DE1948808A1

DE1948808A1 - Flugzeug-Anzeigegeraet

Info

Publication number: DE1948808A1
Application number: DE19691948808
Authority: DE
Inventors: Stormo Milo E
Original assignee: Singer General Precision Inc
Current assignee: Singer General Precision Inc
Priority date: 1968-11-25
Filing date: 1969-09-26
Publication date: 1970-07-02
Also published as: FR2024126A1; US3593259A; FR2024126B1; GB1281953A; JPS4919400B1

Description

Die Erfindung betrifft ein IPlugzeug-Gerät zur Anzeige der Flugbahn und des Gleitgefällewinkels des Flugzeuges für den Piloten.

Es gibt viele Arten von Instrumenten und Geräten zur Unterstützung des Flugzeugpiloten wahrend des Anfluges und der Landung bei schlechtem Wetter, wenn am Flughafen Bedingungen vorliegen, bei denen ein Sichtflug unmöglich und/oder verboten ist. Wenn jedoch klares Wetter herrscht und Vorkehrungen für eine Instrumentenlandung nicht vorhanden sind, dann ist eine Hilfe von außen für den Piloten nicht gegeben, welcher unter diesen Umständen seinen Anflug für die Landung allein durchführen und die entsprechenden Haßnahmen sowie Vorbereitungen treffen muß. Während dies keinerlei ernstes Problem für Piloten kleinerer Flugzeuge ist, kann es jedoch für die Besatzung größerer Flugzeuge schwierig werden, welche während der Landung nur schwer manövriert werden können, um ungewöhnliche Abweichungen von der beabsichtigten Flugbahn zu korrigieren. Die Erfindung hilft dem Piloten bei der Vorbereitung eines richtigen Anfluges, indem in die Sehlinie des Piloten und gegen den Hintergrund der Flugplatzrollbahn eine illuminierte Marke projiziert wird, welche den genauen Aufsetzpunkt des Flugzeuges auf die Rollbahn anzeigt.

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Um den von Flugzeugen herrührenden Lärm in der Umge,-bung größerer·'Flughäfen in Stadtnahe zu vermindern, gibt es in manchen Gebieten Bestimmungen, welche vorschreiben, daß große Flugzeuge den Flugplatz mit einem Gleitgefällewinkel von nicht weniger als 6° anfliegen. Die Erfindung ermöglicht es, einen solchen Gleitgefällewinkel genau zu bestimmen, indem eine in Grad geeichte Skala in der Sehlinie des Piloten auf einen durchsichtigen Schirm projiziert wird. Die Skala setzt unabhängig von der Höhe des Flugzeuges über NN die Winkelmarke "O" auf den Horizont und zeigt in Grad den Winkel zwischen dem Horizont und jedem von dem Piloten durch den durchsichtigen Schirm gewählten Objekt an. Solch ein ausgewähltes Objekt ist normalerweise der durch den durchsichtigen Schirm hindurch gesehene Aufsetzpunkt. Auf diese Weise kann der Pilot einen gewünschten Gleitgefällewinkel einfach dadurch einstellen, daß er sein Flugzeug in eine solche Stellung oder Lage bringt, daß der durch den durchsichtigen Schirm gesehene gewählte Gleitgefällewinkel mit dem Aufsetzpunkt des Flugzeuges auf der Rollbahn zusammenfällt. Um auf diesem Aufsetzpunkt zu landen, führt der Pilot dann die erforderliehen Geschwindigkeits- und Ausrichtungseinstellungen durch, so daß die auf den durchsichtigen Schirm projizierte Anstellungswinkelmarkierung ebenfalls dem gewünschten Aufsetzpunkt auf der Rollbahn entspricht.

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Das erfindungsgemäße Flugzeug-Gerät zur Anzeige der Flugbahn und des Gleitgefällewinkels des Flugzeuges für den Piloten ist demgemäß gekennzeichnet durch ein erstes bewegliches Netzwerk, einen, von den Ausgangssignalen eines Anstellwinkelmeßgerätes gesteuerten ersten Servoantrieb für das erste Netzwerk, ein zweites bewegliches Netzwerk, einen von ei- >■■ nem den Gleitgefällewinkel des Flugzeuges darstellenden Signal gesteuerten zweiten Servoantrieb für das zweite Netzwerk_s

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und ein optisches System zur Projektion des Bildes der Netzwerke ins Unendliche auf eine durchsichtige Fläche in der Sehlinie des Piloten. Dadurch wird eine Projektion der Netzwerkbilder auf das scheinbare Aufsetzgebiet des Plugzeuges erzielt. Da die in die Sehlinie des Piloten projezierten Bilder den Brennpunkt in der Unendlichkeit haben, beobachtet der Pilot ohne seine Augen besonders adaptieren, d.h. neu einstellen zu müssen, die Bilder so, als ob sie auf den den Hintergrund bildenden Himmel oder die Erde projiziert seien.

In weiterer Vervollkommnung der Erfindung besteht das zweite bewegliche Netzwerk aus einer in Gleitgefällewinkelgraden geeichten Skala. Weiterhin können die beiden beweglichen Netzwerke in einer Ebene im Hauptbrennpunkt eines Linsensystems angeordnet sein. Darüber hinaus kann das aweite bewegliche Netzwerk in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ein lichtun-" durchlässiges Band mit transparenten Ziffern aufweisen, während das erste bewegliche Netzwerk eine von hinten beleuchtete öffnung mit einer der Breite des besagten Bandes im wesentlichen entsprechenden Breite umfaßt und seitliche öffnungen besitzt, welche auf die durchsichtige Fläche bzw. den durchsichtigen Schirm als dünne horizontale Streifen projiziert sind.

Einem weiteren kennzeichnenden Merkmal der Erfindung zufolge kann nie transparente Fläche oder der transparente Schirm aus mehreren einzelnen waagerecht geschichteten, durchsichtigen Abschnitten bestehen, Vielehe jeweils an den mit den benachbarten Abschnitten in "Berührung kommenden-'Flächen beschichtet, vorzugsweise versilbert sind. !Dadurch, wird in horizontaler Richtung Transparenz und in vertikaler Richtung Lichtundurchlässigkeit ersielt.

Stattdessen kann die transparente Fläche mit Vorteil auch aus einer.transparenten Platte bestehen, welche mit einem

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optischen Filter tie schicht et ist, das alle sichtbaren Wellenlängen bis auf ein vorbestimmtes enges Wellenlängenband durchläßt, wobei das optische System die Bilder der beiden vorstehend erwähnten Netze in einer Farbe innerhalb dieses engen .Wellenlängenbandes projiziert.

Nachstehend ist eine Ausführungsform de'r Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise beschrieben. In diesen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines anfliegenden Flugzeuges, in welcher die Flugzeugneigung, die Flugbahn und der Anstellwinkel verdeutlicht sind;

Fig. 2 die Ansicht eines Längsschnittes durch ein erfindungsgemäßes Flugbahn-Anzeigegerät in schematischer Wiedergabe; .

Fig. 3 die perspektivische Darstellung eines Teils des Gerätes nach Fig. 2; ·

Fig. 4 die .schematische Wiedergabe der sich dem Piloten ' darbietenden Flugbahnanzeige des erfindungsgemäßen Gerätes bei vier verschiedenen Phasen eines Anflug- und Landungsvorganges eines Flugzeuges.

In Fig. 1 ist ein Flugzeug während des Abstieges bzw. der Landung dargestellt. Die als "Datum Line" bezeichnete Längsachse des Flugzeuges zeigt, daß das Flugzeug um einen Winkel P-unter den Horizont geneigt ist. Dieser Winkel ist mit demjenigen identisch, welcher von dem den künstlichen Horizont angebenden Gerät, d.h. dem "künstlichen Horizont" in der Instrumentenwand des Piloten angezeigt wird. .

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Das in Fig. 1 dargestellte Flugzeug ist mit verminderter Leistung betrieben, da die Flugbahn des Flugzeuges eignen verhältnismäßig großen Winkel mit der "Datum Line" des Flugzeuges einschließt. Dieser Winkel der Flugbahn stellt den Anstellwinkel (£ des Flugzeuges dar. Er ist als der Winkel zwischen dem relativen Wind, d.h. der Flugbahn, und der "Da-< turn Line", d.h. der Längsachse des Flugzeuges definiert. Informationen über den Anstellwinkel θζ liefert eine Vielzahl handelsüblicher Geräte, welche elektrische Signale hervorbringen, die proportional dem Anstellwinkel (K des Flugzeuges sind.

Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, stellt der Gleitgefällewinkel 7f* die algebraische Summe des Anstellwinkels O( und des Neigungswinkels P dar. Der Gleitgefällewinkel ff** ist derjenige Winkel, welchen die Flugzeugflugbahn mit dem Hori- . zont einschließt, wie in Fig. 1 gezeigt.

In Fig. 2 ist das Flugbahn-Anzeigegerät vereinfacht schematisch wiedergegeben. Es erhält Eingangssignale, welche den Anstellwinkel Ρζ und den Neigungswinkel P darstellen, und projiziert in die Sichtlinie des Piloten Bilder, welche den Gleitgefällewinkel ^f* und den Anstellwinkel b( darstellen. Das in Fig. 2 gezeigte Anzeigegerät weist einen durchsichtigen Schirm oder ein Kombinationsglas 10 mit einem dünnen optischen Überzug auf, um ein projeziertes Lichtbild von einem Anzeigegerät aufzunehmen. Das Kombinationsglas 10 kann aus einer "Vielzahl einzelner Abschnitte zusammengesetzt sein, welche jeweils nur auf denjenigen Flächen versilbert sind, die mit benachbarten Abschnitten in Berührung kommen. Die. Aufteilung des Kombinationsglases 10 in Abschnitte dient dazu, einen "Eouleau-Effekt" zu vermitteln, d.h. die Durchsicht durch das Kombinationsglas 10 in horizontaler Richtung zu gewährleisten, es aber bei Draufsicht im rechten Winkel lichtundurchlässig sein zu lassen* Dadurch ist verhindert,

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daß Sonnenlicht in das optische System gelangt und die Netzwerke beschädigt, welche im Hauptbrennpunkt des optischen Systems angeordnet sind. Ein weiterer Vorteil eines aufgeteilten Kombinationsglases 10 besteht darin, daß die Bilder der Netzwerke nicht auf die Flugzeugwindschutzscheibe projiziert werden, was den Piloten verwirren könnte.

Das Kombinationsglas 10 erhält die projizierten Bilder der Netzwerke, welche von einem Netzwerkträger 14- ausgehen, der innerhalb des Fluganzeigegerätes angeordnet ist. Die vom Träger 14- getragenen Netzwerke werden mittels einer hinter ihnen angeordneten Projektionslampe 16 auf einen um einen Winkel von 4-5° geneigten Spiegel 18 und durch eine Kollimationslinse 20 auf die- Oberfläche des Kombinationsglases 10 projiziert. Wie erwähnt, werden die im Flugbahnanzeiger enthaltenen Netzwerke von Signalen angetrieben, welche den Neigungswinkel P und den Anstellwinkel 0\ darstellen. Das Neigungswinkelsignal wird vom Verstärker 22, das Anstellwinkelsignal vom Verstärker 24· verstärkt. Da das erwünschte Ausgangssignal für den Gleitgefällewinkel *]t* gleich der algebraischen Summe des Anstellwinkels^^ und des Neigungswinkels P~ ist, muß der das Netzwerk 28 für den Gleitgefällewinkel, antreibende Servomotor 26 ein die Summe von Anstellwinkel und Neigungswinkel darstellendes Signal erhalten. Daher müssen die Verstärker 22 und 24- so miteinander verbunden sein, daß der Verstärker 22 ein die algebraische Summe P + 0( darstellendes Ausgangssignal liefert.

Wie besonders deutlich aus Fig. 3 hervorgeht, ist der Träger 14- als bewegliche Platte ausgebildet, Vielehe mit einem Getriebe zur senkrechten Bewegung bezüglich des Gehäuses JO > versehen ist. Die senkrechte Bewegung des Trägers 14 wird von einem Servomotor 32 vermittelt, der ein Ritzel 3^ antreibt, das in eine Zahnstange 36 des Gehäuses 30 eingreift«," Der Ser-

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vomotor 32 erhält Eingangssignale vom Verstärker 24 und verschiebt dementsprechend den Träger 14 senkrecht. An diesem ist das Lampengehäuse 58 befestigt, welches die Lampe 16 enthält. Ein Ende des Lampengehäuses 38 weist ein Netzwerk 40 auf, das gemäß Fig. 3 rechteckig ist und horizontale, stangenförmige Portsätze 44 besitzt, die von den senkrechten Seiten des Rechtecks vorstehen. Die Breite des rechteckigen Abschnitts des Netzwerkes 40 muß etwas kleiner sein als die eines Bandes 42, auf welches das Gleitgefällewinkel-Netzwerk gedruckt ist. Das Band 42 wird vom Servomotor 26 angetrieben, wie in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben, und besteht aus transparenten Ziffern auf einem lichtundurchlässigen Band, so daß beim Vorbeilaufen vor dem rechteckigen Abschnitt des Netzwerkes 40 nur die transparenten Ziffern durch das optische System hindurch auf das Kombinationsglas 10 projiziert werden. Die Fortsätze 44, welche von den senkrechten Seiten des rechteckigen Abschnittes des Netzes 40 vorspringen, stellen das Netzwerk für den Anstellwinkel dar und werden mit den Gleitgefallewinlcelziff era auf das Kombinationsglas projiziert.

In Fig. M sind verschiedene Anzeigen des erfindungsgemäßen Gerätes während der Landung einschließlich Vorbereitung dazu wiedergegeben, wobei oberhalb der Anzeigen der tatsächliche Flugzeugzustand schemati sch dargestellt ist. Bei Anzeige 4a fliegt das Flugzeug 50 mit Reisegeschwindigkeit und in normaler horizontaler Reiselage. Die "Datum Line" (Längsachse) und Flugbahn des Flugzeuges $0 fallen mit dem Horizont zusammen. Daher sind der ■ Anstellwinkel oC und der Gleitgefällewinkel Tf^gleich Null. Bei der Anzeige 4a sind die auf das Kombinationsglas 10 projezierten Fortsätze 44 des-Anstellwinkelnetzwerkes 40 auf einer Linie mit dem Horizont, der -durch die vom Netzwerk auf dem Band 42 erzeugte Harke "0" dargestellt ist. In der Ferne und etwas-unterhalb des Horizonts ist eine Flughafenrollbahn 52 zu sehen.

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Bei der Anzeige 4b hat der Pilot, welcher auf der Rollbahn 52" landen will, die Motore gedrosselt und eine Verlangsamung des Flugzeuges ,50 unter Aufrechterhaltung der waagerechten Lage zustande kommen lassen. Die "Datum Line" (Längsachse) des Flugzeuges verbleibt also waagerecht, doch beginnt das Plugzeug 50 sich in der Flugbahn 54- zn senken. Der Winkel zwischen der Flugbahn 54- und der "Datum Line" (Längsachse) des Flugzeuges 50, nämlich der Anstellwinkel 0ζ t wird von entsprechenden Geräten ermittelt und über den Servoverstärker 24 dem Servomotor 32 mitgeteilt, welcher den Träger 14 und die Fortsätze 44 in eine Stellung bringt, die von dem von den Anstell-

fe ■ winkelmeßgeräten ausgehenden Signal bestimmt ist. Die Rollbahn. 52, welche nunmehr durch das Kombinationsglas 10 hindurch näherliegend erscheint, wird vom Piloten gesehen, und zwar derart, daß die Fortsätze 44" auf der Linie des erwünschten Aufsetzpunktes auf die Rollbahn 52 liegen. Der vom Netzwerk auf dem beweglichen Band 42 hervorgebrachte Gleitgefällewinlcel^»^ bleibt unbewegt, da der Neigungswinkel des Flugzeuges 50 sich nicht geändert hat. Dieses Netzwerk verdeutlicht"jedoch dem Piloten, daß der von den Fortsätzen 44 gezeigte Aufsetzpunkt einen Gleitgefällewinkel von etwa 3,5° für das Flugzeug 50 darstellt. In bestimmten lärmempfindlichen Stadtbereichen wäre ein solcher Winkel unangemessen, und der Pilot müßte den Horizontalflug solange beibehalten, bis der Aufsetzpunkt etwa

ψ 6° unterhalb des Horizonts liegt.

Bei der Anzeige 4c hat das Flugzeug 50 die Nase unter den Horizont 56 gesenkt, und die' "Datum Line" (Längsachse) 58 des Flugzeuges 50 schließt einen kleinen Neigungswinkel mit dem Horizont 56 ein. Dieser Neigungswinkel P wird von geeigneten Meßgeräten ermittelt und über den Verstärker 22 dem Servomotor 26 aufgegeben, welcher das Band 42 in eine Stellung bringt, die von den Signalen der Meßgeräte bestimmt ist* Das Flugzeug 50 hat jetzt ein steileres Absinken erreicht, und die

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Flugbahn 54 ist größer geworden. Wie der Pilot durch das Kombinationsglas 10 sehen kann, hat sich das Netzwerk auf dem

. Band 42 nach oben bewegt, so daß die Marke "0" des Netzwerkes auf dem Horizont bleibt. Daß die Flugzeugnase sich gesenkt
hat, verdeutlicht auch die niedrigere Stellung des gesamten
Kombinationsglases 10. Das Flugzeug ist auf die Rollbahn 52
ausgerichtet und der Pilot hat das Absinken so eingestellt,
daß die Fortsätze 44 richtig auf den gewünschten Aufsetzpunkt

■ auf die Rollbahn 52 ausgerichtet sind. Der vom Netzwerk auf
dem beweglichen Band 42 hervorgebrachte Gleitgefällewinkel
zeigt, daß das Flugzeug 50 einen Gleitgefällewinkel von etwa 5,5° einhalten muß, um an dem gewünschten Punkt auf der Sollbahn zu landen.

Bei der Anzeige 4d hat das Flugzeug 50 die Flughafen-'grenzen überschritten und wird angestrahlt, ist ferner kurz . vor dem-Aufsetzen auf die Rollbahn 52. Dabei ist die Flugzeug nase hoch und die "Datum Line" (Längsachse) 58 des Flugzeuges 50 hat eine Neigung nach oben. Diese Flugzeugstellung verdeut licht die höhere Stellung des Kombinationsglases 10. Die Neigungswinkelmeßgeräte des Flugzeuges 50 haben das Gleitgefallewinkelnetzwerk auf dem Band 42 so eingestellt, daß die Winkelmarke "0" noch mit dem Horizont zusammenfällt. Die Anstellwinkelmeßgeräte des Flugzeuges 50 haben die Netzwerktragplatte 14 und die Fortsätze 44 so eingestellt, daß das Flugzeugaufsetzen auf die Rollbahn mit einem Gleitgefällewinkel von
etwa 2,5° angezeigt ist. An dieser Stelle des Landungsvorganges kann es für den Piloten ratsam sein, die Flugzeugnase sogar noch weiter zu erhöhen, so daß die Fortsätze 44 sich dann dem Gleitgefällewinkel 0 beim Aufsetzen nähern, um eine weiche Landung ohne Aufprallgefahr zu gewährleisten*

Von besonderer Bedeutung ist es, daß die Netzwerkbilder mit im Unendlichen liegenden Brennpunkt auf das Kombina-

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tionsglas 10 projiziert werden. Daher kann nämlich der Pilot diese Bilder bequem sehen, ohne seine Augen besonders adaptieren und von der beabsichtigten Flugbahn oder dem Aufsetzpunkt auf die Rollbahn entfernen zu müssen. Weiterhin wird durch die Projektion der Netzwerkbilder in das Unendliche auf die Oberfläche des Glases 10 erreicht, daß die produzierten Bilder sich bezüglich des beobachteten Hintergrundes nicht ändern, wenn sich die Sehlinie des Piloten ändert.. Bei einer Bewegung des Kopfes des Piloten und seiner Sehlinie über die Oberfläche des Glases 10.erscheinen die projezierten Setzwerkbilder stationär auf dem Hintergrund.

Ψ Erfindungsgemäß kann das Kombinationsglas 10 aus einer einzelnen durchsichtigen Glasplatte bestehen, die gemäß Fig. 2 mit einem optischen Filter 60 geringer Abdeckbandbreite beschichtet ist, das alle Wellenlängen bis auf ein sehr schmales optisches Band durchläßt, vorzugsweise bei einer Wellenlänge von etwa 6200 Angström liegend. Dabei ist dann die Kollimationslinse 20 mit einem optischen Filter 62 geringer ' Durchlaßbandbreite beschichtet, das lediglich das Licht durchläßt, welches in der Wellenlänge dem vom Filter 60 zurückgehaltenen Licht entspricht. Daher werden die Ifetzwerkbilder in einer besonderen Farbe, auf das Glas-10 projiziert, die nicht durch das Glas 10 hindurchgeht und daher zum Piloten hin reflektiert wird. Die Vorteile der Verwendung optischer Interferenzfilter 60, 62 bestehen darin, daß eine Lampe 16 geringerer Intensität für die .Projektion der Netzwerkbilder erforderlich ist, und daß äußeres, von einem rechten Winkel oberhalb des Glases 10 in das System einzudringen versuchendes Sonnenlicht vollständig reflektiert oder absorbiert wird, bevor es durch die Linse 20 auf die Netzwerke focussiert werden j kann, welche in ihrer Brennebene liegen.

Die Erfindung liefert einem Piloten.alle erforderlichen Informationen, um einen definierten Aufsetzpimkt auf der

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Rollbahn mit dem richtigen Gleitgefällewinfcel anzufliegen. Sie trägt auch zu einem vollkommenen und weichen Aufsetzen ohne Aufprallgefalir für das Flugzeug bei.

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Claims

Ansprüche

1.j Flugzeug-Gerät zur Anzeige der Flugbahn und des Gleitgeällewinkels des Flugzeuges für den Piloten, gekennzeichnet durch ein erstes bewegliches Netzwerk (44), einen von den Ausgangssignal en eines Anstellwinkelmeßgerätes gesteuerten ersten Servoantrieb (32) für das erste Netzwerk (44), ein zweites bewegliches Netzwerk (26), einen von einem den Gleitgefällewinkel des Flugzeuges darstellenden Signal gesteuerten zweiten Servoantrieb (26) für das zweite Netzwerk (28), und ein optisches System zur Projektion des Bildes der Netzwerke (445 28) ins Unendliche auf eine durchsichtige Fläche (10) in der Sehlinie des Piloten·

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite bewegliche Netzwerk aus einer in Gleitgefällewinkeigraden geeichten Skala (28) besteht· -

3. Gerät nach Anspruch Λ oder 2, dadurch gekennzeichnet^ daß die beiden beweglichen Netzwerke (44; 28) in einer Ebene im Hauptbrennpunkt eines Linsensystems angeordnet sind.

4. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite bewegliche Netzwerk (28) ein lichtundurchlässiges Band (42) mit transparenten Ziffern aufweist, und daß das erste bewegliche Netzwerk eine von hinten beleuchtete Öffnung (40) mit einer der Breite des Bandes (42) im wesentlichen entsprechenden Breite umfaßt und seitliche Öffnungen (44) besitzt, welche auf die durchsichtige Fläche (10) als dünne horizontale Streifen projiziert sind.

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5- Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Fläche (10) aus mehreren ein-

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zelnen waagerecht geschichteten, durchsichtigen Abschnitten besteht, welche jeweils an den mit den benachbarten Abschnitten in Berührung kommenden Flächen beschichtet, vorzugsweise versilbert sind·

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn-⁴ zeichnet, daß die transparente Fläche (10) aus einer transparenten Platte besteht, welche mit einem optischen Filter
(60) beschichtet ist, welches alle sichtbaren Wellenlängen
bis auf ein vorbestimmtes enges Wellenlängenband durchläßt, wobei das optische System die Netzbilder in einer Farbe innerhalb dieses Wellenlangenbandes projiziert.

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