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Fliegerschulungsgerät Die Erfindung betrifft ein Fliegerschulungsgerät
Dur Nachbildung der Sichtverhältnisse bei Nebel und Dunst mit einer Fernsehkamera
zur Geländedarstellung und einem Bildschirm zur Wiedergabe eines Teils des Geländebildes.
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Bei der modernen Pilotenausbildung werden Flugnachbildungsgeräte verwendet,
bei denen zusätzlich zu Instrumenten, .die .der Fluglage und der Maschinenkontrolle
des nachgebildeten Flugzeuges dienen, auch das Panorama nachgebildet wird, das.
sich bei Niedrigflügen von der Kanzel eines Flugzeuges aus darbietet.
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Systeme für eine Panoramadarstellung, die einen hohen Grad von Wirklichkeitstreue
erreichen, sind mit einer Fernsehkamera versehen, mit der ein detailliertes maßstabgetreues
Modell auf einem Bildschirm sichtbar gemacht wird. Die Kamera ist gegenüber dem
Modell beweglich, so daß sich die Panoramadarstellung entsprechend der nachgebildeten
Bewegung eines Flugzeuges ändert.
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Start- und Landeoperationen, bei denen die Sicht durch Nebel oder
Dunst unter einem Normalwert liegt, sind schwierig. Es ist daher erwünscht, daß
bei der Sichtdarstellung in Fliegerschulungsgsräten auch ,solche Bedingungen nachgeahmt
werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, in einem am
Boden eingerichteten Fliegerschulungsgerät mit einer Nachbildung der Sichtverhältnisse
auch die Verhältnisse beim Auftreten von Dunst und Nebel zu erfassen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch mindestens
einen optischen Schirm, der zur teilweisen Verdunkelung des Kamerabildes in die
optische Bahn zwischen Linsensystem der Fernsehkamera und Geländedarstellung hinein-oder
herausbewegt werden kann, und durch mechanische Organe, die zur Steuerung der Bewegung
des optischen Schirms dienen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht ein Fliegerschulungsgerät
der vorstehend beschriebenen Art, bei dem der Schirm lichtdurchlässig und über einem
Linsensystem so gelagert ist, daß er nach unten bewegt werden kann, um die optische
Bahn dieses Systems zu sperren. Die mechanische Einrichtung steuert die Bewegung
des optischen Schirmes ,so, daß der Anteil .der optischen Bahn, der gesperrt wird,
entsprechend der errechneten Höhe des im Flug nachgebildeten Flugzeuges sich ändert.
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Ein Ausführungsbeispiel des Fliegerschulungsgerätes ist in der Zeichnung
beschrieben. Im einzelnen zeigt F i g. 1 das nach vorn gerichtete vertikale Blickwinkelfeld
von einem im Flug befindlichen Flugzeug, F i g. 2 eine schematische Seitenansicht
des mittels eines Servosystems gesteuerten optisch-mechanischen Teiles des Fliegerschulungsgerätes,
F i g. 3 ein Schaltbild mit ,den wichtigsten Elementen eines elektromechanischen
Systems zur Steuerung der Anordnung nach F i g. 2.
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In F i g. 1 ist ein Flugzeug 10 dargestellt, das einen geradlinigen
Kurs in einer durch die gestrichelte Linie A-0 angedeuteten horizontalen Ebene fliegt,
und zwar in Richtung von O nach A. Das oberhalb und unterhalb der Ebene 0-A gelegene
Winkelfeld ist durch die Winkel O' und O bestimmt. Im vorliegenden Falle sind die
Werte für O und O` 30 bzw. 6°.
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Fliegt das Flugzeug in einer Höhe h über .der Erdoberfläche, die durch
die Linie G-G' dargestellt ist, so sind bei normalen Sichtbedingungen auf der Erdoberfläche
alle Objekte für .den Piloten eines Flugzeuges sichtbar, die sich zwischen dem Punkt
P und dem Horizont befinden. Der Punkt P ist durch .das Blickwinkelfeld mit dem
Winkel 0 bestimmt.
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Bei Nebel ist die höchste Entfernung, auf die noch Gegenstände. für
den Piloten über den Punkt P hinaus sichtbar sind, von der Dichte .des Nebels abhängig.
In F i g. 1 wird angenommen, daß bei sehr dichtem Nebel Objekte nur innerhalb des
Bereiches zwischen den Punkten P und M sichtbar sind. Die
Entfernung
r zwischen .dem Flugzeug 10 und ,dem Punkt M ist also die maximale Entfernung, auf
die vom Flugzeug aus noch Gegenstände auf dem Erdboden sichtbar sind.
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In dem Fliegerschulungsgerät ist das Flugzeug 10 durch die Kamera
und die Erdbodenoberfläche G-G' durch ein Modell ersetzt und das Vorhandensein von
Dunst durch das Einbringen eines optischen Schirmes in die optische Bahn zwischen
Kameralinse und dem Modell nachgebildet. Die optischen Eigenschaften .des Schirmes
werden so gewählt, daß ein schwach definiertes Bild von demjenigen Teil des Modells
geliefert wird, das von Linsensystem durch diesen Schirm hindurch erfaßt wird.
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Das Fliegen im Nebel wird durch das Einfügen eines beweglichen lichtdurchlässigen
Schirmes in die optische Bahn zwischen der Kamera und dem Modell nachgebildet. Die
Lage des Schizmes wird dergestalt verändert, daß das nicht abgedunkelte Winkelblickfeld
sich mit zunehmender Höhe des Flugzeuges vermindert, so daß die maximale Entfernung,
unter der Objekte auf dem Modell für den Piloten sichtbar sind, im wesentlichen
konstant bleibt. Eine verbesserte Nachbildung wird durch die Kombination von zwei
Schirmen erreicht, so daß die Deutlichkeit des Bildes verringert wird, und der Übergang
zwischen dem nicht abgedunkelten und dem abgedunkelten Teil des Blickfeldes allmählich
erfolgt. Auf der Höhe des Bodens ist das Blickwinkelfeld am größten, daher sollte
die Lage das durchsichtigen Schirmes von der Maximalentfernung r abhängen, in der
Objekte noch für den Piloten sichtbar sind. Wenn die Verstellung des Schirmes aus
einer Lage, die der am Boden herrschenden Bedingung entspricht, mit D bezeichnet
wird, dann können :die Sichtverhältnisse etwa gemäß der folgenden Gleichung nachgebildet
werden:
wobei k eine Konstante ist, die der Höhe des im Modell dargestellten Himmels oder
der unteren Wolkendecke entspricht.
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In F i g. 2 ist eine Vorrichtung zum Verändern der Stellung eines
ersten und eines zweiten optischen Schirmes 21 und 22 in der optischen Bahn der
Kamera des Nachbildungsgerätes dargestellt. Die Schirme sind dünne und flache, aus
durchsichtigem Plastikmaterial gefertigte Platten mit einer Oberflächenbehandlung
zur Änderung ihrer optischen Eigenschaften.
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Der Schirm 21 ist teilweise durchsichtig und bewirkt die Nachbildung
von Dunst. Der Schirm 22 ist lichtdurchlässig und dient in Verbindung mit dem Schirm
21 zur Nachbildung der Sichtverhältnisse bei Nebel. Das Linsensystem der Kamera
ist auf einem Träger 23 angeordnet, der mit dem Kamerakörper 20 verbunden ist. Das
Linsensystem ist auf ein Modell gerichtet, das wie- in F i g. 1 durch die Linie
G-G' angedeutet ist. Der durch das Linsensystem übertragene Anblick ist über ein
Reflexionsprisma 24 in Längsrichtung auf das Modell gerichtet und liefert für die
Kamera ein Teilbild des Modells. Das Prisma 24 ist in einem beweglichen Halter 25
angeordnet und so gelagert, daß es um eine rechtwinklig zu der Linie G-G' verlaufende
Achse 26 und parallel zu der Ebene des Modells drehbar ist, um die Längsbewegung
des Flugzeuges. nachzubilden. Der Halter 25 wird mit Hilfe eines nicht dargestellten
Mechanismus gedreht, der mit dem Halter über einen Lenker 27 und die Lagerstelle
28 gekoppelt ist.
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Der Schirm 21 hat eine rechteckige Form und ist mit Hilfe einer Klammer
31 an einem Hebelarm 29 so befestigt, daß seine Längsseite gegen den Linsenträger
23 gerichtet ist und parallel zu einer Linie senkrecht zur Zeichenebene verläuft.
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Der Schirm 22 ist ebenfalls rechteckig und an einem Hebelarm 30 in
gleicher Weise wie der Schirm 21 befestigt.
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Die Hebelarme 29 und 30 sind mit einer gemeinsamen Achse 33 in einem
Lagerblock 34 gelagert. Eine Bewegung der Arme 29 und 30 wird durch eine an dem
Kamerakörper 20 angeordnete Einrichtung bewirkt, die mit den Hebelarmen 29 und 30
über Lenker 35 und 36 verbunden ist. Die Winkellage der Teile 29 und 30 ist so gewählt,
daß die Arme und Lenker sich frei bewegen können, ohne ins Blickfeld der Kamera
zu gelangen, und gleichzeitig eine Übertrag ung der Bewegung von .den Lenkern 35
und 36 auf .die Arme 29 und 30 gewährleisten.
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Die Schirme 21 und 22 sind mit den Teilen 29 und 30 so verbunden,
daß eine das Blickwinkelfeld halbierende Achse, die durch die gestrichelte Linie
0-X dargestellt ist, genau senkrecht zu der Ebene der Schirme verläuft, wenn sie
.in die optische Bahn zwischen dem Linsen-Prisma-System und dem Modell eingeschoben
sind. Die Lichtdurchlässigkeit des Bildschirmes 21 wird beispielsweise durch das
leichte Aufrauhen einer Oberfläche des Schirmes mit Schmirgelpapier und ein teilweises
Nachpolieren verändert. Der Schirm 22 wird beispielsweise durch Aufrauhung einer
Oberfläche mit Schmirgelpapier zu einer gleichmäßigen lichtdurchlässigen Mattfläche.
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In F i g. 3 sind die Vorrichtungen, die den Lenkern 35 und 36 eine
Bewegung erteilen, mit den Bezugsziffern 40 und 41 bezeichnet.
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Die Vorrichtung 40 weist ein Solenoid 42 mit einem beweglichen Anker
43 auf, an dem der Lenker 35 an .der Stelle 43' angelenkt ist. Der Anker 43 ist
mit .einem Schaft 44 versehen, auf dem eine Spiralfeder 45 angeordnet ist, die zwischen
einer Schulter 46 des Ankers und einer am Kamerakörper befestigten Konsole 47 eingespannt
ist. Die Konsole 47 ist mit einer Bohrung versehen, durch die der Schaft 44 frei
hindurchragen kann.
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Das Solenoid 42 wird über einen Schalter 48 von einer Gleichstromquelle
mit den Klemmen 49 und 50 mit Strom versorgt. Der Schalter 48 wird von einem Fluglehrer
gesteuert, so daß die Wirkungsweise dieses Mechanismus jederzeit den Anforderungen
des laufenden Programms angepaßt werden kann.
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In dem Augenblick, in dem der Schalter 48 geschlossen wird, bewegt
sich der Anker in die durch den Pfeil 51 angegebene Richtung. Dadurch wird die Feder
45 weitergespannt, und der Lenker 35 bewegt über den Hebelarm 30 (F i g. 2) den
Schirm 21 in die optische Bahn zwischen der Kamera und dem Modell. In F i g. 2 ist
der Schirm 21 in dieser Stellung eingezeichnet.
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Wird die Stromversorgung des Solenoids unterbrochen, wird der Anker
mit Hilfe der Feder 45 in seine Ausgangslage zurückgestellt und der Schirm 21 aus
der optischen Bahn zurückgezogen, so daß wieder die bei freier Sicht herrschenden
Bedingungen hergestellt sind.
Wie aus Fig. 3 weiter hervorgeht,
weist die Vorrichtung 41 ein Servostellsystem auf, das eine Ausgangswelle 52 hat,
die eine Kurbel 53 trägt, an deren Kurbelaian der Lenker 36 'an :der Stelle 54 angeienkt
ist. Die Welle 52 wird über ein Reduziergetrieb.e 56 und eine Reibungskupplung 57
von einem Servomotor 55 angetrieben. Der Servomotor wird von einem Verstärker 58
mit den Eingangsklemmen 59, 60 und 61 mit Strom versorgt.
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Ein an die Klemme 59 gelegtes Eingangssignal wird von einem entgegengesetzten
und auf .die Klemme 60 .gegebenen Signal beantwortet, das von einem Potentiometer
62 abgeleitet wird. Das Potentiometer 62 wird von einer nicht dargestellten und
mit der Klemme 63 verbundenen Wechselspannungsquelle gespeist. Der Motor kommt zur
Ruhe, wenn das Eingangs- und »Antwort«-Signal :die .gleiche Größe haben. Eine Rückkopplung
zur Geschwindigkeitsstabilisierung wird mittels der Wicklung eines Generators 64;
erzielt, der mit -der Welle des Motors 55 gekoppelt ist.
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Ein der Größe D entsprechendes Signal wird von dem Schleifer eines
Potentiometers 65 auf die Klemme 59 gegeben. Die Wicklung wird über die Klemme 66
von dem Verstärker 67 gespeist, det die Klemmen 68 und 69 aufweist. Auf die Klemme
68 wird ein den Wert h darstellendes Signal gegeben, das von der Höhe des nachgebildeten
Flugzeuges abhängt. Dieses Signal wird von dem Rechner 70 des Fliegerschulungsgerätes
abgenommen.
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An .die Klemme 60 wird ein konstantes Signal gegeben, das die Größe
k darstellt und das von einer nicht dargestellten Einrichtung des Fliegerschulungsgerätes
abgeleitet wird. Der Wert für k wird so gewählt, daß das Blickwinkelfeld oberhalb
der horizontalen Linie 0-A (F i g. 2) mit Hilfe des Schirmes 22 so begrenzt wird,
.daß nur ein himmelwärts gerichteter Anblick von einem Teil des Modells gegeben
wird, wenn das nachgebildete Flugzeug auf dem Boden ist. Der Schirm ist in F i g.
2 in dieser Lage dargestellt.
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Die Welle des Potentiometers 65 ist mit einem Drehknopf mit Skalenscheibe
71 versehen, die mit einer Bezugsmarke 72 zusammenwirkt. Die Scheibe hat eine Skala,
die in Werten für die maximale Entfernung f- geeicht ist, bei denen noch in Bodenhöhe
Gegenstände für den Piloten sichtbar sind. So entspricht das äuf die Klemme 59 gelangende
Signal der Gleichung e
Zwischen der Klemme 66 und dem Schleifer des Potentiometers 65 ist ein Widerstand
73 -eingeschaltet, um seine Kennlinien zu ändern und .die Aufteilung der Skala zu
verbessern.
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Das Übersetzungsverhältnis des Reduziergetriebes 56 ist so gewählt,
daß die Welle 52 einen Winkel von etwa 60° durchläuft, um eine Änderung des Wertes
D von D"1" - bei dem die Sichtweite ein Maximum und h gleich 0 ist - und auf einen
Wert D1 - bei dem die Sichtweite ein Minimum ist und h gleich der maximalen in der
Vorrichtung nachgebildeten Höhe ist - zu bewirken.
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Die Länge der Kurbel 53 ist so gewählt, daß der Schirm 22 (F i g.
2) bei einer Winkeldrehung der Welle von etwa 55° ganz in die optische Bahn hinein-oder
herausgeschwenkt wird. Die Kurbel 53 hat eine Verlängerung 74, die mit einem Anschlag
75 zusammenwirkt, um eine weitere Bewegung des Schirmes 22 über die Stellung, in
der das Blickfeld ganz abgedunkelt ist, hinaus zu verhindern.
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Bei Werten von D, die über den Wert von D1 .hinausgehen, fährt der
Motor 55 fort, sich zu drehen, während die Welle 52 feststeht und die Rutschkupplung
57 schleift. Daher wird für Werte von D zwischen D,";" und D1 das Blickwinkelfeld
in einer vertikalen Ebene und die maximale Sichtweite so verändert, aß ein Nebel
verschiedener Dichte nachgebildet werden kann.
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Bei dem im Zusammenhang mit den F i g. 2 und 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel
des Fliegerschulungsgerätes werden die Stellungen des ersten und zweiten optischen
Schirmes durch getrennte Vorrichtungen bestimmt.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird den Hebelarmen 29 und 30
eine Bewegung mittels einer einzigen Servovorrichtung ähnlich der Vorrichtung 41
verliehen. Die Arme Sind miteinander mittels einer Klinkenverbindung gekoppelt,
die dadurch gelöst wird, d-aß eine Potentiometersteuervorrichtung in eine Stellung
gebracht wird, die der minimalen Sichtweite entspricht, so daß die Arme unabhängig
voneinander sich bewegen können. Wenn die Klinkenvorrichtung gelöst wird, wird einer
.der Arme durch die Wirkung -einer Feder gedreht, und der erste Schirm wird in die
optische Bahn zwischen der Kameralinse und dem Modell eingeschoben, um Dunst vorzutäuschen.
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An dem anderen Arm ist der zweite Schirm .zum Nachbilden der Sichtverhältnisse
bei Nebel angebracht. Dieser Schirm ist so angeordnet, daß .das Blickwinkelfeld
in einer vertikalen Ebene mittels eines Servomechanismus ähnlich .der Vorrichtung
41 verändert werden kann.
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Die Arme werden wieder eingeklinkt, indem die Potentiometersteuereinrichtung
zunächst auf den Mindestwert und dann auf den Maximalwert für die Sichtweite gestellt
wird.