DE2110587A1 - Flugbahn-Anzeigeinstrument - Google Patents

Description

Flugbahn-Anz eigeinstrument

Die Erfindung betrifft ein Flugbahn-Anzeigeinstrument zur Darstellung des Flugzeug-Neigungswinkels für den Piloten.

Es sind bereits eine Anzahl Instrumente bekannt, um den Piloten den Anflug und die Landung bei schlechtem Wetter und auch dann zu erleichtern, wenn auf dem Flugplatz Bedingungen entsprechend den Sichtflugvorschriften (VFE) vorliegen. Wenn dagegen das Wetter klar und Instrumente zur Erleichterung der Landung nicht erforderlich sind, wird und muß der Pilot im allgemeinen ohne äußere Hilfe, gestützt auf sein eigenes Urteilsvermögen, sein Flugzeug auf einer geeigneten Lande-Anflugbahn steuern. Während ein derartiger Vorgang für Piloten kleinerer Flugzeuge keine besonderen Probleme darstellt, können sich doch für Mannschaften größerer Flugzeuge ernstliche Schwierigkeiten ergeben, da sie während eines Landevorgangs nicht so schnell manövrieren können, um unbeabsichtigte Abweichungen von einer vorgesehenen Flugbahn zu korrigieren.

Es wurde bereits ein ähnliches Flugbahninstrument vorgeschlagen, das den Anflugwinkel in Form von Eingangs-

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Signalen angibt und eine Marke anzeigt, die die tatsächliche Flugbahn- des Flugzeuges darstellt. Die vorbezeichnete Marke wird optisch auf einen transparenten Schirm und auf tatsächliche Erdkoordinaten ins Unendliche projiziert, so daß die Projektion dem Piloten den wirklichen Aufsetzpunkt auf der Landebahn anzeigt.

Weiterhin wurde noch ein System vorgeschlagen, bei dem eine genaue Einrichtung den tatsächlichen Flugbahnwinkel des Flugzeugs während der Landung bestimmt. Dies wird mit Hilfe einer Skala erreicht, die in Graden geeicht und auf den transparenten Schirm in die Sehachse des Piloten projiziert ist. Bei dem Instrument gemäß diesem Vorschlag ist mit der Skala, unabhängig von der Flughöhe, eine Anzeige in Winkelgraden zwischen der Horizontalen und irgendeinem Zielpunkt geschaffen, der von den Piloten durch den transparenten Schirm hindurch ausgewählt ist. Dieser ausgewählte Zielpunkt wird normalerweise der Aufsetzpunkt sein, wie er durch den transparenten Schirm hindurch zu sehen ist. Bei Verwendung der in diesem Vorschlag beschriebenen Anordnung kann der Pilot sein Flugzeug auf einen gewünschten Gleitwinkel derart einstellen, daß der ausgewählte Gleitbahnwinkel, wie er auf dem transparenten Schirm erscheint, mit dem Aufsetzpunkt auf der Landebahn zusammentrifft. Um auf diesem Aufsetzpunkt zu landen, nimmt dann der Pilot die nötigen Geschvrindigkeits und Höhenkorrekturen vor, so daß der eingestellte, auf den transparenten Schirm projizierte Winkel immer mit dem vorgesehenen Aufsetzpunkt auf der Landebahn zusammenfällt. Der Nachteil dieser bereits vorgeschlagenen Instrumente und Anordnungen besteht darin, daß die angezeigte Flugbahn von der Bewegung der Luft, d.h. von Gegen- oder Rückenwind abhängig ist.

Um diese Nachteile der bereits vorgeschlagenen Anzeigeinstrumente zu vermeiden und den Piloten bei der Bestimmung eines genauen Anflugs zur Landung seines Flugzeugs unter Sicht-

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rlugbedingungen _zu unterstütz en, ist gemäß der Erfindung ein i'liigbahn-Anseigeinstrument zur Darstellung des Flugzeug-Neit_*unr:swiiikels für den Piloten vorgesehen, das durch ein beweglicher, Leuchtkreus auf einer in Graden des Neigungswinkels geeichten Skala, durch eine Bewoeinrichtung, die auf die Ausgnngssignale einer; Fühlers zur Erfassung des Neigungswinkels i'r.z· das bewegliche Leuchtkreuz anspricht, und durch eine optische Einrichtung zur Projektion einer Abbildung des Leuchtkreuzes auf einer durchsichtigen Fläche in der Sehachse des Piloten auf Unendlich gekennzeichnet ist, wobei die Abbildungen der Leuchtkreuze in die scheinbare Bodenposition des Aufsetz- λ punktes des Flugzeugs projiziert sind.

Durch das Flugbahn-Anzeigeinstrument gemäß der Erfindung ist der Landevorgang erheblich einfacher geworden, da die geeichte Skala, die in die Sehachse des Piloten auf den durchsichtigen Schirm projiziert ist, den tatsächlichen Neigungswinkel des Flugzeugs anzeigt; dies stellt für den Piloten aber eher eine Hilfe dar als die Anzeige der Flugbahn in den bereits vorgeschlagenen Anordnungen. Bei einem Instrument gemäß der vorliegenden Erfindung kann daher der Pilot einen vorgesehenen Neigungswinkel bis zu dem ausgewählten Aufsetzpunkt einhalten, indem er einen Gradwert einstellt,· der beispielsweise diesem Winkel entspricht. Dieser Winkel wird dann un- I abhängig von der Bewegung der das Flugzeug umgebenden Luftmassen eingehalten.

Die Erfindung weist weiterhin ein optisches Anzeigeinstrument auf, das den Neigungswinkel des Flugzeugs wiedergebende Signale von am Flugzeug angebrachten Fühlern erhält. Diese Signale betätigen eine Servoeinrichtung, durch die ein von hinten beleuchtetes Leuchtkreuz eingestellt wird, das gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in der Haupt-Brennebene eines optischen Systems liegt, so daß die Leuchtkreuzabbildungen auf einen transparenten Schirm projiziert

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und in die Sehachse des Piloten eingestellt sind. Hierbei sind diese Bilder auf unendlich fokusiert, so daß der Pilot ohne eine Nacheinstellung seines Auges die Leuchtkreuzabbildungen beobachtet, wie wenn sie auf die Erde oder den Himmel als Hintergrund projiziert wären.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung eines Flugzeug-Neigungswinkels ;

Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung ed^es Anzeigeinstruments zur Darstellung des Neigu- Kinkels gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Geräts zur Wiedergabe des Leuchtkreuzes, das in dem Instrument gemäß der Erfindung verwendet werden kann; und

Fig. 4 eine Darstellung aus der hervorgeht, wie der Neigungswinkel ±ur den Piloten während vier Stufen eines Landeanflugs darstellbar ist.

In Fig. 1 ist das Niedergehen eines Flugzeugs dargestellt. Die Flugzeugmittellinie, die in der Zeichnung als Bezugslinie wiedergegeben und in Fig. 4 durch das Bezugssymbol 64 bezeichnet ist, zeigt an, daß das Flugzeug um einen Winkel P zu der Horizontalen geneigt ist. Dieser Winkel ist dann identisch mit dem, der durch das Instrument, das den künstlichen Horizont wiedergibt, auf der Instrumententafel des Piloten angezeigt ist.

In Fig. 2 ist eine vereinfachte schematische Darstellung des Instrumentes zur Anzeigte des N ei prunes wink el π t^ve~

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maß der Erfindung dargestellt. Das Instrument gibt die den Neigungswinkel P wiedergebende Eingangswinkel an und projiziert den Neigungswinkel darstellende Leuchtkreuz-Abbildungen in die Sehachse des Piloten. Das in Fig. 2 dargestellte Anzeigeinstrument besitzt einen transparenten Schirm oder eine zusammengesetzte Glasscheibe 10, die mit einer dünnen optischen Schicht beschichtet ist, auf der eine leuchtende von einem Anzeigeinstrument projizierte Abbildung wiedergegeben wird.

Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, ist die Glasscheibe 10 aus einer Vielzahl einzelner Teile zusammengesetzt, von denen jedes nur auf den Oberflächen versilbert ist, die in unmittelbarer Berührung mit den benachbarten Teilen stehen. Die Unterteilung der zusammengesetzten Glasscheibe 10 schafft einen "Jalousien"-ähnlichen Effekt, da man bei horizontaler Blickrichtung durch die zusammengesetzte Glasscheibe hindurchschauen kann, während sie bei vertikalen Einfallwinkeln undurchsichtig ist, so daß beispielsweise der Einfall vom Sonnenlicht in das optische System verhindert ist. Ein weiterer Vorteil der unterteilten, zusammengesetzten Glasscheibe besteht darin, daß die Abbildungen der auf die Flugzeugwindschutzscheibe projizierten Leuchtkreuze unterbunden sind, durch die der Pilot verwirrt werden könnte.

Die zusammengesetzte Glasscheibe 10 erhält die projizierten Abbildungen des Lichtkreuzes von einem Lichtkreuztibertrager 14 in dem Flugbahninstrument. Die durch den Übertrager 14 übertragenen Leuchtkreuze werden durch eine Projektionslinse 16, die hinter den Leuchtkreuzen eingestellt ist, gegen einen um 4-5°-geneigten Spiegel 18 durch eine Kollektivlinse 20 hindurch auf die Oberfläche der .zusammengesetzten Glasscheibe 10 projiziert. Wie bereits erwähnt, werden die in dem Flugbahn-Anzeigeinstrument wiedergegebenen Leuchtkreuze durch Signale erzeugt, die den Neigungswinkel P des Flugzeugs

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darstellen. Das Neigungswinkel-Signal wird in einem Verstärker 22 "verstärkt. Eine Lampe 16 ist zusammen in einem Lampengehäuse 38 enthalten, das fest in dem Leuchtkreuzübertrager 14 untergebracht ist.

Ein undurchsichtiges Band 28 wird durch einen Servomotor 26 angetrieben und weist transparente Ziffern 4-2 auf, so daß wenn das Band vor dem rechteckigen Teil einer Leuchtkreuz-Platte 40 (Pig. 3) in dem Lampengehäuse 38 vor der Lampe 16 vorbeigeführt wird, nur diese transparenten Ziffern mittels des optischen Systems auf die zusammengesetzte Glasscheibe projiziert werden. Das Bezugssymbol 64- ist in Beziehung zu dem Flugzeugrumpf eingestellt und kann durch ein Teil 44 der Leuchtwinkel-Platte 40 hindurch projiziert werden.

Ebenso sind auf dem Band bei. den Gradanzeige-Ziffern 0 bis -10° Bezugslinien vorgesehen, wobei die Bezugslinien für 0 und -3 , wie in Fig. 4 dargestellt ist, hervorgehoben sind. Diese Bezugslinien dienen dazu, um eine vorgesehene ziffernmäßige Einteilung in Übereinstimmung mit einem ausgewählten Aufsetzpunkt auf einer Landebahn beispielsweise während einer "Schiebe"-Landung bei Seitenwind zu erhalten, wenn die Ziffer selbst gegenüber der Landebahn verschoben ist. Ebenso sind die Bezugslinien während des Flugs zweckmäßig, um leicht die relative Höhe eines benachbarten Flugzeugs zu bestimmen.

In Fig. 4 ist die Betriebsweise des Instrumentes gemäß der Erfindung dargestellt, durch das dem Piloten verschiedene Informationen während eines Anflugs auf eine Landebahn dargestellt werden. In Fig. 4a befindet sich das Flugzeug 50 mit Reisegeschwindigkeit in einer normalen, horizontalen Fluglage. Die durch das Bezugssymbol 64 bezeichnete Flugzeugbezugslinie und die auf der Neigungswinkel-Skala ablesbare Ziffer Null stimmen dann beide mit der horizontalen Linie 56 überein. Der Neigungswinkel ist damit gleich ITuIl und der Flugzeug-

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rumpf befindet sich in der Horizontalen. Die Darstellung der Fig. 4a zeigt eine Landebahn 52 auf einem Flughafen in einem Abstand, der geringfügig unter dem Horizont liegt.

Wenn sich der Pilot entschlossen hat, auf der Landebahn 52 des Flughafens zu landen, vermindert er die Antriebsleistung des Flugzeuges, so daß dieses unter Beibehaltung einer horizontalen Lage zu sinken beginnt, wie in Fig. 4b dargestellt ist. Die Flugzeugbezugslinie bleibt dann im wesentlichen -danil·-horizontal, wie es durch die Darstellung des Bezugssymbols 64 angezeigt ist, und ebenso ist der Flugzeug-Neigungswinkel weitgehend gleich Null; trotzdem aber beginnt das Flugzeug auf einer Flugbahn niederzugehen, die durch den Pfeil 54 angegeben ist. Die Landebahn 52, die nunmehr durch die zusammengesetzte Glasscheibe 10 hindurch näher erscheint, wird nun vom Piloten zusammen mit einer besonderen Einteilung auf der Neigungswinkel-Skala betrachtet, die sich in einer Linie mit einem vorgesehenen Aufsetzpunkt auf der Landebahn 52 befindet.

In Fig. 4c hat das Flugzeug 50 seinen Rumpf unter die Horizontale 56 und die Flugzeug-Bezugslinie 58 abgesenkt, wie dem Bezugssymbol 64· zu entnehmen ist, und bildet nun einen kleinen Neigungswinkel mit der Horizontalen 56? was wiederum auf dem Anzeigeinstrument durch die Skala angegeben wird. Dieser Neigungswinkel P wird von den Fühlern des Flugzeuges abgetastet und durch den Verstärker 22 auf den Servomotor 26 übertragen, der das Band 42 bis in eine Stellung bewegt, die durch die Signale der Fühler an dem Flugzeug bestimmt wird.

Hierdurch wird dann der Sinkflug des Flugzeugs steiler und die Flugbahn, die durch den Pfeil 54 dargestellt wird, ist breiter geworden. Wie der Pilot durch die zusammengesetzte Glasscheibe hindurch erkennen kann, hat sich das Leuchtkreuz auf

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dem Band 42 nach oben bewegt, so daß die Nullmarke des Leuchtkreuzes auf dem Bezugshorizont bleibt. Durch die Abwärtsbewegung der gesamten zusammengesetzten Glasscheibe wird angezeigt, daß der Flugzeugrumpf gesunken ist. Das Flugzeug ist dann in eine Linie mit der Landebahn 52 gebracht worden und der Pilot hat den Sinkflug des Flugzeugs so eingestellt, daß. die vorgesehene numerische Einteilung auf dem Anzeigeinstrument sich ebenfalls auf einer Gerade mit dem vorgesehenen Aufsetz-• punkt auf der Landebahn 52 befindet. Der Pilot braucht also nur noch diese Einteilung in Übereinstimmung mit dem ausgewählten Aufsetzpunkt zu halten und wird dann unabhängig von P der Bewegung der umgebenden Luftmassen unter diesem Winkel aufsetzen. Sollte sich der Pilot irgendwann während des Niedergehens entschließen, seinen Anflug in einen ν ~ger steilen Winkel abzuändern, dann braucht er sein Flugzeug nur so lange zu steuern, bis eine neu numerische Einteilung, die der neuen Ziffer entspricht, auf den Aufsetzpunkt eingestellt ist.

In Fig. 4d ist eine Situation dargestellt, nachdem das Flugzeug die Flughafenbegrenzungen überflogen hat und abgefangen ist, um am vorgesehenen Aufsetzpunkt auf der Landebahn 52 aufzusetzen. In diesem Fall ist der Flugzeugrumpf noch so hoch, wie es durch das Bezugssymbol 64 dargestellt ist; die fc Flugzeugbezugslinie ist hierbei schwanzlastig dargestellt. Die Höhenlage des Flugzeugrumpfes ist in Fig. 4-d durch die höhere Stellung der zusammengesetzten Glasscheibe 10 wiedergegeben. Die an dem Flugzeug angebrachten Fühler zur Feststellung des Neigungswinkels stellen das Leuchtkreuz auf dem Band 42 so ein, daß die Nullmarke noch mit dem Horizont zusammenfällt. In einem solchen Fall ist es während des Anflugs dann für den Piloten zweckmäßig, den Rumpf des Flugzeugs noch weiter anzuheben, so daß sich die gewählte Einteilung auf der Skala im Augenblick des Aufsetzens der Nullinie des Neigungswinkel nähert, um so, ohne Gefahr zu laufen, daß das Flugzeug springt, weich

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zu landen.

Da die Leuchtkreuz-Abbildungen auf Unendlich eingestellt auf die zusammengesetzte Glasscheibe 10 projiziert werden, kann der Pilot diese Leuchtkreuz-Abbildungen leicht "beobachten, ohne seine Augen nachfokusieren und von der vorgesehenen Flugbahn oder dem vorgesehenen Aufsetzpunkt auf der Landebahn entfernen zu müssen. Da die Leuchtkreuz-Abbildungen weiterhin auf Unendlich auf die Oberfläche der zusammengesetzten Glasscheibe 10 projiziert sind, ändern sich diese projizierten Abbildungen bezüglich des beobachteten Hintergrundes nicht, wenn sich die Sehachse des Piloten ändert. Wenn demnach der Pilot seinen Kopf oder seine Sehachse gegenüber der Ober- " fläche der zusammengesetzten Glasscheibe 10 verändert, erscheinen doch die projiziert en Leuchtkreuz-Abbildungen unverändert auf dem Hintergrund.

Die zusammengesetzte Glasscheibe 10 kann aus einer einzigen transparenten Glasplatte hergestellt sein, die mit einem schmalbandigen, optischen Kerbfilter 60 (Fig. 2) beschichtet ist, das alle Wellenlängen außer der sehr schmalen optischen Bandbreite, vorzugsweise eine Wellenlänge von ungefähr 6200 A durchläßt. Die Kollektivlinse 20 kann dann ebenfalls mit einem schmalbandigen, optischen Filter 62 beschichtet sein, das nur die Lichtwellenlängen durchläßt, die den Wellen- ( längen entspricht, die von dem Filter 60 zurückgewiesen sind. Die Leuchtkreuz-Abbildungen werden dann auf die zusammengesetzte Glasscheibe 10 zusammen mit einer besonderen Farbe projiziert, die nicht durch die zusammengesetzte Glasscheibe hindurchgeht und demgemäß zu dem Piloten hin reflektiert werden muß. Die Vorteile bei der Verwendung zusammengesetzter, optischer Indifferenzfilter 60 und 62 bestehen darin, daß eine Lampe 16 mit geringerer Leuchtstärke, als sie sonst erforderlich wäre, verwendet werden kann, um die Leuchtkreuz-Abbildungen zu projizieren; ebenso wird Sonnenlicht, das von außen in das System etwa unter einem Winkel von 90° durch die zusammengesetzte Glasscheibe 10 eindringen will, vollständig reflektiert oder absol-

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- ίο -

viert, "bevor es durch die Kollektivlinse 20 auf die Leuchtkreuze fokusiert werden kann, die in der Brennebene eingestellt sind.

Durch die Anordnung gemäß der Erfindung werden dem Piloten alle notwendigen Informationen verschafft, die er für einen Anflug unter einem geeigneten Gleitbahnwinkel benötigt, um auf einem bestimmten Aufsetzpunkt auf der Landebahn aufzusetzen, ohne hierbei Rücken- oder Gegenwinde berücksichtigen zu müssen; weiterhin stellt die Anordnung gemäß der Erfindung für den Piloten .eine Hilfe dar, um das Flugzeug ohne irgendwelche Sprünge perfekt und weich aufsetzen zu können. Das Bezugssymbol 64 beinhaltet noch den zusätzlichen Vorteil, daß der Pilot das Flugzeug während des Startes auf den vorgesehenen Winkel einstellen kann, ohne hierbei seine Augen von dem Kurs abwenden zu müssen, um die Instrumente auf der Anzeigetafel zu beobachten. '

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Claims (4)

1. -11-Pat ent ansprüche

   Hy^Flugbahn-Anzeigeinstrument zur Darstellung des Flugzeug-Neigungswinkels für den Piloten, gekennzeichnet durch ein
   bewegliches Leuchtkreuz (64) auf einer in Graden des Neigungswinkels geeichten Skala, durch eine Servo-Einrichtung (26),
   die auf die Ausgangssignale eines Fühlers zur Feststellung des Neigungswinkels für das bewegliche Leuchtkreuz (64) anspricht, und durch eine optische Einrichtung (16, 18, 20) zur Provozierung einer Abbildung des Leuchtkreuzes (64) auf einer durchsichtigen Fläche (10) in der Sehachse des Piloten auf Unendlich, wobei die Abbildungen der Leuchtkreuze in die scheinbare Bodenposition des Aufsetzpunktes des Flugzeuges projiziert sind.
2. 2. Flugbahn-Anzeigeinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leuchtkreuz (64) in die Hauptbrennebene eines Linsensystems (20) eingestellt ist.
3. 3. Flugbahn-Anzeigeinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtkreuz-Übertragungseinrichtung (14)
   ein undurchsichtiges Band (28) mit transparenten Ziffern (42)
   aufweist.
4. 4. Flugb alia-Anzeigeinstrum ent nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung (40, 44) zur Darstellung der Bezugslinie des Flugzeugs aufweist, und daß die optische Einrichtung (16, 18, 20) eine .Ibbildung des Bezugssymbols (64)
   auf die durchsichtige Fläche (10) auf Unendlich eingestellt
   projiziert.

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