DE2753399C2 - Vorrichtung zum Projizieren des Horizonts für einen Luftfahrtsimulator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ^ine Vc: richtung zum Projizieren des Horizontes für eüen Flugsimulator mit einer Einrichtung, die ein ebenes Luftbad der Erdoberfläche liefert, mit einer Weitwinkeloptik, die das Luftbild auf die Innenfläche eines kugelförmigen Projektionsschirmes projiziert, mit einer Position des Flugschülers, die gewährleistet, daß sich seine Augen nahe am Mittelpunkt des Projektionsschirmes befinden, mit einer Einrichtung zum Verschieben des projizierten Bildes, mit einer Einrichtung zum Drehen des projizierten Bildes um seinen Mittelpunkt und mit einer Steuereinrichtung, die auf den eingestellten Kurs, die eingestellte Höhe und die eingestellte Lage des Flugzeuges anspricht und die Drehung, die Verschiebung und die Abmessungen des projizierten Bildes derart steuert, daß scheinbare Höhenänderungen des Bildes auf dem Projektionsschirm beseitigt werden.

Bei einer derartigen aus der US-PS 34 58 651 bekannten Vorrichtung ist ein Weitwinkelobjektiv mit einem öffnungswinkel von 180' vorgesehen, das das Luftbild auf einen halbkugelförmigen Projektionsschirm projiziert, wobei weiterhin eine Einrichtung vorgesehen ist, mit der bei Rollbewegungen durch die Parallaxe hev-vorgerufene, unerwünschte Winkelverschiebungen des Bildes auf dem Projektionsschirm und demzufolge die darauf beruhenden scheinbaren Höhenänderungen beseitigt werden sollen.

Da bei dieser bekannten Vorrichtung der Projektionsschirm halbkugelförmig ausgebildet ist und das Weitwinkelobjektiv einen öffnungswinkel von 180° hat, ist es nicht möglich, Flugbewe|;ungen des Flugzeuges bei vollständiger Rundumsicht des Horizontes für den Flugschüler wirklichkeitsgetreu insbesondere bei Kunstflugsimulationen von Rollbewegungen oder Loopings zu simulieren.

Aus der DE-OS 19 44 929 ist eine weitere Vorrichtung bekannt, bei der die Flugzeugbewegung mittels der Projektion eines Filmes mit einem Projektor simuliert wird, wobei der Flugschüler die Möglichkeit hat, innerhalb gewisser Grenzen von einer vorgegebenen Flugbahn abzuweichen. Auch bei dieser Vorrichtung ist eine Simulation sämtlicher Flugbewegungen, beispielsweise der Flugbewegungen beim Kunstflug, nicht möglich. Das projizierte Bild erstreckt sich über ein schmales Winkelfeld, so daß der Flugschüler seinen Blick ständig in der vor ihm liegenden Richtung halten muß, um bei einer Seitwärtsdrehung des Kopfes nicht den Horizont aus den Augen zu verlieren. Ein Rückenflug ist mit dieser bekannten Vorrichtung gleichfalls nicht zu simulieren.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht demgegenüber darin, die Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sowohl im Normalflug als auch im Rückenflug die Bewegungen des Flugzeuges für den Flugschüler bei vollständiger Rundumsicht des Horizontes wirklichkeitsgetreu simuliert werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Weitwinkeloptik einen Winkelbereich von mehr als 180° bis 220° aufweist, eine vollständige Kugel als Projektionsfläche vorgesehen ist und zwischen dem ebenen Luftbild und der Weitwinkeloptik zur Beseitigung der scheinbaren Höhenänderungen eine Optik mit verstellbarer Vergrößerung vorgesehen ist.

Dadurch daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Optik mit verstellbarer Vergrößerung in der Kombination mit der Weitwinkeloptik mit einem Winkelbereich von mehr als 180° vorgesehen ist, die das Bild auf eine vollständige Kugel als Projektionsfläche projiziert, ist es möglich, daß der Flugschüler den

Horizont beim Übergang vom Normalflug in den Rückenflug stets unter dem gleichen Winkel sieht, so daß eine scheinbare Höhenänderung des Flugzeuges vermieden wird.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt schematisch eine Gesamtansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

•»5 Fig.2 zeigt schematisch die Einrichtung zum Projizieren des Horizontes;

F i g. 3 zeigt schematisch die Einrichtung zum Projizieren des Horizontes mit Vorbeilauf der Erdoberfläche;

F i g. 4 zeigt schematisch die Einrichtung, mit der der Vorbeilauf von Motiven erreicht werden kann;

F i g. 5 zeigt schematisch die Nachbildung des Vorbeilaufes der Erdoberfläche mit Kursänderungen;
Fig.6 zeigt schematisch die Wirkung einer verformenden Optik für die Projektion von Motiven.

In Fig. I ist ein Luftfahrtsimulator 1 mit einem Abschnitt 2 der Kabine des betreffenden Flugzeuges dargestellt, welcher innerhalb einer Kugel 3 angeordnet ist. Der Flugschüler oder Pilot befindet sich in dem Kabinenabschnitt, so daß seine Augen O sich praktisch im Zentrum der Kugel 3 oder in der Nähe desselben befinden. Der Kabinenabschnitt 2 kann fest innerhalb der Kugel 3 angebracht sein. Der Durchmesser der Kugel 3 liegt beispielsweise in der Größenordnung von

μ 5 bis 10 Meter.

Um den Piloten einen Eindruck zu vermitteln, welcher dem in dem fliegenden Flugzeug empfundenen Eindruck möglichst nahe kommt, ist eine Vorrichtung P zum

Projizieren des Horizonts auf die innere sphärische konkave Fläche 3a der Kugel 3 vorgesehen. Wenn mittels der Projektionsvorrichtung P die Verschiebungen des Umrisses des den Himmel und die Erde trennenden Erdhorizonts entsprechend den Betätigungen der Steuerungen für den Kurs, die Lage und die Höhe des Luftfahrzeugs durch den Piloten vorgenommen werden, kann dem Piloten ein Eindruck gegeben werden, welcher der Wirklichkeit nahekommt

Wie aus F -, g. 2 hervorgeht, enthält die Projektionsvorrichtung P ein ebenes Bild 4, welches eine Darstellung eines Abschnitts der Erde bildet, wie er von einem Flugzeug aus gesehen wird. Dieses Bild 4 kann ein künstliches synthetisches Bild sein und durch gefärbte Flecken gebildet werden, welche von einem etwa kreisförmigen Umriß 5 begrenzt werden, dessen Ränder so gezackt sind, daß eine ferne Gebirgskette vor den Augen des Piloten erscheinen kann. Dieser gezackte Umriß 5 ermöglicht die Verbesserung des Gefühls der Kursänderung des Flugzeuges.

Das Bild 4 der Erde erscheint auf einem schwarzen Grund. Es wird zweckmäßig durch Photographic auf einer Glasplatte 6 erhalten. Diese Platte 6 ist an einer Grundplatte 7 angebracht, welche eine Drehung des Bildes 4 um seine Achse mittels eines Servoantriebsmechanismus 8 ermöglicht Die Drehung der Grundplatte 7 wird durch eine Rechnereinrichtung 9 entsprechend den Kursänderungen des Luftfahrzeugs gesteuert Diese Kursänderungen werden von dem eine entsprechende Steuerung 10 betätigenden Piloten gesteuert

Hinter der Glasplatte 6 ist eine Vorrichtung 11 zur Beleuchtung des Bildes 4 vorgesehen.

Die Vorrichtung P enthält außerdem eine Optik 12 zur Projizierung des Bildes 4 auf die sphärische Fläche 3a.

Diese Optik enthält ein z. B. zwischen zwei Linsen 14, 15 angeordnetes optisches System 13 mit veränderlicher Vergrößerung, wobei die Linse 14 zwischen dem optischen System 13 und dem Bild 4 angeordnet ist

Das optische System 13 mit veränderlicher Vergröße- -to rung wird zweckmäßig durch eine Gummilinse gebildet, und die Änderungen seiner Vergrößerung werden von der Rechnereinrichtung 9 gemäß den Bewegungen des Flugzeuges gesteuert.

Die an dem Ausgang der Gummilinse 13 liegende Linse 15 fokussiert die von dem Bild 4 kommenden Lichtstrahlen in der Brennebene 16 einer gewöhnlich Fischauge genannten Weitwinkeloptik 17.

Die Lichtstrahlen treten zwischen der Linse 15 und der Brennebene 16 durch eine optische Bestreichungsvorrichtung 18, welche die Achse A der Lichtstrahlen der Projektion des Bildes einen sphärischen Bereich durchlaufen läßt. Genauer ausgedrückt, diese Achse A kann sich praktisch um einen Festpunkt 26 (Fig. 1) drehen und durch Schwenkung um diesen Punkt einen räumlichen Winkel von nahezu 4 π bestreichen.

Die Bestreichungsvorrichtung wird durch einen Drehkopf 19 gebildet, in welchem zwei totalreflektierende Prismen 20,21 gemäß der Darstellung der F i g. 2 vorgesehen sind. Diese Prismen sind so angeordnet, daß sie dem Liehtbündel zwei aufeinanderfolgende Reflexionen mit einem Richtungswechsel von 90° bei jeder Reflexion erteilen. Natürlich könnten jedes Prisma 20, 21 oder beide Prismen durch einen oder zwei gleichwertige, um 45° geneigte Spiegel ersetzt werden.

Die Achse des aus der Linse 15 austretenden Bündelä fällt mit einem Einfallswinkel von 45" auf die reflektierende Fläche 2Öa des ersten Prismas 20, und die Achse des von dieser Fläche 20a reflektierten Bündels fällt mit einem Einfallswinkel von 45° auf die reflektierende Fläche 21a des Prismas 2i.

Das erste Prisma 20 ist in ein mechanisches System eingebaut, welches eine Drehung des Prismas um die Achse χ des einfallenden Bündels ermöglicht. Diese Drehung wird durch einen einen Zahnkranz 23 antreibenden Servomechanismus 22 gesteuert

Das zweite Prisma 21 ist in ein mechanisches System eingebaut, welches mit dem ersten Prisma 20 um die Achse χ in Umdrehung versetzt wird. Die Weitwinkeloptik 17 wird ebenfalls von diesem mechanischen System getragen, so daß sie sich bei der durch den Servomechanismus 22 gesteuerten Drehung des Prismas 20 mit dem Prisma 21 um die Achse χ dreht

Dieses zweite Prisma 21 (oder einen Spiegel) sowie die Weitwinkeloptik 17 sind außerdem so angebracht, daß sie sich gegenüber dem Prisma 20 um eine zu der Achse χ senkrechte und der Achse des auf das Prisma 21 fallenden Lichtbündels entsprechende Achse drehen können.

Die Verdrehung des Prismas 21 m.d der Optik 17 gegenüber dem Prisma 20 erfolgt durch einen mit einem Zahnkranz 25 kämmenden Servomechanismus 24. Dieser Servomechanismus 24 wird bei der durch den Servomechanismus gesteuerten Gesamtbewegung um die Achse χ seinerseits mit dem Prisma 21 und der Optik 17 um die Achse χ verdreht

Die vereinten Drehungen der beiden Prismen 20, 21 gestatten der Achse A, den sphärischen Bereich vollständig zu bestreichen.

Die Drehbewegungen der Prismen 20,21 werden von der Rechnereinrichtung 9 aus in Funktion der Bewegungen des Luftfahrzeugs gesteuert, d. h. in Funktion der Bestätigung der Steuerungen 10a, 106 usw. zur Veränderung de/ Lage und der Höhe des Flugzeuges durch den Piloten.

Da die Weitwinkeloptik 17 gegenüber dem Halbmesser der Kugel, auf welche das Bild 4 projiziert wird, eine sehr kleine Brennweite hat, muß offenbar das Zwischenbild des Bildes 4 vor seiner Projektion durch die Weitwinkeloptik 17 praktisch in der Brennebene 16 derselben gebildet werden.

Diese Weitwinkeloptik 17 ermöglicht der Projektion des Bildes, ein Winkelfeld einzunehmen, welches 220° erreichen kann.

Wie es in F i g. 1 dargestellt ist, liegt die optische Projektionsachse der Weitwinkeloptik senkrecht zu der nachgebildeten Flugrichtung des Flugzeugs, wobei das Auge Odes Piloten praktisch längs dieser Flugrichtung beobachtet.

Die in Fig.2 dargestellte und oben beschriebene optische Bestreichungavorrichtung ermöglicht, die Projek'.ion des Bildes über die ganze konkave sphärische Fläche zu verschieben.

Wenn das Wii.xelfeld der Weitwinkeloptäk 17 einen genügenden Teil der sphärischen konkaven Fläche bedecken wüide, könnte die Weitwinkeloptik 17 gegenüber der Kugel festgehalten und der Drehkopf 19 fortgelassen werden. Die Bestreichungsvorrichtung könnte dann einfach aus Einrichtungen zur Verschiebung des Bildes 4 gemäß zu der Achse χ q'jei liegenden Richtungen bestehen. Diese Querverschiebungen des Bildes 4 würden an der Stelle der Projektion des Bildes durch die Weitwinkeloptik 17 Verschiebungen dieses Bildes auf der sphärischen konkaven Fläche zur Folge haben. Es ist jedoch klar, daß infolge der Unbeweglichkeit der Optik 17 bei dieser Ausführung die Oberfläche,

auf welcher sich das Bild 4 verschieben könnte, auf die in dem Winkelfeld der Optik 1"/ liegende begrenzt wäre.

Hinter der Weitwinkeloptik und bei der Ausführungsform der Fig. 2 hinter dem Prisma 21 ist eine Beleuchtungslampe 27 vorgesehen, um z. B. mil einem blauen Licht den Teil der sphärischen Fläche zu beleuchten, auf welchen das Bild der Erde nicht projiziert wird, um den Himmel darzustellen. Vor dieser Lampe 27 ist, wie schematisch in F i g. 2 dargestellt, eine z. B. konische Abdeckung 28 vorgesehen, um die Beleuchtung der Zone der sphärischen Fläche, in welcher sich die Projektion 4a befindet, durch diese Lampe zu verhindern. Die Lampe 27 und die Abdeckung 28 werden von nicht dargestellten mechanischen Mitteln so getragen, daß ihre Achse mit der Richtung der Achse des auf die Weitwinkeloptik 17 fallenden Bündels zusammenfällt, sowie so, daß die Lampe 27 und die Abdeckung 28 mit dem Prisma 21 und der Optik 17

Die Arbeitsweise der Projektionsvorrichtung geht ohne weiteres aus den obigen Erläuterungen hervor.

Die Projektion Aa des Bildes 4 der Erde mit ihren Unregelmäßigkeiten wird von dem in dem Simulator befindlichen Piloten beobachtet. Diese Projektion dreht sich um ihre Achse entsprechend den Kursänderungen des Flugzeugs.

Die Projektion 4a verschiebt sich außerdem über die ganze sphärische Innenfläche entsprechend der Lage des Flugzeugs, wobei diese Verschiebungen im wesentlichen dank der von der Rechnereinrichtung gesteuerten Bestreichungsvorrichtung 18 erhalten werden.

Die Höhenänderungen des Flugzeuges haben eine Veränderung der Vergrößerung der Vorrichtung 13 zur Folge, derart, daß der Winkel, unter welchem der Pilot den projizierten Erdumriß sieht, abnimmt, wenn die Höhe zunimmt, und umgekehrt. Dieses Ergebnis wird durch Zunahme oder Abnahme der Vergrößerung der Gummilinse 13 erhalten, so daß das in der Brennebene 16 der Weitwinkeloptik 17 gebildete Zwischenbild kleiner oder größer wird. Der Austrittswinkel des den Erdumriß darstellenden Lichtbündels nimmt ab oder zu. und das projizierte Bild wird verkleinert oder vergrößert. Der Sichtwinkel des zwischen der Lotrechten und einer durch das Zentrum des Auges des Piloten gehenden und sich an dem Rand des Umrisses abstützenden Geraden nimmt ab oder zu.

Die Vorrichtung 13 mit veränderlicher Vergrößerung tritt auch in Tätigkeit, wenn der Pilot sein Flugzeug in die Rückenlage bringt. Es ist nämlich nicht möglich, physikalisch das Zusammenfallen zwischen den Augen des Piloten Of^pig. 1) und dem Konvergenzpunkt 26 des Austrittsbündels der Weitwinkeloptik 17 zu verwirklichen.

Wenn unter diesen Bedingungen im normalen Flug die Projektion 4a des Erdbildes auf die sphärische Räche 3a unter einem Winkel B< von dem Piloten gesehen wird, beträgt der Projektionswinkel von dem Punkt 26 aus D·,. Dieser letztere Winkel D\ ist von S₁ verschieden.

Wenn der Übergang des Flugzeuges in die Rückenlage vorgenommen wird, bewirkt die Projektionsvorrichtung P eine Drehung des projizierten Bildes 4a um den Punkt 26 von 180°. Das projizierte Bild befindet sich dann bei 4'a. Es wird stets unter ein und demselben Winkel Ch = D-, von dem Punkt 26 gesehen. Das Auge O des Piloten würde jedoch diese Projektion 4'a unter einem Winkel Bi sehen, welcher von dem Winkel S₁ verschieden ist so daß. wenn keine Berichtigung vorgenommen würde, der Pilot den Eindruck einer erheblichen, der Differenz zwischen den Winkeln B\ und Bi entsprechenden Höhenänderung haben würde.

Die Vorrichtung mit veränderlicher Vergrößerung 13 ι gestaltet, die Abmessungen 4'a so zu verändern, daß dieses Bild von dem Auge O unter dem gleichen Winkel B\ gesehen wird.

Wenn daher der Pilot sein Flugzeug in die

Rückenlage bringt, bleibt die Nachbildung wirklichkeits-

getreu, da dieser Übergang in die Rückenlage von keiner plötzlichen Höhenänderung begleitet ist. welche die Nachbildung verfälschen würde.

Die Vorrichtung 13 mit veränderlicher Vergrößerung kann eine beliebige geeignete andere Bauart als die beispielsweise angeführte Gummilinse haben. Die Vorrichtung 13 könnte durch eine Anordnung von Linsen gebildet werden, von denen wenigstens eine axial verschieblich ist. um die Veränderung der yej.nrn(l«ninff des "2HZCH S^wSiSiTiS ~L\\ erZSU^SH

Ferner enthält der Simulator optische Projektionsvorrichtungen, welche gestatten, auf die konkave sphärische Fläche 3a einen beliebigen, in das Gesichtsfeld des Piloten eintretenden beweglichen Körper zu projizieren.

Die Projektionsvorrichtung für den Simulator umfaßt Einrichtungen 30, um Motive auf dem Bild 4 mit einer Geschwindigkeit vorbeilaufen zu lassen, welche von der nachgebildeten Geschwindigkeit des Flugzeugs gegenüber dem Boden abhängt.

]o Die Motive m (Fig.4), welche auf dem Bild 4 vorbeilaufen können, werden zweckmäßig durch leuchtende oder dunkle Flecken gebildet, welche durch ein Gemisch von zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten ähnlicher Dichte erhalten werden. Man benutzt z. B. ein Gemisch von Silikonöl und gefärbtem Wasser, oder umgekehrt von gefärbtem Silikonöl und durchsichtigem Wasser. Dieses Gemisch von zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten bildet eine Emulsion einer Flüssigkeit in der anderen, und die Flecken werden durch unregelmäßig verteilte Tropfen einer Flüssigkeit in der anderen gebildet.

Der Vorbeilauf der die Motive m bildenden Flecken erfolgt dadurch, daß das Flüssigkeitsgemisch mittels einer Pumpe 31 in Bewegung versetzt wird. Das Gemisch strömt zwischen zwei rechteckigen durchsichtigen Platten 32,33, z. B. aus Glas.

Wie es schematisch in F i g. 3 dargestellt ist, sind die Platten 32, 33 so angeordnet, daß sie sich um eine zu ihnen senkrechte Achse A drehen können.

Die Ränder der Platten sind dicht durch Wände verbunden, welche einen Kanal mit Recht«, .^querschnitt für die Strömung des Flüssigkeitsgemischs definieren.

Die Drehung der Platten 32, 33 kann durch einen Motor 34 erfolgen, welcher Ober ein Ritzel 35 einen auf die Achse A zentrierten und an der unteren Platte 33 befestigten Zahnkranz 36 antreibt Es können nicht dargestellte Halteeinrichtungen vorgesehen werden, welche die Platten 32,33 und ihre Zubehörteile, z. B. die Pumpe 31 usw, tragen, aber eine freie Drehung um die Achse A zulassen.

Die Winkelamplitude der von dem Motor 34 bewirkten Drehung der Platten 32, 33 um die Achse A hängt von der von dem Piloten gesteuerten Kursänderung über eine Vorrichtung zur Wiederholung des Kurses ab.

Die Platten 32,33 weisen in ihrem mittleren Abschnitt zwei kreisförmige Öffnungen 37, 38 auf, in welche zwei

kreisförmige Scheiben 39, 40 eingesetzt sind, deren Mittelpunkt auf der Achse A liegt, und welche an einer Drehung um diese Achse A verhindert sind. Die Scheiben 39, to sind aus einem durchsichtigen Werkstoff hergestellt, insbesondere Glas, und zwischen dem Umfang dieser Scheiben und dem inneren Rand der Öffnungen 37, 38 sind Dichtungsmittel vorgesehen, so daß '_r'ne dichte Drehung der Platten 32, 33 gegenüber den unbeweglichen Scheiben 39,40 ermöglicht wird.

Diese Scheiben 39,40 bilden eine Einrichtung, die bei einer nachgebildeten Kursänderung die Gesamtheit der zwischen diesen Scheiben befindlichen Motive m an einer Drehung verhindert.

Die Bewegungsgeschwindigkeit der Motive m ist der nachgebildeten Geschwindigkeit des Flugzeugs untergeordnet. Hierfür wird die Pumpe 31 von einem Motor 41 mit einer solchen Drehzahl angetrieben, daß die Förderleistung der Pumpe zu der waagerechten Geschwindigkeit des Flugzeugs proportional ist.

Wie es schematisch dargestellt ist, ist das strömungsaufwärts liegende Ende der Platten 32, 33 dicht durch einen Mantel 42 mit der Förderseite der Pumpe verbunden. Das Gemisch der nicht mischbaren Flüssigkeiten wird an dem strömungsabwärts liegenden Ende der Platten 32, 33 in der durch den Pfeil f dargestellten Strömungsrichtung durch eine Leitung 43 aufgefangen, welche den Rückfluß der Flüssigkeit zu der Saugseite der Pumpe bewirkt. Das Gemisch strömt so in einen geschlossenen Strömungskreis.

Stromabwärts oder stromaufwärts von den Scheiben 39, *0 oder auch der Leitung 43 ist eine Emulgiervorrichtung 44 vorgesehen. Diese Vorrichtung 44 enthält eine Schraube 45, welche zwischen den Platten 32, 33 liegt und in Umdrehung versetzt wird, um die Emulsion der beiden nicht mischbaren Flüssigkeiten aufrechtzuerhalten, welche durch Tröpfchen einer Flüssigkeit in der anderen gebildet wird.

Die durch die Platten 32,33, die Emulgiervorrichtung 44, die Pumpe 31 und den Antriebsmotor 41 der Pumpe gebildete Anordnung ist so angebracht, daß sie sich um die Achse A drehen kann.

Die zwischen den Scheiben 39, 40 vorbeilaufenden Motive m werden optisch durch eine Optik mit veränderlicher Brennweite 46 oder eine Gummilinse auf das die Darstellung der Erdoberfläche bildende Bild 4 projiziert.

Die optische Achse der Gummilinse 46 fällt mit der Achse A zusammen.

Die Gesamtheit der durch die Flecken oder Tröpfchen von nicht mischbaren Flüssigkeiten gebildeten Motive wird durch eine Lampe 47 beleuchtet, welche in bezug auf die Platten 32 und 33 auf der der Optik 46 abgewandten Seite liegt

Um eine konstante Helligkeit des Bildes der gesamten Motive m bei beliebiger, von der simulierten Höhe des Flugzeugs abhängender Vergrößerung der Optik 46 beizubehalten, ist eine Beleuchtungsgummilinse 48 vorgesehen, deren Vergrößerung entsprechend der der Optik so verändert wird, daß die Helligkeit des auf das Bild 4 projizierten Bildes der gesamten Motive m konstant bleibt

Das aus der Optik 46 austretende Lichtbündel tritt durch eine verformende Optik 49, welche, wie weiter unten erläutert so ausgebildet ist, daß sie die Winkel wiederherstellt unter welchen der Pilot nacheinander ein und denselben Gegenstand sieht, wenn sich der waagerechte Abstand dieses Gegenstands von dem auf der Lotrechten des Piloten liegenden Punkt ändert

Eine mit einem Spiegel 51 kombinierte komplementäre Optik 50 kann vorgesehen werden, um die Überlagerung des Bildes der gesamten Motive m über das Bild 4 des Erdumrisses vorzunehmen.

Das gesamte Bild des Erdumrisses, welches übereinanderliegend das Bild 4 und die gesamten Motive m umfaßt, wird durch die optische Einrichtung 12 auf die sphärische konkave Fliehe la durch deie bereits oben beschriebene optische Projektionseinrichtung proji ziert. Es ist zu bemerken, daß, wenn das Bild 4 an einer drehbaren Grundplatte angebracht ist so daß es sich mechanisch entsprechend den von dem Piloten vorgenommenen Kursänderungen dreht z- B. zwischen der Optik 46 und dem Spiegel SI optisch Drehungseinrich tungen, z. B. ein Wollaston-Prisma, vorgesehen werden müßten, welches bei einer mechanischen Drehung des Bildes 4 eine entsprechende Drehung der gesamten Motive m bewirkt derart, daß diese gesamten Motive m eine feste Winkelstellung gegenüber dem Umriß des

Bildes 4 beibehalten.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung mit Nachbildung des Vorbeilaufs des Bodens ist dann folgende. Es sei zunächst angenommen, daß der Pilot einen konstanten Kurs beibehält und in einer bestimmten Höhe mit einer konstanten Geschwindigkeit fliegt

Die Platten 32,33 behalten dann eine konstante Lage bei, und die Pumpe 31 bewirkt daß die Emulsion der beiden nicht mischbaren Flüssigkeiten zwischen den Scheiben 39,40 mit konstanter Geschwindigkeit strömt.

Die gesamten, zwischen den Scheiben 39, 40 vorbeilaufenden Motive m werden auf das Bild 4 projiziert Ein Motiv m überquert dieses Bild 4 von einem Rand des Umrisses des Erdhorizonts zum anderen mit einer Geschwindigkeit, welche von der Förderleistung der Pumpe und somit von der nachgebildeten waagerechten Geschwindigkeit des Flugzeugs abhängt

Diese vorbeilaufenden Motive werden durch die optische Einrichtung 12 auf die sphärische konkave Fläche projiziert so daß der in dem Simulator befindliche Pilot Flecken sieht, welche sich auf de: Erdoberfläche von einem Rand des Horizonts zum anderen bewegen. Dieser Vorbeilauf von Flecken gibt dem Piloten den Eindruck des Vorbeilaufs des Bodens.

Es wird sozusagen der Eindruck des Vorbeilaufs des Bodens wider hergestellt welcher ein Pilot haben kann, welcher eine Wüste mit Sanddünen überfliegt wobei die projizierten Schatten- oder Lichtflecken den beleuchteten oder beschatteten Teilen dieser Sanddünen entspre- chen.

Wenn der Pilot eine Höhenänderung vornimmt wird .fie Vergrößerung der Optik mit veränderlicher Brennweite 46 verändert Wenn der Pilot einen Aufstieg vornimmt, wird die Brennweite der Gummilinse 46

ss verringert so daß das umfaßte Feld der Scheibe 39 größer wird und jedes durch ein Flüssigkeitströpfchen gebildete Profil auf dem Schirm 3a kleiner erscheint Der Pilot hat dann infolge der Abnahme der Abmessungen der Motive am Boden den Eindruck, sich vom Boden zu entfernen.

Wenn dagegen der Pilot Kurs auf den Boden nimmt nimmt die Brennweite der Gummilinse zu, und jeder Flecken oder jedes Elementarmotrv wird auf dem Schirm 3a größer. Der Pilot hat also den Eindruck, sich dem Boden zu nähern, da die Abmessungen der an der Oberfläche des Bodens gesehenen Gegenstände zunehmen. Außerdem ist für die gleiche Geschwindigkeit des Flüssigkeitsgemisches zwischen den Scheiben 39,40 die

Durchgangszeit durch das Fc:ld der Gummilinse 4tt kürzer, wenn die Brennweite derselben zunimmt. Der Pilot hat dann den Eindruck einer größeren Winkelgeschwindigkeit der Motive, deren Bilder auf dem Schirm 3a vorbeilaufen. Dieser Effekt trägt dazu bei, den Eindruck des Fluges in Bodennä he zu steigern.

In F i g. 5 isi schematisch ein Teil des Bildes 5a des das Bild des Bodens von dem des Himmels trennenden Umrisses dergestellt Dieser Umriß 5a entspricht dem von dem Piloten gesehenen Horizont.

Dem Bild 4a des Bodens sind die Bilder der Motive ni\, mi... m·, überlagert, welche Tröpfchen oder Flecken verschiedener Form der nicht mischbaren Flüssigkeiten entsprechen. Zur Unterscheidung dieser verschiedenen Motive sind sie konventionell durch verschiedene geometrische Formen dargestellt, wie Rechteck, Quadrat, Dreieck usw.

Wenn der Pilot einen Flug gf'tnäO einem konstanten Kurs nachbildet, welcher durch die durch den Punkt / uer Hori/.üiiiiinie gehende Richtung D\ dargesteiit wird, bewegen sich die Motive m\ ... m$ in der Richtung des Pfeils f\. Der Pilot hat dann infolge des Vorbeilaufs der Motive m-,... ms unter ihm den Eindruck, auf den Punkt / zuzufliegen. Zur Wiedergabe dieses Eindrucks ist die große Richtung der Platten 32. 33 in die Richtung D\ eingestellt, und die Pumpe liefert das Flüssigkeilsgemisch in dem Sinn des Pfeils f\.

Aus Fig. 5 geht hervor, daß wenn der Pilot einen Flug mit dem Kurs D₁ nachbildet, nacheinander das Motiv ΓΠ\, hierauf das Motiv m;, hierauf das Motiv nu und hierauf das Motiv mj überflogen werden.

Zur Erläuterung der Nachbildung der Kursänderung ist diese nachstehend unter Durchgang durch ein einem Flug auf der Stelle entsprechendes Zwischenstadium zerlegt Dies ist z. B. bei einem Hubschrauber in stationärem Flug der Fall. Nachdem der Pilot auf dem Kurs D\ geflogen ist, stellt er sich so ein, daß er auf dem Kurs Di fliegen kann.

Die Kursänderung erfolgt über dem Punkt E in stationärem Flug.

Die Nachbildung des stationären Fluges wird durch Abstellung der Pumpe 31 erhalten, welche nicht mehr fördert. Die Motive n, iaihren dann keine Translationsbewegung mehr aus.

Zur Nachbildung dieser Kursänderung bewirkt man die Drehung der Horizontlinie und der gesamten Motive um den Punkt E Diese Drehung wird durch Verdrehung der durch das Bild 4 und das Bild der überlagerten Motive gebildeten Anordnung erhalten. Diese Drehung erfolgt mittels des Wollaston-Prismas 8a (F i g. 3). Das Bild 4 bleibt unbeweglich. Das Bild der auf dieses Bild 4 projizierten gesamten Motive muß ebenfalls unbeweglich bleiben. Dies ist tatsächlich der Fall, da die gesamten Motive durch Trägheit der Flüssigkeit unbeweglich bleiben und sich zwischen zwei festen Scheiben 39, 40 befinden, an welchen die Gesamtheit der Motive haftet

Mit dem neuen Kurs D₂ sieht der Pilot vor sich den Punkt K der Horizontlinie. Wenn der Pilot den stationären Rug beendet um auf den waagerechten Flug gemäß dem Kurs Di überzugehen, muß er den Eindruck haben, sich auf den Punkt K zuzubewegen, und die Gesamtheit der auf dem Boden dargestellten Motive mi... ms muß sich gegenüber dem Piloten in entgegengesetztem Sinn gemäß dem Pfeil fi bewegen.

Als der Pilot die Bewegung auf dem Kurs D; nachbildete, erschienen die Punkte nu und 1775 auf der rechten Seite des Piloten. Wenn der Pilot auf dem nachgebildeten Kurs Di fliegt, bleibt der Punkt nu rechts, der Punkt m·, ist jedoch auf die linke Seite übergegangen, wie dies nach F i g. 5 verständlich ist.

Dies tritt tatsächlich ein, da beim Kurswechsel die Platten 32, 33 sich um einen Winkel gedreht haben, welcher gleich dem Winkel λ zwischen den Richtungen Dy und Di ist, so daß bei Wiederaufnahme des waagerechten Fluges die Pumpe 31 die Flüssigkeit gemäß dem Pfeil /2 in Bewegung setzt.

Es ist jedoch wichtig zu bemerken, daß die Gesamtheit der von dem Piloten bei dem Kurswechsel sichtbaren Motive rr>\ ... m, gegenüber der Horizontlinie keine Drehung ausgeführt hat. obwohl sich die Platten 32,33 drehen.

Diese Bedingungen sind erforderlich, um einen guten Eindruck des Vorbeilaufs des Bodens selbst bei einer Kursänderung nachzubilden.

Der Erläuterung wegen wurde die Kunände-ung unter Übergang über einen stationären Flug zerlegt.

während weichem uie Kursänderung enoigt.

In der Praxis sind offenbar alle diese Bewegungen miteinander verkettet, ohne daß ein Übergang über einen stationären Flug erforderlich ist.

Da insbesondere die Scheiben 39, 40 unbeweglich sind, führt die Gesamtheit der zwischen diesen Scheiben befindlichen Motive keine Drehung bei der Kursänderung aus, selbst wenn die Pumpe 31 wählend dieser Kursänderung weiter fördert.
Dank der durch die Scheiben 39, 40 gebildeten Speichermittel bleibt das von dem Piloten überflogene Gelände bei einer Kursänderung das gleiche, seine Vorbeilaufachse ist jedoch entsprechend dieser Kursänderung verschieden.

Die verformende Optik 49 trägt zur Verbesserung der Nachbildung des Vorbeilaufs bei, indem sie die Abmessung der Bilder der auf die sphärische Fläche 3a projizierten Flecken je nach dem waagerechten Abstand zwischen dem nachgebildeten Gegenstand und dem auf der Lotrechten des Piloten liegenden Punkt verändert.

Die Bestimmung der Kenngrößen und die Aufgabe dieser verformenden Optik 49 können ufer Bezugnahme auf das Schema der F i g. 6 erklärt werden.
Auf diesem Schema ist bei O die Lage der Augen des Piloten in einem Abstand Zuber dem Boden dargestellt.

Auf dem Boden ist ein Fleck mit konstanter

waagerechter Länge t in zwei Entfernungen /ι, /2 von dem auf der Lotrechten der Augen des Piloten liegenden Punkt ρ dargestellt.

Da der Abstand /1 größer als der Abstand h ist, sieht offenbar der Pilot den gleichen Fleck mit der Länge t in der Entfernung /1 unter einem Winkel θι, welcher kleiner als der Winkel Θ2 für den Abstand h ist

Die auf die sphärische Fläche 3a projizierten Bilder ii und ti des gleichen Flecks müssen daher verschiedene Abmessungen haben, welche allmählich nach Maßgabe der Annäherung des Gegenstands an den Piloten zunehmen.

Die verformende Optik 49 ist nun so ausgebildet daß sie diesen Eindruck der Zunahme des Winkels, unter welchem die Gegenstände nach Maßgabe ihrer Annäherung an den Piloten gesehen werden, nachbildet Wie aus F i g. 3 hervorgeht, ist die allgemeine Form

dieser verformenden Optik 49 etwa die eines W.

Der Eindruck des Vorbeilaufs des Bodens wird ohne strenge Begrenzung der möglichen Kursänderungen des Flugzeuges und für die gemäß einer beliebigen Richtung von dem Flugzeug durchflogene nachgebilde-

te Strecke wiedergegeben.

Die Herstellung der auf aem Bild vorbeilaufendtn Motive mittels eines Gemischs von nicht mischbaren Flüssigkeiten ist besonders einfach.

Es sind jedoch auch andere Ausbildungen möglich, z. B. mit Hilfe von beweglichen Zeichnungen oder Karten, von welchen ein Teil, welcher den zwischen den festen kreisförmigen Scheiben 39,40 liegenden Motiven entspricht, an einer Drehung gehindert werden kann, um den für eine gute Nachbildung eines Vorbeilaufs des Bodens erforderlichen Bedingungen zu genügen.

Die Projektionsvorrichtung ermöglicht eine \ er-Schiebung des projizierten Bildes des Horizonts über die ganze Innenfläche 3a einer Kugel. Sie ermöglicht insbesondere die Nachbildung eines Rückenfluges (Rolle).

Die Verschiebungen der Projektion der Bi'dec auf der sphärischen konkaven Fläche werden im wesentlichen auf optischem Wege erhalten, so daß keine unbeweglichen Störschatten auf der Innenfläche der Kugel auftreten, welche die Nachbildung beeinträchtigen würden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Projizieren des Horizontes für einen Flugsimulator mit einer Einrichtung, die ein ebenes Luftbild der Erdoberfläche liefert, mit einer Weitwinkeloptik, die das Luftbild auf die Innenfläche eines kugelförmigen Projektionsschirmes projiziert, mit einer Position des Flugschülers, die gewährleistet, daß sich seine Augen nahe am Mittelpunkt des Projektionsschirmes befinden, mit einer Einrichtung zum Verschieben des projizierten Bildes, mit einer Einrichtung zum Drehen des projizierten Bildes um seinen Mittelpunkt und mit einer Steuereinrichtung, die auf den eingestellten Kurs, die eingestellte Höhe und die eingestellte Lage des Flugzeuges anspricht und die Drehung, die Verschiebung und die Abmessungen des projizierten Bildes derart steuert, daß scheinbare Höhenänderungen des Bildes auf dem Projektionsschirm beseitigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Weitwinkeloptik (17) einen Winkelbereich von mehr als 180° bis 220° aufweist, eine vollständige Kugel als Projektionsfläche (3a) vorgesehen ist und zwischen dem ebenen Luftbild (4) und der Weitwinkeloptik (i7) zur Beseitigung der scheinbaren Höhenänderungen eine Optik (13) mit verstellbarer Vergrößerung angeordnet ist.