ITRM20000648A1 - Dispositivo di comando per simulatori di volo. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Domanda di brevetto per Invenzione Industriale dal titolo: "Dispositivo di comando per simulatori di volo

Campo dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di comando per simulatori di volo, in particolare per simulatori che si abbinano a programmi per elaboratori personali usati a scopi educativi o di divertimento a larga diffusione commerciale. Stato della tecnica

Sono noti simulatori di volo di tipo professionale che hanno dei costi di acquisto e di utilizzo molto elevati e che non trovano impiego fuori delle scuole di volo che dispongono di adeguati mezzi economici, per esempio quelle per l’addestramento dei piloti delle grosse compagnie aeree. Questi tipi di simulatori di volo non possono però essere facilmente acquistati dagli aeroclub per mancanza di mezzi economici e, tantomeno, da privati appassionati di volo.

Con la diffusione sempre più larga dei computer personali si trovano sul mercato dei software economici che riproducono in modo molto preciso il funzionamento di molti aerei reali e per i quali vengono realizzati dei dispositivi che riproducono in modo più o meno fedele i comandi del velivolo. Questi dispositivi dispongono di una interfaccia per il collegamento con il computer personale, attraverso la quale mandano i segnali elettrici al computer che li elabora grazie al programma e riproduce le reazioni del velivolo sullo schermo. Per mezzo dell'interfaccia non possono essere riprodotte e trasmesse le sensazioni reali che vengono generate come feed-back del comportamento del velivolo sui dispositivi che riproducono la strumentazione di pilotaggio e quindi sul pilota. I dispositivi noti di simulazione di volo del genere economico non sono dotati di sistemi di riproduzione delle sensazioni reali di pilotaggio dei velivoli, altrimenti il loro costo diventerebbe proibitivo per questa fascia di mercato.

Alcuni tentativi sono dunque stati fatti per realizzare sistemi che riproducano in modo economico le sensazioni prodotte dai movimenti imposti al velivolo dalle operazioni di pilotaggio simulate con il computer. Un esempio di dispositivo di simulazione della strumentazione di comando di un velivolo e che può essere utilizzato in combinazione con un software per computer personale è descritto nel documento brevettale US-A-5727188 nel quale è stato proposto di riprodurre lo sforzo necessario nell’attivare i comandi del velivolo durante il pilotaggio simulato. Questo dispositivo, la cui applicazione principale è per simulatori di volo usati come giochi, non può essere utilizzato da quei piloti sportivi che desiderano esercitarsi sia a casa propria che in aeroclub.

In particolare i dispositivi di simulazione della tecnica nota non possono simulare fedelmente comandi trasmessi agli alettoni e al timone di profondità per esempio in corrispondenza della simulazione di manovre di virata, di cabrata e di picchiata. Un ulteriore difetto dei citati dispositivi è che non consentono una calibrazione ottimale degli strumenti di comando con la conseguenza che è simulata una sensazione di pilotaggio approssimativa , poco aderente a quella reale sia per quanto riguarda le sensazioni fisiche che la persona che usa il dispositivo sente nell'utilizzare il simulatore, che per quanto riguarda la simulazione stessa delle manovre che si imprimono al velivolo le cui reazioni sono riprodotte dal software. In modo particolare i dispositivi dell'arte nota non riproducono con sufficiente fedeltà le reazioni che si trasmettono sui comandi nel fare effettuare al velivolo le manovre intorno all’asse di rotazione trasversale, ovvero i movimenti di beccheggio, e intorno all'asse longitudinale, ossia i movimenti di rollio. Tra i difetti è da segnalare la mancanza di fluidità che l'utilizzatore del dispositivo di comando sente nell’azionare la barra o il volantino. Un altro svantaggio dei dispositivi della tecnica nota si riferisce alle sensazioni trasmesse dai comandi del dispositivo di simulazione agli utilizzatori, che non riproduce correttamente le sensazioni di sforzo che si sentono in realtà nell’azionare la barra di comando del velivolo. Un ulteriore svantaggio del dispositivo sopra citato è che non tiene conto della necessità che esiste nella realtà di trimmare i comandi in fasi diverse del pilotaggio in posizioni corrispondenti ad assetti diversi dei velivoli. Si è provato ad usare sistemi elettrici nei simulatori di tipo noto che però non provocano nessuna variazione della sensazione di sforzo applicato sulla barra, come invece avviene nella realtà e nei simulatori di volo professionali.

Riassunto dell'invenzione

Pertanto la presente invenzione si propone di ovviare agli inconvenienti sopra discussi che presentano i dispositivi di simulazione del volo dello stato della tecnica. Uno scopo primario del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo di simulazione del volo economico e semplice e che al contempo realizzi un effetto di fluidità dei movimenti imposti ai comandi e uno sforzo proporzionale all'escursione di questi. Un ulteriore scopo dell’invenzione è quello di prevedere un sistema di trimmaggio dei comandi per simulare l'assetto del velivolo nel piano verticale che in modo semplice ed economico garantisca la variazione di sensazione delio sforzo sul comando e ne permetta anche la regolazione. E' anche un oggetto della presente invenzione quello di realizzare un dispositivo di comando per simulatore di volo che possa facilmente essere abbinato ad altri elementi componenti un sistema più complesso di simulazione di volo, quali una pedaliera e manette per il comando della spinta dei motori.

Questi scopi sono raggiunti da un dispositivo del tipo in premessa che presenta le caratteristiche della rivendicazione 1.

Grazie a questo dispositivo di realizzazione semplice ed economico, è possibile riprodurre molto fedelmente le sensazioni che si provano nel pilotare velivoli nella realtà e neU’utilizzare simulatori di volo professionali. Per mezzo di tale soluzione · inventiva si regola facilmente la fluidità del movimento della barra di comando per mezzo di operazioni semplici si effettua la regolazione ottimale della barra in ogni condizione di volo.

Il fatto che la barra di comando ha la dimensione di una barra reale proporzionata ai corpo del pilota permette di riprodurre al meglio le condizioni di pilotaggio di un velivolo reale. Realizzando la barra di comando telescopica, si può adattare il dispositivo a svariate disposizioni di utilizzo del volantino o alla statura degli utilizzatori.

Un ulteriore vantaggio del dispositivo conforme all'invenzione è quello di ottimizzare la resa ed il funzionamento del software usato nel computer .

Breve descrizione delle figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un dispositivo di comando per simulatore di volo illustrato a titolo esemplificativo e non limitativo con l'ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

la Fig. 1 rappresenta una vista prospettica d'insieme del dispositivo di comando per simulatori di volo conforme all’invenzione,

la Fig. 2 rappresenta una vista laterale ingrandita di un particolare del dispositivo della Fig. 1 in una variante di realizzazione,

la Fig. 3 rappresenta una vista laterale ingrandita di un particolare del dispositivo della Fig. 1 in una variante di realizzazione,

la Fig. 4 rappresenta una vista laterale ingrandita di un ulteriore particolare del dispositivo della Fig. 1,

la Fig. 5 rappresenta una vista ingrandita di un altro particolare del dispositivo della Fig. 1.

Descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita dell'invenzione Con riferimento alle figure citate, il dispositivo di comando indicato globalmente con il numero di riferimento 1 comprende una barra di comando 2, disposta in posizione sostanzialmente verticale. La barra può essere di sezione varia e di materiale metallico o plastico, purché sia sufficientemente rigido e resistente per sopportare gli sforzi applicati dagli utilizzatori ed avere massa tale da riprodurre correttamente l’inerzia di una barra di comando di un velivolo. Sulla barra è fissato, in prossimità della sua estremità superiore, un volante o volantino 3, o altro dispositivo similare di comando, mediante un perno orizzontale 4 che permette al volantino di ruotare intorno all'asse del perno stesso. Il volantino 3 può avere varie forme ed essere munito di altri strumenti di comando sia elettrici che meccanici per comandare le varie funzioni necessarie durante il pilotaggio di un velivolo.

La barra 2 in corrispondenza della sua estremità inferiore è fissata ad una piastra di supporto 5 che a sua volta è fissata in modo in sé noto ai suolo o ad un altro elemento di sostegno opportuno. Il fissaggio della barra 2 alla piastra 5 di sostegno è realizzato mediante un sistema di articolazione che permette alla barra 2 di riprodurre i movimenti delle barre di comando dei velivoli reali. Detto sistema di articolazione, rappresentato in dettaglio nelle figure 3 e 4 e, in una variante di realizzazione alia Fig. 2, comprende un bilanciere 6 incernierato a rotazione nella sua parte centrale alla barra 2 mediante un perno 7. Il bilanciere può assumere posizioni angolari diverse rispetto all’asse longitudinale della barra. Alle due estremità del bilanciere 6 due perni 8 e 9 sono incernierati mediante cuscinetti 10 e 11 e i due perni sono fissati a due molle elicoidali 12, 13, o di tipo similare che si appoggiano sulla piastra di sostegno 5, trasmettendo così forze di reazione alle estremità del bilanciere.

Nella porzione di bilanciere compresa tra una estremità 11 e il perno centrale 7 è incernierata un’asta 14 che alla sua estremità superiore 15 è fissata solidalmente alla barra 2. L’asta 14 può essere spostata assialmente per mezzo di un dispositivo a comando manuale o meccanico, per esempio una manovella o una ruota 17, facendo così ruotare il bilanciere intorno al perno 7 disponendolo in posizioni angolarmente diverse rispetto alla barra 2. Il comando dell'asta 14 può essere realizzato in modo idraulico o elettrico, non illustrato nei disegni. Facendo spostare assialmente l'asta 14, per esempio ruotando la ruota 17, la barra si dispone ad angoli diversi rispetto al bilanciere 6, riproducendo le situazioni in cui il velivolo assume diversi assetti e si effettua il trimmaggio. La barra 2 è fissata in rotazione sulla piastra di sostegno 5 per mezzo del perno 18 che collabora con un cuscinetto o bronzina 19. In tal modo sono possibili spostamenti angolari della barra 2 solo lungo un piano, mentre la barra rimane rigida nel piano ortogonale al precedente. Le molle 12, 13 producono una forza di richiamo sulla barra ogni volta che il pilota o ('utilizzatore imprime un comando a! velivolo per una manovra di beccheggio, ossia tira a sé o spinge in avanti il volantino e la barra 2. Un sistema di pretensione delle molle, non illustrato, può opportunamente essere previsto in combinazione con le molle 12, 13. Il dispositivo comprende ammortizzatori 20 con caratteristica di ammortizzazione opportuna a riprodurre le reazioni inerziali dei velivoli dei quali si simula il pilotaggio. Vantaggiosamente gli ammortizzatori possono prevedere anche dispositivi regolabili di regolazione della caratteristica di ammortizzazione. Nella variante di realizzazione della Fig. 4 è rappresentata una ulteriore soluzione conforme all'invenzione del sistema di ammortizzazione dei movimenti angolari della barra, nella quale un elemento 21 in materiale ad alta frizione è compresso tra due superfici di cui una è fissata solidalmente alla piastra 5 mentre l'altra è fissata solidalmente alla barra 2. Molle a tazza 22 o altri elementi elastici di tipo similare generano una forza di serraggio, tra le superfici piane e l'elemento di frizione 21. Una regolazione della pressione esercitata tra le superfici di frizione, oppure il recupero dei giochi, può essere effettuato vantaggiosamente mediante serraggio di un dado sul perno 18 o con un altro sistema similare. Elementi regolabili 23, 23’ possono essere previsti per definire il fine corsa per i movimenti angolari della barra 2. Questi possono essere eventualmente realizzati con sistemi idraulici o similari.

Una variante di realizzazione del sistema di articolazione della barra 2 sulla piastra di sostegno 5 è rappresentato nella Fig.2 nella quale un elemento 24 fissato alla barra 2 sostiene alle sue estremità due martinetti 25, 26 disposti sostanzialmente parallelamente all'asse longitudinale della barra 2. L'estremità di ciascuno dei bracci dei martinetti è fissata ad una rispettiva molla 12, 13 sulla quale esercita una pressione. I due martinetti 25, 26 sono collegati tra loro da una elettrovalvola 30 che viene attuata quando è necessario variare la posizione angolare di trimmaggio della barra 2. L’elettrovalvola 30 viene richiusa dall'utilizzatore al raggiungimento della posizione angolare voluta della barra 2. In seguito la barra 2 e i martinetti 25, 26 si muovono solidalmente intorno all'asse de! perno 18 e contrastano con la forza esercitata dalle due molle 12, 13.

Conformemente all'invenzione, è previsto un sistema per riprodurre la forza di contrasto che incontra il volantino 3 nella rotazione intorno al perno 4 e lo richiama nella posizione di equilibrio. Questo sistema è rappresentato in dettaglio nella Fig. 5. Sul perno 4 è fissata solidalmente una carrucola 27 in modo coassiale al perno 4. La carrucola 27 presenta un foro passante sostanzialmente perpendicolare al suo asse e nel quale è infilato un cavo metallico flessibile 29 mantenuto fisso alla carrucola 27 all’estremità superiore e fissato alla sua estremità inferiore ad una molla 28, la quale a sua volta ha la seconda estremità fissata alla barra 2. Ruotando il volantino intorno all'asse del perno 4 la molla viene tesa dal cavo 29 che si arrotola intorno alla carrucola 27, esercitando così una forza di richiamo verso la posizione originaria. Anche per il volantino 3 sono vantaggiosamente previsti di mezzi di dissipazione dell'energia, quali dei dischi di materiale ad elevata frizione e attivati al ruotare del volantino 3 intorno al proprio asse. Una ulteriore variante del dispositivo prevede che la barra 2 permetta un allungamento e accorciamento telescopico per adattare la posizione del volantino all'altezza delle mani dell'utilizzatore .

L’economicità e l’affidabilità di funzionamento del dispositivo sono garantite dalla semplicità dei suoi componenti. Inoltre è possibile adattare al dispositivo altri sistemi di trasduzione elettrica per riprodurre funzioni di comando necessarie sul simulatore. Inoltre essendo presenti forze che si oppongono ai comandi esercitati sulla barra e il volantino di comando, la necessità di applicare sforzi fisici simili a quelli presenti in realtà durante l’esecuzione dei comandi rende l'uso del dispositivo analogo a quello dei comandi reali. Inoltre la possibilità di trimmare la barra 2 in una posizione angolare visibile aiuta l’utilizzatore del simulatore a rendersi conto dell’assetto nel quale si trova il velivolo simulato.

Un altro possibile uso nel quale l'invenzione trova applicazione è come dispositivo di comando di velivolo radiocomandato.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di comando per simulatore di volo comprendente una barra (2) disposta sostanzialmente verticale e sostenente un volantino (3) in corrispondenza della sua parte superiore ruotante intorno ad un primo asse orizzontale, e fissata ad una base di supporto (5) per mezzo di un sistema articolato disposto in corrispondenza della parte inferiore della barra e atto a far ruotare la barra (2) di un arco di cerchio intorno ad un secondo asse orizzontale ortogonale e sfalsato rispetto a detto primo caratterizzato dal fatto che detto sistema articolato comprende uno o più elementi elastici (12, 13) generanti rispettive forze elastiche contrastanti i movimenti angolari della barra, mezzi di dissipazione di energia (20, 21) generanti forze ammortizzanti contrastanti gli spostamenti angolari della barra (2), mezzi (14, 15, 16, 25, 26, 30) di regolazione della posizione angolare di riposo della barra (2) rispetto alla verticale associati a detto sistema articolato.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 in cui gli elementi elastici sono due molle elicoidali (12, 13).
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2 in cui i mezzi di dissipazione di energia comprendono almeno un ammortizzatore a fluido (20).
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 2 in cui i mezzi di dissipazione di energia comprendono almeno uno strato (21) di materiale ad alta frizione serrato tra due dischi di cui uno è fissato solidalmente alla base di supporto (5) e l’altro è solidale alla barra (2).
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 3 o 4 in cui il sistema articolato comprende un bilanciere (6) vincolato in modo articolato nella sua zona centrale alla parte inferiore della barra (2) e appoggiato con le sue due estremità a dette due molle (11, 12), così da imprimere una deformazione a dette molle ad ogni spostamento angolare della barra (2).
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 5 in cui i mezzi di regolazione della posizione angolare della barra (2) comprendono un’asta (14) allungabile con le due estremità vincolate rispettivamente alla barra (2) e al bilanciere (6).
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 3 o 4 in cui il sistema articolato comprende un elemento (24) di forma sostanzialmente allungata e fissato solidalmente alla barra e in posizione trasversale all’asse di questa, e in cui il sistema articolato comprende inoltre due martinetti (25, '26) idraulici ciascuno fissato solidalmente ad una rispettiva estremità dell’elemento (24) e con un estremo poggiante su una di dette molle (12, 13).
8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 7 in cui i martinetti (25, 26) hanno le rispettive camere idrauliche comunicanti tra loro per mezzo di un condotto provvisto di una valvola (30) di interruzione.
9. 9. Dispositivo secondo la rivendicazione 8 in cui la barra (2) è allungabile.
10. 10. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti in cui il volantino (3) è provvisto di mezzi elastici (28) di richiamo verso una posizione di equilibrio e attivati al ruotare de! volantino (3) intorno al proprio asse.
11. 11. Dispositivo secondo la rivendicazione 10 in cui il volantino (3) è provvisto di mezzi di dissipazione dell’energia attivati al ruotare del volantino 3 intorno al proprio asse.