Flugschulungsgerät Die Erfindung bezieht sich auf ein am Boden stationiertes Flugschulungsgerät.
Eine moderne Flugschulungseinrichtung dient im allgemeinen dem Zweck, Piloten im Fliegen nach Instrumenten zu unterrichten und besteht bei vollkommeneren Ausführungsformen aus einem Flugsimulator,bei welchem das Ansprechen von Flug zeuginstrumenten auf die Steuereinstellungen des Piloten und auf andere, durch einen Fluglehrer ein stellbare Bedingungen während des ganzen Flug betriebes unter Einschluss des Rollens am Boden, des Abfluges und der Landung so naturgetreu wie mög lich nachgeahmt wird. In der Praxis wird der Pilot eines Flugzeuges, bewusst oder unbewusst, auch durch andere Faktoren als die Anzeigen der Instrumente geleitet.
Beispielsweise sind für ihn auch das Moto rengeräusch und das Quietschen der Pneus beim Aufsetzen der Räder auf den Boden von Bedeutung, welche Geräusche bei Schulungsanlagen gelegentlich bereits nachgeahmt wurden. Es besteht jedoch noch zusätzlich das Bedürfnis für eine Einrichtung zur realistischen visuellen Darstellung dessen, was der Pilot von seinem Flugzeug aus, insbesondere wäh rend der Landungsübung, sehen würde, da der Pilott eines wirklichen Flugzeuges, hauptsächlich während der Annäherung an den Boden und der Landung, sich meist darnach richtet, was für ihn vom Flugzeug aus sichtbar ist.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, für den Flugschüler eine Einrichtung zur visuellen Darstel lung dessen zu schaffen, was er von seinem Flug zeug aus sehen würde, wobei die Wiedergabe gemäss der angenommenen oder berechneten Bewegungen des Schulflugzeuges veränderbar ist.
Die Erfindung geht aus von einem Flugschulungs- gerät, welches dem Flugschüler auf einem Bildschirm ein Bild eines Objektes darbietet, wie es von einem wirklichen Flugzeug aus gesehen würde. Kennzeich nend ist hierbei, dass eine Fernsehkamera auf ein Modell des Objektes gerichtet ist, um auf dem Bild schirm eines Empfängers ein entsprechendes Bild des Objektes zu erzeugen, dass ferner dem Modell Schwenkbewegungen erteilt werden können zur Nachahmung der Standortveränderungen des Flug zeuges während eines angenommenen Fluges, dass weiterhin das auf den Bildschirm projizierte Bild des Objektes in seiner Grösse veränderbar ist, zur Nach ahmung der während des angenommenen Fluges auf tretenden veränderlichen Entfernung des Flugzeuges von dem Objekt.
Eine der vorliegenden Erfindung entsprechende Apparatur ist dazu geeignet, den Flugschüler ein Objekt von besonderem Interesse, beispielsweise eine Piste oder das Deck eines Flugzeugträgers an steuern oder in dessen Umgebung fliegen zu lassen.
Eine beispielsweise Ausführungsform wird nun im nachstehenden beschrieben und an Hand der Fig. 1 bis 8 der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Diese Ausführungsform eignet sich dazu, Piloten das Landen auf einem Flugzeugträger zu lehren.
Fig. 1 zeigt Einrichtungen zur Aufnahme des Objektes in Form eines Flugzeugträger-Modelles mit Hilfe einer Fernsehkamera.
Fig. 2, 4 und 7 und 7a sind Diagramme zur Darstellung der Wirkungsweise des Apparates.
Fig. 3 ist ein Aufriss des Tisches, auf welchem das Modell angeordnet ist.
Fig. 5 zeigt das Flugschulungsgerät mit dem Sitz platz für den Piloten und den Schirm, auf den das Bild projiziert wird.
Fig. 6 stellt ein Projektionsgerät für ein Bild des Flugzeugträgers dar.
Fig. 8 zeigt einen zweiten Projektor für die An deutung des Horizontes auf dem Schirm. Die vorgeschlagene Ausführung ist in drei Haupt teilen angeordnet. Das Modell des Flugzeugträgers (oder der Landepiste oder anderer Ziele) ist auf einem Tisch angeordnet, welcher in bezug auf die Kamera, je nach der gewünschten Ansicht, in seiner Lage verstellbar ist; die Kamera nimmt das Bild im geeigneten Abstand auf; die Wiedergabe-Apparatur projiziert das Bild auf einen Schirm eingerichtet. Die Teilung am Horizont in See und Himmel erfolgt mittels eines zweiten Projektors, welcher zur Nach ahmung der angenommenen Bewegungen des Flug zeuges entsprechend ausgebildet ist.
Eine normale Fernsehkamera 9 ist auf einer auf einem Stativ 12 befindlichen, mit einem Gegen gewicht 11 versehenen Stange 10 derart angeordnet, dass sie horizontal gegen ein in der Mitte einer als Wasserfläche getönten Tischfläche 14 befindliches Modell eines Flugzeugträgers 13 gerichtet ist. Die Basis des Stativs 12 ist mit einem Gewindeloch ver sehen, in welchem sich eine Schraubenspindel be findet, deren Rotation eine Längsverschiebung des Stativs bewirkt. Die Schraubenspindel 15 wird durch einen Motor 16 angetrieben, der seinerseits durch die den berechneten-schrägen Abstand des Flugzeuges vom Flugzeugträger darstellenden elektrischen Signale gesteuert wird.
Das die Kamera tragende Stativ 12 wird daher längs der Schraubenspindel bewegt, so dass der Abstand der Kamera vom Modell in jedem Mo ment der Übung den berechneten schrägen Abstand darstellt.
Die Tischfläche 14 ist um zwei zueinander senk rechte Achsen drehbar. Eine derselben ist eine senk recht zur Tischoberfläche gerichtete Achse, im Zen trum derselben angeordnet. Die Drehung des Tisches um diese Achse ermöglicht die Einstellung der sich der Kamera bietenden Ansicht des Schiffes in über einstimmung mit dem Wert des. Winkels A (Fig. 2), welcher zwischen der Längsachse des Schiffes und der Geraden auftritt, welche die Schiffmitte O mit der auf den Grund projizierten Position X des Flug zeuges verbindet.
Der Wert des Winkels A wird erhalten durch Subtraktion des Schiffskurses a gegen Nord (N) von der Peilung F des Schiffes vom Flug- zeugstandort aus, welche aus der Position des Trä gers in bezug auf das Flugzeug und Addition von 180 errechenbar ist, dass sich ergibt: <I>A = F - a +</I> 180 .
Die Rotation der Tischoberfläche 14 erfolgt durch einen Nachlaufmotor 17 (Fig. 3), welcher durch ent sprechende elektrische Signale gesteuert wird. Die Tischfläche 14 ist auf einem Support 18 frei drehbar e agert und wird durch den Motor<B>17</B> über das Ge l<B>,</B> triebe 19 derart angetrieben, dass bei horizontaler Tischfläche 14 der Winkel zwischen der Längsachse des Modelles und einer die Kamera und das Modell verbindenden Linie stets mit dem Winkel A über einstimmt.
Die zweite der Achsen, um welche der Tisch drehbar ist, verläuft stets längs jenes Durchmessers der Tischfläche, der jeweils senkrecht zur Schrauben spindel 15 gerichtet ist. Durch Drehung der Tisch fläche um diese Achse ist die Ansicht von der Kamera aus in Übereinstimmung mit dem Winkel B (Fig. 4) einstellbar. Der Pilot eines Flugzeuges, wel ches sich auf irgendeinem Punkt der Linie 0-Y in der Vertikalebene X-O-Y befindet, würde das gleiche Bild des Schiffes sehen. Wie ersichtlich, ist der Wert des Winkels B durch den Ausdruck
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gegeben, worin h die Höhe über Grund, also über dem Flugzeugträger, und R den schrägen Abstand des Flugzeuges von demselben bedeutet.
Die Drehung der Tischplatte 14 um einen Winkel B der genannten diametralen Achse erfolgt durch einen Nachlaufmotor 20, welcher durch den Winkel u repräsentierende elektrische Signale gesteuert wird.
Der Motor 20 treibt über ein Getriebe 21 einen Rahmen 22, welcher schwenkbar in den Trägern 23 und 24 gelagert ist und an welchem der Support 18 für den Tisch und die oben beschriebenen Mittel zur Drehung desselben um die senkrecht zur Tischmitte verlaufende Achse befestigt sind. Da die Oberfläche der Tischplatte 14 in einer Ebene mit den Auflage punkten des Rahmens 22 gelegen ist, bewirkt der Motor 20 eine Kippbewegung der Tischfläche um jenen Durchmesser, der jeweils mit der Verbindungs geraden der genannten Auflage zusammenfällt, das heisst die Tischfläche kippt gegen die Kamera 9 oder in entgegengesetzter Richtung und gewährleistet da durch jederzeit, dass das Modell für die Kamera in der richtigen durch den Winkel B definierten Eleva- tion erscheint.
Wird das beschriebene Gerät durch Signale erregt, welche den schrägen Abstand R und die Winkel A und B repräsentieren, so werden von der Kamera Bildsignale erzeugt, welche im Empfänger die An sicht des Flugzeugträgers so wiedergeben, wie ihn ein Pilot beim Flug am entsprechenden Standort relativ zum Flugzeugträger sehen würde. Diese Bild signale werden zur Steuerung von Projektionsappa raten zur Wiedergabe eines für den Piloten des Schu lungsapparates sichtbaren Schirmbildes verwendet.
Fig. 5 zeigt die Nase einer Flugzeugnachbildung 25, mit zwei unmittelbar über dem Pilotensitz ange ordneten Projektoren 26 und 27. Der zweite Projek tor 27, der ein Gesamtbild auf den ganzen Schirm projiziert, wird weiter unten beschrieben.
Der Projektor 26 ist in Fig. 6 schematisch darge stellt. Er umfasst eine Kathodenstrahlröhre 29, deren Gitter durch die von der Kamera 9 gelieferten Bild signale beaufschlagt wird und deren Ablenkspannun- gen mit denjenigen der Kamera 9 im Synchronismus sind, so dass auf dem Bildschirm das Bild des Modelles erscheint, wie es die Kamera sieht. Dieses Bild wird durch die Linse 30 auf den Schirm 28 projiziert (Fig. 5).
Die Kathodenstrahlröhre 29 ist auf einem Sockel 31 angeordnet, welcher mit den Streben 32 und 33 für die Drehzapfen 34 und 35 versehen ist, deren Verbindungslinie mit dem horizontalen Durchmesser des Bildschirmes zusammenfällt. Diese Achsen sind in den Stützen 36 und 37 drehbar gelagert. Der Drehzapfen 35 wird über das Kegelgetriebe 38 durch den auf dem Sockel 37 angeordneten Nachlaufmotor 39 angetrieben. Dieser wird durch elektrische Signale gesteuert, welche den Winkel C-, wiedergeben (Fig. 7). Aus Fig. 7 ist ersichtlich, dass<B>01</B> der Winkel zwi schen dem Sehstrahl E vom Flugzeug zum Schiff und der Längsachse D des Flugzeuges ist.
Der Win kel n, bestimmt daher einen Kegel mit der Verlänge rung der Flugzeug-Längsachse als Mittellinie, wobei der Standort des Schiffes sich irgendwo auf der Ober fläche dieses Kegels befindet. Der Sockel 31 mit der Kathodenstrahlröhre 29 sind um die Achse der Zap fen 34 und 35 drehbar und werden durch den Motor 39 in die dem Winkel n1 entsprechende Stellung gedreht.
Der Winkel 6h kann mit Hilfe der Formel cos <B>01</B> = cos 0-1 - cos r <I>-</I> cos <I>B</I> - sin O - sin <I>B</I> berechnet werden, worin O den Längs-Neigungs- winkel der Flugzeugachse D gegenüber der Horizon talen H (Fig. 4), r den Winkel zwischen der in eine Horizontalebene projizierten Flugzeugachse und dem Sehstrahl (Fig. 2)
und B den durch den Sehstrahl vom Flugzeug zum Schiff und der Horizontalen gebildeten Winkel (Fig. 4) bedeuten.
Die Stützen 36 und 37 sind am rückwärtigen Teil eines Rahmens 40 starr befestigt. Dieser Rahmen 40 sitzt auf der Welle 41, welche durch den Nach laufmotor 42 angetrieben wird. Der Motor 42 wird durch elektrische, den Winkel 01 (Fig. 7) repräsen tierende Signale gesteuert. Der Winkel 01 wird durch zwei Ebenen gebildet, welche die Flugzeugachse D gemeinsam enthalten und von welchen die eine den Sehstrahl E enthält und die andere eine in bezug auf das Flugzeug feste Bezugsebene, in diesem Fall dia Symmetrieebene<I>S</I> (Fia. <I>7a)</I> des Flugzeuges ist.
Der Winkel 0, bestimmt daher eine Linie auf dem durch den Winkel 0-1 definierten Kegel, welche die Sicht linie E ist. Die Winkelstellung des Rahmens und der auf demselben befindlichen Apparatur um die Achse der Welle 41, welche durch die Mitte des Schirmes der Kathodenstrahlröhre verläuft, entspricht jeder 7eit dem Winkel @Irl.
Die Winkel (I), (I), und (A., sind aus der Fig. 7a ersichtlich, welche das Flugzeug in Richtung seiner Längsachse gesehen zeigt. Da Horizontalebene H und die Vertikalebene h einerseits und die Flügel ebene f und die Symmetrieebene .r des Flugzeuges anderseits senkrecht aufeinander stehen, so erscheint der Querneigungswinkel < h nicht nur zwischen<I>H</I> und f, sondern ebenso zwischen s und h.
Demnach kann der Winkel<B>15,</B> berechnet werden. nach der Beziehunn worin 0., der Winkel zwischen h und der Sichtlinie E ist, durch den der Querneigungswinkel 0 zu 01 ergänzt wird.
Auf diese Weise wird die durch die beiden ent sprechend den Winkeln<B>01</B> bzw. 01 gesteuerten Nachlaufmotoren 39 und 42 bewegte Kathodenstrahl röhre in eine Winkelstellung gebracht, welche dem durch die Sichtlinie und die Längsachse des Flug zeuges gebildeten Winkel entspricht. Die Linse 30 wandert mit dem Sockelrahmen 31.
Der beschriebene Projektor wirft daher ein Bild des Schiffes auf den Schirm 28 und stellt darauf dieses Bild auf eine solche Stelle ein, dass es der Pilot in seinem Gesichtsfeld an der gleichen Stelle sieht, welche das Schiff im Gesichtsfeld eines Piloten eines richtigen Flugzeuges auf Grund des Standortes, der Lage und des Kurses desselben einnehmen würde. Das Bild des Schiffes muss jetzt um die Sichtlinie gedreht werden (unter Beibehaltung seiner Position auf dem Bildschirm), um die Veränderung der Orien tierung des Schiffbildes zufolge der Änderung der Lage und der Flugrichtung des Flugzeuges zu korri gieren.
Dies geschieht durch den auf dem Sockel rahmen 31 angeordneten Nachlaufmotor 43, welcher durch- Signale gesteuert wird, die Ablenkspulen 44 der Kathodenstrahlröhre um einen entsprechenden Winkel um die Längsachse der Röhre verdrehen.
Der zweite, in Fig. 8 dargestellte Projektor liefert dem Piloten das Bild des Horizontes. Auf einem halbzylindrischen transparenten Schirm 45 ist die untere Hälfte verdunkelt und stellt das Meer dar, während die obere Hälfte klar gelassen ist und den Himmel darstellt. Im Rotationszentrum dieses halb zylindrischen Schirmes ist eine Lichtquelle 46 ange ordnet, welche das Bild des auf dem transparenten Schirm 45 dargestellten Meeres auf den-halbkreisför- migen Bildschirm vor dem Piloten projiziert. Der Schirm 45 und die Lichtquelle 46 sind am Rahmen 47 schwenkbar angeordnet und in den Punkten 48 und 49 gelagert, welche mit der Lichtquelle in einer Linie liegen.
Ein am Rahmen 47 montierter Nach laufmotor 50 wird durch Signale gesteuert, welche der Grösse des Steigungswinkels des Flugzeuges ent sprechen, er schwenkt den Schirm 45 über die Ge triebe 51 um eine durch Lager 48 und 49 verlaufende Achse. Der Schirm 45 wird dadurch in eine Lage geschwenkt, welche der Steigung des Flugzeuges ent spricht. Der Rahmen 47 ist auf der Welle 52, deren Achse durch die Lichtquelle geht, angeordnet und ?tann durch den Nachlaufmotor 53 verdreht werden, welcher seinerseits auf elektrische Signale anspricht, die dem Querneigungswinkel des Flugzeuges entspre chen. Der Schirm 45 wird dadurch in die dem Quer neigungswinkel des Flugzeuges entsprechende Stellung gedreht.
Das auf dem grossen Bildschirm projizierte Bild von Meer und Himmel stimmt daher mit dem überein, das der Pilot eines richtigen Flugzeuges auf Grund der Lage desselben sehen würde, und das Bild des Flugzeugträgers ist diesem allgemeinen Hintergrund überlagert.
Die Flugzeugnase 25, in welcher der Flugschüler sitzt, ist derjenigen eines richtigen Flugzeuges genau nachgebildet, das heisst enthält alle Bedienungsorgan,: wie Steuerknüppel, Verwindungshebel, Gashebel usw. Diese vom Schüler zu bedienenden Organe sind mit elektrischen Gebereinrichtungen gekuppelt, die die Eingänge von Analogrechenmitteln bilden, welche fortlaufend die relative Lage gegenüber dem Flug zeugträger ermitteln, welche bei entsprechender Be dienung der Steuerorgane eines wirklichen Flugzeuges erreicht würde.
Trotzdem hat der Flugschüler die genannte Relativlage nicht gänzlich unter Kontrolle, da der Fluglehrer - zur Nachahmung der Eigen bewegung des Schiffes - von seinem Kontrollpult aus mittels der Motoren 16 und 17 die Drehlage bzw. den Kamera-Abstand des Modelles 13 verändert.
Währenddem beim wirklichen Flug das Flugzeug die Relativbewegungen gegenüber dem Ziel ausführt, bleibt bei der vorliegenden Einrichtung die Lage der Flugzeugnase 25 unverändert, und statt dessen wer den die entsprechenden Bewegungen u. a. dem Modell 13 erteilt. Mit andern Worten: Die angenommenen Flugmanöver als Resultat der Betätigung der Steuer organe durch den Flugschüler äussern sich in ent sprechenden Bewegungen des Modelles 13 sowie des Projektors, damit auf dem Schirm 28 die erwähnten Manöver vorgetäuscht werden.
Daraus ergibt sich, dass sich die Bewegungen des Modelles 13 aus zweierlei Komponenten zusammen setzen, nämlich den vom Fluglehrer hervorgerufenen, die lediglich Kurs und Geschwindigkeit des Modelles betreffen (Motoren 17 und 16) und denjenigen, die auf Grund der ausgeführten Flugzeug-Steuerbewegun- gen ermittelt und von allen Nachlaufmotoren ein schliesslich der Motoren 16 und 17 gemeinsam ausge führt werden. Die erwähnten Motoren 16 und 17 erhalten also zwei einander überlagerte Signale, von denen das eine unter der Kontrolle des Fluglehrers und das andere unter der Kontrolle des Flugschülers steht.
Obwohl die Veränderung der Grösse des projizier ten Bildes des Schiffes, wie erwähnt, mit Hilfe des Motors 16 und der Abstand-Schraubenspindel 15 in Übereinstimmung mit dem Abstand des Flugzeuges vom Schiff erfolgen kann, wäre es auch möglich, die Kamera unbeweglich zu lassen und die Grösse des Wiedergaberasters oder des Kamera-Abtastrasters entsprechend dem schrägen Abstand zu verändern. Als Alternative wäre auch die Verwendung eines in Übereinstimmung mit dem schrägen Abstand auto matisch nachregulierten Objektives denkbar.
Falls erwünscht, könnte dem Schiffsmodell auch eine Relativbewegung in bezug auf die Tischplatte 1.4 erteilt werden, um zum Beispiel das Stampfen und Rollen. eines richtigen. Schiffes nachzuahmen.
Für gewisse Zwecke könnte auch die Verwendung eines flachen Bildes des Flugzeugträgers an Stelle eines Modelles genügen. Überdies könnte für manche Zwecke von der Nachahmung bestimmter einzelner Flugzeugbewegungen abgesehen werden. Beispiels weise könnte angenommen werden, dass der Nei gungswinkel des Flugzeuges während den Schlusspha- sen einer Annäherung angenähert gleich Null ist.
Die Bestimmung der verschiedenen Winkel kann unter Verwendung normaler Analog-Rechenverfah-- ren erfolgen, z. B. kann ein nichtlineares Potentio- meter Verwendung finden, um eine Ausgangsspan nung zu erhalten, welche sich als Funktion (z. B. mit dem Sinus oder dessen reziproken Wert) der Kon- taktarm-Verschiebung ändert. Ein Produkt von zwei Variablen wird durch Anlegen einer der ersten Variablen entsprechenden Spannung an ein Potentio- meter und Einstellung dessen Abgreifarmes in über einstimmung mit dem Wert der zweiten Variablen erhalten.
Die Addition von Spannungen kann durch Verwendung von Netzwerken mit parallelen Eingän gen erzielt werden.