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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung des Betriebs eines bemannten VTOL-Luftfahrzeugs, welches grundsätzlich als beliebiges schwebefähiges und/oder vertikal startendes und landendes Luftfahrzeug („vertical take-off and landing“ - Luftfahrzeug, kurz VTOL-Luftfahrzeug) ausgebildet sein kann. Vorzugsweise handelt es sich bei dem bemannten VTOL-Luftfahrzeug um einen Hubschrauber. Das VTOL-Luftfahrzeug verfügt dabei über ein automatisches Flugsteuersystem („automatic fligth control system“, abgekürzt „AFCS“). Mittels eines AFCS können Funktionen eines VTOL-Luftfahrzeugs zumindest teilautonom ausgeführt werden. So kann mit Hilfe des AFCS beispielsweise die Stabilität eines Helikopters in spezifischen Flugphasen erhöht werden. Ein AFCS kann beispielsweise auch eine Funktion „Attitude Hold“ gewährleisten, mit welcher das VTOL-Luftfahrzeug automatisch eine Winkellage im Raum einnimmt, die der Pilot mithilfe seines Steuerknüppels vorgibt, und/oder diese aufrecht erhält. Das automatische Flugsteuersystem ermöglicht eine temporäre autonome Flugphase des VTOL-Luftfahrzeugs entlang einer (bspw. durch Wegkoordinaten vorgegebenen oder automatisch ermittelten) Trajektorie, ohne dass ein Eingriff des Piloten erfolgt, um den Piloten von der Aufgabe des Steuerns des Fliegens temporär zu entlasten. Realisiert wird ein AFCS durch ein Zusammenwirken von Sensor- und Rechnungssystemen und der AFCS-Steuerlogik in dem jeweiligen VTOL-Luftfahrzeug.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein bemanntes VTOL-Luftfahrzeug sowie ein Softwareprodukt, welches Steuerlogik aufweist zur Durchführung eines Verfahrens zum Betrieb eines bemannten VTOL-Luftfahrzeugs. Bei einem derartigen Softwareprodukt kann es sich beispielsweise um ein maschinenlesbares Speichermedium mit der Steuerlogik, einen portablen Datenträger mit der Steuerlogik, eine Festplatte, eine Datenbank oder ein Datenpaket mit der Steuerlogik handeln.
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STAND DER TECHNIK
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Informationen zum Hintergrund der Erfindung, insbesondere zu
- - der Steuerung eines als Hubschrauber ausgebildeten VTOL-Luftfahrzeugs,
- - zu Fluganforderungen,
- - Erfordernisse für einen Schwebeflug und einen Flug mit geringen Geschwindigkeiten,
- - Anforderungen für einen Vorwärtsflug,
- - Steuereingaben des Piloten,
- - unterschiedlichen Missionsphasen,
- - Anforderungen und Ausführungsformen eines automatischen Flugsteuersystems,
- - einem so genannten Pirouettenflug, bei dem der Pilot den Hubschrauber so steuert, dass sich der Hubschrauber auf einer Kreisbahn bewegt mit Ausrichtung der Nase des Hubschraubers in Richtung des Mittelpunkts des Kreises und
- - allgemeinen Möglichkeiten zur Reduzierung der Belastung des Piloten
sind insbesondere den Veröffentlichungen
B. J. Baskett, ADS-33E-PRF, Aeronautical Design Standard, Performance Specification, Handling Qualities Requirements for Military Rotorcraft. United States Army Aviation and Missile Command, Aviation Engineering Directorate, Redstone Arsenal, Alabama, 2000;
J. Bellera und G. Varra, „NH90 ADS33 HANDLING QUALITIES LEVEL 1 METHODOLOGY OF A SUCCESS“, in Royal Aeronautical Society Conference on Rotorcraft Handling Qualities, 2008;
J. Bender, J. G. Irwin III, M. S. Spano und M. Schwerke, „MH-47G Digital AFCS Evolution“, in Proceedings of the American Helicopter Society 67th Annual Forum, Virginia Beach, Virginia, USA, 2011;
V. Sahasrabudhe, A. Faynberg, S. Kubik, O. Tonello, J. Pritchard und A. Gubbels, „CH-53K Control Laws: Risk Reduction Flight Testing“, in Proceedings of the American Helicopter Society 67th Annual Forum, Virginia Beach, Virginia, USA, 2011 zu entnehmen. Hierbei sind Aspekte dieser Veröffentlichungen auch mit den im Folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Maßnahmen kombinierbar.
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Weiterer Stand der Technik ist aus
DE 10 2013 000 410 A1 ,
US 2020/0 202 115 A1 und
WO2020/156 629 A1 bekannt
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Piloten bei dem Betrieb eines bemannten VTOL-Luftfahrzeugs mit einem automatischen Flugsteuersystem weiter zu unterstützen. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein bemanntes VTOL-Luftfahrzeug mit verbesserter Unterstützung des Piloten sowie ein hierzu eingesetztes Softwareprodukt vorzuschlagen.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung beruht insbesondere auf der Erkenntnis, dass der Einsatz eines herkömmlichen AFCS und der durch dieses hervorgerufene erhöhte Grad der Automatisierung zwar die Arbeitsbelastung des Piloten reduziert, so dass sich der Pilot auf andere Aufgaben wie etwa die Navigation und eine Entscheidungsfindung konzentrieren kann. In besonders kritischen Phasen einer Mission kann aber dem Piloten mit einem herkömmlichen AFCS keine oder nur eine ungenügende Unterstützung bereitgestellt werden.
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Eine derartige kritische Phase kann beispielsweise eine „Search and Rescue Operation“ sein, bei der ein Beobachtungsobjekt wie eine verletzte Person beispielsweise in den Bergen, eine Person in Seenot u. Ä. zunächst an einem Ort aufgefunden und dann geborgen oder gerettet werden muss. Dieser Ort stellt dann in der Folge einen Beobachtungsort dar, im Bereich dessen sich der Pilot mit dem VTOL-Luftfahrzeug zur Beobachtung und ggf. für weitere Schritte dann weiter aufhalten muss, bspw. um diesen Beobachtungsort für Rettungsfahrzeuge kenntlich zu machen, mit dem Beobachtungsobjekt zu kommunizieren oder Rettungsmaßnahmen einzuleiten oder durchzuführen. Das Entsprechende kann gelten für militärische Operationen, für welche zunächst ein militärisches Ziel als Beobachtungsobjekt identifiziert und aufgefunden werden muss und dann an dem Beobachtungsort eine weitere Beobachtung erfolgt, wobei dann auch eine militärische Aktion wie beispielsweise ein Beschuss des Beobachtungsobjektes erfolgen kann. Auch möglich ist, dass ein Beobachtungsobjekt ein für Filmarbeiten von unterschiedlichen Seiten mittels einer Kamera eines Hubschraubers zu filmendes Motiv ist, wozu der Pilot (neben der Steuerung etwaiger Aufnahmen durch die Kamera) den Hubschrauber so steuern muss, dass das Motiv umkreist wird. Der Einsatz der Erfindung ist aber nicht auf diese lediglich beispielhaft angeführten Anwendungsfälle beschränkt.
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In derartigen kritischen Phasen ist der Pilot mental stark beansprucht, wobei zusätzlich die Beanspruchung des Piloten durch die Notwendigkeit der Steuerung des VTOL-Luftfahrzeugs erfolgt. Soll beispielsweise ein Hubschrauber das Beobachtungsobjekt umkreisen, muss der Pilot die Steuerung des Hubschraubers entlang der Kreisbahn vornehmen.
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Die Erfindung schlägt ein Verfahren vor, welches den Piloten bei dem Betrieb eines bemannten VTOL-Luftfahrzeugs, insbesondere eines Hubschraubers, mit einem automatischen Flugsteuersystem zusätzlich unterstützt. Hierbei nutzt die Erfindung eine unter Umständen ohnehin in dem automatischen Flugsteuersystem implementierte Funktion, gemäß welcher das automatische Flugsteuersystem eine temporäre autonome Flugphase des VTOL-Luftfahrzeugs entlang einer (vorgegebenen) Trajektorie ohne Eingriff des Piloten ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass in dem Verfahren durch den Piloten eine Aktivierung eines Beobachtungsmodus erfolgen kann. Hierzu ist in dem Cockpit des VTOL-Luftfahrzeugs ein geeignetes Aktivierungselement wie ein Knopf, Schalter, Bedienhebel u.Ä. angeordnet, wobei dieses Aktivierungselement von einem ohnehin in dem Cockpit des VTOL-Luftfahrzeugs angeordneten Flugsteuerungselement ausgebildet sein kann, so dass dieses multifunktional mit einer zusätzlichen Funktion ausgestattet wird, oder das Aktivierungselement ist zusätzlich zu den vorhandenen Bedienelementen vorgesehen oder zusätzlich an einem vorhandenen Bedienelement angebracht.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei Aktivierung eines Beobachtungsmodus von dem automatischen Flugsteuersystem eine autonome Bewegung des VTOL-Luftfahrzeugs ohne Eingriff des Piloten ausgesteuert. Hierbei steuert das automatische Flugsteuersystem die Bewegung auf einer vorgegebenen geschlossenen Trajektorie um das Beobachtungsobjekt und den Beobachtungsort des Beobachtungsobjektes.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet ein „Beobachtungsobjekt“ ein zu beobachtendes Objekt, insbesondere mindestens eine Person und/oder ein Gegenstand. Für die eingangs genannten Beispiele handelt es sich bei dem Beobachtungsobjekt beispielsweise um die zu rettende Person, um das militärische Ziel oder um das Motiv der Filmarbeiten.
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Hingegen beschreibt der „Beobachtungsort“ eine Position oder die Koordinaten des Beobachtungsobjektes im Raum.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Pilot somit von der Steuerung des VTOL-Luftfahrzeugs um das Beobachtungsobjekt und den Beobachtungsort entlastet werden, womit die mentale Beanspruchung sinkt und sich der Pilot auf die anderen erforderlichen Aufgaben konzentrieren kann.
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Die Bewegung um das Beobachtungsobjekt und/oder den Beobachtungsort kann auf einer beliebigen geschlossenen Trajektorie erfolgen, wobei diese Trajektorie in einem Absolutsystem geschlossen sein kann oder in einem Relativsystem hinsichtlich des Beobachtungsorts und/oder des Beobachtungsobjekts, wenn sich das Beobachtungsobjekt bewegt.
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Grundsätzlich wäre die Beobachtung des Beobachtungobjektes auch möglich, wenn das VTOL-Luftfahrzeug einen Schwebeflug mit konstanter Relativlage zu dem Beobachtungsobjekt ausführen würde. Hingegen erfolgt erfindungsgemäß bei Aktivierung des Beobachtungsmodus eine Bewegung entlang der vorgegebenen Trajektorie um das Beobachtungsobjekt und den Beobachtungsort mit einer Geschwindigkeit, die größer als Null ist und konstant sein kann oder sich entlang der Trajektorie auch verändern kann oder von dem Piloten beeinflusst werden kann. Eine erfindungsgemäße Ermöglichung der Bewegung des VTOL-Luftfahrzeugs mit einer Geschwindigkeit entlang der geschlossenen Trajektorie während der Beobachtung (beispielsweise mittels eines mittelschnellen Vorwärtsfluges) hat den Vorteil, dass mit dieser Bewegung unter Umständen weniger Kraftstoff verbraucht wird als dies für einen Schwebeflug der Fall ist. Des Weiteren kann unter Umständen auch eine Notlandung schneller und leichter erfolgen aus einem (insbesondere mittelschnellen) Vorwärtsflug heraus als dies für den Übergang von einem Schwebeflug der Fall ist. Möglich ist auch, dass die Flugbewegung entlang der Trajektorie zu einer gegenüber dem Schwebeflug erhöhten Sicherheit und Flugstabilität führt.
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Die Form der geschlossenen Trajektorie kann im Rahmen der Erfindung beliebig sein. Vorzugsweise ist die geschlossene Trajektorie in einer horizontalen Ebene angeordnet. Um lediglich ein Beispiel zu nennen, kann die geschlossene Trajektorie die Form einer Ellipse haben.
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Für einen besonderen Vorschlag der Erfindung ist die ausgesteuerte vorgegebenen geschlossene Trajektorie um das Beobachtungsobjekt und den Beobachtungsort eine Kreisbahn, deren Mittelpunkt das Beobachtungsobjekt und der Beobachtungsort bilden, so dass sich mit der Bewegung entlang der Trajektorie der Abstand von dem Beobachtungsobjekt nicht verändert.
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Möglich ist im Rahmen der Erfindung, dass bei der Bewegung entlang der Trajektorie die Längsachse des VTOL-Luftfahrzeugs permanent in Bewegungsrichtung des VTOL-Luftfahrzeugs orientiert ist. Für einen Vorschlag der Erfindung ist allerdings bei der Bewegung des VTOL-Luftfahrzeugs entlang der Trajektorie die Längsachse des VTOL-Luftfahrzeugs gegenüber der Bewegungsrichtung des VTOL-Luftfahrzeugs entlang der vorgegebenen Trajektorie um einen Winkel geneigt, der von 0 verschieden ist und beispielsweise im Bereich von 5 Grad bis 90 Grad liegen kann. Mittels des automatischen Flugsteuersystems wird während der Bewegung der Winkel konstant gehalten. Bei der Bewegung des VTOL-Luftfahrzeugs entlang der Kreisbahn hat dies zur Folge, dass für den Piloten, weitere Crewmitglieder, eine Kamera, ein Waffensystem des VTOL-Luftfahrzeugs oder andere Systeme das Beobachtungsobjekt immer unter demselben Winkel und in derselben Relativlage zu dem VTOL-Luftfahrzeug angeordnet ist und in derselben Entfernung, was vorteilhaft für die Beobachtung ist. Sollen Filmaufnahmen gemacht werden, führt diese Ausgestaltung dazu, dass das Motiv in demselben Abstand und unter demselben Winkel ohne Nachjustierungen der Kamera in demselben Bildausschnitt der Kamera aufgenommen wird. Für eine Rescue Operation befindet sich eine zu rettende Person ebenfalls unter demselben Winkel und in demselben Abstand. Für eine militärische Operation kann infolge des konstanten Winkels auch eine besonders einfache und/oder präzise Ausrichtung eines Aufklärungssystems oder Waffensystems erfolgen.
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Möglich ist dabei, dass der Winkel der Längsachse des VTOL-Luftfahrzeugs gegenüber der Bewegungsrichtung desselben fest vorgegeben ist, ohne dass der Pilot oder ein Crewmitglied Einfluss auf diesen Winkel nehmen kann. Die Erfindung schlägt für eine erste Variante der Erfindung vor, dass mittels einer Betätigung eines Bedienelements der Winkel der Ausrichtung der Längsachse des VTOL-Luftfahrzeugs zur Bewegungsrichtung desselben entlang der vorgegebenen Trajektorie verändert werden kann. Hierfür kann in dem VTOL-Luftfahrzeug ein zusätzliches spezifisches Bedienelement vorgesehen werden. Vorzugsweise findet aber als Bedienelement ein ohnehin vorhandenes und während eines normalen, nicht autonomen und durch das automatische Flugsteuersystem gesteuerten Flugphase genutztes Bedienelement Einsatz.
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Für eine ezweite (alternative oder kumulative) Variante der Erfindung kann über eine Betätigung eines Bedienelements eine Geschwindigkeit der Bewegung des VTOL-Luftfahrzeugs entlang der vorgegebenen Trajektorie verändert werden. Um lediglich ein die Erfindung nicht beschränkendes Beispiel zu nennen, kann hierbei das Bedienelement ein Steuerknüppel des VTOL-Luftfahrzeugs sein. Wird bei aktiviertem Beobachtungsmodus der Steuerknüppel derart betätigt, dass sich für einen nicht autonomen Flugbetrieb ohne Steuerung durch das automatische Flugsteuersystem mit derselben Betätigung eine Erhöhung der Fluggeschwindigkeit ergeben würde, erfolgt infolge dieser Betätigung bei aktiviertem Beobachtungsmodus eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Bewegung entlang der vorgegebenen Trajektorie.
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Gemäß einer dritten (alternativen oder kumulativen) Variante der Erfindung kann über eine Betätigung eines Bedienelements eine Skalierung der vorgegebenen Trajektorie, beispielsweise ein Auseinanderziehen derselben in Flugrichtung oder quer zu derselben erfolgen, oder über eine Betätigung eines Bedienelements kann ein Radius der als Kreisbahn ausgebildeten Trajektorie verändert werden. Um lediglich ein die Erfindung nicht beschränkendes Beispiel zu nennen, kann das Bedienelement von dem Steuerknüppel ausgebildet sein. Befindet sich dann beispielsweise das VTOL-Luftfahrzeug auf einer Kreisbahn in einer Linkskurve, führt eine übliche Betätigung des Steuerknüppels zur Herbeiführung einer Rechtskurve dazu, dass der Radius der Kreisbahn um das Beobachtungsobjekt und den Beobachtungsort größer wird. Das Entsprechende kann dann für eine Verkleinerung des Radius mit entgegengesetzter Betätigung des Steuerknüppels und für eine Bewegung entlang der Kreisbahn in einer Rechtskurve gelten.
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In entsprechender Weise kann gemäß einer vierten (alternativen oder kumulativen) Variante der Erfindung über eine Betätigung eines Bedienelements eine Höhe der vorgegebenen Trajektorie über dem Boden verändert werden.
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Weitere Aspekte der Erfindung widmen sich der Festlegung oder Auswahl des Beobachtungsobjektes und des Beobachtungsortes:
- Möglich ist, dass ein Beobachtungsobjekt oder Beobachtungsort a-priori festgelegt ist, beispielsweise durch Eingabe von vorbekannten Koordinaten des Beobachtungsobjektes.
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Für eine fünfte (alternative oder kumulative) Variante der Erfindung wird in einem Überflug das Beobachtungsobjekt (während der Bewegung oder in einem Schwebeflug exakt über dem Beobachtungsobjekt) ein Aktivierungselement betätigt. Dieses Aktivierung löst (neben der Aktivierung des Beobachtungsmodus die Erfassung des Beobachtungsortes aus. Beispielsweise kann die Betätigung des Bedienelements die Erfassung der aktuellen GPS-Koordinate des VTOL-Luftfahrzeugs auslösen. Die X- und Y-Koordinaten der so ermittelten GPS-Koordinaten entsprechen den X- und Y-Koordinaten des Beobachtungsobjektes und des zugeordneten Beobachtungsortes. In diesem Fall kann dann eine Bewegung des VTOL-Luftfahrzeugs auf einer Kreisbahn ausgelöst werden, deren Mittelpunkt durch die X- und Y-Koordinate festgelegt ist, während als Z-Koordinate des Mittelpunkts die Höhe des VTOL-Luftfahrzeugs zum Zeitpunkt der Aktivierung des Beobachtungsmodus verwendet wird (oder eine beliebige andere, beispielsweise zuvor festgelegte Höhe).
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Möglich ist aber auch, dass bei einem Überflug des Beobachtungsobjekte und der Betätigung eines Bedienelements die Koordinate des Beobachtungsobjekt und damit der Beobachtungsort gespeichert wird. Hieran anschließend wird zunächst die weitere Flugphase noch durch den Piloten gesteuert, wobei der Pilot das VTOL-Luftfahrzeug in einen gewünschten Abstand von dem Beobachtungsobjekt bringt oder sogar bereits eine Annäherung an eine vorbestimmte Trajektorie vornimmt. Betätigt dann der Pilot das Aktivierungselement, sodass der Beobachtungsmodus aktiviert wird, steuert das automatische Flugsteuersystem eine Bewegung entlang der vorgegebenen Trajektorie, insbesondere entlang der Kreisbahn, aus, wobei dann die Kreisbahn den zuvor gespeicherten Beobachtungsort als Mittelpunkt aufweisen kann und der Radius der Kreisbahn dem Abstand des VTOL-Luftfahrzeugs von dem Beobachtungsort zum Zeitpunkt der Aktivierung des Aktivierungselements entsprechen kann.
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Möglich ist, dass im Rahmen der Erfindung der Beobachtungsort und das Beobachtungsobjekt nicht bewegt sind. Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch Anwendung finden für Anwendungsbeispiele, bei denen der Beobachtungsort und/oder das Beobachtungsobjekt bewegt sind. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn sich eine zu rettende Person in einem fließenden Gewässer befindet oder wenn eine militärische Operation hinsichtlich eines bewegten Zielobjektes, beispielsweise eines bewegten Fahrzeuges, durchgeführt werden soll. In diesem Fall ist die Trajektorie lediglich in einem Relativsystem hinsichtlich des Beobachtungsobjektes geschlossen und für die Ausgestaltung der Trajektorie als Kreisbahn ergibt sich in dem genannten Relativsystem die Kreisbahn, während sich in einem Absolutsystem dann eine Trajektorie mit sich entsprechend dem Beobachtungsobjekt vorwärts bewegenden Schleifen ergibt oder eine für größere Geschwindigkeiten des Beobachtungsobjektes in grober Näherung sägezahnförmige Trajektorie ergibt. Diese Trajektorie entspricht dann der Überlagerung der Bewegung des Beobachtungsobjektes im Absolutsystem mit der Bewegung entlang der geschlossenen Trajektorie in dem Relativsystem.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung widmet sich dem Übergang der Bahn des VTOL-Luftfahrzeugs zwischen dem Zeitpunkt der Aktivierung des Beobachtungsmodus und dem Eintritt in die vorgegebene geschlossene Trajektorie: Hierfür wird vorgeschlagen, dass bei Aktivierung des Beobachtungsmodus die autonome Bewegung des VTOL-Luftfahrzeugs auf einer a-priori vorgegebenen Übergangstrajektorie zu der vorgegebenen Trajektorie um das Beobachtungsobjekt und/oder den Beobachtungsort erfolgt. Hierbei kann sich die Übergangstrajektorie von innen an die vorgegebene Trajektorie annähern, ohne dass die vorgegebene Trajektorie nach außen verlassen wird. Ebenfalls möglich ist, dass eine Annäherung an die vorgegebene Trajektorie von außen erfolgt. Des Weiteren möglich ist, dass die Übergangstrajektorie von innen nach außen durch die vorgegebene Trajektorie übertritt und sich dann von außen an die vorgegebene Trajektorie annähert. Auch möglich ist, dass die Übergangstrajektorie von außen temporär in das Innere der vorgegebenen Trajektorie eintritt, um sich dann derselben von innen anzunähern. Die vorgegebene Übergangstrajektorie kann beispielsweise in dem automatischen Flugsteuersystem abgelegt sein, wobei hier auch mehrere unterschiedliche Übergangstrajektorien je nach Flugbedingungen bei der Aktivierung des Beobachtungsmodus abgelegt sein können. Ebenfalls möglich ist, dass eine Skalierung einer vorgegebenen Übergangstrajektorie je nach Geschwindigkeit des VTOL-Luftfahrzeugs, Flughöhe des VTOL-Luftfahrzeugs, gewünschtem Radius der Kreisbahn u.Ä. bei Aktivierung des Beobachtungsmodus erfolgt. So kann beispielsweise bei einer kleineren Geschwindigkeit des VTOL-Luftfahrzeugs bei Aktivierung des Beobachtungsmodus eine schnellere Annäherung an die vorgegebene Trajektorie und ein Einlauf in dieselbe erfolgen als dies bei größerer Geschwindigkeit der Fall ist.
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Ein weiterer Vorschlag der Erfindung widmet sich der Wahl des Radius der Kreisbahn um das Beobachtungsobjekt. Für diesen Vorschlag ist der Radius der Kreisbahn (am Beginn des Beobachtungsmodus und/oder ohne etwaige Veränderungen desselben infolge von Bedieneingaben des Piloten) nicht fest vorgegeben. Vielmehr wird der Radius auf Grundlage der Geschwindigkeit des VTOL-Luftfahrzeugs bei Aktivierung des Beobachtungsmodus oder in zeitlicher Umgebung der Aktivierung des Beobachtungsmodus ermittelt. So kann beispielsweise bei einer größeren Geschwindigkeit zum Zeitpunkt der Aktivierung des Beobachtungsmodus ein größerer Radius der Kreisbahn gewählt werden als bei einer kleineren Geschwindigkeit.
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Möglich ist im Rahmen der Erfindung auch, dass die Geschwindigkeit des VTOL-Luftfahrzeugs zum Zeitpunkt der Aktivierung des Beobachtungsmodus zunächst als Geschwindigkeit entlang der vorgegebenen Trajektorie verwendet wird, sofern nicht über ein Bedienelement ein Wunsch des Piloten nach Veränderung dieser Geschwindigkeit übertragen wird.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung widmet sich der Ermittlung des Beobachtungsobjektes und des Beobachtungsortes. Soll eine automatisierte Ermittlung und/oder Verfolgung des Beobachtungsobjektes und/oder des Beobachtungsortes erfolgen, kann dies auf Grundlage einer automatischen Bilderkennung erfolgen. Soll beispielsweise eine zu rettende Person in fließendem Gewässer beobachtet und verfolgt werden, kann die Person mittels einer automatischen Bilderkennung eines von einer Kamera des VTOL-Luftfahrzeugs aufgenommenen Bildes erkannt werden. Die aus dem Bild ermittelte Koordinate, also der Beobachtungsort, kann dann für die Aussteuerung der geschlossenen Trajektorie durch das automatische Flugsteuersystem um den Beobachtungsort herangezogen werden. Eine derartige Ermittlung und/oder Verfolgung des Beobachtungsobjektes und des Beobachtungsortes auf Grundlage einer automatischen Bilderkennung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Beobachtungsobjekt nicht stationär ist, sondern sich bewegt, da in diesem Fall dem Piloten oder einem Crewmitglied die Aufgabe abgenommen wird, die Bewegung des Beobachtungsobjektes zu verfolgen und den sich verändernden Beobachtungsort über geeignete Eingaben dem automatischen Flugsteuersystem zur Kenntnis zu bringen.
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Alternativ oder kumulativ möglich ist, dass der Beobachtungsort und/oder das Beobachtungsobjekt manuell von dem Piloten oder einem Crewmitglied auf einem Bild ausgewählt wird, welches von einer Kamera des VTOL-Luftfahrzeugs aufgenommen wird und auf einem Bildschirm oder einem Head-Up-Display angezeigt wird, womit der Pilot oder das Crewmitglied in dem Bild, beispielsweise über die Steuerung durch einen Joystick, ein Objekt und den zugeordneten Ort auf dem Bild auswählen kann. Dieses Objekt kann dann als Beobachtungsobjekt in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden und eine dem Objekt zugeordnete Koordinate kann als Beobachtungsort verwendet werden. Unter Umständen kann zusätzlich eine Messung des Abstandes zu dem derart ermittelten Beobachtungsobjekt mittels einer zusätzlichen Entfernungsmesseinrichtung, beispielsweise einem Laser, erfolgen.
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Im Rahmen der Erfindung kann auch eine Vorgabe des Beobachtungsobjektes und/oder des Beobachtungsortes unter Nutzung eines an einem Kopf getragenen Ausgabegeräts erfolgen. Bei dem Ausgabegerät kann es sich insbesondere um ein „helmet mounted display“ (abgekürzt HMD) handeln. Über das HMD kann einerseits das zuvor erläuterte Bild der Kamera angezeigt werden. Andererseits kann unter Nutzung des HMD auch eine Auswahl des Beobachtungsobjektes erfolgen, wobei diese Auswahl auf Grundlage der Fokussierung der Augen auf ein Objekt, welches über das HMD angezeigt wird, oder durch Erfassung der Ausrichtung des HMD und/oder zusätzliche Bedienelemente, einen Joystick u.Ä. erfolgen kann. Im Rahmen der Erfindung kann auch eine Videobrille, eine FPV-Brille, ein Virtuell-Reality-Headset, eine Augmented-Reality-Brille Einsatz finden zur Auswahl des Beobachtungsobjektes und/oder zur Ermittlung des Beobachtungsortes.
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Möglich ist im Rahmen der Erfindung aber auch, dass ein Beobachtungsort von dem Beobachtungsobjekt selbst an das VTOL-Luftfahrzeug übertragen wird. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn in einer Rettungsaktion die zu rettende Person, eine von der Person getragene Rettungsweste oder ein Rettungsschlauchboot, in dem sich die mindestens eine zu rettende Person befindet, die aktuellen Koordinaten aussendet. Werden diese Koordinaten von dem automatischen Flugsteuersystem oder einer zugeordneten Empfangseinheit empfangen, können diese als Beobachtungsort für die automatische autonome Aussteuerung der Bewegung entlang der vorgegebenen Trajektorie verwendet werden. Dies ermöglicht auch eine einfache Verfolgung des Beobachtungsobjektes, wenn sich dieses in einem Absolutsystem bewegt.
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Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe stellt ein bemanntes VTOL-Luftfahrzeug mit einem automatischen Flugsteuersystem dar. Das erfindungsgemäße VTOL-Luftfahrzeug verfügt dabei über ein automatisches Flugsteuersystem, in dem Steuerlogik implementiert ist, mittels dessen eine Durchführung eines Verfahrens erfolgt, wie dieses zuvor beschrieben worden ist.
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Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe stellt ein Softwareprodukt dar, welches Steuerlogik aufweist, mit welcher ein Verfahren der zuvor spezifizierten Art durchgeführt werden kann. Hierbei kann das Softwareprodukt auch Upgrade für ein bestehendes automatisches Flugsteuersystem sein, um mit dem automatischen Flugsteuersystem das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen.
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Hinsichtlich des Offenbarungsgehalts - nicht des Schutzbereichs - der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents gilt Folgendes: Weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen, was aber nicht für die unabhängigen Patentansprüche des erteilten Patents gilt.
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Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs „mindestens“ bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.
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Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
- 1 zeigt eine Bewegung eines VTOL-Luftfahrzeugs, hier eines Hubschraubers, entlang einer vorbestimmten geschlossenen Trajektorie, hier einer Kreisbahn, um einen Beobachtungsort.
- 2 zeigt einen Ablauf eines Verfahrens zur Unterstützung eines Piloten bei dem Betrieb eines bemannten VTOL-Luftfahrzeugs.
- 3 zeigt den Einsatz eines HMD für eine Auswahl eines Beobachtungsobjektes und/oder Beobachtungsortes.
- 4 zeigt beispielshaft Bedienelemente in einem Cockpit eines als Hubschrauber ausgebildeten VTOL-Luftfahrzeugs, über die der Pilot die Bedingungen für die Bewegung entlang einer vorbestimmten Kreisbahn vorgeben kann.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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1 zeigt schematisch in einer Ansicht von oben eine Bewegung eines VTOL-Luftfahrzeugs 1, hier eines Hubschraubers 2, entlang einer vorbestimmten geschlossenen Trajektorie 3 um ein Beobachtungsobjekt 4 mit zugeordnetem Beobachtungsort 5. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der geschlossenen Trajektorie 3 um eine Kreisbahn, deren Mittelpunkt der Beobachtungsort 5 ist und deren Radius in 1 mit dem Bezugszeichen 7 gekennzeichnet ist. 1 zeigt das VTOL-Luftfahrzeug 1 in unterschiedlichen Positionen a, b, c auf der Kreisbahn 6, wobei entsprechend das VTOL-Luftfahrzeug 1 bzw. der Hubschrauber 2 in den unterschiedlichen Positionen mit den Bezugszeichen 1a, 1b, 1c bzw. 2a, 2b, 2c gekennzeichnet ist. Hierbei ist die Ebene, in der sich die Trajektorie 3 erstreckt, horizontal orientiert und in der Flughöhe des VTOL-Luftfahrzeugs 1 über dem Beobachtungsobjekt 4 angeordnet.
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Zu erkennen ist in 1, dass eine Längsachse 8 des VTOL-Luftfahrzeugs 1 nicht in Bewegungsrichtung 9 des VTOL-Luftfahrzeugs 1 entlang der Trajektorie 3 orientiert ist, also nicht tangential zur Kreisbahn 6 orientiert ist, sondern unter einem Winkel 10 gegenüber der Bewegungsrichtung 9 in der Ebene der Trajektorie 3 (vorzugsweise in Richtung des Beobachtungsortes 5) geneigt ist. Das automatische Flugsteuersystem hält für den aktivierten Beobachtungsmodus gemäß 1 das VTOL-Luftfahrzeug 1 auf der vorgegebenen geschlossenen Trajektorie 3, hält eine konstante Geschwindigkeit und Flughöhe des VTOL-Luftfahrzeugs 1 aufrecht und steuert einen konstanten Winkel 10 während der Bewegung entlang der Trajektorie 3 aus, sofern nicht von dem Piloten oder einem Crewmitglied über Bedienelemente eine Änderung vorgegeben wird.
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Ist im Rahmen der Offenbarung von einer „Steuerung“ die Rede, umfasst dies auch eine „Regelung“.
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2 zeigt beispielhaft einen möglichen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens 11 zur Unterstützung eines Piloten bei dem Betrieb eines bemannten VTOL-Luftfahrzeugs 1:
- In einem Verfahrensschritt 12 erfolgt zunächst eine Auswahl und/oder eine Selektion des Beobachtungsobjektes 4 und des Beobachtungsortes 5. Hierzu können beispielsweise die folgenden Verfahrensschritte (alternativ oder kumulativ) Einsatz finden:
- Möglich ist, dass der Pilot in einem Verfahrensschritt 13 in einem Flugbetrieb auf Sicht das Beobachtungsobjekt 4 sucht. Hat der Pilot das Beobachtungsobjekt 4 aufgefunden, steuert der Pilot in einem Verfahrensschritt 14 das VTOL-Luftfahrzeug 1 vertikal über das Beobachtungsobjekt 4, was in Form eines Überfliegens, unter Umständen mit reduzierter Geschwindigkeit, oder durch Herbeiführung eines Schwebefluges, erfolgen kann. Befindet sich das VTOL-Luftfahrzeug unmittelbar über dem Beobachtungsobjekt 4, aktiviert der Pilot in einem Verfahrensschritt 15 ein Aktivierungselement 16. In einem Verfahrensschritt 17 werden dann die X- und Y-Koordinaten des VTOL-Luftfahrzeugs 1, insbesondere auf Grundlage eines GPS-Systems, als X- und Y-Koordinaten des Beobachtungsortes 5 gesetzt, während als Höhe der herbeizuführenden Trajektorie 3 und damit als Z-Koordinate des Beobachtungsortes 5 die aktuelle Flughöhe des VTOL-Luftfahrzeugs 1 verwendet wird. Erfolgt die Aktivierung des Aktivierungselements 16 bei einem Überflug des Beobachtungsobjekts 4 kann für die Bewegung entlang der Trajektorie 3 auch die aktuelle Geschwindigkeit des VTOL-Luftfahrzeugs 1 bei dem Überflug des Beobachtungsobjekts 4 verwendet werden.
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Möglich ist auch, dass in einem Verfahrensschritt 18 mittels einer Kamera des VTOL-Luftfahrzeugs 1 ein Bild der Umgebung desselben aufgenommen wird. Der Pilot oder ein Crewmitglied des VTOL-Luftfahrzeugs 1 analysiert in einem Verfahrensschritt 19 das aufgenommene Bild (bei dem es sich auch um eine Bildfolge handeln kann), wozu dem Piloten oder dem Crewmitglied das Bild an einem Bildschirm oder einem HMD angezeigt wird. Erkennt der Pilot oder das Crewmitglied in dem Bild das Beobachtungsobjekt 4, aktiviert der Pilot oder das Crewmitglied in einem Verfahrensschritt 20 das Aktivierungselement 16. In einem Verfahrensschritt 21 werden dann die Parameter für den Beobachtungsmodus festgelegt. Hierzu wird aus dem aufgenommenen Bild und der von dem Piloten oder dem Crewmitglied in dem Bild identifizierten Position, gegebenenfalls unter Nutzung weiterer bekannter Einheiten zur Ermittlung einer Position der Umgebung aus einem aufgenommenen Bild, der Beobachtungsort 5 des aufgenommenen Objektes ermittelt.
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Für die Flughöhe und die Fluggeschwindigkeit während des Beobachtungsmodus kann ein Wert aus einem Speicher oder einem Kennfeld in der Abhängigkeit von Betriebsgrößen des VTOL-Luftfahrzeugs 1 verwendet werden oder eine aktuelle Fluggeschwindigkeit oder eine aktuelle Flughöhe.
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In 1 ist der Punkt auf einer Flugbahn 22, auf welcher sich das VTOL-Luftfahrzeug 1 bewegt, an welchem die Aktivierung des Aktivierungselements 16 erfolgt, als Aktivierungsort 23 gekennzeichnet. In einem Verfahrensschritt 24 führt das automatische Flugsteuersystem in Folge der Aktivierung des Beobachtungsmodus eine Bewegung entlang der Trajektorie 3 herbei. Hierzu nähert das automatische Flugsteuersystem das VTOL-Luftfahrzeug 1 auf einer Übergangstrajektorie 25 das VTOL-Luftfahrzeug 1 an die Trajektorie 3 an.
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Ist die Trajektorie 3 erreicht, steuert das automatische Flugsteuersystem in dem Verfahrensschritt 26 die Bewegung des VTOL-Luftfahrzeugs 1 entlang der Trajektorie 3. Hierbei gewährleistet das automatische Flugsteuersystem, dass die Flughöhe des VTOL-Luftfahrzeugs 1 konstant gehalten wird, vorzugsweise entsprechend der Flughöhe des VTOL-Luftfahrzeugs bei Aktivierung des Aktivierungselements 16, und hält die Geschwindigkeit des VTOL-Luftfahrzeugs 1 konstant. Des Weiteren gewährleistet das automatische Flugsteuersystem einen fest vorgegebenen oder aus einem Kennfeld ermittelten Winkel 10 während der Bewegung entlang der Trajektorie 3.
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Während dieser Bewegung entlang der Trajektorie 3 kann der Pilot oder ein Crewmitglied in dem Verfahrensschritt 26 über ein Bedienelement Einfluss auf die Form und Lage der Trajektorie 3 sowie die Bewegung des VTOL-Luftfahrzeugs entlang derselben nehmen:
- Möglich ist, dass der Pilot oder das Crewmitglied in einem Verfahrensschritt 27 ein Bedienelement 28 betätigt, über welches die Höhe der Trajektorie 3 über den Boden verändert wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Bedienelement 28 um das Bedienelement, welches der Pilot nutzt, um während der durch den Piloten gesteuerten Flugphase die Höhe zu verändern, insbesondere den Hebel für die kollektive Blattverstellung.
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Alternativ oder kumulativ möglich ist, dass der Pilot oder das Crewmitglied in einem Verfahrensschritt 29 ein Bedienelement 30 betätigt, um die Geschwindigkeit des VTOL-Luftfahrzeugs 1 entlang der Trajektorie zu verändern. Vorzugsweise handelt es sich bei dem mindestens einen Bedienelement 30 um das mindestens eine Bedienelement, mittels dessen der Pilot während einer durch den Piloten gesteuerten Flugphase die Geschwindigkeit verändert.
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Alternativ oder kumulativ möglich ist, dass der Pilot oder ein Crewmitglied in einem Verfahrensschritt 31 durch Betätigung eines Bedienelements 32 eine Form und/oder Größe der Trajektorie 3 beeinflusst. Handelt es sich bei der Trajektorie 3 um eine Kreisbahn 6, kann der Pilot oder das Crewmitglied über das Bedienelement 32 Einfluss auf den Radius 7 der Kreisbahn 6 nehmen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Bedienelement 32 um das von dem Piloten während einer freien Flugphase genutzte Bedienelement für die Herbeiführung einer Rechts- oder Linkskurve. Eine Betätigung des Bedienelements 32 in Richtung der Herbeiführung einer Rechtskurve führt für eine gegen den Uhrzeigersinn durchflogene Kreisbahn 6 gemäß 1 zu einer Vergrößerung des Radius 7, während diese für eine im Uhrzeigersinn durchflogene Kreisbahn zu einer Verringerung des Radius 7 führt. Entsprechend führt die Betätigung des Bedienelements zum Herbeiführen einer Linkskurve dazu, dass bei der Bewegung entlang der Kreisbahn 6 gegen den Uhrzeigersinn gemäß 1 eine Verringerung des Radius 7 erfolgt, während diese Betätigung für das Durchfliegen der Kreisbahn 6 im Uhrzeigersinn zu einer Vergrößerung des Radius 7 führt.
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Eine Beendigung des Beobachtungsmodus kann in einem Verfahrensschritt 33 erfolgen, beispielsweise durch erneute Betätigung des Aktivierungselements 16.
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Als optionale Besonderheit kann während des Beobachtungsmodus in dem Verfahrensschritt 26 mittels eines Verfahrensschritts 34 eine Anpassung des Beobachtungsortes 5 erfolgen, wenn sich dieser in Folge einer Bewegung des Beobachtungsobjektes 4 verändert. Wie oben erläutert kann diese Veränderung des Beobachtungsortes 5 durch manuelle Eingabe der Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsrichtung des Beobachtungsobjektes 4, durch Verschiebung entsprechend der Eingabe durch ein Bedienelement wie einen Joystick, durch eine automatische Bilderkennung mit entsprechender Verfolgung des sich in dem Bild bewegenden Beobachtungsobjektes 4, unter Nutzung eines HMD u.Ä. erfolgen.
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3 zeigt ein Heimet Mounted Display oder HMD 35, mittels dessen auch eine Unterstützung des Piloten mittels Augmented Reality (abgekürzt „AR“) erfolgen kann. In dem HMD 35 wird mittels eines opto-elektronischen Projektors 36 ein computergeneriertes grafisches Bild, beispielsweise einer Zieleinrichtung, auf einen halbdurchlässigen Spiegel 37 projiziert. Das Auge des Piloten 38 oder Crewmitglieds 39 erfasst durch den halbdurchlässigen Spiegel die Umgebung 40 des VTOL-Luftfahrzeugs 1 mit einem in dem Sichtbereich angeordneten Beobachtungsobjekt 4. In der für den Piloten 38 oder das Crewmitglied 39 sichtbaren Darstellung sind im Bereich des Spiegels 37 dem Blickfeld des Auges die projizierten Elemente des computergenerierten Bildes überlagert. Durch geeignete optische Elemente, z. B. einen Kollimator, zwischen dem Auge und dem halbdurchlässigen Spiegel 37 kann gewährleistet werden, dass die Adaption des Auges auf das projizierte Bild der Adaptation für die „Ferne“ entspricht und damit beide Informationen mit gleicher Abbildungsschärfe auf der Netzhaut des Anwenders abgebildet werden.
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Die Orientierung des Kopfes des Piloten 38 oder Crewmitglieds 39 wird durch ein am Helm 41 befestigtes Element 42 erfasst. Das Element 42 arbeitet mit einem in der Umgebung des Helms 41 fest an dem VTOL-Luftfahrzeug 1 montierten Element 43 zusammen. Die Elemente 42, 43 bilden zusammen einen so genannten Head-Tracker. Für die technische Realisierung solcher Head-Tracker gibt es bereits Vorschläge für mechanische, magnetische, optische und akustische Realisierungen, die eine Erfassung des Raumwinkels des Helms 41 ermöglichen. Wird mittels des Projektors 36 eine Zieleinrichtung auf den Spiegel 37 projiziert und richtet der Pilot 38 oder das Crewmitglied 39 den Kopf und damit das HMD 35 so aus, dass sich das Beobachtungsobjekt 4 in der Zieleinrichtung befindet, kann über den Head-Tracker somit die Raumrichtung, in welcher sich das Beobachtungsobjekt 4 relativ zu dem VTOL-Luftfahrzeug 1 befindet, ermittelt werden. Die derart ermittelten Raumwinkel werden von einer Helmsteuereinheit 44 an einen Grafik-Computer 45 übertragen, der als zentraler Rechner zur rechnergesteuerten Anzeige der auf der AR-Bildanzeigeeinrichtung wiedergegebenen Informationen, wie z. B. in das HMD 35 eingeblendete Bilder und unterstützende Informationen, dient. Die Helmsteuereinheit 44 empfängt die vom Grafik-Computer 45 erzeugten Bilddaten und bereitet diese so auf, dass diese mittels des Projektors 36 projiziert werden können und das gewünschte Bild, insbesondere mit der Zieleinrichtung, ergeben.
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Damit die Bilderzeugung im Grafik-Computer 45 in der Lage ist, der Bewegung des VTOL-Luftfahrzeugs 1 (Grad 3D-Winkel und 3D-Position) visuell konform zu folgen, werden über eine Schnittstelle zum VTOL-Luftfahrzeug 1, z. B. zu einem zentralen Bordrechner 46, die relevanten Betriebsdaten des VTOL-Luftfahrzeugs 1 an den Grafik-Computer 45 übermittelt, z. B. Flugzustandsdaten wie Position, Geschwindigkeit, Lage, Höhe usw. Während mit dem HMD 35 die Raumwinkel des Beobachtungsobjektes 4 ermittelt werden, kann über eine ergänzende, hier nicht dargestellte Entfernungsmesseinrichtung auch (insbesondere unter Nutzung der erfassten Raumwinkel) eine Entfernung des Beobachtungsobjektes 4 ermittelt werden. Bei der Entfernungsmesseinrichtung handelt es sich insbesondere um eine Laser-Entfernungsmesseinrichtung.
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In 3 ist auch ein automatisches Flugsteuersystem oder AFCS 47 dargestellt mit Bedienelementen 48, 49, einem als Steuerknüppel 50 ausgebildeten Bedienelement 51 und einem Bedienelement 52 an dem Steuerknüppel 50, wobei die Bedienelemente 48, 49, 51, 52 über Datenleitungen mit dem Bordrechner 46 verbunden sind, der die manuellen Eingaben des Piloten 38 oder Crewmitglieds 39 auch an das AFCS 47 zwecks Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens übermitteln kann.
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Die erfindungsgemäß gewährleistete Funktion und der Beobachtungsmodus können auch als „Lasso-Modus“ bezeichnet werden.
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Der Winkel 10 kann also auch als „relatives Heading“ gegenüber dem Beobachtungsobjekt 4 bezeichnet werden, wobei beispielsweise eine Wahl des Winkels 10 derart möglich ist, dass das Beobachtungsobjekt 4 auf 3-Uhr-Position des Piloten liegt unabhängig von der Position auf der Kreisbahn 6.
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Der Pilot 38 kann beispielsweise mit einer Auslenkung seines Steuerhebels die Geschwindigkeit des VTOL-Luftfahrzeugs 1 herauf- oder herabsetzen und damit die Geschwindigkeit entlang der Trajektorie 3 bestimmen oder verändern, während der Radius 7 und der Winkel 10 gleich bleiben. Somit kann von dem VTOL-Luftfahrzeug 1 das Beobachtungsobjekt 4 stets in gleicher Ausrichtung beobachtet werden. Andere Steuereingaben können analog den Radius 7 verändern und die Geschwindigkeit und den Winkel 10 konstant lassen. Auch eine relative Ausrichtung und Höhe der Kreisbahn 6 können durch separate Steuereingaben unabhängig gewählt werden.
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Möglich ist, dass mittels der Pedale eines Hubschraubers 2 eine relative Ausrichtung und der Winkel 10 zu dem Beobachtungsobjekt 4 vorgegeben werden. Die zyklischen Steuerorgane können als Eingabe für die Vorgabe oder Veränderung des Radius 7 sowie der Geschwindigkeit entlang der Trajektorie 3 eingesetzt werden. Der Kollektivhebel kann wiederum die Flughöhe des Hubschraubers 2 und damit der Trajektorie 3 über dem Grund vorgeben oder beeinflussen.
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4 zeigt schematisch ein Cockpit. Hat der Pilot über ein Bedienelement den Beobachtungsmodus aktiviert, kann der Pilot über den Steuerknüppel 50 oder ein zyklisches Steuerorgan bei Bewegung desselben in eine Längsrichtung 53 nach vorne die Geschwindigkeit der Bewegung entlang der Kreisbahn 6 erhöhen, während eine Bewegung in Längsrichtung 53 nach hinten zu einer Verringerung der Geschwindigkeit entlang der Kreisbahn 6 führt. Hingegen führt eine Bewegung des Steuerknüppels 50 oder zyklischen Steuerorgans in lateraler Richtung 54 zu einer Vergrößerung oder Verkleinerung des Radius 7 der Kreisbahn 6. Mittels eines kollektiven Steuerorgans 55 kann der Pilot die Höhe der Kreisbahn 6 verändern. Schließlich kann der Pilot über ein Pedalsteuerorgan 56 das Heading des VTOL-Luftfahrzeugs 1 und somit den Winkel 10 verändern. Eine Aktivierung des Beobachtungsmodus kann beispielsweise über einen Knopf in einer Konsole des Cockpits, einen Knopf an dem zyklischen Steuerhebel oder Steuerknüppel 50 und/oder einen Knopf an dem kollektiven Steuerorgan 55 erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- VTOL-Luftfahrzeug
- 2
- Hubschrauber
- 3
- geschlossene Trajektorie
- 4
- Beobachtungsobjekt
- 5
- Beobachtungsort
- 6
- Kreisbahn
- 7
- Radius
- 8
- Längsachse
- 9
- Bewegungsrichtung
- 10
- Winkel
- 11
- Verfahren
- 12
- Verfahrensschritt
- 13
- Verfahrensschritt
- 14
- Verfahrensschritt
- 15
- Verfahrensschritt
- 16
- Aktivierungselement
- 17
- Verfahrensschritt
- 18
- Verfahrensschritt
- 19
- Verfahrensschritt
- 20
- Verfahrensschritt
- 21
- Verfahrensschritt
- 22
- Flugbahn
- 23
- Aktivierungsort
- 24
- Verfahrensschritt
- 25
- Übergangstrajektorie
- 26
- Verfahrensschritt
- 27
- Verfahrensschritt
- 28
- Bedienelement
- 29
- Verfahrensschritt
- 30
- Bedienelement
- 31
- Verfahrensschritt
- 32
- Bedienelement
- 33
- Verfahrensschritt
- 34
- Verfahrensschritt
- 35
- HMD
- 36
- Projektor
- 37
- Spiegel
- 38
- Pilot
- 39
- Crewmitglied
- 40
- Umgebung
- 41
- Helm
- 42
- Element
- 43
- Element
- 44
- Helmsteuereinheit
- 45
- Grafik-Computer
- 46
- Bordrechner
- 47
- AFCS
- 48
- Bedienelement
- 49
- Bedienelement
- 50
- Steuerknüppel
- 51
- Bedienelement
- 52
- Bedienelement
- 53
- Längsrichtung
- 54
- laterale Richtung
- 55
- kollektives Steuerorgan
- 56
- Pedalsteuerorgan
