DE102011105155A1

DE102011105155A1 - Vorrichtung und Verfahren zur dynamischen Einstellung einer Orientierung eines Flugzeugsitzes

Info

Publication number: DE102011105155A1
Application number: DE102011105155A
Authority: DE
Inventors: Volker Gollnick
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2012-12-20
Anticipated expiration: 2031-06-18
Also published as: DE102011105155B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur dynamischen Einstellung einer Orientierung O(t) einer/eines orientierungsvariabel, in einem Luftfahrzeug an einer Position P angeordneten Sitzgruppe (101) oder eines Sitzes und/oder eines oder mehrerer Teile der Sitzgruppe (101) oder des Sitzes. Das erfindungsgemäße Verfahren umfass folgende Schritte: kontinuierliches Ermitteln einer aktuellen Fluglage L(t) des Luftfahrzeugs und/oder einer oder mehrerer daraus abgeleiteter Größen, insbesondere der ersten Ableitung: dL(t)/dt und der zweiten Ableitung: d2L(t)/dt2 der Fluglage L(t) nach der Zeit t, kontinuierliches Ermitteln einer Soll-Orientierung Osoll(L(t), P, t) für die Sitzgruppe (101) oder für den Sitz oder für das eine oder die mehreren Teile der Sitzgruppe (101) oder des Sitzes in Abhängigkeit der Position P, der Fluglage L(t) des Luftfahrzeugs und/oder der daraus abgeleiteten Größen, und dynamisches Einstellen der Orientierung O(t) der Sitzgruppe (101), des Sitzes oder des Teils/der Teile der Sitzgruppe (101) oder des Sitzes, so dass die Orientierung O(t) gleich der Soll-Orientierung Osoll(L(t), P, t) ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur dynamischen Einstellung einer Orientierung O(t) einer orientierungsvariabel, in einem Luftfahrzeug an einer Position P angeordneten Sitzgruppe oder eines Sitzes und/oder eines oder mehrerer Teile der Sitzgruppe oder des Sitzes. O(t) bezeichnet dabei die Zeitabhängigkeit der Orientierung. Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen Flugzeugsitz mit einer ebensolchen Vorrichtung, sowie ein Flugzeug mit zumindest einem ebensolchen Flugzeugsitz. Die Erfindung findet Verwendung in der Luftfahrtindustrie. Ebenso kann die Erfindung in der Schiffahrt oder der Raumfahrt angewendet werden.
Bekannt ist, dass bei heute im Einsatz befindlichen Verkehrsflugzeugen im Normalflugbetrieb typischerweise Nickwinkel im Bereich von 3° bis 20°, Nickraten bis zu 15°/s, Rollwinkel bis zu ± 30°, und Rollraten bis zu 20°/s auftreten. Im Streckenflugteil eines Fluges, d. h. ohne Berücksichtigung der Start-, Anflug- und Landephasen, betragen die vorgenannten Lagewinkel typischerweise für den Nickwinkel: 5°–8° und für den Rollwinkel: 5°–12°. Künftige Verkehrsflugzeuge, wie beispielsweise sogenannte „Blended-Wing-Body”-Flugzeuge, werden im Normalflugbetrieb aufgrund ihrer aerodynamischen Auslegung größere Nick- und Rollwinkel und größere Nick- und Rollraten erzeugen.
Bekannt ist weiterhin, dass Lageänderungen (= Änderung der Orientierung und der Position) und dabei entstehende Lagebeschleunigungen bei Passagieren in einer Flugzeugkabine zu einem Vertigo (auch: Schwindel, Drehschwindel) führen können. Dieses Vertigo entsteht auf Basis von für das Gehirn widersprüchlichen Informationen, die von am Gleichgewichtsempfinden der Passagiere beteiligten Sinnesorganen, wie den Augen, den Gleichgewichtsorganen der Innenohren, sowie den Muskel- und Gelenkrezeptoren, erzeugt werden. So nehmen die Augen eines Passagiers während der Ausführung eines Flugmanövers wahr, dass sich seine Lage relativ zur Kabine nicht ändert, gleichzeitig erfassen die Gleichgewichtsorgane seiner Innenohren sowie seine Muskel- und Gelenkrezeptoren aber Beschleunigungen, die aufgrund des Flugmanövers auf ihn einwirken. Beide Informationen widersprechen sich für das Gehirn, was in der Folge zu einem Schwindelgefühl oder zur Übelkeit führen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, welche dazu beitragen, die beschriebenen Auswirkungen von Flugmanövern auf Passagiere eines Flugzeugs zu mindern.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
Der vorrichtungsgemäße Aspekt der Aufgabe ist mit einer Vorrichtung zur dynamischen Einstellung einer Orientierung O(t) einer Sitzgruppe oder eines Sitzes und/oder eines oder mehrerer Teile der Sitzgruppe oder des Sitzes, die/der in einem Luftfahrzeug an einer Position P orientierungsvariabel angeordnet ist/sind, gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein erstes Mittel, mit dem eine aktuelle Fluglage L(t) des Luftfahrzeugs und/oder eine oder mehrere daraus abgeleitete Größen, insbesondere die erste Ableitung: dL(t)/dt und die zweite Ableitung: d²L(t)/dt² der Fluglage L(t) nach der Zeit t, kontinuierlich ermittelbar sind; einen oder mehrere Aktuatoren, mittels denen die Orientierung O(t) der Sitzgruppe oder des Sitzes oder der Teile der Sitzgruppe oder des Sitzes dynamisch einstellbar ist/sind; ein zweites Mittel, mit dem eine Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) für die Sitzgruppe oder für den Sitz oder für das eine oder die mehreren Teile der Sitzgruppe oder des Sitzes in Abhängigkeit der Position P, der Fluglage L(t) des Luftfahrzeugs und/oder der daraus abgeleiteten Größen kontinuierlich ermittelbar ist; und ein Steuermittel, mit dem die Aktuatoren derart steuerbar sind, dass die Orientierung O(t) der Sitzgruppe, des Sitzes oder des Teils/der Teile der Sitzgruppe oder des Sitzes gleich der Soll-Orientierung: O_soll(L(t), P, t) ist.
Bisher werden in der zivilen Verkehrsluftfahrt Sitzgruppen und Einzelsitze fest in der Kabine eingebaut. Die Sitzgruppe oder der Sitz wird hierzu fest mit im Kabinenboden des Luftfahrzeugs verlaufenden Sitzschienen verbunden. Bekanntermaßen kann bei Sitzen in Luftfahrzeugen aus Komfortgründen zumindest die Rückenlehne des Sitzes manuell oder elektrisch verstellt werden. In der Business- und First-Class kann darüber hinaus die Konfiguration des Sitzes auch soweit verändert werden, dass eine liege- oder bettähnliche Konfiguration einstellbar ist. Würde man jedoch mit einer solchen festen Installation einer Sitzgruppen/eines Sitzes größere Nick- und/oder Rolllageänderungen während des Starts und der Landung oder bei dynamischen Roll- und Nickmanövern erzeugen, so besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass Passagiere von Übelkeit befallen werden oder Passagiere auf ihren Sitzen verrutschen und sich im schlimmsten Fall verletzen. Diese Situation kann insbesondere dann auftreten, wenn Passagier- und/oder Crewsitze weit beabstandet von der Nickachse und/oder Rollachse des Luftfahrzeugs angeordnet sind, da dann aufgrund der Hebelwirkung bei Fluglageänderungen zusätzliche Beschleunigungen aufgeprägt werden.
Die Erfindung basiert auf der Idee, beim Flugbetrieb auftretende Lageänderungen eines Luftfahrzeugs zumindest teilweise durch eine entsprechende dynamische Einstellung der Orientierung einer orientierungsvariabel im Luftfahrzeug angeordneten Sitzgruppe (bspw. bestehend aus zwei, drei oder vier nebeneinander angeordneten Sitzen) oder der Orientierung eines orientierungsvariabel angeordneten einzelnen Sitzes, oder der Orientierung eines oder mehrerer orientierungsvariabel angeordneter Teile einer Sitzgruppe oder eines Sitzes, auszugleichen bzw. zu kompensieren. Ein solcher Sitz kann beispielsweise ein Passagiersitz, ein Sitz im Cockpit oder aber ein Crewsitz in der Kabine des Luftfahrzeugs sein. Teile der Sitzgruppe bzw. des Sitzes sind beispielsweise die Sitzlehne, die Sitzfläche oder die Armlehnen.
Folgendes Beispiel soll die grundlegende Erfindungsidee verdeutlichen. Tritt beim Start des Luftfahrzeugs in der Abhebephase (bei der Rotation nur um die Nickachse des Flugzeugs) ein Nickwinkel von +30° auf, so wird zum Ausgleich die Orientierung O(t) eines Sitzes um eine sitzeigene Nickachse auf –30° eingestellt. Tritt andererseits beispielsweise beim Durchflug durch eine Turbulenz bei der Rotation nur um die Rollachse ein Rollwinkel von +25° auf, so wird zum Ausgleich die Orientierung eines Sitzes um eine sitzeigene Rollachse auf –25° eingestellt. Beides erfolgt dynamisch derart, dass bevorzugt jederzeit der Lagewinkel (Nick- oder Rollwinkel) des Luftfahrzeugs durch eine gegenläufige Auslenkung des Sitzes (zumindest annähernd) kompensiert wird.
Verändert sich die Lage L(t) des Luftfahrzeugs gleichzeitig um mehr als eine der Lageachsen (Nick-, Roll, und Gierachse), dann wird eine Soll-Orientierung: O_soll(L(t), P, t) gemäß entsprechender Vorgaben ermittelt und eingestellt, die den Komfort für den Passagier steigert. Dabei werden insbesondere nicht alle Lagewinkel des Luftfahrzeugs durch eine entsprechende Orientierung der Sitzgruppe oder des Sitzes vollständig kompensiert. Folgendes Beispiel dient der Verdeutlichung.
Leitet das Luftfahrzeug aus dem Horizontalflug eine koordinierte Kurve (bei der das Scheinlot an der Position P annähernd senkrecht auf dem Kabinenboden steht) in gleichbleibender Flughöhe ein, ändert sich der Nickwinkel, der Rollwinkel und der Gierwinkel des Luftfahrzeugs. In diesem Fall ist es vorteilhaft die Änderung der Nicklage des Luftfahrzeugs durch eine Änderung der Nicklage der Sitzgruppe/des Sitzes vollständig zu kompensieren, während die Änderung Rolllage des Luftfahrzeugs nicht oder nur in geringem Maße durch eine Änderung der Rolllage des Sitzes kompensiert werden sollte, da ansonsten Zentrifugalkräfte auf den Passagier einwirken.
Treten also Änderungen der Lage L(t) des Luftfahrzeugs um mehr als eine Lageachse auf, so wird die Soll-Orientierung: O_soll(L(t), P, t) vom zweiten Mittel bevorzugt gemäß eines vorgegebenen Reaktionsmodells ermittelt, das insbesondere das Bewegungsempfinden des Passagiers möglichst wenig reizt.
Die Orientierung O(t) der Sitzgruppe, des Sitzes oder der Teile der Sitzgruppe oder des Sitzes ist dabei zumindest um eine Achse einstellbar. Bevorzugt ist die Orientierung O(t) der Sitzgruppe oder des Sitzes oder der Teile der Sitzgruppe oder des Sitzes um zwei sitz(gruppen)eigene Achsen: eine Nickachse und eine Rollachse einstellbar, welche insbesondere parallel zur Nick- bzw. Rollachse des Luftfahrzeugs verlaufen. Die Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) ist daher bevorzugt eine Soll-Orientierung ON_soll(L(t), P, t) um eine Nickachse und/oder eine Soll-Orientierung OR_soll(L(t), P, t) um eine Rollachse. In einer weiteren Ausführungsform wird zusätzlich eine Bewegung um die Gierachse des Luftfahrzeugs berücksichtigt. In dieser Ausführungsform kann die Orientierung O(t) der Sitzgruppe oder des Sitzes um drei Achsen: Nick-, Roll- und Gierachse eingestellt werden.
Die Sitzgruppe oder der Sitz oder die Teile der Sitzgruppe oder des Sitzes weisen eine entsprechende Mechanik auf, die durch Zusammenwirken mit den Aktuatoren eine erfindungsgemäße Einstellung der Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) ermöglicht. Dem Fachmann sind hierzu aus dem Stand der Technik zahlreiche Lösungen (bspw. eine kardanische Aufhängung etc.) bekannt bzw. nahe gelegt, so dass vorliegend darauf nicht weiter eingegangen wird.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das zweite Mittel, das Steuermittel und die Aktuatoren derart ausgeführt und eingerichtet sind, dass die Orientierung O(t) gemäß einer Soll-Orientierung OS_soll(L(t), P, t) dynamisch einstellbar ist, bei der Sitzflächen der Sitzgruppe oder eine Sitzfläche des Sitzes horizontal oder zumindest annähernd horizontal im Raum ausgerichtet bleiben. Bevorzugt wird dabei die relative Anordnung von Sitzlehne, Armlehnen zur Sitzfläche nicht geändert, so dass die Sitzgruppe/der Sitz in zwei Achsen (Nickachse/Rollachse) raumstabil orientiert bleibt. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere zur Kompensation von außen aufgeprägten, kurzeitigen Lageänderungen des Luftfahrzeugs, bspw. beim Durchflug durch Turbulenz.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Arretierung vorhanden, mit der beispielsweise in vorgegebenen Situationen bzw. bei Vorliegen vorgegebener Bedingungen die Orientierung O(t) der Sitzgruppe, des Sitzes oder der Teile der Sitzgruppe oder des Sitzes fixiert werden kann. Vor der Fixierung kann die Orientierung O(t) automatisch und autonom zunächst in eine Soll-Fixierungsposition gebracht werden. Die Arretierung wird bevorzugt durch das Steuermittel unter vorgegebenen Bedingungen (bspw. vor einer Notlandung) automatisiert und autonom aktiviert.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist ein Sitz zumindest einen mit dem Steuermittel verbundenen Sensor auf, mit dem ermittelbar ist, ob ein Sitz besetzt ist oder nicht. Zeigt der Sensor an, dass der Sitz nicht besetzt ist, so kann eine am Sitz vorhandene Arretierung des Sitzes vom Steuermittel ausgelöst werden, so dass die Orientierung O(t) des Sitzes nicht dynamisch einstellbar/verstellbar ist. Damit kann Energie eingespart werden.
Die aktuelle Fluglage L(t) des Luftfahrzeugs und/oder die daraus abgeleiteten Größen, wie insbesondere die erste Ableitung: dL(t)/dt und die zweite Ableitung: d²L(t)/dt² der Fluglage L(t) nach der Zeit t, wird/werden bevorzugt durch ein im Luftfahrzeug angeordnetes Beschleunigungsmesssystem, wie bspw. ein Inertial-Referenz-System, eine MEMS-basierte Plattform oder ein Laser-Reference System ermittelt. Natürlich können auch insbesondere satellitengestützte Navigationssysteme, wie GPS, GLONASS GALILEIO, etc., und die entsprechende Auswertung von Navigationsdaten dieser Systeme hierfür alternativ oder zusätzlich genutzt werden. Die Daten zur aktuellen Lage L(t) des Luftfahrzeugs bzw. deren Ableitungen nach der Zeit t stehen in Avioniksystemen moderner Luftfahrzeuge typischerweise ohnehin zur Verfügung, so dass hierfür eine Installation zusätzlicher Geräte nicht zwingend erforderlich ist. Eine separate Raumlageerfassung kann jedoch aus flugsicherheitsrelevanten Zulassungsgründen erforderlich werden.
Die Aktuatoren, mittels denen die Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) einstellbar ist, sind bevorzugt Linearmotoren, und/oder Schrittmotoren, und/oder Pneumatik-Aktuatoren und/oder Hydraulik-Aktuatoren und/oder Piezo-Aktuatoren. Die Aktuatoren wirken direkt oder über eine entsprechende Mechanik auf die Sitzgruppe, den Sitz und/oder die Teile der Sitzgruppeldes Sitzes ein und verstellen die jeweilige Orientierung O(t) gemäß der jeweiligen Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t). Die Aktoren und das Steuermittel weisen hierzu ein möglichst kurzes zeitliches Ansprechverhalten auf.
Die Erfindung bewirkt damit insbesondere, dass die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Vertigo (Drehschwindel) bei Passagieren in Luftfahrzeugen erheblich verringert wird. Weiterhin ermöglicht die Erfindung die Nutzung von künftigen Flugzeugauslegungen, die im Normalflugbetrieb relativ große Lagewinkel und/oder Lagewinkeländerungsraten aufweisen.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung ein drittes Mittel umfasst, mit dem eine Beschleunig: B(L(t), P, t) = d²L(t)/dt²|_P an der Position P der Sitzgruppe/des Sitzes kontinuierlich ermittelbar ist, die hervorgerufen durch eine Fluglageänderung des Luftfahrzeugs, auf die Sitzgruppe/den Sitz bzw. auf einen dort sitzenden Passagier einwirkt. Das dritte Mittel kann bspw. ein Beschleunigungssensor im Sitz sein, oder ein Rechenmittel, das auf Basis der Lagebeschleunigung d²L(t)/dt² des Flugzeugs die Beschleunigung B(L(t), P, t) = d²L(t)/dt²|_P errechnet. Bei gegebener Lagebeschleunigung d²L(t)/dt² des Flugzeugs ist die Beschleunigung B(L(t), P, t) = d²L(t)/dt² umso größer, je entfernter die Position P von den jeweiligen Drehachsen des Flugzeugs (Nickachse, Rollachse, Gierachse) ist. Diese Weiterbildung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass das zweite Mittel, das Steuermittel und die Aktuatoren derart ausgeführt und eingerichtet sind, dass die Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) derart ermittelbar und einstellbar ist, dass die zweite Ableitung: d²O_soll(L(t), P, t)/dt² der Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) nach der Zeit t gleich oder annähernd gleich einer Gegenbeschleunigung:
–B(L(t), P, t) = –d²L(t)/dt²|_P ist. Dabei wird die Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) zur Zeit t bevorzugt auf Basis der ermittelten Beschleunigung B(L(t – Δt), P, t – Δt) zur Zeit t – Δt ermittelt, wobei Δt einer Reaktionszeit der Vorrichtung entspricht. Die hierfür erforderliche Extrapolation erfolgt bspw. auf Basis eines Reaktionsmodells. Ist im Sitz ein Beschleunigungssensor vorhanden, mit dem die Beschleunigung B(L(t), P, t) = d²L(t)/dt² messbar ist, so kann ein selbstlernendes Reaktionsmodell durch entsprechende Rückkoppelung der Messwerte des Beschleunigungssensors derart optimiert werden, dass durch das Erzeugen von Beschleunigungen durch entsprechende Änderung der Orientierung d²O(t)/dt² eine vollständige Kompensation der gemessenen Beschleunigung B(L(t), P, t) erfolgt.
Eine Lageänderung L(t) des Luftfahrzeugs kann nicht nur durch Einleiten von Flugmanövern erfolgen, sondern auch durch externe Umstände, wie den Durchflug durch Windscherungen, Böen, Wake-Turbulenzen etc., hervorgerufen werden. In diesem Fall bewirkt die vorstehend beschriebene Weiterbildung eine Kompensation von Beschleunigungen, die durch bspw. Turbulenzen hervorgerufen werden. Dies kann in besonderer Weise zur Komfortsteigerung von Passagieren beitragen. Es wird also in dieser besonders bevorzugten Weiterbildung nicht nur eine von der Lage L(t) des Luftfahrzeugs abhängige eine entsprechende Orientierung O(t) der Sitzgruppe/des Sitzes eingestellt, sondern es wird zusätzlich durch eine entsprechende Ansteuerung der Aktoren, eine Beschleunigung d²O(t)/dt² der Sitzgruppe, des Sitzes oder der Teile der Sitzgruppe oder des Sitzes erzeugt, die der jeweils ermittelten Beschleunigung B(L(t), P, t) entgegenwirkt und diese vollständig oder zumindest annähernd vollständig kompensiert. Ein Passagier empfindet bei einer solchen Kompensation eine erheblich geringere oder gar keine Beschleunigung, was das Wohlbefinden des Passagiers bei Lageanderungen L(t) des Luftfahrzeugs, sei es hervorgerufen durch Flugmanöver oder bspw. beim Durchfliegen von Turbulenzen, erheblich steigert. Zur Kompensation der Beschleunigung B(L(t), P, t) ist die Orientierung O(t) bevorzugt in drei Orientierungsachsen (Nick-, Roll-, Gierachse) dynamisch einstellbar.
Der verfahrensgemäße Aspekt der Erfindung wird durch ein Verfahren zur dynamischen Einstellung einer Orientierung O(t) einer Sitzgruppe oder eines Sitzes und/oder eines oder mehrerer Teile der Sitzgruppe oder des Sitzes, die/der in einem Luftfahrzeug an einer Position P orientierungsvariabel angeordnet ist/sind, gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte. Erstens, kontinuierliches Ermitteln einer aktuellen Fluglage L(t) des Luftfahrzeugs und/oder einer oder mehrerer daraus abgeleiteter Größen, insbesondere der ersten Ableitung: dL(t)/dt und der zweiten Ableitung: d²L(t)/dt² der Fluglage L(t) nach der Zeit t. Zweitens, kontinuierliches Ermitteln einer Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) für die Sitzgruppe oder für den Sitz oder für das eine oder die mehreren Teile der Sitzgruppe oder des Sitzes in Abhängigkeit der Position P, der Fluglage L(t) des Luftfahrzeugs und/oder der daraus abgeleiteten Größen. Drittens, dynamisches Einstellen der Orientierung O(t) der Sitzgruppe, des Sitzes oder des Teils/der Teile der Sitzgruppe oder des Sitzes, so dass die Orientierung O(t) gleich der Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich durch eine analoge Anwendung des für die erfindungsgemäße Vorrichtung vorstehend Ausgeführten auf das erfindungsgemäße Verfahren.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Flugzeugsitz mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und ein Flugzeug mit ebensolchen Flugzeugsitzen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
1 ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
3 ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dargestellt ist ein schematisierter Querschnitt durch eine Kabine eines Passagierflugzeuges mit einem Kabinenboden 102 und einer darauf angeordneten Sitzgruppe 101 mit vier Sitzplätzen. In der dargestellten Situation nimmt das Luftfahrzeug einen Rollwinkel 104 ein. Es sei angenommen, dass in der vorliegenden Situation keine Bewegung um die Nickachse oder die Gierachse des Luftfahrzeugs erfolgt ist. Eine solche Situation kann bspw. beim Durchflug von Turbulenzen entstehen. Die gestrichelte Linie 107 repräsentiert die Vertikale, die gestrichelte Linie 106 repräsentiert die Horizontale im Raum. Die Sitzgruppe 101 ist über Aktuatoren 103 mit dem Kabinenboden 102 verbunden. Zur Kompensation des Rollwinkels 104 des Luftfahrzeugs werden die Aktuatoren 103 derart angesteuert, dass die Orientierung O(t) der Sitzgruppe relativ zum Luftfahrzeug derart geändert wird, dass die Sitzgruppe um eine eigene Rollachse soweit gedreht wird, dass die Sitzflächen horizontal ausgerichtet bleiben. Dabei entspricht der Betrag des Rollwinkel der Sitzgruppe 105 dem Rollwinkel 104 des Luftfahrzeugs. Um nicht eine zusätzliche Beschleunigung eines in der Sitzgruppe sitzenden Passagiers zu erzeugen, wird vorliegend der linke der beiden Aktuatoren 103 in seiner Längsausdehnung verkürzt. Insgesamt bleibt daher die Ausrichtung der Sitzgruppe 101 im Raum stabil, während eine Rollbewegung des Luftfahrzeugs unter der Sitzgruppe 101 durch entsprechende Ansteuerung der Aktuatoren 103 kompensiert wird.
Das Ziel einer dynamischen Sitzlageanpassung an unterschiedliche Flugzeuglagen, wird dabei durch die orientierungsvariable Installation der Sitzgruppe 101 verwirklicht. Die Aktoren 103 können vorliegend schnelle aktive Linearmotoren oder Pneumatik/Hydraulikaktuatoren sein, die durch Ansteuerung über die Steuereinheit die Sitzgruppe gemäß einer Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) verstellen. In dem vorliegenden Beispiel wird eine horizontale Orientierung der Sitzgruppe 101 möglichst erhalten. Die Orientierung wird dabei kontinuierlich dem Rollwinkel des Luftfahrzeugs angepasst. Die Steuerung der Aktuatoren 103 erfolgt durch die Steuereinheit. Die Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) der Sitzgruppe 101 ist abhängig von der Lage L(t) des Luftfahrzeugs im Raum, von der Position P und der Zeit t. Zur Berechnung der Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) werden dem zweiten Mittel Fluglageinformationen des Luftfahrzeugs z. B. aus dem Laserkreiselsystem des flugzeugeigenen Avioniksystems zur Verfügung gestellt. Alternativ kann auch eine eigene z. B. MEMS-basierte Intertialplattform in die Sitzgruppe 101 eingebaut werden. Für Notfallsituationen verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über eine automatische und/oder von der Crew auslösbare Arretierung, die die Sitzgruppe 101 in einer vorgegebenen Stellung arretiert. Diese Arretierung wird bspw. ausgelöst, wenn die Dreh- und Nickbeschleunigungen einen kritischen Wert überschreiten, der zweifelsfrei auf eine Notlage oder bevorstehende Crashsituation hindeutet.
2 zeigt einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur dynamischen Einstellung einer Orientierung O(t) einer Sitzgruppe 101, die in einem Luftfahrzeug an einer Position P orientierungsvariabel angeordneten ist. Die Vorrichtung umfasst: ein erstes Mittel 201, mit dem eine aktuelle Fluglage L(t) des Luftfahrzeugs, die erste Ableitung: dL(t)/dt und die zweite Ableitung: d²L(t)/dt² der Fluglage L(t) nach der Zeit t, kontinuierlich ermittelbar sind; drei Aktuatoren 103, mittels denen die Orientierung O(t) der Sitzgruppe 101 dynamisch um drei sitzgruppeneigene Achsen (Nick- Roll- und Gierachse) einstellbar ist; ein zweites Mittel 202, mit dem eine Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) für die Sitzgruppe in Abhängigkeit der Position P der Sitzgruppe im Luftfahrzeug, der Fluglage L(t) des Luftfahrzeugs und/oder der daraus abgeleiteten Größen kontinuierlich ermittelbar ist; und ein Steuermittel 203, mit dem die Aktuatoren 103 derart steuerbar sind, dass die Orientierung O(t) der Sitzgruppe 101 gleich der Soll-Orientierung: O_soll(L(t), P, t) ist.
3 zeigt ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur dynamischen Einstellung einer Orientierung O(t) einer Sitzgruppe, die in einem Luftfahrzeug an einer Position P orientierungsvariabel angeordneten ist. Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte. In einem ersten Verfahrensschritt 301 erfolgt ein kontinuierliches Ermitteln einer aktuellen Fluglage L(t) des Luftfahrzeugs, sowie der ersten Ableitung: dL(t)/dt und der zweiten Ableitung: d²L(t)/dt² der Fluglage L(t) nach der Zeit t. In einem zweiten Verfahrensschritt 302 erfolgt ein kontinuierliches Ermitteln einer Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) für die Sitzgruppe in Abhängigkeit der Position P der Sitzgruppe im Luftfahrzeug, der Fluglage L(t) des Luftfahrzeugs und/oder der daraus abgeleiteten Größen. in einem dritten Verfahrensschritt 303 erfolgt ein dynamisches Einstellen der Orientierung O(t) der Sitzgruppe, so dass die Orientierung O(t) gleich der Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) ist.
Die Erfindung bietet folgende Vorteile. Sie ermöglicht eine von der Fluglage des Luftfahrzeugs abhängig geregelte Anpassung/Einstellung der Orientierung einer Sitzgruppe oder eines Sitzes oder eines oder mehrerer Teile der Sitzgruppe oder des Sitzes an eine horizontale oder nahezu horizontale Position im Raum in der Roll- und Nickachse. Die Erfindung ermöglicht es weiterhin größere Roll- und Nicklagen mit einem Luftfahrzeug einzunehmen, als dieses heute unter Berücksichtigung von Passagierkomfort und -sicherheit möglich ist. Mit einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Kompensation von am Luftfahrzeug extern aufgebrachten Beschleunigungen (bspw. durch Turbulenz) durch Erzeugen von Gegenbeschleunigungen realisierbar. Damit ist es insbesondere möglich komfort- und gesundheitseinschränkende Beschleunigungen, insbesondere an Sitzpositionen in größerem Abstand zur Nick- und Rollachse des Luftfahrzeugs durch Erzeugen von entsprechenden Gegenbeschleunigungen des Sitzes/der Sitzgruppe zu kompensieren.
Bezugszeichenliste

101: Sitzgruppe
102: Kabinenboden
103: Aktuator
104: Rollwinkel des Luftfahrzeugs
105: Rollwinkel der Sitzgruppe um eine sitzgruppeneigene Rollachse
106: Horizontale im Raum
107: Vertikale im Raum
201: erstes Mittel
202: zweites Mittel
203: Steuermittel
301: erster Verfahrensschritt
302: zweiter Verfahrensschritt
303: dritter Verfahrensschritt

Claims

Vorrichtung zur dynamischen Einstellung einer Orientierung O(t) einer Sitzgruppe (101) oder eines Sitzes und/oder eines oder mehrerer Teile der Sitzgruppe (101) oder des Sitzes, die/der in einem Luftfahrzeug an einer Position P orientierungsvariabel angeordneten ist/sind, zumindest umfassend: – ein erstes Mittel (201), mit dem eine aktuelle Fluglage L(t) des Luftfahrzeugs und/oder eine oder mehrere daraus abgeleitete Größen, insbesondere die erste Ableitung: dL(t)/dt und die zweite Ableitung: d²L(t)/dt² der Fluglage L(t) nach der Zeit t, kontinuierlich ermittelbar sind, – einen oder mehrere Aktuatoren (103), mittels denen die Orientierung O(t) der Sitzgruppe (101) oder des Sitzes oder der Teile der Sitzgruppe (101) oder des Sitzes dynamisch einstellbar ist/sind, – ein zweites Mittel, (202) mit dem eine Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) für die Sitzgruppe (101) oder für den Sitz oder für das eine oder die mehreren Teile der Sitzgruppe (101) oder des Sitzes in Abhängigkeit der Position P, der Fluglage L(t) des Luftfahrzeugs und/oder der daraus abgeleiteten Größen kontinuierlich ermittelbar ist, und – ein Steuermittel (203), mit dem die Aktuatoren (103) derart dynamisch steuerbar sind, dass die Orientierung O(t) der Sitzgruppe (103) des Sitzes oder des Teils/der Teile der Sitzgruppe (103) oder des Sitzes gleich der Soll-Orientierung: O_soll(L(t), P, t) ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) eine Soll-Orientierung ON_soll(L(t), P, t) um eine Nickachse ist, und/oder dass die Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) eine Soll-Orientierung OR_soll(L(t), P, t) um eine Rollachse, und/oder dass die Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) eine Soll-Orientierung OR_soll(L(t), P, t) um eine Gierachse ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mittel (202), das Steuermittel (203) und die Aktuatoren (103) derart ausgeführt und eingerichtet sind, dass eine Soll-Orientierung OS_soll(L(t), P, t) dynamisch einstellbar ist, bei der Sitzflächen der Sitzgruppe (103) oder eine Sitzfläche des Sitzes horizontal oder zumindest annähernd horizontal im Raum ausgerichtet bleiben.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel (201) ein Beschleunigungsmesssystem, wie bspw. ein Inertial-Referenz-System oder ein Laser-Reference System ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (103) Linearmotoren, und/oder Pneumatik-Aktuatoren und/oder Hydraulik-Aktuatoren und/oder Piezo-Aktuatoren sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die Vorrichtung ein drittes Mittel umfasst, mit dem eine an der Position P wirkende Beschleunig: B(L(t), P, t) = d²L(t)/dt²|_P kontinuierlich ermittelbar ist, und – das zweite Mittel (202), das Steuermittel (203) und die Aktuatoren (103) derart ausgeführt und eingerichtet sind, dass die Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) derart ermittelbar und einstellbar ist, so dass die zweite Ableitung: d²O_soll(L(t), P, t)/dt² der Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) nach der Zeit t gleich oder annähernd gleich einer Gegenbeschleunigung: –B(L(t), P, t) ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitlicher Verlauf der Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) auf Basis der ermittelten Beschleunigung B(L(t – Δt), P, t – Δt) ermittelt wird, wobei Δt einer Reaktionszeit der Vorrichtung entspricht.
Flugzeugsitz mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
Flugzeug mit Flugzeugsitzen gemäß Anspruch 8.
Verfahren zur dynamischen Einstellung einer Orientierung O(t) einer Sitzgruppe (101) oder eines Sitzes oder eines oder mehrerer Teile der Sitzgruppe (101) oder des Sitzes, die/der in einem Luftfahrzeug an einer Position P orientierungsvariabel angeordneten ist/sind, mit folgenden Schritten: – kontinuierliches Ermitteln einer aktuellen Fluglage L(t) des Luftfahrzeugs und/oder einer oder mehrerer daraus abgeleiteter Größen, insbesondere der ersten Ableitung: dL(t)/dt und der zweiten Ableitung: d²L(t)/dt² der Fluglage L(t) nach der Zeit t, – kontinuierliches Ermitteln einer Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) für die Sitzgruppe (101) oder für den Sitz oder für das eine oder die mehreren Teile der Sitzgruppe (101) oder des Sitzes in Abhängigkeit der Position P, der Fluglage L(t) des Luftfahrzeugs und/oder der daraus abgeleiteten Größen, und – dynamisches Einstellen der Orientierung O(t) der Sitzgruppe (101), des Sitzes oder des Teils/der Teile der Sitzgruppe (101) oder des Sitzes, so dass die Orientierung O(t) gleich der Soll-Orientierung O_soll(L(t), P, t) ist.