond onderzoek plaats naar andere piëzo-elektrische materialen zoals bariumloodtitanaat. Dit gebeurde in samenwerking met het Centraal Laboratorium van de PTT.
Het laboratoriummodel van de ADI werd met succes beproefd aan boord van Hr.Ms. Paets van Troostwijk op de Noordzee, voor de Franse kust bij Brest en in de Middellandse Zee. Daarna viel het besluit dat de Nederlandse industrie de serieproductie van het sonarapparaat ter hand zou nemen onder de technische verantwoordelijkheid van het laboratorium. Het TNO productieprototype onder de naam DATO (Detectie Apparaat Tegen Onderzeeboten) bleek aan boord van Hr.Ms. Marnix tot volle tevredenheid te werken. Daarop volgde de serieproductie onder de typering PAE-1 (Ping Aanval Escorteur-1; zie: Marinemuseum Den Helder) door de firma Van der Heem. Deze installaties hebben zeer lang dienst gedaan op schepen van de Koninklijke Marine. Ook internationaal trok deze sonarinstallatie de aandacht. Dit blijkt uit de verkoop ervan aan de Duitse, Zweedse en enkele andere buitenlandse marines. Dit succes hield niet alleen verband met de deugdelijkheid van het ontwerp maar ook met enkele bijzondere eigenschappen. Zo was er een bijzondere aanwijzing op een elektronenstraalbuis van het Doppler-effect, dat wil zeggen de frequentieverschuiving die optreedt ten gevolge van de beweging van het doel. Bovendien leverde het apparaat direct de elektronische gegevens voor vuurleiding en wapensystemen.
OM 03:30 uur in de nacht van 6 op 7 november 1952 strandde het Panamese stoomvrachtschip M.s. Faustus in een heftige Noordwesterstorm ten noorden van de Noorderpier bij Hoek van Holland. De reddingsboot Jan Lels weet de bemanning te redden. Om 21:00 uur sloeg het schip door het Noorderhoofd heen en zonk dwars op de vaargeul van de Nieuwe Waterweg naar de diepte. Het blokkeerde de toegang tot de Rotterdamse haven, zoals voor de SS Maasdam en de SS Nieuw Amsterdam. Rijkswaterstaat kon het wrak niet goed localiseren. Met de experimentele Anti-Duikboot Installatie (ADI) op Hr.Ms. Paets van Troostwijk werd op 8 november de ligging van het wrak ruwweg vastgesteld. Met een experimentele actieve sonar (‘echolood’) voor opsporing van zeemijnen werd daarna de wrakligging, ondanks het stampen en rollen van de Paets, precies afgebakend. Er bleef nog voldoende ruimte over om schepen te laten passeren. Met betonning kon de helft van de vaargeul naar en van Rotterdam na 24 uur weer operationeel gemaakt worden. In het boek “De Nieuwe Waterweg” is beschreven hoe het wrak in 1953 in eerste instantie uit de weg geruimd werd door het wegzuigen van zand en hoe begin jaren ’60 het wrak met een profielzuiger op nog grotere diepte werd gebracht.
De ADI op de Hr.Ms. Paets van Troostwijk is vanaf eind augustus 1954 tot 25 november 1954 ook gebruikt om tussen Egmond en Bergen aan Zee de brokstukken van een in zee neergestort KLM vliegtuig te localiseren. Het betrof de DC-6B (PH-DFO) Willem Bontekoe; vlucht KL608 New York-Amsterdam. Een persoonlijk verslag van die inzet van de Paets van Troostwijk is te vinden op de website Onze Vloot.
Parallel hieraan werd begin jaren ’50 gewerkt aan de ontwikkeling van piëzo-elektrische stoffen en een magnetostrictieve sonar op hoge frequenties voor detectie van zwevende en drijvende voorwerpen in rivieren.
De actieve sonar werd intussen in het laboratorium verbeterd en uitgebreid. Zo ontstond de WARO-1 als waarschuwingsversie van de DATO. Op dit momen is ons niet duidelijk waar de afkorting WARO voor stond; mogelijk WaarschuwingsApparaat Rondom tegen Onderzeeboten dan wel WaarschuwingsApparaat Richting Onderzeeboot?
De WARO-1 in combinatie met de DATO werd door Van der Heem geproduceerd als de CWE-1 (=Combinatie (passief en actief)-Waarschuwing-Escorteur type 1) sonar voor de Koninklijke Marine. Door uitbreiding met een zwaardere zender, in het lab getest als WARO-10, ontstond hieruit de CWE-10. Die was uitgerust met een nieuw ontwikkelde magnetostrictieve transducent. Deze grotere zender werd gedreven door de bestaande CWE-1 zender en was dus als module geplaatst tussen de oorspronkelijke zender en de transducent. Daarmee werd het oorspronkelijke zendvermogen van 250 W opgevoerd tot 10 kW.
Uit Marineschepen: “De CWE kon worden gedraaid, net als de PAE sonar. De PAE kon echter ook naar beneden gekanteld worden. Met 4 km had de CWE sonar een groter bereik dan de 2,5 km van de PAE die voornamelijk bedoeld was als vuurleiding voor de Bofors raketdieptebommen. De CWE was meer bedoeld als waarschuwingssonar.”
Als toevoeging aan de actieve sonar werd ook geëxperimenteerd met het Aanslag Correctie Plot (ACP). Het ACP gaf onder gunstige omstandigheden een aanduiding van de ligging van een doel indien de lengte daarvan groot was ten opzichte van de andere afmetingen.
Verbeteringen op verschillende terreinen werden beproefd en soms met succes. Zo werd het rendement van de energieoverdracht tussen zender en transducent verbeterd en werden automatische sterkteregelingen aangebracht. Mechanische voorzieningen werden vervangen door elektronische circuits en verschillende uitvoeringsvormen voor de visuele presentatie van het signaal werden beproefd.
Referenties
Het scheepswrak s.s. ‘Faustus’, pp 83-90, in: G. van den Burg, De Nieuwe Waterweg, poort van Europa, 1989.
Met dank aan Van der Heem & Bloemsma documentatiecentrum, website: http://www.vanderheem.com/index.html. Enkele fotoverwijzingen op deze webpagina verwijzen naar de door van der Heem geproduceerde industriële versies van de door TNO ontwikkelde sonarapparatuur.