JPH0396448A - 高性能航空機のための視覚増大システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は増大された視覚システムに関し、特に、持ち
上げられた平面ミラーが、オペレータによる使用のため
の低いミラーに視野を反射し、その低いミラーは彼が彼
の操作機能の或功に必須の視野への直接の「視軸」アク
セスを全く有さないように位置されるフロント視界ミラ
ーシステムに関する。

現在の高速度超音波航空機および大気圏外宇宙運行体は
、従来の滑走路着陸へ運行体を操縦するのを委ねられる
クラフト指令者への視覚キューについて大部分を透明物
（すなわち「窓」）、に頼る。

これらのクラフトの成形ラインを流線形にすることは、
大気での効率的な飛行のために外部表面の浅い衝撃角度
およびフローラインへの最小の擾乱を必要とする。長い
浅い表面および最小のフローライン擾乱のこの特徴は、
滑走路表面およびたとえば航空標識およびストローブさ
れたキューのような航行補助へのパイロットによる視覚
アクセスの端のラインについてですら、従来の透明物の
大きい領域を必要とするであろう。透明物はグラフト構
造に使用される強い複合物または特殊高温度金属より重
くかさばり、それらは従来の構造材料よりも、有害な放
射を含みかつ熱エネルギーを除くことができない。前方
に向いている透明物のための流線を維持するのに必要な
長い傾斜している領域はまた、搭乗員（すなわち「操縦
士」）への表示の視覚品質と妥協する。

重量を最小にし流線を維持するという制約のもとで、操
縦士に「窓の外」視覚を与えることは、現代の極超音速
航空機にとって主要な設計基準になった。現在のコンコ
ルド超音速輸送機は、「垂れ下がり機首」配置によって
それの搭乗員にそのような視程を与え、それによって操
縦室および飛行搭乗員の前方の機σ部分は、それの低速
度離陸および着陸操作の間、下に向いて蝶着される。ロ
ックウエル・インターナショナルのＸＢ−７０はそれの
主要な前方の透明物を覆う長い風防ランプを組一み入れ
、流線を維持し、被覆が除かれるとき、操縦士のクラフ
トの滑走路への彼の必要な視軸のアクセスを与える。Ｘ
−１５極超音速テスト運行体は可動のキャノビを組み入
れそれらの操縦士に興味のある外界の景色への視覚アク
セスを与え、同時に高速度飛行においてクラフト流線を
維持する。

後者の２つの装置は、ＭＩＬ−ＳＴＤ−８５０、軍事航
空機のための航空機乗組員ステーション視覚要件（Ａｌ
ｒｃｒｅｗ　Ｓｔａｔｉｏｎ　Ｖｉｓｉｏｎ　Ｒｅｑｕ
ｉｒｅｍｅｎｔｓ１’ｏｒ　Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ａｌｒ
ｃｒａｆｔ　）とのコンブライアンスを提供するように
設計されて、その標準はＳＳＴ，コンコルド、商業輸送
、設計により同様に満たされる。次の世代の極超音速大
気圏外宇宙飛体および高マッハ数軍事戦闘機について、
視覚充足問題への上記の解決は適用できない。構造にお
いて透明物と関連した高空気力学負荷、熱力学考慮お，
よび重量の不利益は、なされなければならない考慮の最
大の基礎を否定する。

直接の視覚システムへの代替は、ペリスコープ、レーダ
、テレビカメラ、焦点面センサおよび他のものを含み、
そのうちのどれも、幅がたった数クラフト長さのコンク
リートの滑走路上へ、１時間に２００マイルに及ぶ彼ら
のクラフトを誘導するために操縦士により必要とされる
「感触」を与えない。

その技術の探求は、高度に流線形にされたクラフトの機
首の向こうの視程がクラフト構造において透明物の最小
の使用で達成される、ここに提案されたシステムへの手
掛かりを提供することができなかった。

「隠れた」コックピット航空宇宙クラフトのパイロット
へ透明品質視程を提供するために、上部のユニットが減
少された領域の透明物上に装着され、クラフトのトラッ
クの前方の光景をパイロットの制御コンソールの第２の
平面ミラー、第１図に反射する、２つの平面ミラーの組
み合わせが使用される。上部のミラーは運行体の機首構
造の向こうの選ばれた視野に垂直に配向され、流線およ
び低減された摩擦抵抗を保持し、高速度飛行において゛
それの引っ込みを備えるいずれもの便利な機構により、
それの動作位置へ持ち上げられる。上部のミラーからの
光景はパイロットのコンソールユニットまで反射され、
それがまたこの景色をパイロットに反射する。２つのミ
ラー間の幾何学的な関係のため、見られる光景は実際の
視覚位置の視点からではなく、第２図に図示されるよう
に外部のミラーのすぐ機尾の「見掛けの」視覚（外部の
ミラーの事実上の視覚）位置からである。パイロットと
眺められる物体との間の実際の角度関係は、結果として
、わずかな視差ファクタだけ垂直を外れる。

ミラーにより提供される光景／イメージは、下部のミラ
ーのパイロットの表示と実際の外部の環境との間の有効
な、「１対１」相関を提示する。

イメージは、適当な大きさおよび距離でだけでなく、ま
た運行体とお互いとに関してそれらの適当な空間配向で
コックピットミラーに現れる。このように、もし航空機
乗組員が４度左および２度低を見ているのであれば、彼
は彼の航空機の実際に４度左および２度低のものは何で
も見ている。彼はフルサイズ透明物で、明晰さ、空間配
向、または見かけのイメージサイズを犠牲にすることな
く、彼がするであろうようなどんな方向にでも傾くこと
により彼の視野を拡大することができる。

そのようなシステムは運行体の前方の移動トラックの高
解像度の歪みのない３次元カラーイメージを提供する。

光学の設計およびジオメトリは極端に簡単であり、現存
する技術を用い、同様の制御問題を持つ異なったフライ
ト運行体または地上のユニットへ適合するためにほとん
ど開発を必要としない。それのミラーは、パイロットに
「見かけの視覚」位置の立場から眺められたもののよう
に思われる正確な実世界イメージを提供する。深さ認識
のためのすべてのキューは完全である。ミラーは小さい
側部窓と関連して使用されることができパイロットの視
点は前方の空間ボリュームのパノラマの複合物であろう
。

半透明のためのコンソール（「下部」の）ミラーへのマ
イナーな修正は、クラフトの進入光景の上に横たわる飛
行計測操業の表示、すなわちヘッドアップディスプレイ
またはＨＵＤを準備し得る。

よって、この発明の目的は、隠れたコックピットで操縦
する極超音速航空宇宙クラフトのパイロットに、彼のク
ラフトの機首の向こうの空間の実時間、実世界、３次元
光景を与え、同時に高速度飛行においてクラフト流線を
維持しかつクラフト構造において、透明物の使用を最小
にすることである。

視覚増大システムのさらに他の利点は、最小の透明物で
、隠れたコックビットの中の彼の位置によって航空機の
鳥との衝突の危険を最小にすることによってパイロット
の安全を増大し、同時に着陸および離陸手続のための３
次元キューを保持することである。低減された透明物表
面領域はまた、運行体の識別できる「サイン」を減少し
、保護的レーダおよびレーザコーティングの必要を簡単
にする。

この発明の概要 この発明の増大された視覚装置は、オペレータに前方に
面している透明物の必要なしに彼の前方のトラックの直
接の光景を与えるように、移動運行体上に装着される、
平面ミラーの簡！ｌ１なアレーを含む。オペレータのコ
ックピットの外部の前方に面しているミラーの１つの適
当な設計および配置は、運行体の前方のトラックが、関
連する透明物ポートを介してオペレータの操縦隔室にお
いてオペレータに都合よく装着された対応する下部の平
面ミラーまで反射されるのを可能にする。高速度航空宇
宙クラフトにおいて、この外部のミラーは高い操作速度
で胴体に隠されて保たれ、たとえば離陸および着陸のよ
うな低速度で、適当に整形されたまたは流線形にされた
モジュールに配置される。運行体計測操業はＨＵＤとし
て下部のミラー面に提示され得、パイロットに同時に３
次元視覚刺激の利点を与える。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図はこの発明の視覚増大システム、ＶＡＳの全体の
配置１０を提示する。高性能航空宇宙機のパイロット２
０が一対のミラーを持つ彼のクラフトの制御にあるよう
に図示され、外部のミラー１２および下部のミラー１４
はクラフトの前方の光景を上部のミラー１２から下部の
ミラー１４まで反射し、そこでそれがクラフトを制御す
る視覚キューに利用されるように配置される。

上部のミラーとの個々のパイロットの精整列のためにミ
ラー１４はある調整可能なベース２２に装着されてもよ
いが、ミラーｌ２および１４はおおよそ平行である（第
４図を参照されたい）。

動作において、ミラー１２の視野は透明物１８を介して
ミラー１４に反射され、その透明物は、ＶＡＳシステム
が詰めこまれた状態で、ミラー１２の後部表面２４によ
り高速度空気への露出から保護される。ミラー１２は任
意の都合のよい手段により配置され、電気的モータまた
は他の手段で配置可能な、前方に面している透明物と共
に流線形にされた実装で適切に含まれることができる。

図解のためだけに図示された簡易化された配置システム
１６は、高速度航空宇宙運行体で使用される様々な配置
手段の任意のものであり得る。そのようなシステムが使
用フル時間を必要とする場合、前方に而しているミラー
１２は透明物の背後の永久位置につくられてもよく　（
第８図を参照されたい）、または運行体オペレータによ
り随意に配向可能であってもよい（第７図を参照された
い）。

ここに開示されたＶＡＳの外部ミラーエレメントのため
のかなりの構造的支えが、同じものの振動およびたわみ
を防ぐのに必要とされるであろうということが、空気力
学表面および高速度気流の特性に通じているものに容易
に明らかであろう。

システム１６はこの発明での使用に利用可能な様々な開
発機構の概略的な象徴的なものにすぎない。

ここに提案されたＶＡＳの主な使用は上部のミラーが低
速度で配置可能である高速度航空宇宙運行体によるもの
であるが、透明な流線形にされたハウジングを持つ固定
されたミラー１２はまた企図される（第８図を参照され
たい）。そのようなシステムにおいて、彼の隠れたコッ
クピットの中のパイロットは鳥との衝突または透明物破
損からの安全をなお享受し、同時にどんな速度でクラフ
トが動作するように設計されてもＶＡＳのフルタイムの
使用を維持する。

ここでの強調は配置可能な外部のミラー１２に置かれ、
そのような品目はこの発明の好ましい実施例である。

この発明に重大であるのはミラー１２および１４の平面
性であり、その平面性はオペレータのための歪められな
い３次元のキューを維持する。端から端への、または上
から下への彼の頭の簡単な移動により、オペレータは大
きい透明物に関連した不利益なしに、それを通して眺め
る大きい透明物を有することにより彼が得るであろうよ
うに、制御のための同じキューを得ることができる。

ミラー１４上のパイロット２０により眺められる典型的
な光景は第４Ａ図に提示される。たとえば草区画、タキ
シーランプ、および山のような横のキュー４２を持つ滑
走路４０が、正面を向いている風防を通して眺められる
進入でパイロットが経験するであろうのと同じ感覚の眺
めで提示される。第２図はパイロットの視界のこの局面
を、「設計視覚」４４の彼のコックビット位置で、上部
のミラー１２の背後の見かけの視覚４６からのそれであ
るように図で示す。設計視覚４４で得られる光景は、見
かけの視覚４６位置から眺められ得るそれである。右か
ら左へ彼の頭、すなわち設計視覚４４を移動することに
より、見かけの視覚４６がそれの最初の位置から同じ距
離移動された場合と同じ眺望が堤示される。

第３Ａ図ないし第３Ｃ図は、パイロットに利用可能なデ
ータを増大するためにヘッドアップディスプレイ（ＨＵ
Ｄ）３０を使用するＶＡＳの実施例を提示する。重要な
計測操業読出しは、従来のＨＵＤシステムでのように、
陰極線管３１で表示される。これらのデータ（すなわち
「イメージ」）はコリメーティング光学装置３２を通過
され、付加的な光学コンディショナー手段３３を介して
ミラー３４からミラー３６まで反射される。ミラー３６
から、選択されたパラメータのデータは部分的に透明な
下部ミラー１５（非ＨＵＤ実施例におけるミラー１４の
対応物）を通過され、上部のミラー１２から視覚キュー
へのオーバーレイとしてパイロット２０にディスプレイ
される。パイロットが次元手掛かりおよび深さゲージの
ために彼の頭を移動するとき、ＨＵＤデータはミラー１
５に固定されたままにあり、すなわち滑走路光景は彼が
彼の頭を移動するときシフトするが、計測操業データは
彼の眺望スクリーン１５の固定された領域にディスプレ
イされる。

上部の、または外部のミラーの位置は、上部のまたは外
部のミラーと、下部のまたは内部のミラーとの間の明る
い硯界の光がある限り、運行体の周囲に沿ってどこにで
もあり得る。外部のミラーの実際の配置は、視野要求お
よび特定の運行体の前方の機首構成によるであろう。第
５図は航空機胴体に沿った外部のミラーのための可能な
位置５２、５４、５６を図示する。外部のミラー１５は
、内部のミラー５８へその胴体の透明物を通って視野を
反１・Ｉする所望の位置に置かれる。内部のミラーは、
両方のミラーの平面が平行な状態で、外部のミラーと整
合するために適当に配向される。

上記の好ましい実施例は固定されたおよび配置可能なミ
ラー１２、１４、１５、５２、５４、５８、および５６
について語るが、この発明の主な推進は隠れたオペレー
タの視覚を増大するために平面ミラーを使用することで
あり、上部のミラーおよび下部のミラーはそれらの平面
が概して平行にあるように移動され、または駆動されて
もよく、上部のミラーの視野はそれの配向を変更するこ
とにより変化されるということは、この発明の企図の範
囲内である。簡単なサーボシステム５０、第７図を参照
されたい、はそのようなＶＡＳのもので使用可能であり
、上部のおよび下部のミラーの両方の配向は、制御表面
が制御スティック上のタブ制御ボタン６０により釣り合
いを保たれるのと同じように（第４図）、パイロットの
簡単なスイッチ動作により制御され得る。

ＶＡＳの範囲内の著しい利点の１つは、それが高性能航
空宇宙クラフトにおいて大きい前方に向いている透明物
、すなわち「風防」の必要を除き、たとえば着陸および
離陸のような飛行の重要な時間に３次元眺望の利点を維
持するということである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、低速度操作のために配置されたそれの外部の
ミラーを図示する視覚増大システムの側断面図である。 第２図は視覚増大システムにおける光経路の略図である
。 第３Ａ図ないし第３Ｃ図は配置シーケンスにおける外部
ミラーの図である。 第４図はタンデムまたは単一シート航空機のための視覚
増大システムの前方を見ている図である。 第４Ａ図は内部ミラーに提示されるディスプレイの絵画
表現である。 第５図は外部ミラー配置のための運行体本体の周囲に沿
った可能な位置の略図である。 第６図はヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）システム
により増大されるこの発明の基本システムの断面図であ
る。 第７図は角度的に調節可能な外部ミラーシステムの略図
を示す。 第８図は透明キャノビの背後の外部ミラー構成を示す。 図において、１２は外部ミラーであり、１４は下部ミラ
ーであり、１６は簡易化された配置システムであり、１
８は透明物であり、４４は設計視覚であり、４６は見か
けの視覚であり、３０はヘッドアップディスプレイであ
り、３１は陰極線管であり、３２はコリメーテイング光
学装置であり、３３は付加的な光学コンデイショナ手段
であり、３４および３６はミラーであり、１５は透明下
部ミラーである。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）高性能航空機のための視覚増大システムであって
   、 （ａ）前記航空機の胴体の一部に所望の位 置で構成される透明物と、 （ｂ）（ｉ）高速度飛行の間に航空機の空 気力学の完全な状態を維持するように前記透明物に隣り
   合いかつ胴体の外部の外板と実質上同じ高さの詰められ
   た位置、および （ｉｉ）低速度移動の間に航空機の外 部の視野から受取られた光を反射するための少なくとも
   １つの配置された位置、 で配置可能な調節可能な外部ミラーと、 （ｃ）前記外部ミラーを位置決めするため の手段と、 （ｄ）航空機の内部に位置し、外部ミラー が配置されるとき外部ミラーから透明物を通って反射さ
   れる光を受取るためのコックピットミラー手段とを含み
   、前記コックピットミラー手段は航空機の搭乗員に向け
   て反射された光を再び向けるように構成され配置され、
   したがって外部ミラーの機尾に位置する「見かけ視覚」
   位置の立場から実世界、３次元光景を与え、視覚増大シ
   ステムは深さ認識キューを維持するシステム。
2. （２）前記外部ミラーおよび前記コックピットミラー手
   段が実質上平行である請求項１に記載のシステム。
3. （３）前記コックピットミラー手段が角度的に調節可能
   である請求項２に記載のシステム。
4. （４）前記外部ミラーが角度的に調節可能である請求項
   ３に記載のシステム。
5. （５）前記視野に加えて関連した計測操業がそれにディ
   スプレイされた状態で前記コックピットミラー手段は半
   透明ミラーを含む請求項２に記載のシステム。