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Die
Erfindung richtet sich auf einen Luftrettungs-Simulator, der eine
Hubschrauberfahrgastzelle, die an einem Kransystem befestigt ist,
umfasst und die realitätsnahe
Simulation von Luftrettungseinsätzen
zu Ausbildungs- und Trainingszwecken ermöglicht.
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Die
Simulation ist auf vielen Gebieten ein bewährtes Mittel, die Ausbildung
an komplizierten Geräten zu
ermöglichen,
ohne die damit typischerweise verbundenen Nachteile hinnehmen zu
müssen.
So nutzen beispielsweise Flugzeugpiloten, Schnellzugführer und
Schiffskapitäne
die Simulatortechnik für
ihre Ausbildung. Oft lassen sich erst durch den Einsatz von Simulatoren
finanzielle oder sicherheitstechnische Hürden überwinden, die einen angemessenen
Ausbildungsbetrieb ansonsten verhindern würden. Beispiel dafür sind die Raumfahrt
oder Unterseeboote.
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Entgegen
Standardeinsätzen
beispielsweise des Rettungs- und Notarztdienstes, in denen sich
die Einsatzkräfte
nur selten in lebensgefährliche
Situationen begeben müssen,
ist eine Rettung im alpinen und absturzgefährdeten Gelände mit einer Rettungswinde
oder dem Rettungstau aus Hochwassergebieten oder brennenden Gebäuden heraus
ohne ein gewisses Maß an
Eigengefährdung
nicht möglich.
Auch wenn alle denkbaren Sicherungsmaßnahmen durchgeführt werden,
bleibt ein Restrisiko bestehen. Daher muss es das Ziel sein, durch
eine optimale Ausbildung und Ausstattung der Einsatzkräfte eine
größtmögliche Sicherheit
zu erreichen.
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Seit
den Anfängen
der Luftrettung werden die Einsatzkräfte im Umgang mit dem fliegenden
Gerät trainiert.
Das hat den Nachteil, dass aufgrund der begrenzten Zahl an zur Verfügung stehenden
Fluggeräten,
diese während
des Übungsbetriebes
immer wieder zu Notfalleinsätzen
abgerufen werden und dann stundenlang nicht mehr zur Verfügung stehen.
Weitere Nachteile, die den bisherigen Übungsbetrieb behinderten, sind
widrige Wetterbedingungen, die einen Flugbetrieb nicht erlauben,
sowie die Notwendigkeit das Fluggerät während des Trainingsbetriebs
auftanken zu müssen.
Weiterhin erschweren technische Defekte sowie die zulässigen Flugzeiten
der Piloten und die Flugkontingente der Fluggeräte einen geregelten, regelmäßigen Übungsbetrieb. Ferner
ist die Ausbildung am fliegenden Gerät mit erheblichen Kosten verbunden.
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Zwar
lassen sich im Bereich der Luftfahrt viele Beispiele für Simulationen
finden, die von der Funk- und Navigationsausbildung am Schreibtisch über die
bekannten Flugsimulatoren bis hin zu kompletten Cockpits zur Pilotenausbildung
reichen. Alle diese Systeme beschränken sich jedoch auf Ausschnitte
und Teilaspekte eines Einsatzes unter Realbedingungen und sprechen
nicht alle Sinne der Übungsteilnehmer
an. Daher haben sie für
erfahrene Einsatzkräfte
keinen weitreichenden Trainingswert und eignen sich nicht für eine umfassende und
anspruchsgerechte Ausbildung.
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Ziel
einer realitätsnahen
Ausbildung ist, sich nicht nur auf Echteinsätzen vorzubereiten, sondern
die später
geforderten Abläufe
unter Verwendung aller Hilfsmittel und Gerätschaften derart durcharbeiten
zu können,
dass nicht nur Kenntnisse entstehen, sondern sich Routine ausbilden
kann. Erst diese Routine erzeugt den gewünschten Sicherheitsgewinn und
die notwendigen Leistungsreserven.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit
zu schaffen, Einsätze
der Luftrettung so zu simulieren, dass den Trainingsmannschaften
das Gefühl
eines echten Einsatzes vermittelt wird, ohne die Nachteile einer Übung an
realen Fluggerät
aufzuweisen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
den Luftrettungs-Simulator
nach Anspruch 1 gelöst.
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Dieser
erlaubt die freie Beweglichkeit der Hubschrauberfahrgastzelle in
einem drei-dimensionalen Raum, der durch die Abmessungen der Krananlage
festgelegt wird.
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Ein
solches Kransystem kann auch den gleichzeitigen Betrieb mehrerer
Hubschrauberfahrgastzellen ermöglichen.
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Bei
der in dem erfindungsgemäßen Luftrettungs-Simulator
verwendeten Hubschrauberfahrgastzelle kann es sich beispielsweise
um einen nicht mehr flugfähigen,
entkernten Originalhubschrauber bzw. eine Originalhubschrauberfahrgastzelle
oder auch einen Nachbau oder ein Modell einer Hubschrauberfahrgastzelle handeln.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung kann die Aufhängung
der Hubschrauberfahrgastzelle an dem Kransystem mittels einem oder
mehreren Seilen erfolgen.
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Das
erfindungsgemäß verwendete
Kransystem kann sich beispielsweise in einer Halle befinden, so dass
der Simulator von äußeren Wetterbedingungen
unabhängig
ist.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung handelt es sich bei dem verwendeten Kransystem um
einen Portalkran, Halbportalkran oder Brückenkran.
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Falls
das Kransystem, beispielsweise ein Brückenkran, in einer Halle untergebracht
ist, können
die Kranbahnträger,
die sich vorzugsweise über
die gesamte Länge
der Halle erstrecken, Bestandteil der Hallenkonstruktion und beispielsweise
an den Hallenwänden
angebracht oder darin integriert sein. Auf diesen Kranbahnträgern kann
dann die Kranbrücke
durch die Halle bewegt werden.
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Falls
mehrere Hubschrauberfahrgastzellen eingesetzt werden sollen, beispielsweise
in einer Trainingshalle, kann das Kransystem auch mehrere Kranbrücken aufweisen,
die sich auf gemeinsamen Kranbahnträgern unabhängig voneinander bewegen lassen.
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Bei
Verwendung eines Portalkrans können
die Träger
bzw. bei Verwendung eines Brückenkrans
die Kranbrücke
beispielsweise über
frequenzgeregelte Antriebe bewegt und daher stufenlos in ihrer Geschwindigkeit
gesteuert werden.
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Auf
der Kranbrücke
läuft in
Querrichtung die Kran- oder Laufkatze, die mit Hubwerk und Drehvorrichtung
ausgestattet sein kann.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist die Hubschrauberfahrgastzelle an der Krankatze
aufgehängt.
Die Aufhängung
kann beispielsweise über
Seile erfolgen.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist die Hubschrauberfahrgastzelle über eine Rahmenkonstruktion
an dem Kransystem befestigt. Bei dieser Rahmenkonstruktion, die
sowohl außen
an der Hubschrauberfahrgastzelle als auch im Innenraum der Hubschrauberfahrgastzelle
angebracht sein kann, kann es sich um eine die Fahrgastzelle statisch
tragende Rahmenkonstruktion handeln.
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Die
Verbindung zwischen Rahmenkonstruktion und Kransystem kann gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung mittels einer Traverse erfolgen, mit der die Rahmenkonstruktion
verbunden ist. Diese Traverse besteht beispielsweise aus einem Oberteil,
das der Aufhängung
an dem Kransystem dient und daher auch als Krantraverse bezeichnet
wird, und einem Unterteil, das der Aufhängung der Rahmenkonstruktion
dient. Die Aufhängung
der Rahmenkonstruktionen an der Traverse, insbesondere dem Unterteil
der Traverse, kann in einer Ausführungsform
mittels eines Kippgelenks, beispielsweise einem Kardangelenk erfolgen. Über dieses Kippgelenk
können
Rahmenkonstruktion und Traverse relativ zueinander bewegt und dadurch
die Fahrgastzelle beispielsweise seitlich gekippt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Simulators,
kann die Rahmenkonstruktion einen Kardanrahmen zur Aufhängung am
Unterteil der Traverse mittels eines Kardangelenks, einen Dachrahmen,
der mit dem Dach der Hubschrauberfahrgastzelle und dem Kardanrahmen
fest verbunden ist, und einen Zellenrahmen, der mit dem Dachrahmen
fest verbunden ist und die Hubschrauberfahrgastzelle umgibt bzw. mit
dieser ebenfalls fest verbunden ist, umfassen. Der Zellenrahmen
kann im Innern der Hubschrauberfahrgastzelle angebracht, in ein
Seitenwandteil, Dachteil oder Bodenteil der Hubschrauberfahrgastzelle
integriert, oder außen
an der Hubschrauberfahrgastzelle angebracht sein oder die Zelle
von außen
umgeben. Kardanrahmen und Unterteil der Traverse, die über ein
Kardangelenk verbunden sind, können
gemäß einer
Ausführungsform
durch ein oder mehrere Verstellelemente, wie zum Beispiel Pneumatikfedern,
relativ zueinander bewegt werden.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung, weist der Simulator Hubschrauber-Kufen auf, die an
der Hubschrauberfahrgastzelle oder der Rahmenkonstruktion, beispielsweise
dem Zellenrahmen, befestigt sind. Die Kufen können aus Kunststoff, Aluminium oder
Stahl sein. Ein hartes Material wie z. B Stahl hat den Vorteil, dass
die Kufen selbst zur Stabilisierung der Rahmenkonstruktion beitragen.
Damit wird es möglich,
die Rahmenkonstruktion filigraner auszulegen und somit platzsparend
in die Hubschrauberfahrgastzellen-Wand zu integrieren. Somit kann
auf eine platzintensive Rahmenkonstruktion außerhalb der Hubschrauberfahrgastzelle verzichtet
werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, weist die Hubschrauberfahrgastzelle des Simulators
ein Hubschrauberheck auf. Dieses ist in einer besonderen Ausführungsform über einen
Teleskopmechanismus verkürzt.
Das hat den Vorteil, dass der nutzbare Bereich in der Luft und die
Bewegungsfreiheit der Zelle durch ein verkürztes Heck in einer Halle erhöht werden.
Die normale Hecklänge,
die durch das Ausfahren des Hecks über den Teleskopmechanismus
erreicht wird, wird dagegen nur benötigt, um am Boden die Abmessungen
des Hubschraubers realitätsnah
darzustellen und dadurch den Trainingseffekt sicherzustellen. Das
ist insbesondere daher von Bedeutung, als dass der reale Hubschrauber
einen Heckrotor aufweist, der ein besonderes Gefahrenmoment in Einsatzgeschehen
ist.
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In
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung, weist das Hubschrauberheck daher einen Heckrotor
bzw. eine Heckrotorattrappe auf. Dieser ist mit einem Antrieb, zum
Beispiel einem Elektromotor versehen, und kann aus einem Kunststoff,
wie beispielsweise Hartschaum mit GFK-Stabilisierung, hergestellt sein, um bei
einer Kollision mit einer Person keine ernsthaften Verletzungen
zu verursachen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung weist der Simulator zusätzlich eine (Haupt-)Rotorattrappe
auf. Diese kann beispielsweise aus einem Raumfachwerk bestehen.
Dieses kann optional mit einem Metallgitter, zum Beispiel einem
Aluminiumgitter, oben und/oder unten abgedeckt sein. Die Rotorattrappe
ist über
der Hubschrauberfahrgastzelle angebracht und kann zum Beispiel fest
mit der Traverse verbunden sein.
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Die
Rotorattrappe entspricht in ihren Abmessungen vorzugsweise dem realen
Vorbild, d. h. dem Rotor eines flugfähigen Hubschraubers, und besitzt
daher einen Durchmesser von 5 bis 9 m, vorzugsweise 6 bis 8 m.
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Um
den Windenbetrieb während
eines Luftrettungseinsatzes zu simulieren, ist der Luftrettungs-Simulator
in einer Ausführungsform
der Erfindung mit einer Winde, optional mit schwenkbarem Ausleger,
ausgestattet. Diese Winde entspricht in Bezug auf Ansteuerbarkeit
und Geschwindigkeiten einer Originalwinde. Die Winde kann direkt
an der Hubschrauberfahrgastzelle oder der Rahmenkonstruktion, zum
Bespiel dem Dachrahmen, befestigt sein.
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Ein
wesentlicher Stressfaktor im Umgang mit Hubschraubern ist der Abwind,
der durch die sich drehenden Rotorblätter erzeugt wird. Eine Anforderung
an eine realitätsnahe
Trainingssituation ist daher, in den Bereichen, in denen sich die
Einsatzkräfte
während
der Übung
aufhalten, möglichst
hohe Windgeschwindigkeiten und hohe Strömungsvolumina zu erzeugen,
um den Abwind der Rotorblätter
zu simulieren. Aus diesem Grund werden in einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Luftrettungs-Simulators
ein oder mehrere Windgeneratoren angebracht. Diese werden vorzugsweise über dem
Einstieg und/oder über
dem Cockpit positioniert.
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Beispielhafte
Windgeneratoren liefern bei 7,5 kW Leistungsaufnahme ein Strömungsvolumen
von 72.000 m3/h bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von etwa 60 km/h im Dauerbetrieb. Sie werden zum Beispiel über Frequenzumrichter
betrieben und können
kurzfristig wesentlich höhere
Leistungen abgeben.
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Besonders
bei Sonnenschein wird durch die sich drehenden Rotorblätter eine
flackernde Lichtsituation geschaffen, die bei vielen Personen Stress
verursacht und in einzelnen Fällen
einen epileptischen Anfall auslösen
kann. Dieser Effekt lässt
sich durch die Verwendung von Stroboskoplichtern nachstellen. Diese
lassen sich vorzugsweise in Intensität und Frequenz regeln, so dass
die Stärke
des Effekts steuerbar ist.
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Der
erfindungsgemäße Luftrettungs-Simulator
kann daher zusätzlich
einen oder mehrere Stroboskopblitzer aufweisen, die Lichteffekte
durch sich drehende Rotorblätter
simulieren.
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Sowohl
die Windgeneratoren als auch die Stroboskopblitzer können in
oder an der Rotorattrappe angeordnet sein.
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In
einer Ausführungsform
des Luftrettungs-Simulators der Erfindung, stehen in der Hubschrauberfahrgastzelle
Bedienelemente zur Steuerung des Simulators zur Verfügung. Dabei
handelt es sich um mehrere Bedienelemente, die Originalinstrumenten
nachgebaut sein können.
So kann über
diese Elemente beispielsweise die Höhe über Grund, die Fahrtrichtung
und -geschwindigkeit, die Schräglage
und/oder die Drehung der Zelle geregelt werden.
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Das
erfolgt über
die Kopplung der Bedienelemente mit dem Antrieb der Kranbrücke und
der Krankatze sowie dem Hubwerk und der Drehvorrichtung der Krankatze
und den Verstellelementen zwischen Rahmenkonstruktion und Traverse.
Des Weiteren lassen sich Bedienelemente integrieren, die die Windgeneratoren und
die Stroboskopblitzer steuern.
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Realitätsnahe Bedienelemente
umfassen zum Beispiel einen Pitch zur Regelung der Höhe der Zelle über Grund,
einen Stick zur Regelung der Fahrtrichtung und -geschwindigkeit,
Pedale zur Steuerung der Drehung der Zelle und ein Extraelement
zur Veränderung
der Neigung der Zelle.
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Die
vorgenannten Bedienelemente liefern Eingaben für die Bewegung der Hubschrauberfahrgastzelle. Die
Verarbeitung dieser Steuersignale kann durch eine frei programmierbare
Rechnereinheit durchgeführt
werden. Kraftmesssensoren an der Zellenaufhängung und ein Drehwinkelgeber
an der Kranbrücke
können
zusätzliche
Signale liefern, die in Verbindung mit einem digitalen Datenmodell
der Umgebung des Simulators einen realitätsnahen Flugbetrieb ermöglichen
sollen. Die Programmierung kann dabei so erfolgen, dass Bewegungsanforderungen
durch die Steuereinheit nur dann umgesetzt werden, wenn die geforderte
Bewegung keine Kollision im Datenmodell auslöst. Das Datenmodell kann dabei
einen 3-D-Datenraum umfassen, in dem die geometrische Struktur der
Umgebung des Kransystems derart abgebildet ist, dass jedem Raumpunkt
Parameter zugeordnet werden. Bei diesen Parametern kann es sich
beispielsweise um die Parameter „Hindernis” oder „kein Hindernis” handeln.
Die Steuersignale der Bedienelemente würden in einer solchen Ausführungsform
der Erfindung nur dann umgesetzt, wenn die Steuersignale eine Bewegung
der Hubschrauberfahrgastzelle innerhalb des Datenteilraums „kein Hindernis” bewirken.
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In
einer weiteren Ausführungsform,
kann der Simulator im Cockpit der Hubschrauberfahrgastzelle Anzeigen
aufweisen, die es der Besatzung ermöglichen, den aktuellen Zustand
der Zelle zu überwachen.
So können
beispielsweise sowohl die Werte der Kraftmesssensoren als auch der
daraus errechnete Schwerpunkt der Zelle angezeigt werden. Eine Trimmung
ist so jederzeit möglich.
Ebenfalls können
die momentane Höhe über Grund,
die Geschwindigkeit, die ausgefahrene Seillänge einer etwaig vorhandenen
Winde, Bilder von zusätzlich
angebrachten Sicherheitskameras und, wenn mehrere Hubschrauberfahrgastzellen
an einem Kransystem eingesetzt werden, die Positionen der anderen
Hubschrauberfahrgastzellen angezeigt werden.
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In
den Hubschrauberzellen können
sich Kameras direkt vorne im Cockpit, über der Winde, unter der Maschine
und am Heckrotor befinden, deren Bilder in Echtzeit im Cockpit auf
einem Monitorsystem angezeigt werden können und/oder über ein
Funksystem in eine Steuerzentrale übertragen werden können. Dort
können sie
zum Beispiel aufgezeichnet werden.
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Der
Simulator weist in einer Ausführungsform
ferner eine Funkanlage auf, die in mit den Funkhelmen der Trainingsmannschaft
gekoppelt und/oder technisch und funktionell identisch mit den in
Rettungshubschraubern verwendeten Geräten sein kann.
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Ferner
kann die Funkanlage auch mit einer Bühnenfunkanlage gekoppelt sein, über die
Hintergrundgeräusche
wie Windrauschen, Rotoren- oder Turbinenlärm in die Kopfhörer der
Benutzer eingespielt werden können.
Alternativ kann zu diesem Zweck auch eine Lautsprecheranlage, die
beispielsweise in die Rotorattrappe integriert ist, eingesetzt werden.
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Der
Funkverkehr kann, wie die Bilddaten, in einer Steuerzentrale aufgezeichnet
werden.
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Zusammen
mit dem Luftrettungs-Simulator können
in einer Ausführungsform
Funkhelme eingesetzt werden, in die ein Kopfhörer für den Funkempfang in die geschlossene
Schale des Helms eingebaut ist. Diese können über Funksignale mit der Funkanlage
des Simulators gekoppelt sein.
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Die
Erfindung betrifft daher auch Funkhelme, in die ein Kopfhörer für den Funkempfang
in die geschlossene Schale des Helms eingebaut ist. Diese Helme
haben den Vorteil, dass die Stabilität der Schale des Helms nicht
durch nachträgliche
Modifikationen der Helmschale, um das gleichzeitige Tragen eines
Funkkopfhörers
zu ermöglichen,
gefährdet
oder eingeschränkt
wird.
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In
der folgenden Beschreibung sollen weitere Ausführungsformen bzw. Aspekte der
Erfindung erörtert werden.
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Durch
das erfindungsgemäße Simulationssystem
wird ermöglicht,
sich nicht nur auf Echteinsätze
vorzubereiten, sondern die später
geforderten Abläufe
unter Verwendung aller Hilfsmittel und Gerätschaften derart durcharbeiten
zu können,
dass nicht nur Kenntnisse entstehen, sondern sich Routine ausbilden
kann. Erst diese Routine erzeugt den gewünschten Sicherheitsgewinn und
die notwendigen Leistungsreserven. Die neu- und einzigartige Kombination
von transparenter Hallenarchitektur, Kran- und Steuertechnik sowie
original ausgestatteten Hubschraubern lässt es umfassend gelingen,
den Mannschaften das Gefühl
eines echten Einsatzes zu vermitteln. Authentisches Freiraumgefühl und die
freie Beweglichkeit der Zellen lassen die Grenzen zur Wirklichkeit
verschwimmen und lösen
diese auf. Diesen Ansatz greift das erfindungsgemäße Simulationssystem
auf. Hier ist Simulation nicht: „So tun als ob”, sondern: „Fast so
als wie”.
Echte Hubschrauber, echte Bewegung, echter Wind, Lärm und echte
Höhe mit
echten Landeszenarien erzeugen erst echtes Risikobewusstsein und
erfüllen
somit den erforderlichen Sinn und Zweck.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird mittels einer leistungsfähigen Krananlage für die daran
aufgehängten
Hubschrauberzellen eine möglichst
hohe Annäherung
an die Freiheitsgrade einer Hubschrauberzelle im Echtflugbetrieb
erreicht. Die Krananlage befindet sich beispielsweise in einer Halle
mit 60 Meter Länge,
20 Meter Höhe
und 25 Meter Breite. Diese Halle kann beispielsweise in drei Zonen
eingeteilt sein:
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1. Der kombinierte Bereich
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Hier
kann beispielsweise ein 15 Meter langes, 10 Meter breites und drei
Meter tiefes Becken mit Wellen- und Strömungsanlage, eine alpine Fels-
und Hügellandschaft
mit Felsspalte nebst Quellbecken und Wasserrutsche für Übungen der
Canyoning-Rettungsgruppen vorgesehen werden. In die Felslandschaft
können kurze
Höhlengänge und
ein kleines Häuschen
zum Abbergen von Personen von Dach, Balkon und Fenster integriert
werden.
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2. Der technische Bereich
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Hier
können
sich beispielsweise sich eine Liftanlage mit Sesselliften und Kleinkabinen,
ein Strommast, ein Baukran und zwei Materialtestanlagen befinden.
Auch ein Hubschrauberübungsturm
für das
Grundtraining an der Zelle kann in dieser Zone stehen.
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3. Der alpine Bereich
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Hier
kann beispielsweise steht eine 18 Meter hohe Kletterwand mit Felsvorsprung
und aufschwingendem Gipfelgrat vorgesehen werden.
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Durch
die Simulation der Hubschrauberbewegungen in der Halle und die dabei
verwendete Krantechnik lassen sich eine Reihe von Übungsvorteilen
erzielen, weder Geschwindigkeits- noch Beschleunigungswerte, wie
man sie von Echtflugsituationen her kennt, sind dabei erforderlich.
Bedeutsam ist mehr die beliebig häufige Wiederholbarkeit, die
durch eine Aufzeichnung der Flugbewegung möglich wird. Es ist ohne Risiko
möglich,
die Zelle in sonst kritische Schräglagen zu bringen und zu halten.
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung verfügen
sämtliche
Komponenten der Kranbrücken
und der Aufhängungen über die
erforderlichen Leistungsreserven, tragende Teile haben mindestens
doppelte Festigkeitswerte, sicherheitsrelevante mechanische Bauteile
wie die Bremsanlage sind doppelt vorhanden, die Steuerungstechnik
gilt als ausfallsicher. Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung sind die Hubwerke und die Antriebseinheiten zum Bewegen
der Hubschrauberzelle direkt aus der Kanzel sowie aus dem Kontrollraum über ein
standardisiertes System ansteuerbar. Das gewählte Konzept ist somit sehr
flexibel und beliebig erweiterbar. Die Anbindung der Kranbrücke kann
sowohl optisch, elektrisch als auch per Funk erfolgen, das System
kann steuerungstechnisch beliebig skalierbar ausgestaltet sein.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist die Anlage so ausgelegt, dass sie in den ersten
Monaten der Betriebsphase aus Sicherheitsgründen mit verringerten Geschwindigkeiten
und eingeschränkten Bewegungsmöglichkeiten
betrieben werden kann. Die Freiheitsgrade können mit der Zeit schrittweise
gesteigert werden. Beispielsweise lassen sich diese Anpassungen über die
Software erreichen, die Hardware der Krananlage ist so konzipiert,
dass sie für
die angestrebten Erweiterungen bereits geeignet ist. Durch die flexible
Konzeption ist es zudem möglich,
die Steuerungselektronik mit zusätzlichen
Modulen zu erweitern. Hier kann beispielsweise eine elektronische
Pendeldämpfung
zur Eliminierung der Schwingungen der Hubschrauberzelle genannt
werden.
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Werden
später
weitere Kranbrücken
eingesetzt, dann können
diese mit Abstandsmessgeräten
ausgestattet sein, so dass eine Kollision der Brücken ausgeschlossen werden
kann. An der Zelle können
nachträglich
Ultraschallsensoren eingebaut werden, wie man sie aus der PKW-Technik
als Einparkhilfe kennt. Auch lassen sich an den Kufen Drucksensoren
montieren, die üblicherweise
bei Garagentoren Verwendung finden, um ein Einklemmen von Menschen
oder Fahrzeugen zu verhindern.
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Die
Kranbrücken
sind das Rückgrat
der Anlage. Sie haben gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung jeweils eine Spannweite von beispielsweise 25 Metern
und bewegen sich in Längsrichtung
durch die Halle. Sie werden beispielsweise über frequenzgeregelte Antriebe
bewegt und können
daher stufenlos in ihrer Geschwindigkeit gesteuert werden. Auf den
Brücken
läuft in
Querrichtung die Krankatze mit Hubwerk und Drehvorrichtung. Sämtliche
Komponenten können
mit großzügigen Leistungsreserven
versehen sein und für
den Dauerbetrieb geeignet ausgelegt sein. Die Kranbahnträger können ein
Bestandteil der Hallenkonstruktion sein und durch die komplette
Hallenlänge
laufen. Um die Lärmentwicklung
durch die Bewegungen der Kranbrücken auf
den Kranbahnträgern
zu minimieren und um die Möglichkeit
der Feinjustierung der Kranbahnschienen nutzen zu können, können diese
Schienen auf Elastomeren gelagert verschraubt, sogenannt geklemmt,
werden. Die Konstruktionsweise der Kranbahnträger kann derart ausgestaltet
sein, dass im späteren
Ausbaustadium alle drei Kranbrücken
auf einer gemeinsamen Längenmessschiene
die erforderlichen Informationen zur Positionsbestimmung einlesen
können
und die Stromversorgung gewährleistet
ist. In der Zelle stehen zur Steuerung verschiedene Bedienelemente
zur Verfügung,
die den Originalinstrumenten nachgebaut sein können. Beispielsweise kann über den
Pitch die Höhe
der Zelle über
Grund geregelt werden, der Stick bestimmt die Fahrtrichtung und
die Fahrtgeschwindigkeit. Über
ein Extraelement kann die Schräglage
der Zelle verändert werden.
Die Drehung der Zelle können
zwei Pedale im Bodenraum steuern. Sie alle liefern die Eingaben
für die
Zellenbewegung. Die Verarbeitung dieser Steuersignale kann durch
eine frei programmierbare Rechnereinheit durchgeführt werden.
Kraftmesssensoren an der Zellenaufhängung und ein Drehwinkelgeber
an der Kranbrücke
können
zusätzliche
Signale liefern, die in Verbindung mit einem digitalen Datenmodell
der Anlage einen realitätsnahen
Flugbetrieb ermöglichen.
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung werden Bewegungsanforderungen von der Steuereinheit
nur dann umgesetzt, wenn die geforderte Bewegung keine Kollision
im Datenmodell auslöst.
Dieses Konzept der Anlage erlaubt es somit auch untrainierten Personen,
die Hubschrauberzellen zu steuern und in einer Art Rollentausch
einen Rettungseinsatz aus Sicht des Piloten zu erleben. Dieser Perspektivenwechsel
wird dazu beitragen, Verständnis
für die
Schwierigkeiten aus Sicht des Piloten zu gewinnen und kann somit
helfen, kritische Situationen im Realeinsatz zu vermeiden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung erlauben es die Anzeigen im Cockpit der Besatzung,
den aktuellen Zustand der Hubschrauberzelle zu überwachen. Es können sowohl
die Werte der Kraftmesssensoren als auch der daraus errechnete Schwerpunkt
der Zelle angezeigt werden. Eine Trimmung ist jederzeit möglich. Ebenfalls
angezeigt werden können
die momentane Höhe über Grund,
die Geschwindigkeit, die ausgefahrene Seillänge der Winde, die Bilder der
Sicherheitskameras und später
die Positionen der anderen Zellen in der Halle. In den Hubschrauberzellen
können
sich die Kameras direkt vorne im Cockpit, über der Winde, unter der Maschine
und am Heckrotor befinden. Die Bilder der Kameras können in
Echtzeit im Cockpit auf einem Monitorsystem angezeigt und über ein
Funksystem in die Steuerzentrale übertragen werden. Dort können sie
in digitalisierter Form aufgezeichnet werden. Die Funkanlage kann
technisch und funktionell identisch mit den in Rettungshubschraubern
verwendeten Geräten
ausgelegt sein. Sowohl die Ankopplung der Funkhelme der Einsatzkräfte als
auch der Funkbetrieb mit anderen Einsatzkräften außerhalb der Zelle ist gewährleistet. Durch
die zusätzliche
Kombination mit einer Bühnenfunkanlage
lassen sich weitere Möglichkeiten
erschließen. So
können
beispielsweise in die Kopfhörer
der Trainingsmannschaft zusätzliche
Hintergrundgeräusche
wie Windrauschen und Rotoren- oder Turbinenlärm eingespielt werden. Zusätzlich zu
diesem Funktionsumfang kann der komplette Funkverkehr digital aufgezeichnet
werden, die Tonspuren sind somit mit Zeitinformationen hinterlegt
und lassen sich später
mit den Kameraaufzeichnungen synchronisieren.
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Der
Windenbetrieb an der Hubschrauberzelle ist ein zentrales Element
des Trainings. Obwohl es technisch möglich ist, Originalwinden zu
verwenden, kann aus verschiedenen Gründen darauf verzichtet werden: Es
ist in der Simulation nicht erforderlich, jedes mögliche Gramm
in der Konstruktion einzusparen, auch ist der Preis ein entscheidender
Faktor. Eine Ersatzwinde ist zwar schwerer, kann dafür aber im
Dauerbetrieb verwendet werden. Entscheidend für den Einsatz von Nicht-Originalwinden
ist die Ansteuerbarkeit mittels Frequenzumrichter, so dass die Winchvorgänge mit
originalgetreuen Steuergriffen und Geschwindigkeiten gesteuert werden
können.
Der Windenhaken kann in Form und Handhabung dem Original entsprechen,
die Schwenkbewegungen ebenfalls.
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Der
Heckrotor der Zelle ist ein besonderes Gefahrenmoment im Einsatzgeschehen.
Bedingt durch die hohe Drehzahl und die damit verbundene optische
Transparenz des Heckrotors wird dieser in der allgemeinen Geräuschkulisse
gerne übersehen.
Der geringste Kontakt jedoch mit diesem Bauteil des Hubschraubers
hat fatale Folgen für
Mensch und Maschine. In der Trainingsanlage kann aus diesem Grund
auf einen angetriebenen Heckrotor nicht verzichtet werden, allerdings
darf keine echte Gefährdung
von diesem Bauteil ausgehen. Die Heckrotorblätter können daher aus Hartschaum mit
GFK-Stabilisierung
gefertigt und über
einen Elektromotor angetrieben werden. Das komplette Heck des Hubschraubers,
das sogenannte Tail, wird lediglich dann benötigt, wenn der Hubschrauber
auf dem Boden steht oder die Mannschaften an der Zelle arbeiten.
Befindet sich der Hubschrauber in der Luft, so kann das Tail über einen
Teleskopmechanismus stark verkürzt
werden, so dass der nutzbare Bereich und die Bewegungsfreiheit der
Zelle in der Halle erhöht
wird. Das Aus- und Einziehen des Tails kann von der Zelle aus gesteuert
werden, ebenso wie der Antrieb des Heckrotors.
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Ein
wesentlicher Stressfaktor im Umgang mit Hubschraubern ist der Abwind,
der durch die Rotorblätter erzeugt
wird. Eine Forderung an eine realitätsnahe Trainingssituation ist,
in den Bereichen, in denen sich die Einsatzkräfte während der Übung aufhalten, möglichst
hohe Windgeschwindigkeiten und ein hohes Strömungsvolumen zu haben. An den
Zellen können
daher sowohl über
dem Winden- und Einstiegsbereich als auch, leicht nach vorne gerichtet über dem
Cockpit, leistungsstarke Windgeneratoren angebracht sein. Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung liefert jeder dieser Generatoren bei 7,5 KW Leistungsaufnahme
ein Strömungsvolumen
von 72.000 m3/h bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von etwa 60 km/h im Dauerbetrieb. Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung liefert können
auch diese über
Frequenzumrichter betrieben werden und können kurzfristig wesentlich
höhere
Leistungen abgeben. Sie können
in einen scheibenartigen Überbau der
Zellen integriert werden und sind damit geschützt, ein Ansaugen von leichten
Gegenständen
wird so verhindert.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist eine leistungsstarke Lautsprecheranlage vorgesehen,
die mit beliebigen Geräuschen
angesteuert werden kann, der Pegel ist in weitem Maße veränderbar.
Dadurch ist es möglich,
die Rotoren und Turbinengeräusche
so einzuspielen, wie es die jeweilige Trainingsaufgabe und Situation
erfordert. Die Lautsprecher können
in den Überbau
der Hubschrauberzelle integriert werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist nicht die komplette Halle beheizt, sondern lediglich
in den Hubschrauberzellen, im Kontrollraum und den Basislagern ist
Heiztechnik vorhanden. Durch das Konzept der Trainingsanlage wird
eine möglichst
wirklichkeitsgetreue Trainingssituation angestrebt. Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung sind die Wände
der Anlage transparent ausgestaltet, lassen das Sonnenlicht ungehindert
eindringen und erlauben den Blick nach draußen, so dass durchaus Blendwirkung
eintreten kann. Die nicht temperierte Anlage kann in den Wintermonaten
schwere und warme Kleidung sowie Handschuhe erforderlich machen.
Diese Erschwernisse sind gewünscht.
Besonders bei Sonnenschein wird durch die sich drehenden Rotorblätter eine
flackernde Lichtsituation geschaffen. Dieses Phänomen erzeugt bei vielen Personen
Stress und kann in vereinzelten Fällen Epilepsie auslösen. Dieser
Effekt lässt
sich durch die Verwendung von Stroboskopblitzern nachstellen. Sie
lassen sich in Intensität
und Frequenz regeln. Die Stärke
des verursachten Effekts und der daraus resultierende Einfluss auf
die Trainingsmannschaft ist in Abhängigkeit von der Hintergrundbeleuchtung
somit über
weite Bereiche einstellbar.
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In
die Kletterwand kann eine Kontrollstation integriert sein. Es handelt
sich um einen Raum mit freiem Blick in die gesamte Anlage. Dank
der guten Übersicht
ist es von diesem Raum aus möglich,
die Flugbewegungen der Hubschrauberzellen zu verfolgen und zu überwachen.
Unterstützt
werden kann diese Aufgabe durch ein Kamerasystem, das in der Halle
installiert ist; ihre Bilder und die Bilder der Kameras in den Zellen werden
in den Kontrollraum übertragen
und aufgezeichnet. Aus dem Kontrollraum kann Sprechverbindung zu den
Hubschraubern und zu den Mannschaften bestehen. Auch der Sprechfunk
kann digital aufgezeichnet werden und mit den Hubschrauberpositionen
und den Kameraaufnahmen synchronisiert werden. Ist die Software im
Aufzeichnungsbetrieb, so werden die Bewegungen der Zelle durch den
Steuerungsrechner automatisch mitgeschrieben. Damit besteht die
Möglichkeit,
einzelne Bewegungsabläufe
zu speichern und später
zu wiederholen.
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Um
den ersten Kontakt mit der Anlage zu erleichtern, kann ein so genannter
Einweisungsbetrieb verfügbar
sein. Es ist dann eine einfache Flugroute im System hinterlegt,
so dass sich die Mannschaft mit den Vorgängen erst vertraut machen kann,
ohne ein Risiko der Fehlbedienung eingehen zu müssen. Dieser Demomodus kann
dann zu einer sicheren Schrittfolge erweitert werden. Hier sind
einzelne Flugabschnitte hinterlegt, die der Reihe nach von der Krananlage
ausgeführt
werden. Der Pilot gibt lediglich die Anweisung, den nächsten Schritt
auszuführen,
ohne die Route beeinflussen zu können.
-
Das
Hallenkonzept zur Simulation von Situationen in der Luftrettung
weist eine Reihe von gänzlich
unterschiedlichen Vorteilen auf:
-
Der Sicherheitsgewinn
-
Verglichen
mit Tragflächenflugzeugen
zeigen Hubschrauber eine deutlich höhere Unfallhäufigkeit: Zwischen
1980 und 1998 verzeichnete die Bundesstelle für Flugunfalluntersuchung (BFU)
bei Hubschraubern statistisch pro einer Million Abflüge 54 Unfälle mit
sechs Toten, bei Tragflächenflugzeugen
lediglich zehn Unfälle
mit 1,6 Toten. Die Unfallursachen liegen dabei anteilig häufiger im
menschlichen Versagen (über
80%). Aus Sicht der Technik sind Hubschrauber nicht unsicherer als
Tragflächenflugzeuge
und werden unter den gleichen Zuverlässigkeitsforderungen ausgelegt
und zugelassen. Die höhere
Unfallgefahr kann mehr durch die Einsatzbedingungen erklärt werden:
Rettungsdienste und Militär
können
einen Einsatzort nicht vorher bestimmen, Hindernisse wie Antennen
oder Stromleitungen sind dem Piloten dann nicht bekannt.
-
Anders
in der Simulationsanlage: hier hängt
die Zelle an einer stabilen Krananlage mit hoher Tragkraft und großzügigen Sicherheitsreserven,
ein Absturz ist nach menschlichem Ermessen nicht zu erwarten. Des Weiteren
ist es möglich,
gerade bei Anwärtern
und unerfahrenen Personen, die Winchaktionen am Hubschrauber zu
hintersichern. Durch die Planungssicherheit und die kostengünstige Technik
kann jede Übung
beliebig oft wiederholt werden, ohne dass die Kosten in die Höhe gehen,
schließlich
hängt bei
den Winchvorgängen der
Hubschrauber einfach nur an den Seilen der Krananlage. Im Gegensatz
dazu ist gerade die Phase des stabilen Schwebens im Echtflug mit
hohen Belastungen für
Mensch und Maschine verbunden, der Spritverbrauch steigt während des
Hoverns auf nahezu das doppelte des Durchschnittsverbrauchs, allgemein
ist dieser Zustand mit den größten Risiken
im Hubschrauberflug verbunden.
-
Der ökologische Vorteil
-
Die
verringerte CO2-Emission Hubschrauber stehen mit einem spezifischen
Energieverbrauch von etwa 160 Gramm pro Passagierkilometer neben
dem Düsenverkehrsflugzeug
an der Spitze aller Transportmittel. Zum Vergleich: ein PKW verbraucht
im Mittel 60 g, und im Busfernverkehr kann mit 15 g Primärenergie
pro Passagierkilometer gerechnet werden – dem mit Abstand geringsten
Verbrauch. Man kann davon ausgehen, dass pro Sitzplatz bzw. 100
kg Nutzlast mindestens 80 PS Triebwerkleistung erforderlich sind,
um einen Hubschrauber auch bei widrigen atmosphärischen Bedingungen sinnvoll
einsetzen zu können.
Sollen die Maschinen für
den Rettungsdienst eingesetzt werden können, steigt die auf den Sitzplatz
umgerechnete erforderliche Leistung steil an und erreicht bei manchen
Mustern 160 PS/Sitzplatz. Die Hauptursache dafür ist das höhere Leergewicht, das von umfangreicherer
Avionikausrüstung
und Redundanz einer Anzahl von Systemen, wie sie für den Blindflug
gefordert werden, rührt.
Gängige
Hubschrauber verwenden Kerosin als Treibstoff, um diese Leistung
zu erzeugen. Kerosin, ein leichtes Petroleum, ist ein Jet-Al-Kraftstoff
für Turbostrahltriebwerke.
Kerosin unterscheidet sich vom Petroleum im Wesentlichen durch die
Zugabe von Additiven, die eine Verwendung als Flugzeugtreibstoff
erleichtern. Verbrennt Kerosin, so bildet es pro verbranntem Liter
Kraftstoff 2760 Gramm Kohlendioxid. Kohlendioxid hat eine Dichte
von etwa 2 Kilogramm pro m3, somit bilden
sich pro Liter Kerosin etwa 2500 Liter gasförmiges Kohlendioxid. Kerosin
zählt zudem
zu den wassergefährdenden
Stoffen.
-
Verbrauchswerte
von Hubschraubern, die in der Luftrettung Verwendung finden:
Typ | Kraftstoffverbrauch: |
BO
105 | 210
l/h |
EC
135 T2i | 225
l/h |
Bell
212 | 330
l/h |
EC
155 | 375
l/h |
SA
330 Puma | 660
l/h |
AS
332 L1 Super Puma | 500
l/h |
-
Legt
man für
eine Berechnung der CO2-Einsparung durch die Simulation von Hubschrauberflügen einen
durchschnittlichen Kerosinverbrauch von 350 Litern pro Trainingsflugstunde
bei einem angenommenen Grundtrainingsvolumen von 3300 Flugstunden pro
Jahr zugrunde, so ergibt diese, sehr vorsichtige Kalkulation, bereits
eine CO2 Einsparung von annähernd
3000 Tonnen CO2.
-
Die verringerte Lärmentwicklung
-
Das
charakteristische Knattern, das dem Hubschrauber vereinzelt auch
den Spitznamen „Klopfer” eintrug,
wird durch die Rotorblätter
erzeugt. Die aerodynamische Entwicklung der Rotorblätter hat
dazu geführt, dass
diese Geräusche
im Reiseflug seit den Zeiten des Vietnam-Krieges drastisch gesunken
sind. Dafür
sorgen allein schon die Grenzwerte der Zivilluftfahrtbehörde ICAO,
die bereits Anfang der 80er Jahre die ersten Lärmlimits für Hubschrauber festlegte. Ausgerechnet
im Sink- und im Schwebeflug entstehen an den Blattspitzen Luftwirbel,
die beim Sinkflug vom nächsten
Rotorblatt durchschlagen werden. Diese schlagartige Druckänderung
ist am Boden in Form des charakteristischen Klopfens zu hören. Bei
Versuchen wurde z. B. in 30 Meter Entfernung vom startenden bzw.
landenden Hubschrauber ein Schallpegel von 87 dB(A) gemessen. Beim Überflug
mit Reisegeschwindigkeit in 150 m Höhe – der in der Regel gültigen Mindesthöhe außerhalb
dichtbewohnten Stadt- oder Siedlungsgebieten – wurden am Boden noch maximal
67 dB(A) gemessen. Leider bleibt aber auch festzustellen, daß bei nicht
optimiertem und vor allem älterem
Gerät während Start,
Landung und im Schwebeflug der Geräuschpegel den für das menschliche
Ohr geltenden Schädigungsbereich
von 90 bis 110 dB(A) erreichen kann. Durch den Betrieb der Simulationsanlage
werden bereits in der Grundauslastung 3300 Flugstunden aus der freien
Natur in die Halle verlagert. In der Halle kann der Fluglärmpegel
den Erforderlichkeiten angepasst werden. Technisch ist es möglich, durch
den Einsatz der Lautsprecheranlage einen Lärmpegel im direkten Umfeld
der Hubschrauberzellen wie im Echtflugbetrieb zu erreichen. Dies
wird sicherlich nur selten gefordert und erwünscht sein, zumal sich der
Fluglärm
auch als Hintergrundgeräusch
in die Kopfhörer
der Einsatzkräfte
einblenden lässt.
Für ein
Gewöhnungsprogramm,
beispielsweise in der Ausbildung von Lawinenhunden, kann der Lärmpegel
stufenlos gesteigert werden. Mit der Verlagerung der Flugstunden
in die Halle werden pro Tag etwa 10 Stunden Hubschrauberfluglärm durch
Ausbildungsbetrieb vermieden.
-
Der finanzielle Vorteil
-
Bedingt
durch die anspruchsvolle Technik erfordern Hubschrauber grundsätzlich einen
hohen Betriebsaufwand, der sich in den Kosten niederschlägt. Für den Betrieb
eines durchschnittlichen Hubschraubers zu Rettungszwecken muss pro
Minute ein Betrag von etwa 45 Euro angesetzt werden, das entspricht
2700 Euro pro Betriebsstunde. Bei 3300 Flugstunden in der Grundauslastung
ergibt sich somit ein rechnerischer Kostenaufwand von knapp 9 Millionen
Euro pro Jahr. Die Betriebskosten für die Halle und die Krananlage
mit Simulation liegt etwa bei 400.000 Euro jährlich. Damit ergibt sich ein
rechnerischer Betrag von 2,00 Euro pro Flugminute.
-
Es
sind eine Reihe von Trainingserweiterungen in der Anlage möglich. Dabei
zeichnen sich gerade im Bereich des Umweltschutzes und des Katastropheneinsatzes
für die
kommenden Jahre wachsende Herausforderungen ab. Ob nun beim Aufbau
von Lawinenerbauungen, bei der Wildfütterung oder der Tierbergung, nach
Murenabgängen
oder bei Waldbränden,
meist werden Rettungskräfte
aus der Luft unterstützt
oder gar die komplette Rettung aus der Luft durchgeführt. Oft
werden Hubschrauber eingesetzt, um Personen, die sich nach Unfällen, akuter
Erkrankung oder Umweltkatastrophen wie Überschwemmung oder Feuerausbruch
in akuter Notlage befinden, zu bergen und zu evakuieren. In der
Anlage lassen sich mit einfachen baulichen Maßnahmen die Themenfelder Seilbahnrettung,
Höhenrettung
von Baukränen,
Windrädern,
Hausdächern
und vieles mehr erschließen.
Mit geringem technischen Aufwand kann die Hubschrauberzelle sowohl
mit speziellen Empfangsanlagen ausgestattet und die Verschüttetensuche
auf einem elektronisch simulierten Lawinenfeld nachgestellt werden.
-
Für Bodenmannschaften
sind solche Trainingsfelder bereits verfügbar und im Einsatz, die Ausbildung zur
Suche aus der Luft ist heute nur mit fliegenden Hubschraubern möglich. Auch
die Anwendung von mobiler Wärmebildtechnik
aus dem fliegenden Hubschrauber durch die Bergwacht Bayern könnte zukünftig ausgebildet
werden. In der Halle ließen
sich derartige technische Systeme leicht und kostengünstig testen
und ihre Handhabung trainieren. Wärmebildtechnik kann in der
Bergrettung sowohl für
die Personensuche als auch für die
Suche von Glutnestern nach einem Bergwaldbrand eingesetzt werden.
Die Bergwacht Bayern ist jährlich an
etwa 100 Personensuchen beteiligt, sie ist in nahezu jeden Einsatz
bei Bergwaldbrandbekämpfung
eingebunden. Hierfür
kann in der Halle ohne zusätzlichen
großen
Aufwand eine Trainingseinheit zur Handhabung der Löschwasserbehälter aufgebaut
werden.
-
Die
Anlage besteht gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung aus einer Grundfläche
von ca. 60 mal 25 Metern, auf der verschiedene räumliche Objekte wie eine Kletterwand
oder ein Übungshaus
angeordnet sind. Innerhalb der Halle bewegt sich eine Hubschrauberzelle
schwebend. Sämtliche
Bewegungen der Hubschrauberzelle sollen nicht zu einer Kollision
mit den im Raum befindlichen Strukturen führen. Daher ist eine Steuerung
zu erstellen, die einerseits die Eingaben von Steuerbefehlen aus
den Bedienelementen in der Kanzel annimmt, diese jedoch nur dann
ausführt,
wenn sich aus den gewünschten
Bewegungen keine Kollision ergeben kann. Jedes Training wird zudem
von einer Kontrollperson begleitet, die sich außerhalb des Hubschraubers am
Boden befindet und Sichtkontakt mit der übenden Gruppe und der Zelle
hält. Diese
Person hat per Funk-Notaus
die Möglichkeit,
die Kranbewegung zu stoppen und Steuerung der Zelle in Schleichfahrt
zu übernehmen.
-
Um
die erforderliche Absicherung der Hubschrauberbewegung zu erreichen,
können
mehrere Ansätze in
Betracht gezogen werden: Z. B. kann die Zelle mittels Sensoren aus
dem Bereich der Laser-, Ultraschall oder auch Kameratechnik abgesichert
werden, was aufwändig
ist. Der Grund ist die freie Bewegung der Zelle im dreidimensionalen
Raum und der Umstand, dass Bergretter und Personen sich in den Übungssituationen direkt
am Hubschrauber befinden (Winchgang, Einweisung) und die Sensoren
auslösen
würden,
ohne dass dies gewünscht
ist.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird der Hubschrauber als Struktur gesehen, die sich nicht
näher als
eine bestimmte Strecke an die nächstgelegene
Oberfläche
eines Raumobjektes annähern kann.
Nähert
sich der Hubschrauber einem Objekt, so wird der Hubschrauber automatisch
abgebremst, je näher
er kommt, schließlich
wird er an der Grenzfläche
völlig
gestoppt. Sämtliche
Einbauten können
beispielsweise mit quaderförmigen
Schutzräumen
in der Steuerungseinheit umschrieben werden, Überhänge der realen Einbauten können im
Datenmodell nach unten gefüllt
werden, so dass im Datenmodell keine Hinterschneidungen existieren.
Damit wird erreicht, dass durch die entsprechenden Zusammenhänge von
Sicherheitsabstand und erlaubter Geschwindigkeit die Zelle auch
bei einem Notstopp nicht in die Hindernisse pendeln kann. Wird dieser
Zusammenhang in einer mehrdimensionalen Liste hinterlegt, so kann
die Geschwindigkeit zudem noch von der Höhe der Zelle im Raum abhängig gemacht
werden. Damit wird erreicht, dass sich Vmax in Abhängigkeit
von der Pendellänge
verändert.
Im Ergebnis wird sich auf diese Art und Weise die Zelle nur dann ungebremst
bewegen, wenn sie von jeglichen Hindernissen weit entfernt ist.
Nähert
sie sich einem Hindernis auf X Meter, beginnt bereits der Bremsvorgang
auf sichere Geschwindigkeitswerte. Der letzte Teil der Strecke wird
mit Schleichfahrt zurückgelegt,
bis die Zelle dann am Objekt selbst zum Stehen kommt. Diese stark
limitierende Technik stellt eine ausreichende Möglichkeit dar, um die völlig freie
Bewegung eines Einsatzhubschraubers in der Halle nachzustellen.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung liefert kann die Steuerung gedanklich in einen sicheren und
einen unsicheren Teil aufgeteilt werden. Der unsichere Teil sind
der Pilot und seine Eingabemöglichkeiten wie
Pedale, Stick, Pitch, Winkelmesser und die damit generierten Steuersignale.
Die Neigungswinkelsensoren in der Kreuzgelenktraverse zeigen den
Neigungswinkelzustand der Zelle an. Übersteigt dieser ein gewisses Maß, so nimmt
die Krananlage Fahrt auf in horizontaler Richtung der Neigung, die
Zelle driftet in Schleichfahrt ab. Diese Schleichfahrt kann über die
Steuerungseingabe überschrieben
und damit kompensiert werden. Mittels einer Ausgleichssteuerung
in der Zelle kann der Pilot die Schräglage der Zelle per Pneumatik
kompensieren und die Horizontallage wieder herstellen. All diese
Steuersignale werden lediglich als unverbindlicher Bewegungswunsch
gesehen. Die Signale aus diesen Komponenten werden dem sicheren
Teil der Steuerung zugeführt.
Dieser Teil kann aus Kat 3 Komponenten bestehen (fehlersicher).
Hier findet die Prüfung
auf Zulässigkeit
statt. Erst wenn für
den nächsten
Zeitraum X die gewünschte
Bewegung keine Probleme verursachen wird, soll die vom Piloten gewünschte Bewegung
zur Ausführung
kommen.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung liefert wird diese Steuerung durch eine Reihe zusätzlicher
Einschränkungen
und Notausfunktionen ergänzt.
So wird beispielsweise die Zelle nur abheben, wenn der Heckrotor
eingezogen ist, wenn der externe Sicherheitsbegleiter per Knopfdruck
sein Einverständnis
gegeben hat. Der Hubschrauber bewegt sich so lange nur in Z-Richtung,
bis die Last der Zelle an den Kraftmessbolzen registriert ist. Erst
dann darf sich die Zelle in X und Y Richtung bewegen oder drehen.
Ist der Windenarm ausgeschwenkt und/oder Seil ausgegeben, so ist
die Geschwindigkeit der Zelle auf einen sicheren Wert gedrosselt.
Ein Seillastsensor erteilt Auskunft über die Last am Windenseil.
Ab einer definierten Last F winde wird der Kran sofort gestoppt.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung befindet sich in der Hubschrauberzelle ein Sammelpunkt für die die
Daten der unsicheren Sensoren. Er erhält auch die Werte der Absolutgeber
von Stick, Pitch, Pedale, Drehwinkelgeber und Neigungswinkelgeber.
Eine Winkelkorrektur kann in der Zelle bereits mechanisch erfolgen.
-
Zu
den unsicheren Sensoren können
beispielsweise zählen:
- • Windenschwenksensor
(Ultraschall oder Laser)
- • Heckausfahrsensor
(Ultraschall oder Laser)
- • Drehzahlmesser
der Windmaschinen und An/Aus
-
Dieser
Sammelpunkt, beispielsweise eine SIMATIC S7, kann steuern: die Windgeneratoren,
das Ausfahren des Hubschrauberhecks, das Schwenken des Windenarms
und das Ausgeben des Windenseils. Ebenfalls in der Zelle kann sich
ein Anzeigepanel zur Visualisierung beispielsweise folgender Daten
befinden:
- • System
klar
- • Steuerungsdominanz
in der Zelle (kann auch bei der Funksteuerung
liegen)
- • Drehzahl
der Windmaschinen
- • Heck
eingezogen
- • Kompressor
an/aus
- • Druck
im pneumatischen System
- • Gewicht
der Zelle und die Kraft auf den Messbolzen
- • Schaltzustände der
Neigungserfasser
- • Windenarm
eingefahren oder ausgefahren
- • Windenseil
eingefahren oder ausgefahren
- • Kraft
auf dem Windenseil
- • Koordinaten
der Zelle im Raum (Höhenmessung)
- • Drehwinkel
der Zellenachse
- • Abstand
zum nächsten
Hindernis
- • Zulässige Höchstgeschwindigkeit
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist die S7 in der Zelle über eine PROFIBUS-Leitung mit beiden
Prozessrechnern oder S7 verbunden, die auf der Brücke der
Krananlage montiert sind. Ein Kompressor auf der Krantraverse für die Pneumatik
wird ebenfalls über
diese S7 gesteuert. Auf der Krantraverse befindet sich ein fehlersicherer
Daten-Sammelpunkt. An diesen sind die fehlersicheren Sensoren für den Heckeinzug, das
Notaus in der Zelle, der Windenarmschwenksensor, der Seilausgabesensor
und der Seillastsensor der Winde angeschlossen. Jetzt gehen die
Daten weiter nach oben, vorbei am Drehkranz, hin zu einer fehlersicheren
Steuereinheit, die auf der Kranbrücke montiert ist. Hier werden
die Rechenergebnisse der beiden Sensor-Auswerte-Stränge, die
Wünsche
des Piloten und die Zustände
der Sensoren auf Stimmigkeit geprüft und bei positivem Ergebnis
dann die Antriebe der Krananlage angesteuert. Um die Sperrzonen
der Halle in die Anlage einpflegen zu können, ist an das System noch
ein mobiles Panel per Funk angekoppelt, das auch zur Definition
der Kranparameter wie Geschwindigkeiten bei Längs- und Querfahrt und Drehgeschwindigkeit
dient. Ergänzt
wird die Steuerung der Krananlage durch ein Funkmodul, das dem Sicherheitsbegleiter
am Boden die Möglichkeit,
per Notaus die Kranbewegung zu unterbrechen und im Bedarfsfall die
Steuerung komplett zu übernehmen.
-
Der
Ansatz ist, die Hubschrauberzelle lediglich über eine Stromleitung und maximal
eine Datenleitung mit der Kranbrücke
zu verbinden. Die Stromzufuhr kann über Schleifkontaktleistung
erreicht werden. Diese ist für
weitere Kranbrücken
ausgelegt.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung werden, um eine Steuerung der Kategorie 3 zu erreichen,
eine linke und eine rechte Sensorreihe unterschieden. Die Eingangssensoren
links liefern einem Prozessrechner oder einer SPS die Koordinaten
des Hubschraubers. In diesem Rechner werden auf der Grundlage eines
Hallen-Daten-Modells die erlaubten Geschwindigkeiten errechnet.
Auf der linken Seite ist der Nullpunkt des zugrunde liegenden Koordinatensystems
in der Ecke Nord-Ost. Bei der rechten Sensorreihe ist die Logik
die gleiche, es wird jedoch ein zweiter Array verwendet, dessen
Nullpunkt dem ersten diagonal gegenüberliegt. Nur wenn die Rechenergebnisse
beider Einheiten übereinstimmen,
wird die gewünschte
Bewegung über
eine fehlersichere SPS ausgeführt.
Somit existieren zwei unabhängige
Sensoreingänge
an einer fehlersicheren SPS. Um die Sicherheit noch einmal zu erhöhen, kann
in der zweiten Auswerte-Programmierung ein abgeänderter Daten-Array verwendet
werden. In diesem sind die Informationen dann als Integer auf einem zweidimensionalen
Array abgelegt. Eine (X; Y) Koordinate trägt dann in einer Integer den
Wert der Säulenhöhe.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung besteht die Halle aus gedachten Würfeln mit einer Kantenlänge von
einem Meter. Sie werden in der Steuerung als Speicheradressen angelegt.
Ist ein Würfel
für den Hubschrauber
erlaubt, so ist der Inhalt der Speicherzelle eine 0, ist der Würfel eine
Sperrzone, so wird eine 1 in die Speicheradresse geschrieben. Es
entsteht somit ein dreidimensionales Feld als Modell der Halle.
Wände und
Boden werden ebenfalls als Sperrzonen hinterlegt. Um die erlaubte
Geschwindigkeit zu ermitteln, wird der Abstand zum nächsten Hindernis
benötigt.
Dazu wird unter dem Hubschrauber eine gedachte rechteckige Fläche errichtet,
auf der die Hubschrauberzelle einbeschrieben Platz findet. Diese
Fläche
wird an den Seiten um einige Raumelemente erweitert und um einige
Raumelemente nach unten verschoben. Eine Prüfung beginnt nun damit, die
Flächenelemente
auf vorhandene Sperrbits zu prüfen.
Wird kein Sperrbit gefunden, so kann eine Bewegung mit Maximalgeschwindigkeit
ausgeführt
werden. Wird ein Sperrbit gefunden, so wird die Geschwindigkeit
reduziert und die nächst
kleinere und höher
liegende Fläche überprüft. Findet
sich hier kein Sperrbit, dann wird erneut die äußere Fläche gescannt. Findet sich auch
in der inneren Fläche
ein Sperrbit, so wird die Geschwindigkeit noch einmal reduziert,
die nächst
innere Fläche
geprüft
und die äußere Flächenprüfung aufgegeben.
Mit dieser Vorgehensweise wird eine schrittweise Anpassung der Geschwindigkeit
bis hin zur Schleichfahrt erreicht. Schließlich kommt der Hubschrauber
am Hindernis zum Stillstand.
-
Diese
Prüfung
führt innerhalb
einer vorhersehbaren Anzahl von Schleifendurchgängen zu einem Ergebnis. Es
kann somit eine Maximalzeit für
die Prüfung
angegeben werden. Je näher
ein Hindernis an die Zelle gelangt, umso weniger Bits müssen überprüft werden,
denn die Fläche
verringert sich, ebenso die aktuelle Geschwindigkeit. Damit ist
gewährleistet,
dass die Prüfung
durchlaufen ist, bevor sich der Hubschrauber zu weit bewegt. Die
Prüfung
verzichtet auf trigonometrische Berechnungen und arbeitet ausschließlich über Vergleiche.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird, um die Daten der Halle in die Steuerung einzulesen,
ein Touch-Panel verwendet. Es zeigt auf der linken Seite die Höhe, in der
man sich befindet. Klickt man ein Flächenelement an, so sperrt man
damit diesen Bereich durchgängig
nach unten. Mit dem Schieber auf der linken Seite kann man sich
durch die Schichten der Halle bewegen. Die blaue Säule auf
der linken Seite zeigt die momentane Höhe des Hubschraubers an. Geht
man mit dem Schieber auf die Höhe
des blauen Balkens, so wird die Position des Hubschraubers als blaue
Fläche
in der gewählten
Ebene angezeigt. Jedes angeklickte Flächenelement entspricht einer
Speicherzelle im Hallenarray, der wiederum die Grundlage der Kollisionsprüfungen ist.
-
Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine bevorzugte
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Luftrettungs-Simulators
beschrieben. Die Erfindung ist allerdings nicht auf diese Ausführungsform
beschränkt.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
schematische perspektivische Darstellung eines Luftrettungs-Simulators
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
-
2 eine
schematische perspektivische Darstellung des in 1 gezeigten
Luftrettungs-Simulators aus einer anderen Perspektive;
-
3 eine
schematische perspektivische Darstellung einer möglichen Ausführungsform
eines Details der in 1 und 2 gezeigten
Luftrettungs-Simulatoren;
-
4 eine
schematische perspektivische Darstellung des in 3 gezeigten
Luftrettungs-Simulators aus einer anderen Perspektive;
-
5 eine
schematische perspektivische Darstellung des in 3 gezeigten
Luftrettungs-Simulators aus einer anderen Perspektive;
-
6 eine
schematische perspektivische Darstellung einer möglichen Ausführungsform
eines Details der in 1 bis 5 gezeigten
Luftrettungs-Simulatoren;
-
7 eine
schematische perspektivische Darstellung einer möglichen Ausführungsform
eines Details der in 1 bis 5 gezeigten
Luftrettungs-Simulatoren;
-
8 eine
schematische perspektivische Darstellung einer möglichen Ausführungsform
eines Details der in 1 bis 5 gezeigten
Luftrettungs-Simulatoren;
-
9 eine
schematische perspektivische Darstellung einer möglichen Ausführungsform
eines Details der in 1 bis 5 gezeigten
Luftrettungs-Simulatoren;
-
10 eine
schematische perspektivische Darstellung einer möglichen Ausführungsform
eines Details der in 1 bis 5 gezeigten
Luftrettungs-Simulatoren;
-
11 eine
schematische perspektivische Darstellung einer möglichen Ausführungsform
eines Details der in 1 bis 5 gezeigten
Luftrettungs-Simulatoren;
-
12 eine
schematische perspektivische Darstellung einer möglichen Ausführungsform
eines Details der in 1 bis 5 gezeigten
Luftrettungs-Simulatoren;
-
13 eine
schematische perspektivische Darstellung einer möglichen Ausführungsform
eines Details der in 1 bis 5 gezeigten
Luftrettungs-Simulatoren;
-
14 eine
schematische perspektivische Darstellung einer möglichen Ausführungsform
eines Details der in 1 bis 5 gezeigten
Luftrettungs-Simulatoren;
-
15 eine
schematische perspektivische Darstellung eines Luftrettungs-Simulators
gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
-
16 eine
schematische perspektivische Darstellung eines Luftrettungs-Simulators
gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung; und
-
17 eine
schematische perspektivische Darstellung eines Luftrettungs-Simulators
gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
-
In
den Figuren sind identische bzw. einander entsprechende Teile mit
denselben Bezugsziffern gekennzeichnet.
-
1 zeigt
eine Ausführungsform
des Simulators der vorliegenden Erfindung. Dabei sind die Fahrgastzelle 1 und
die Hubschrauberkufen 2 über eine Traverse 3 und
eine Rahmenkonstruktion 4 an der Laufkatze eines Brückenkrans
(nicht gezeigt) aufgehängt,
wobei die Aufhängung über Seile
erfolgt, die das Hubwerk der Laufkatze mit der Krantraverse verbinden
(nicht gezeigt), und wobei der Simulator ferner eine Rotorattrappe 5 aus
Raumfachwerk, einen Windgenerator 6, der mit der Rotorattrappe 5 verbunden
ist, ein über einen
Teleskopmechanismus verkürzbares
Hubschrauberheck 7 und einen Heckrotor 8 aus GFK-verstärktem Hartschaum
aufweist.
-
2 zeigt
dieselbe Ausführungsform
wie 1 aus einer anderen Perspektive.
-
3 zeigt
dieselbe Ausführungsform
wie die 1 und 2 ohne die
Fahrgastzelle.
-
4 zeigt
die dieselbe Ausführungsform
wie 3 aus einer anderen Perspektive. Aus dieser Perspektive
ist an der Rahmenkonstruktion befestigte Winde 9 mit schwenkbarem
Ausleger zu erkennen.
-
5 zeigt
dieselbe Ausführungsform
wie 3 aus einer anderen Perspektive.
-
6 ist
eine Detailansicht des Oberteils der Traverse 3, d. h.
der Krantraverse, die über
Einhängelaschen
mit dem Unterteil der Traverse 3 (nicht gezeigt) verbunden
wird. Der Oberteil der Krantraverse besteht aus einem rechteckigen
Rahmen 31, nahe dessen Eckpunkten die Halterungen 32 für die Einhängelaschen 33 angeordnet
sind.
-
7 ist
eine Detailansicht des Unterteils der Traverse 3. Der Unterteil
der Traverse 3 besteht aus zwei horizontalen Rahmenteilen 35,
nahe deren Enden jeweils eine Halterung 34 für die Einhängelaschen 33 angeordnet
ist und die über
zwei rechtwinklig dazu angeordnete Rahmenteile 36, an denen
ein Teil des Kardangelenks 101 befestigt wird, verbunden
sind. Die Rahmenteile 35 und 36 sind ferner über Versteifungselemente 37 verbunden,
die zu den Rahmenteilen 35 und 36 in etwa einem
45° Winkel
angeordnet sind und etwa mittig Auflagepunkte 38 für die Pneumatikfedern
des Kardanrahmens (nicht gezeigt) aufweisen. Die Rahmenelemente 36 sind
untereinander mit zwei rechtwinklig dazu angeordneten Querstreben 39 verbunden.
-
8 ist
eine detaillierte Ansicht des Kardanrahmens, der die Teile 41, 42, 43, 44, 45 aufweist,
mit einem Teil des Kardangelenks 102 und Pneumatikfedern 46.
Der Kardanrahmen besteht aus vier vertikal angeordneten Rahmenteilen 42,
die an ihren oberen Enden fest mit einem rechteckigen, horizontal
angeordneten Rahmenteil 41 verbunden sind und unten fest
mit dem Dachrahmen (nicht gezeigt) verbunden werden. Der Rahmenteil 41 weist
nahe den Eckpunkten die Aufhängepunkte 45 für die Pneumatikfedern 46 und
in der Mitte eine Querstrebe 44 auf, an der das Kardangelenk 102 befestigt
ist. Jeweils zwei Rahmenelemente 42 sind durch Versteifungselemente 43 verbunden.
-
9 ist
eine Detailansicht eines Teils der Rahmenkonstruktion und des Unterteils
der Traverse 3. Die Rahmenkonstruktion besteht aus dem
Kardanrahmen mit den Rahmenteilen 41, 42, 43, 44 und 45,
den Pneumatikfedern 46, dem Dachrahmen 47 und
dem Zellenrahmen 48 besteht. Der rechteckige Dachrahmen 47 ist dabei
nahe den Eckpunkten mit vier vertikal angeordneten Teilen des Zellenrahmens 48 und
den vier vertikal angeordneten Teilen des Kardanrahmens 42 fest
verbunden. Die Rahmenkonstruktion mit den Teilen 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47 und 48 ist über ein
Kardangelenk (nicht zu sehen) mit dem Unterteil der Traverse 3,
das aus den Teilen 34, 35, 36, 37, 38 (nicht
zu sehen) und 39 (nicht zu sehen) besteht, verbunden.
-
10 zeigt
denselben Teil der Rahmenkonstruktion mit Unterteil der Traverse 3 wie 9 aus
einer anderen Perspektive. Aus dieser Perspektive sind die Teile 38 und 39 des
Unterteils der Traverse 3 zu sehen.
-
11 zeigt
denselben Teil der Rahmenkonstruktion wie 10 ohne
den Unterteil der Traverse 3. In dieser Darstellung ist
das am Kardanrahmen befestigte Kardangelenk mit den Teilen 101 und 102 zu
sehen.
-
12 zeigt
denselben Teil der Rahmenkonstruktion mit Unterteil der Traverse 3 wie 10.
Zusätzlich
ist auch der Oberteil der Traverse 3 mit Rahmen 31 und
Halterungen 32 für
die Einhängelaschen 33,
die der Verbindung mit dem Unterteil der Traverse 3 dienen,
zu sehen. Ebenfalls sichtbar sind das Hubschrauberheck 7 und
die Winde 91 mit schwenkbarem Ausleger 92.
-
13 zeigt
denselben Teil des Simulators gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung wie 12 aus einer anderen Perspektive.
-
14 ist
eine Detailansicht des unteren Teils der Rahmenkonstruktion mit
dem rechteckigen Dachrahmen 47, nahe dessen Eckpunkten
die vier vertikal angeordneten Elemente des Zellenrahmens 48 befestigt sind.
Jeweils zwei der unteren Enden der vertikalen Elemente des Zellenrahmens 48 sind
mit einem konvexen Kufenverbindungselement 22 verbunden.
An den Enden des Kufenverbindungselements 22 sind Kufen 21 angebracht.
Die zwei Kufenverbindungselemente 22 sind weiterhin unterhalb
der Fahrgastzelle mittels eines Stabilisierungselements 23 verbunden.
An einer Ecke des Dachrahmens 47 ist die Winde 9 befestigt.
-
15 zeigt
eine andere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Luftrettungs-Simulators,
in der sich die Rahmenkonstruktion 4 außerhalb der Fahrgastzelle 1 befindet.
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Die
Rahmenkonstruktion 4 ist mit dem Dach der Fahrgastzelle 1,
den Kufen des Hubschraubers 2 und der Rotorattrappe 5 verbunden.
Des Weiteren weist der Simulator ein Hubschrauberheck 7 mit
Heckrotor 8 auf, eine Winde 9 und mehrere Windgeneratoren 6,
die in der Rotorattrappe 5 angeordnet sind.
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16 zeigt
drei der in 15 gezeigten Ausführungsformen
des Simulators zusammen mit einem Kransystem in einer Halle, wobei
die Hubschrauberzellen 111 an einem Brückenkran aufgehängt sind.
Der Brückenkran
weist drei Kranbrücken 113 mit
jeweils einer Laufkatze 112 auf, die auf Kranbahnträgern 114,
die längs
der Wand einer Hallenkonstruktion auf Trägern 115 aufgelagert
sind, beweglich sind. Die Hallenwände und/oder das Hallendach
können
beispielsweise transparent ausgelegt werden, um das Außenwetter
mit in die Hallenatmosphäre
einzubeziehen. Damit wirkt die Simulation realitätsnäher. Weiterhin können gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung das Hallendach und/oder die Hallenwände zumindest
teilweise geöffnet
werden, um bei Bedarf Regen, Schneefall, Wind sowie Außentemperaturen
in die Simulation mit einzubeziehen.
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17 zeigt
den Einsatz der in 15 gezeigten Ausführungsform
der Erfindung in einer Modellumgebung.