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Die Vorrichtung bezieht sich auf das Gebiet der sich an Bord
befindenden optoelektronischen Vorrichtungen, die
insbesondere z.B. für die dreidimensionale Ortung und/oder die
Identifizierung von Zielen vorgesehen sind, und sie bezieht sich
insbesondere auf eine selbstwegschwenkende Visiervorrichtung
für eine solche Vorrichtung.
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Ein wesentlicher Parameter für die sich an Bord befindenden
optoelektronischen Vorrichtungen zur dreidimensionalen
ortung und/oder Identifizierung ist der Schwenkwinkel der
Visierlinie. Es ist nämlich sehr wichtig, daß diese Art von
sich an Bord befindenden Vorrichtungen die Ortung und
Identifizierung in den größtmöglichen Sektoren ermöglichen. Die
ideale Anbringung besteht darin, die optoelektronische
Vorrichtung direkt an der Bugspitze des Flugzeugs anzubringen.
Dies ist im allgemeinen nicht möglich, da an dieser Stelle
das Radar angeordnet ist.
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Eine Anbringung der optoelektronischen Vorrichtung unter dem
Flugzeug ermöglicht keine Ausrichtung der Visierlinie mit
bezüglich der horizontalen Bezugslinie des Flugzeugrumpfes
positiven Höhenwinkeln.
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Eine seitliche Anordnung deckt einen großen Seitenwinkel
aufgrund des Buges ab, es sei denn, daß zwei symmetrisch
angeordnete Systeme verwendet werden, was dann die Kosten
wesentlich erhöht.
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Das Anbringen "am Fuß des Kabinendachs" unmittelbar vor der
Kabinenverglasung ermöglicht, unter Betriebsgesichtspunkten
das größte und interessanteste Aufnahmefeld zu erreichen.
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Das Anbringen einer optoelektronischen Vorrichtung zur
ortung oder zum Aufnehmen insbesondere bei einem Kampfflugzeug
am Fuß des Kabinendachs deckt aber einen Teil des
Sichtfeldes des Piloten ab, wobei ein um so größerer Teil abgedeckt
wird, je größer das Aufnahmefeld der Vorrichtung zur Ortung
ist: Um die Ausrichtung des Feldes, also der Visierlinie,
nach unten mit bezüglich der horizonalen Bezugslinie RHF des
Rumpfes negativen und möglicherweise stark negativen
Höhewinkeln muß die Vorrichtung zur Ortung, welche das
Ausrichten der Visierlinie ermöglicht, nämlich über die Außenhaut
PA des Flugzeugs hervorstehen, wie in Fig. 1 dargestellt, in
der ein Rumpf F eines Flugzeugs mit seiner horizontalen
Bezugslinie RHF teilweise dargestellt ist; die am tiefsten
liegende Visierlinie LVB des Piloten P ist in der
(Seitenwinkel)-Richtung der optoelektronischen Vorrichtung von
dieser Vorrichtung begrenzt. Die am tiefsten liegende
Visierlinie Lvb der optoelektronischen Vorrichtung ist
wiederum von dem Rumpf oder der "Außenhaut" des Flugzeugs PA
begrenzt.
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Die prinzipiellen Vorrichtungen zur Ausrichtung der
Visierlinie, die in die gegenwärtig vorliegenden Geräte eingebaut
sind, ermöglichen im allgemeinen keinen großen Schwenkwinkel
der Visierlinie, oder wenn der Schwenkwinkel ausreichend
ist, erzeugt die Vorrichtung eine große Einschränkung des
Sichtbereichs des Piloten. Diese Vorrichtungen gibt es
derzeit nur in Flugzeugen, bei denen die aufgrund des Landens
auf extrem kurzen Strecken, z.B. auf einem Flugzeugträger,
hervorgerufenen Einschränkungen nicht vorliegen. Keine der
bis zum heutigen Tag erhältlichen Vorrichtungen ist somit
den für eine Landung auf einem Flugzeugträger notwendigen
Sichterfordernissen unterworfen.
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Die Erfindung hat eine optoelektronische Vorrichtung für
eine an Bord befindliche Vorrichtung zur Ortung und
Identifizierung zum Ziel, die große Schwenkwinkel der
Visierlinie ermöglicht und den Sichtbereich des Piloten während
der Phasen des Startens, Landens, Landens auf einem
Flugzeugträger
sowie während der Phasen des Flugs freigibt,
während denen das System nicht betrieben wird. Zu diesem Zweck
ist die Vorrichtung selbstwegschwenkend.
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Erfindungemäß ist eine selbstwegschwenkende
Visiervorrichtung für eine an Bord befindliche optoelektronische Ortungs-
und Identifikationsvorrichtung, die für die Ausrichtung der
Visierlinie eine Seitenwinkeleinheit enthält, die von der
Höhenwinkeleinheit getragen und mit dieser über Lager
verbunden ist, wobei diese Einheiten in der Lage sind, sich um
eine Höhenwinkelachse bzw. um eine Seitenwinkelachse zu
drehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine
Eintrittspupille aufweist, die bezüglich der Höhenwinkelachse
der Vorrichtung exzentrisch angebracht ist, welche wiederum
tiefer als die Außenhaut des Trägers angeordnet ist, wobei
die Vorrichtung eine längliche Form besitzt, deren große
Abmessung für die am tiefsten liegende Visierlinie, bei
welcher der Höhenwinkel hinsichtlich der horizontalen
Bezugslinie des Rumpfes negativ ist, bezüglich des Trägers
nahe an der Vertikalen liegt und deren große Abmessung für
die am höchsten liegende Visierlinie bezüglich des Trägers
nahe der Horizontalen liegt, wobei die Visiervorrichtung für
die am tiefsten liegende Visierlinie maximal hervorsteht und
sich entsprechend der Erhöhung des Höhenwinkels durch
Drehung um die Höhenachse selbst wegschwenkt.
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Die Erfindung wird besser verstanden und weitere Merkmale
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die sich
auf die beigefügten Zeichnungen bezieht. In diesen zeigen:
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- Fig. 1 ein allgemeines Schema, welches ermöglicht,
darzustellen, daß die am tiefsten liegenden Visierlinie des
Piloten aufgrund einer im vorderen Bereich angeordneten
optoelektronischen Aufnahmevorrichtung verdeckt ist;
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- die Figuren 2 und 3 Schemata, die Vorrichtungen nach
dem Stand der Technik darstellen;
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- die Figuren 4a, 4b und 4c im Schnitt die
erfindungsgemäße selbstwegschwenkende Vorrichtung in drei
verschiedenen Stellungen;
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- die Figuren 5a und 5b eine zweite Ausführungsform der
erfindungsgemäßen selbstwegschwenkenden Vorrichtung mit
weiter vermindertem Platzbedarf und einem getragenen Fenster;
und
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- die Figuren 6a und 6b eine dritte Ausführungsform der
Erfindung mit einer nachgeführten Abdeckung.
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Um die wesentlichen Merkmale der Erfindung besser begreifen
und ihre Vorteile besser abschätzen zu können, wird
nachfolgend eine knappe Beschreibung der bekannten Vorrichtungen
zur Ausrichtung der Visierlinie gegeben.
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In Fig. 2 ist ein erster Typ einer Vorrichtung dargestellt,
wobei die Vorrichtung zur Ausrichtung der Visierlinie in der
Symmetrieebene des Flugzeugs angeordnet ist. Das angewendete
Prinzip verwendet einen Pogendorf-Spiegel M (mit
Winkelverdoppelung), wobei sich also die Visierlinie um 2 α dreht,
wenn der Spiegel eine Drehung um α ausführt. Ein solcher Typ
von Vorrichtung ermöglicht keine Ausrichtung der Visierlinie
LV mit bezüglich der horizontalen Referenzlinie RHF des
Rumpfes sehr großen Höhenwinkeln, was in dem angewendeten
Prinzip und der begrenzten Abmessung des Spiegels begründet
liegt. Außerdem ist der Sichtbereich des Piloten auf der
Achse stark eingeschränkt, da das System in der
Symmetrieebene des Flugzeugs angeordnet ist.
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Bei einem weiteren Typ von Vorrichtung ist das angewendete
Prinzip das gleiche, wobei die Drehung eines Spiegels M
gleich der Hälfte der Veränderung des Visierwinkels
bezüglich der RHF ist, jedoch ist die Vorrichtung zur Ausrichtung
der Visierlinie bezüglich der Syminetrieachse des Flugzeugs
versetzt. Hinsichtlich der Ausrichtung der Visierlinie mit
sehr großen Höhenwinkeln gelten die gleichen Beschränkungen,
und die Verdeckung des am tiefsten liegenden Sichtbereichs
des Piloten besteht weiterhin, jedoch hier seitlich anstatt
wie bei dem vorangegangenen Fall auf der Achse.
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In Fig. 3 ist ein dritter Typ von Vorrichtung dargestellt,
die ebenfalls seitlich angebracht ist, wobei die Verdeckung
der am tiefsten liegenden Visierlinie die gleiche
Größenordnung aufweist; dagegen ist der erreichbare Winkelbereich
sehr viel größer, da das System eine Koppelung der Achsen
vorsieht, was das Ausrichten der Visierlinie gleichzeitig
nach Höhenwinkel und Seitenwinkel ermöglicht. Eine solche
Vorrichtung besteht aus einer Kugel S, die sich um einen
feststehenden Punkt C dreht, welcher der Mittelpunkt der
Kugel ist und sich oberhalb des Rumpfes des Flugzeugs
befindet; diese Kugel deckt jedoch in gleicher Weise den
Sichtbereich des Piloten ab, wobei sich die Kugel um ihren
Mittelpunkt dreht, welcher der Schnittpunkt der beiden Drehachsen
ist. Eine solche Vorrichtung hat einen größeren Nachteil bei
der Durchführung einer Überwachung, denn obwohl es leicht
ist, die verschiedenen Elemente der Vorrichtung zum
Ausrichten der Visierlinie in einer gegebenen Richtung anzuordnen,
ist doch eine Regelung der Vorrichtung wesentlich
schwieriger.
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Zum einen ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung, einen
großen Winkelbereich zu erhalten, wobei der niedrigste
Höhenwinkel sehr viel größer als bei den herkömmlichen
Systemen ist, und zum anderen beeinträchtigt dieses System nicht
den Sichtbereich des Piloten während der Phasen, in denen
der Sichtbereich sehr wichtig ist, nämlich beim Landen und
insbesondere beim Landen auf einem Flugzeugträger, etc., da
dieses System selbsteinschwenkend vorgesehen ist, so daß es
auf Verlangen des Piloten oder bei einem Ausfall der
Visiervorrichtung den Sichtbereich des Piloten freigibt.
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Die Lösung dieser Probleme kann in einer (durch Translation)
selbsteinziehbaren Vorrichtung mit zwei Stellungen bestehen,
wobei die ausgefahrene Stellung die Perioden der Ausrichtung
der Visierlinie ermöglicht und die Vorrichtung in der durch
eine Translation erhaltenen eingefahrenen Stellung nicht
mehr über die Außenhaut des Flugzeugs in den kritischen
Phasen wie beim Landen und insbesondere beim Landen auf einem
Flugzeugträger hervorsteht. In der Praxis ist eine solche
Vorrichtung schwierig anzuwenden unter Berücksichtigung des
Aufbaus der optischen Vorrichtung, die ein Teil der
optoelektronischen Vorrichtung zur Ortung und Ausrichtung ist
und ferner in der eingefahrenen Stellung ein großes Volumen
in dem zur Verfügung stehenden Volumen des Flugzeugs
einnimmt.
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Als Folge davon ist erfindungsgemäß die Ortungsvorrichtung
mit großem Schwenkwinkel durch Drehung um einen
feststehenden Punkt O wegschwenkbar. Dazu weist die Vorrichtung
eine Form auf, die besonders zum einem an die Funktion der
Ortung und zum anderen an das Wegschwenken angepaßt ist. Die
erfindungsgemäße Visiervorrichtung 1 ist in den Figuren 4a,
4b und 4c dargestellt: Diese Visiervorrichtung enthält einen
Höhenwinkelaufbau 2, der das Gehäuse der Vorrichtung bildet
und in der Lage ist, sich zu drehen, um den Höhenwinkel α
der Visierlinie LV um eine Höhenwinkelachse einzustellen,
die senkrecht zur Schnittebene der Figuren 4a, 4b und 4c ist
und deren Durchstoßpunkt mit O bezeichnet ist. In dem
Höhenwinkelaufbau ist ein Fenster 10 vorgesehen, das eben oder
vorzugsweise kugelförmig ist oder Facetten aufweist, um das
gewünschte große Schwenken der Visierlinie zu ermöglichen.
In allen diesen Fällen sind die Abmessungen des Fensters 10
an den gewünschten Seitenwinkelbereich angepaßt. Die
Vorrichtung weist außerdem einen Seitenwinkelaufbau 3 auf, der
in der Lage ist, sich im Inneren des Höhenwinkelaufbaus 2 zu
drehen, um den Seitenwinkel Θ der Visierlinie um eine
Seitenwinkelachse OY einzustellen, die senkrecht zur
Höhenwinkelachse ist und somit in der Ebene der Figuren 4a, 4b und
4c liegt. Zwei Wälzlager 4 ermöglichen die Drehung des
Seitenwinkelaufbaus bezüglich des Höhenwinkelaufbaus. Jedem
Aufbau ist ein Spiegel 5 bzw. 6 zum Umlenken zu einer
optischen Vorrichtung zugeordnet, die üblicherweise eine große
Brennweite aufweist und in den Figuren 4a, 4b und 4c nicht
dargestellt ist, jedoch in der nachfolgend beschriebenen
Fig. 5b dargestellt ist, wobei dieser optischen Vorrichtung
ein optischer Aufnehmer zugeordnet ist.
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Das Fenster 10 der optoelektronischen Vorrichtung zur Ortung
befindet sich in den Figuren 4a, 4b und 4c jeweils:
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- in der Stellung mit der am tiefsten liegenden
Visierlinie Lvb der optoelektronischen Vorrichtung mit negativem
Höhenwinkel, was in Fig. 4a dargestellt ist,
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- in einer Stellung mit einem bezüglich der
horizontalen Referenzlinie des Rumpfes positiven Höhenwinkel, wie in
Fig. 4b dargestellt ist, und
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- in einer weggeschwenkten Stellung, in welcher die
Vorrichtung bezüglich des Rumpfes minimal hervorsteht, wobei
dies einen geringen Luftwiderstand (aerodynamischen
Widerstand) bietet.
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Wie in Fig. 1 bezeichnet PA die "Außenhaut" des Flugzeugs
(des Rumpfes), und LVB ist die am tiefsten liegende Linie
des Sichtbereichs des Piloten. Wie in diesen Figuren
dargestellt, weist die Vorrichtung eine Eintrittspupille 10 auf,
die bezüglich der Höhenwinkelachse exzentrisch angebracht
ist. In Fig. 4a ist der kleinste anvisierbare Höhenwinkel αo
dargestellt, welcher der am tiefsten liegenden Visierlinie
entspricht und bezüglich der horizontalen Referenzlinie RHF
des Rumpfes in der Größenordnung von -20º beträgt. Wie in
der Figur dargestellt, ist allerdings der Sichtbereich des
Piloten teilweise von der Visiervorrichtung verdeckt.
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Die erfindungsgemäße Visiervorrichtung ist zu diesem Zweck
am Fuß des Kabinendachs, jedoch außerhalb der Symmetrieachse
des Flugzeugs angebracht, damit der am tiefsten liegende
Sichtbereich des Piloten nicht in dem Mittelabschnitt des
Sichtfeldes verdeckt ist. Ausgehend von dieser tiefsten
Stellung ermöglicht eine Drehung um die Höhenwinkelachse,
den Höhenwinkel zu verändern, ohne den Sichtbereich des
Piloten weiter zu beeinträchtigen. Zu diesem Zweck ist die
Höhenwinkelachse bezüglich des Fensters so exzentrisch, daß
diese Drehung gleichzeitig ein Wegschwenken eines Teils der
Visiervorrichtung unter die Außenhaut PA des Flugzeugs
bewirkt.
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Ausgehend von der in Fig. 4b dargestellten speziellen
Stellung, in welcher der Höhenwinkel α&sub1; positiv ist und in der
Größenordnung von +45º liegt, wird der untere Sichtbereich
des Piloten nicht mehr von der Visiervorrichtung 1
abgedeckt. Jenseits dieser Stellung wird durch eine weitere
Drehung der Visiervorrichtung 1 um den Punkt 0 der Höhenwinkel
weiter erhöht, bis er einen Wert in der Größenordnung von
90º erreicht. Wie in Fig. 4c dargestellt, ermöglicht eine
weitere Drehung bis zu α&sub2; ein wesentlich weiteres
Wegschwenken der Visiervorrichtung 1 unter die Außenhaut des
Flugzeugs, wobei der oberhalb der Außenhaut PA des Flugzeugs
hervorstehende Teil der Visiervorrichtung nur eine sehr
kleine aerodynamische Störung hervorruft, wobei sich das im
Inneren des Flugzeugs notwendige Volumen nicht wesentlich
erhöht. In dem letzten Bereich der Drehung ist die
Visiervorrichtung nicht mehr betriebsbereit, sobald das Fenster
unter der Außenhaut des Flugzeugs zu verschwinden beginnt.
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Die Gestalt der Visiervorrichtung ist wichtig.
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In der weggeschwenkten Stellung ist es nämlich wesentlich,
daß die Gestalt so aerodynamisch wie möglich ist. Aus diesem
Grund ist der in der Betriebsstellung am tiefsten liegende
Abschnitt der Visiervorrichtung (der in der weggeschwenkten
Stellung der am höchsten liegende Abschnitt der
Visiervorrichtung ist) in der in den Figuren 4a, 4b und 4c
dargestellten Ausführungsform halbkugelförmig. Danach ist der
Aufbau entlang einem Teil seiner Höhe zylindrisch.
Schließlich ist der in der Betriebsstellung obenliegende Abschnitt
durch einen Kugelabschnitt und dem Abschnitt gebildet, der
von dem Fenster 10 eingenommen ist, das eben, kugelförmig
oder mit Facetten versehen sein kann, wie oben dargestellt.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die
beschriebene und dargestellte Ausführungsform beschränkt.
Insbesondere sind Veränderungen der äußeren Gestalt der
Visiervorrichtung möglich, solange die wesentlichen Merkmale
tatsächlich eingehalten werden, also zum Erhalten einer
hinsichtlich des Höhenwinkels tiefstmöglichen Visierlinie die
Visiervorrichtung ausreichend über die Außenhaut des Flugzeugs
hinausragt, wenn die Visiervorrichtung sich in dieser
Betriebsstellung befindet, und dagegen ein maximaler
Sichtbereich für den Piloten während einiger schwieriger Phasen
garantiert wird, während denen die Visiervorrichtung nicht
betriebsbereit sein muß und die Visiervorrichtung so weit wie
möglich unter die Außenhaut des Flugzeugs durch Drehung um
einen Drehmittelpunkt verschwenkt ist, der mit dem
Schnittpunkt O der Höhenwinkelachse und der Seitenwinkelachse
zusammenfällt.
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Es sind weitere Ausführungsformen möglich: Es ist zum
Minimieren der Abmessungen des Höhenwinkelaufbaus 2, der in den
in den Figuren 4a, 4b und 4c dargestellten Schemata den
Seitenwinkelaufbau 3 umschließt, möglich, daß der
Seitenwinkelaufbau 3 das Fenster trägt, anstatt daß es von dem
Höhenwinkelaufbau 2 der Visiervorrichtung getragen wird. Der sich
ergebende Aufbau ist schematisch in den Figuren 5a und 5b
dargestellt, in denen zu den Elementen aus den
vorangegangenen Figuren gleiche Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen versehen sind. In Fig. 5a ist die Visiervorrichtung
entlang der gleichen Schnittebene wie in den Figuren 4a, 4b
und 4c dargestellt, während in Fig. 5b die Vorrichtung
entlang einer Schnittebene dargestellt ist, die senkrecht zur
ersten Schnittebene ist und die Höhenwinkelachse OX enthält.
In dieser Fig. 5b erscheint das vor der Figur liegende
Fenster 10 nicht. Dagegen ist die optische Vorrichtung 20, zu
der der von dem Spiegel 6 reflektierte Strahl zurückgeworfen
wird, symbolisch dargestellt. Im Vergleich zur in den
Figuren 4a, 4b und 4c dargestellten Ausführungsform ist zu
sehen, daß der Höhenwinkelaufbau 2 nicht mehr den
Seitenwinkelaufbau 3 umgibt, wodurch die Abmessungen etwas reduziert
werden können. Das Fenster 10 wird nicht mehr von dem
Höhenwinkelaufbau 2 getragen, sondern von dem
Seitenwinkelaufbau 3.
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Wenn es aufgrund von Vibrationen notwendig ist, die
Visierlinie LV zu stabilisieren, kann außerdem die
aerodynamische Einwirkung auf das Fenster ein Grund von Störungen
sein. In diesem Fall ist die Vorrichtung zur Ausrichtung der
Visierlinie von einer nachgeftihrten Abdeckung 30 abgedeckt,
die von der Vorrichtung zur Ausrichtung der Visierlinie
entkoppelt ist, wie in den Figuren 6a und 6b dargestellt. Die
Lager der Abdeckung weisen zu der Höhenwinkelachse OX
parallele Achsen auf.
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In gleicher Weise wie bei dem in Fig. 5 dargestellten
Aufbau, bei dem das Fenster von dem Seitenwinkelaufbau getragen
ist, ist in dieser Ausführungsform das Fenster 10 von der
nachgeführten Abdeckung 30 getragen. Auf diese Weise ist die
Vorrichtung zur Ausrichtung der Visierlinie im Inneren der
nachgeführten Abdeckung aufgehängt.
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Bei dieser Ausführungsform ist die Gestalt der Abdeckung
dafür ausgelegt, daß der Luftwiderstand in allen Stellungen
der Einheit bei ihrer Drehung um den Punkt O so gering wie
möglich ist, die gleichzeitig mit der Höhenwinkelausrichtung
eine Wegschwenkung der Vorrichtung bewirkt.
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Es sind weitere Verbesserungen möglich, ohne den Bereich der
Erfindung zu verlassen, z.B. eine nachgeführte Abdeckung mit
zwei Achsen, wobei ein Teil der Abdeckung entlang der
Seitenwinkelachse nachfolgt.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird das
Wegschwenken der Vorrichtung entlang der vertikalen Richtung
durch Drehung um eine Höhenwinkelachse erhalten, die
bezüglich der Eingangspupille exzentrisch ist. Diese Anordnung
ist nicht einschränkend, und es ist möglich, ein seitliches
Wegschwenken bei einer an der Seite des Flugzeugs
vorgesehenen Visiervorrichtung vorzusehen.
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Die Erfindung bezieht sich auf alle Visiervorrichtungen, um
den Sichtbereich des Piloten freizugeben, jedoch die
Möglichkeit des Visierens mit stark negativen Höhenwinkeln
aufrechtzuerhalten und um die Aerodynamik des Systems zu
verbessern, indem das Hervorstehen der Visiervorrichtung
bezüglich der Außenhaut des Flugzeugs minimiert wird. Die
Erfindung weist auch weitere Vorteile auf; sie ermöglicht
insbesondere, das Fenster der Visiervorrichtung zu schützen,
insbesondere vor Regenerosion und Stöße, was deshalb sehr
wichtig ist, da zur Vermeidung dieser Probleme die Fenster
aus einem sehr harten Material, insbesondere aus Saphir,
gebildet werden müssen; dies kann nun vermieden werden.
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Ein weiterer Vorteil kann schließlich die Verminderung der
äquivalenten Radarfläche im Vergleich zu herkömmlichen
Vorrichtungen sein, die das Erhalten des gleichen Schwenkwinkel
ermöglichen.