DE69625049T2

DE69625049T2 - Flugüberwachungsinstrument-Anzeigen für Flugzeuge

Info

Publication number: DE69625049T2
Application number: DE69625049T
Authority: DE
Inventors: G. Braithwaite; J. Durnford
Original assignee: SEC DEP FOR DEFENCE LONDON; UK Secretary of State for Defence
Current assignee: SEC DEP FOR DEFENCE LONDON; UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1995-03-29
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 2003-07-24
Anticipated expiration: 2016-03-27
Also published as: WO1996030722A1; GB2313584A; US5614897A; GB9717985D0; EP0817952A1; EP0817952B1; DE69625049D1; ES2184857T3; GB2313584B

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Flugüberwachungsinstrument-Anzeigen, insbesondere auf derartige Anzeigen für Leichtflugzeuge und Hubschrauber, und ist für derartige Flugzeuge, die von einem Piloten ohne Autopiloten geführt werden, von besonderem Wert.

2. Abhandlung des Standes der Technik

Es ist wohlbekannt, daß Flugzeugpiloten, die ohne automatische Kontrollen arbeiten, sichtbare Anhaltspunkte benötigen, um einen kontrollierten Flug aufrechtzuerhalten. Unter bestimmten Bedingungen, die im allgemeinen bei normalen Vorgängen wie etwa Nebel oder Staubwolken angetroffen werden, oder bei geringer Sicht, muß der Sichtbezug durch Instrumente hergestellt werden. Bedingungen, unter denen Instrumente verwendet werden müssen, sind als Instrumentenflugbedingungen (IFC = instrument flight conditions) bekannt. Physikalische oder kognitive Mißverständnisse können den Piloten vor allem unter Instrumentenflugbedingungen zu einem falschen Verständnis der Orientierung seines Flugzeugs führen, einem Zustand, der als räumliche Desorientierung (SD = spatial disorientation) bekannt ist. Untersuchungen haben gezeigt, daß zwischen 80-100% des Flugpersonals von Starrflüglern und Hubschraubern in einem gewissen Maß SD erlitten haben. Untersuchungen haben auch gezeigt, daß SD eine Ursache für viele Unfälle ist; beispielsweise wurde SD als Hauptfaktor bei 32% der militärischen Hubschrauberunfälle bezeichnet.
Es wird als wesentlich erachtet, daß Instrumentenanzeigen gut lesbar sein sollten und daß Anzeigewerte von verschiedenen Instrumenten leicht in eine Wechselbeziehung zu bringen sein sollten, um dem Piloten ein wahres Bild der Flugbahn seines Flugzeugs zu vermitteln. Dies ist besonders bei Bedingungen wichtig, unter denen ein Flugzeug plötzlich und unerwartet in schlechte Sichtbedingungen gerät und der Pilot schnell von Sichtflugbedingungen zu Instrumentenflugbedingungen übergehen muß.
Es besteht deshalb eine Bedarf an einer vereinfachten Instrumentenanzeige, die eine adäquate Informationsquelle für den standardmäßigen Instrumentenflug und außerdem eine einfache Informationsquelle für die Beibehaltung oder Wiederherstellung einer korrekten Flugbahn bei Auftreten von SD darstellt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist eine Flugüberwachungsinstrument- Anzeige, die eine Anzeigetafel mit einem kombinierten Geschwindigkeits- und Kursanzeiger enthält. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung enthält einen Kursanzeiger in Gestalt einer zentralen symmetrischen Form, die von einem mit Skalen versehenen Matrixmuster umgeben ist, wobei die Abweichung eines Flugzeugs, in dem die Anzeige installiert ist, von einer Soll-Geschwindigkeit und einem Soll-Kurs durch Verschiebung eines Flugzeugsymbols von der zentralen Form angegeben wird.
Wenn das Flugzeug ein Flugüberwachungssystem und ein Flugzeuglagen-Sensorsystem enthält und die Instrumentenanzeige ein Anzeige Steuer system enthält, wobei das Flugzeuglagen-Sensor system und das Anzeigesteuersystem eine Querverbindung zu Steuerregeln enthalten, so daß dann, wenn das Flugzeug von seiner Soll-Geschwindigkeit und seinem Soll-Kurs abweicht, die Flugregelung das Nicken und Rollen des Flugzeugs in einer Weise steuert, daß es danach strebt, zur Soll-Geschwindigkeit und zum Soll-Kurs zurückzukehren, und bewirkt, daß sich das Flugzeugsymbol in Richtung der zentralen symmetrischen Form bewegt.
Die Steuerregeln sind dergestalt, daß dann wenn das Flugzeug von der Soll-Geschwindigkeit und dem Soll-Kurs abgewichen ist, die Position des Flugzeugsymbols innerhalb der symmetrischen Form angibt, daß der Pilot Steuereingaben gemacht hat, um die Nick- und Rollwinkel des Flugzeugs mit einer Rate zu verändern, die für eine sichere Rückkehr des Flugzeugs zur Soll-Geschwindigkeit und zum Soll-Kurs geeignet ist. Die Steuerregeln sind außerdem vorzugsweise dergestalt, daß dann, wenn sich die Geschwindigkeit und der Kurs des Flugzeugs der Soll-Geschwindigkeit und dem Soll-Kurs nähern, sich das Flugzeugsymbol aus der zentralen symmetrischen Form heraus bewegt, bis der Pilot die Flugzeugsteuereingaben wieder so einstellt (wodurch sich das Symbol zurück in die zentrale symmetrische Form zurückbewegt), daß die Querlagen- und Nickwinkel so eingestellt sind, daß das Flugzeug auf der Soll-Geschwindigkeit und dem Soll-Kurs gehalten wird, wobei sich das Flugzeugsymbol innerhalb der zentralen symmetrischen Form befindet. Die Steuerregeln können bei der Annäherung an die Soll-Geschwindigkeit und den Soll-Kurs eine allmähliche Änderung der Flugzeugsteuereingaben verlangen.
Die Kanten des Musters können in ihrer Umgebung Parameteranzeiger besitzen, die verschiedene Flugparameter angeben. Die zentrale symmetrische Form kann ein Quadrat sein. Das mit Skalen versehene Matrixmuster ist normalerweise symmetrisch, kann ein Quadrat sein und aus einem Muster mit symmetrischen Hilfsformen bestehen, die ein oder mehreren Typen von symmetrischen Formen wie etwa Quadraten, Rechtecken, Kreisen, Ovalen oder dergleichen entsprechen können. Die Parameteranzeiger enthalten Anzeiger, die Parameter angeben, die von jenen verschieden sind, die durch das quadratische Muster und das Flugzeugsymbol angegeben werden, und können außerdem Anzeiger enthalten, die die durch das quadratische Muster und das Flugzeugsymbol angegebenen Parameter bestätigen.
Ein typisches Parameteranzeigermuster kann beispielsweise einen Vertikalgeschwindigkeitsanzeiger (VSI = vertical speed indicator), einen Höhenmesser, einen Luftgeschwindigkeitsanzeiger (ASI = air- speed indicator), einen Kursanzeiger und/oder einen Slipmesser umfassen. Diese können zweckmäßig gemeinsam, der VSI und der Höhenmesser jeweils auf einer Seite des quadratischen Musters, der ASI und der Slipmesser unter dem Muster und der Kursanzeiger über dem Anzeigemuster, positioniert sein. Der VSI und der Höhenmesser können die Form digitaler Anzeigewerte der Ist- und der Soll- Flugzeugleistung in Kombination mit bandförmig dargestellten Verschiebungsmeßwerten, die die Abweichung des betreffenden Parameters von seinem Sollwert anzeigen, haben.
Das Anzeigesteuersystem trifft Vorkehrungen für eine Betriebsartänderung der Soll-Flugparameter, wobei sich eine solche Änderung in den auf das Ausgangssignal des Flugzeuglagensensors angewendeten Steuerregelalgorithmen wiederspiegelt. Änderungen der Soll-Geschwindigkeit und des Soll-Kurses führen zur Verschiebung des Flugzeugsymbols aus der zentralen symmetrischen Form heraus, bis geeignete Steuereingaben gemacht werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Ist-Flugzeuggeschwindigkeit und der Ist-Flugzeugkurs an bestimmten Orten um das Muster angegeben. Zusätzlich befindet sich unter dem Muster auch ein Linearslipmesser, der angibt, ob eine Kurve ausgewogen ist. In dieser Ausführungsform kann in eine Betriebsart geschaltet werden, in der von der Fluganzeige ein Geradeaus- und Horizontalflug eingeblendet wird. Alternativ können von der Fluganzeige Kurven mit Standardrate, das Steigen und/oder das Sinken und selbst Instrumentenfluganweisungen eingeblendet werden.
Die verschiedenen Anzeiger sind vorzugsweise farbcodiert. Beispielsweise kann das Flugzeugsymbol, das vorzugsweise ein Dreieck ist, grün sein, um anzugeben, daß sich das Flugzeug auf einer korrekten Höhe befindet, rot sein, um anzuzeigen, daß das Flugzeug zu niedrig fliegt, und blau sein, um anzuzeigen, daß anzuzeigen, daß das Flugzeug zu hoch fliegt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun beispielhaft und mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben:
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Beziehung zwischen einem Flugzeug und einer Anzeige in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Vorderansicht einer Instrumentenanzeige in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 3 ist eine Vorderansicht einer Instrumentenanzeige in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

GENAUE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, besitzt ein Flugzeug 100 ein Flugüberwachungssystem zum Steuern des Flugs des Flugzeugs, wobei ein Flugzeuglagen-Sensorsystem 102 über eine Querverbindung 106 mit einem Flugüberwachungsinstrument-Steuersystem 104 verbunden ist. Die Querverbindung 106 kann eine reine Verkabelung sein, die die zwei Systeme verbindet, wobei die weiter unten besprochenen Steuerregeln, die über die Querverbindung 106 in Kraft gesetzt werden, eigentlich in einem der Systeme selbst oder in beiden aufgenommen sind.
Das Flugüberwachungsinstrument-Steuersystem 104 steuert eine Flugüberwachungsinstrument-Anzeige 108, die eine Anzeigetafel 10 mit einem zentralen Quadrat 11 enthält, das von einem durch die unterbrochene Linie angezeigten symmetrischen Muster 12 aus Hilfsquadraten 13 (wovon nur ein Teil mit 13 bezeichnet ist) umgeben ist. Die Anzeigetafel 10 kann eine Katodenstrahlröhre, eine Flüssigkristallanzeige, ein Plasmabildschirm oder eine andere herkömmliche Anzeigevorrichtung sein. Ein Flugzeugsymbol 14 in Form eines Dreiecks ist aus dem zentralen Quadrat 11 verschiebbar. Die Ver- Schiebung des Flugzeugsymbols auf der x-Achse hängt sowohl von der Abweichung des Ist-Kurses vom Soll-Kurs eines Flugzeugs, in dem die Anzeige installiert ist, als auch vom Rollwinkel des Flugzeugs ab. Die Verschiebung auf der y-Achse hängt sowohl von der Abweichung der Ist-Geschwindigkeit von der Soll-Geschwindigkeit als auch vom Nickwinkel des Flugzeugs ab. Die zwei für eine Achse relevanten Faktoren wirken sich in jeweils entgegengesetzter Richtung aus, so daß die Verschiebung des Symbols null ist, wenn vom Flugzeuglagensensorsystem 102 im voraus bestimmte Nick- und/oder Rolländerungen (die geeignet sind, das Flugzeug sicher zur Soll-Geschwindigkeit und zum Soll-Kurs zurückzubringen) erfaßt werden.
Links vom Muster 12 befindet sich ein Vertikalgeschwindigkeitsanzeiger (VSI) 15 mit einem digitalen Anzeigewert 16 für die Steig- oder Sinkrate in Verbindung mit einer Streifenanzeige 17 dieser Rate. Rechts vom Muster 12 befindet sich ein Höhenmesser 18 mit digitalen Anzeigewerten für die Isthöhe 19 und Sollhöhe 20 des Flugzeugs sowie eine Streifenanzeige 21, die die Abweichung der Isthöhe von der Sollhöhe anzeigt. Unter dem Sollhöhenanzeigewert 20 befindet sich ein Höhenmesser-Druckeinstellungsanzeiger 28 und über dem Anzeigewert 20 eine Gleitwegauswahl 29. Über dem Muster 12 befindet sich ein Kursanzeiger 22 mit einem Soll-Kurs 23 sowie ein Ist- Richtungs-Anzeiger (DI) 24. Unter dem Muster 12 befindet sich ein digitaler Luftgeschwindigkeitsanzeiger (ASI) 25, der die Ist-Luftgeschwindigkeit anzeigt.
Hilfsquadrate 26, die horizontal mit dem zentralen Quadrat 11 ausgerichtet sind, enthalten einen digitalen Anzeigewert der Soll- Luftgeschwindigkeit, wobei Hilfsquadrate oberhalb und unterhalb von diesen Abweichungen der Ist-Luftgeschwindigkeit von der Soll-Luft geschwindigkeit angeben.
Einige der Anzeigetafelanzeiger können farbcodiert sein. Beispielsweise kann das Flugzeugsymbol 14 grün sein, wenn sich das Flugzeug auf seiner korrekten Höhe befindet, rot sein, wenn das Flugzeug zu tief fliegt, und blau sein, wenn das Flugzeug zu hoch fliegt. Ähnlich kann die Streifenanzeige 17 zum Anzeigen des Steigens oder des Sinkens verschiedene Farben besitzen, während die Streifenanzeige 21 verschiedene Farben besitzen kann, um anzuzeigen, ob das Flugzeug zu hoch oder zu tief fliegt.
Das Lagen-Sensor system 102 liefert ein Ausgangssignal, das die Ist- Nick- und Rollwinkel des Flugzeugs anzeigt. Die Querverbindung 106 zum Flugüberwachungsinstrument-Steuersystem. 104 ist gemäß geeigneter Steuerregeln programmiert und mit der Anzeigetafel 10 verbunden und bewirkt, daß die Anzeige das gewünschte Flugprogramm und die Abweichungen von diesem angibt.
In dem Anzeigemuster, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, entspricht das gewünschte Flugprogramm einer Geschwindigkeit von 100 Knoten (siehe Kästchen 26) bei einer Höhe von 2.000 Fuß (siehe Kästchen 20) auf einem Kurs von 360º (Nord wie in im Kästchen 23). Wie erkennbar ist, betragen die Ist-Geschwindigkeit 67 Knoten (Kästchen 25), die Isthöhe 3.159 Fuß und der Kurs 278º (Kästchen 24). Die Verschiebung des Flugzeugsymbols 14 vom zentralen Quadrat 11 gibt die Abweichung (auf der vertikalen Achse oder y-Achse) von der korrekten Geschwindigkeit und/oder die für das Erreichen der korrekten Geschwindigkeit erforderliche Nickänderung sowie die Abweichung (auf der horizontalen Achse oder x-Achse) vom korrekten Kurs und/oder der zum Erreichen des korrekten Kurses erforderliche Rolländerung an. Die Abweichung von der korrekten Höhe und vom Horizontalflug werden durch die Höhenmesser- bzw. VSI-Anzeigen angegeben.
Das Flugzeuglagen-Sensorsystem 102 bestimmt den Rollwinkel und den Nickwinkel des Flugzeugs. Die in die Querverbindung programmierten Steuerregeln sind der Nickwinkel und der Rollwinkel (die wenigstens teilweise von Geschwindigkeits- bzw. Kursfehlern abhängen), die für das rechtzeitige Zurückbringen des Flugzeugs auf den korrekten Kurs und die korrekte Luftgeschwindigkeit (in einer Weise, die sich von der weiter unten besprochenen bevorzugten Ausführungsform unterscheiden kann und vom Typ und von der Größe des Flugzeugs usw. abhängt) erforderlich sind. Wenn der Pilot den Rollwinkel und/oder den Nickwinkel des Flugzeugs 100 schärfer auf die erforderlichen Roll- und Nickänderungen einstellt, bewegt sich das Flugzeugsymbol 14 in Richtung des zentralen Quadrat 11.
Wenn der korrekte Rollwinkel und der korrekte Nickwinkel (als Ergebnis der Eingaben des Piloten in das Steuersystem des Flugzeugs) erreicht sind, liegt das Symbol 14 innerhalb des Quadrats 11. Sobald sich das Flugzeug seiner korrekten Geschwindigkeit und seinem korrekten Kurs nähert, beginnt das zuvor zentrische Symbol 14, sich aus dem Quadrat 11 (in der entgegengesetzten Richtung) heraus zu bewegen, bis die vorhandenen Nick- und Rolleingaben neutralisiert worden sind, um das Flugzeug auf seiner Soll-Geschwindigkeit und seinem Soll-Kurs zu halten.

Kurssteuerung

Die Kurssteuerregeln lauten so, daß in einer bevorzugten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung, die auf einen Vielzweckhubschrauber anwendbar ist, sich das Flugzeugsymbol längs der x- Achse um 1 cm für jeweils 20º Kursfehler nach der Seite (nach links, wenn sich der Kursfehler auf der linken Seite befindet, und nach rechts, wenn sich der Kursfehler auf der rechten Seite befindet) bewegt, wobei die maximale seitliche Verschiebung 1,5 cm (einem Kursfehler von 30º äquivalent) beträgt. Jedoch wird das Flugzeugsymbol um 1 cm für jeweils 10º Querlage in die entgegengesetzte Richtung verschoben, wo die Querlage in einer Richtung erfolgt, die den Kurfehler verringert; wenn sich das Flugzeug, wie in Fig. 2 dargelegt ist, z. B. links vom Soll-Kurs befindet, führt nur eine geeignete Querlage das Flugzeugsymbol zum zentralen Kästchen (und rechtzeitig zu seinem korrekten Kurs) zurück. Es gibt keine Grenze oder keinen Gipfel für die Verschiebung des Flugzeugs infolge des Rollens, weshalb sich die Flugzeuganzeige dann, wenn eine Rolleingabe größer als erforderlich ist, tatsächlich zum zentralen Quadrat 11 und darüber hinaus bewegt, was den Piloten veranlaßt, den Querlagenwinkel zu Verkleinern.
Unter der Annahme, daß sich das Flugzeug um 30º links vom Soll- Kurs befindet, wird das Flugzeugsymbol längs der x-Achse um 1,5 cm nach links vom zentralen Quadrat verschoben. Selbst ein desorientierter Pilot kann bei Betrachtung der Anzeige ein Rollen in der Richtung vom Flugzeugsymbol zum zentralen Quadrat 11, d. h. ein Rollen nach rechts, eingeben. Wenn wie oben verfahren wird, ist ersichtlich, daß ein 15º-Rollen nach rechts das Flugzeugsymbol um 1,5 cm nach rechts oder unmittelbar über das zentrale Quadrat 11 (da der ursprüngliche Ort, der sich infolge des Kursfehlers 1,5 cm auf der linken Seite befand, durch die Bewegung um 1,5 cm nach rechts infolge des Rollens verschoben wurde) bewegt. An diesem Punkt weiß der Pilot, obwohl er keine Bodensicht hat und noch immer desorientiert sein kann (und dadurch daran gehindert sein kann, seinen normalen Lagesensor Wirksam zu verwenden), daß für den geeigneten Rollbetrag gesorgt wurde. Während sich das Flugzeug abseits von seinem Kurs befand, wurde es außerdem in eine Kurve geschwenkt, die es zum Soll-Kurs zurückbringt.
Unter der Annahme, daß dieselbe 15º-Querlage gehalten wird, bewegt sich Flugzeugsymbol, da der Kursfehler abnimmt (da das Flugzeug in Richtung des Soll-Kurses schwenkt), allmählich nach rechts vom zentralen Quadrat, weil, obwohl die Verschiebung um 1,5 cm nach rechts infolge der 15º-Querlage konstant bleibt, die Verschiebung nach links infolge des Kursfehler allmählich auf 0 cm abnimmt. Dementsprechend ist die Wirkung auf den Piloten, dessen Eingaben dazu bestimmt sind, zu versuchen, das Flugzeugsymbol auf das zentrale Quadrat zentriert zu halten, die, daß er dadurch, daß sich das Flugzeugsymbol nach rechts vom zentralen Quadrat zu bewegen beginnt, nach links zu rollen beginnt (der Richtung vom Symbol zum zentralen Quadrat), was den Querlagenwinkel verkleinert. Schließlich geht der Pilot auf dem Soll-Kurs in den Horizontalflug über.

Geschwindigkeitssteuerung

Die Geschwindigkeitsteuerregeln lauten so, daß wiederum in unserer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die auf einen Vielzweckhubschrauber anwendbar ist, sich das Flugzeugsymbol vertikal längs der y-Achse um 1 cm für jeweils 20 Knoten Geschwindigkeitsfehler (nach unten, wenn der Geschwindigkeitsfehler unter der Soll-Geschwindigkeit liegt, und nach oben, wenn der Geschwindigkeitsfehler über der Soll-Geschwindigkeit liegt) bewegt, wobei die maximale Verschiebung infolge des Geschwindigkeitsfehlers 1,25 cm beträgt, d. h. die maximale vertikale Verschiebung infolge eines Geschwindigkeitsfehlers von 25 Knoten 1,25 cm beträgt. Jedoch wird das Flugzeugsymbol längs der y-Achse um 1 cm für jeweils 10º Nickänderung in Richtung des zentralen Quadrats 11 verschoben, wo die Nickänderung in einer Richtung erfolgt, die den Geschwindigkeitsfehler verringert. Beispielsweise unterstützt ein 10º- Herunterziehen der Nase des Flugzeugs die Beschleunigung des Flugzeugs zurück zu seiner korrekten Geschwindigkeit, wenn das Flugzeug, wie in Fig. 2 dargelegt ist, unterhalb der Soll-Geschwindigkeit fliegt. Es gibt keine Grenze oder keinen Gipfel für die Verschiebung des Flugzeugsymbols infolge des Nickens, weshalb sich der Flugzeuganzeiger dann, wenn eine Nickeingabe größer als erforderlich ist, tatsächlich zum zentralen Quadrat 11 und darüber hinaus bewegen kann, was den Piloten veranlaßt, den Betrag der Nickänderung zu verkleinern.
Unter der Annahme, daß das Flugzeug 30 Knoten unterhalb der Soll- Geschwindigkeit fliegt, wird das Flugzeugsymbol längs der y-Achse um 1,25 cm unter das zentrale Quadrat verschoben (die maximale Verschiebung infolge des Geschwindigkeitsfehler beträgt 1,25 cm). Selbst ein desorientierter Pilot kann bei Betrachtung der Anzeige eine Nickänderung in Richtung vom Flugzeugsymbol zum zentralen Quadrat 11 eingeben, d. h. den Steuerknüppel des Flugzeugs nach vorn drücken. Wenn wie oben verfahren wird, ist ersichtlich, daß eine 15º-Nickänderung nach unten das Flugzeugsymbol um 1,5 cm nach oben und über das zentrale Quadrat 11 hinaus bewegt (da der ursprüngliche Ort, der sich infolge des Geschwindigkeitsfehlers 1,5 cm unterhalb befand, durch die Bewegung um 1,5 cm nach oben infolge der Nickänderung zum Herunterziehen der Nase verschoben wurde).
An diesem Punkt weiß der Pilot, daß für mehr als den geeigneten Betrag der Nickänderung gesorgt wurde und ein leichtes Hochziehen der Nase dazu dient, das Flugzeugsymbol auf das zentrale Quadrat 11 zu zentrieren. Während sich das Flugzeug abseits von seines Soll- Geschwindigkeit befand, wurde es außerdem nach unten gezogen, so daß es auf die Soll-Geschwindigkeit zu beschleunigen beginnt.
Wie bei der Kurskorrektur bewegt sich das Flugzeugsymbol, da der Geschwindigkeitsfehler abnimmt (da die Fluggeschwindigkeit in Richtung der Soll-Geschwindigkeit zunimmt), allmählich über das zentrale Quadrat 1, weil, obwohl die Verschiebung nach oben um 1,5 cm infolge der 10º-Abwärts-Nickänderung konstant bleibt, die Verschiebung nach unten infolge des Geschwindigkeitsfehlers allmählich auf 0 cm abnimmt (da die Geschwindigkeit auf die Soll- Geschwindigkeit ansteigt). Dementsprechend ist die Wirkung auf den Piloten, dessen Eingaben dazu bestimmt sind, zu versuchen, das Flugzeugsymbol auf das zentrale Quadrat zentriert zu halten, die, daß er dadurch, daß sich das Flugzeugsymbol über das vom zentrale Quadrat zu bewegen beginnt, die Nase des Flugzeugs hochzuziehen beginnt (in der Richtung vom Symbol zum zentralen Quadrat), was das ursprüngliche Herabziehen verringert. Schließlich geht der Pilot mit der gewünschten Geschwindigkeit in den Horizontalflug über.
Je nach seinen Fähigkeiten und seiner Erfahrung kann sich ein Pilot in der Praxis beim Wiederzurückfinden aus seiner Desorientierung natürlich zuerst auf das Herstellen des korrekten Rollwinkels und danach auf den korrekten Nickwinkel oder umgekehrt oder auf beide gleichzeitig konzentrieren.

Instrumentenflug

Neben dem Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung, den Piloten beim Zurückfinden aus einer ungewöhnlichen Lage und/oder räumlichen Desorientierung zu unterstützen, ist das System in Situationen gemäß Instrumentenflugregeln sehr nützlich (ohne Bezug auf sichtbare Markierungen außerhalb des Cockpits wie etwa beim Flug in eine Wolkenbank). Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt, in der zusätzlich zu den Fig. 2 gezeigten Merkmalen eine Anzahl von Verfeinerungen erscheinen. Neben dem Soll-Kurs 23 gibt es einen Ist-Kurs-Anzeiger 50. Während der Ist-Richtungs-Anzeiger 24 einen einfachen Bezug auf die Flugrichtung liefert, liefert der Kursanzeiger 50 eine genaue Angabe des Ist- Kurses. Außerdem ist der digitale Luftgeschwindigkeitsanzeiger 25 zusammen mit einem weiteren Anzeiger 51, über den die Soll-Luftgeschwindigkeit eingestellt wird, eine Angabe der Ist-Luftgeschwindigkeit. Wie andere gelieferten und an der Tafel angezeigten Informationen können die Soll-Luftgeschwindigkeit, der Kurs und die Höhe in herkömmlicher Weise über ein Tastaturfeld oder eine Tastatur, einen gesprochenen Befehl, ein zuvor aufgezeichnetes Flugprofil oder ein anderes herkömmliches Informationseingabeverfahren eingegeben werden.
Ein Linearslipmesser 52 liefert eine Angabe für den scheinbaren Schwerkraftvektor im Flugzeug. Wenn das Flugzeug beispielsweise mit einer Ruder- oder Gegendrehmomenteingabe in Querlage gebracht wurde, die nicht ausreichend ist, um eine ausgewogene Kurve zu bewirken, bewegt sich das fettmarkierte Rechteck 53 von der Mittelposition weg zur Seite der Querlage, was angibt, daß das Pedal für das Seitenruder vorwärtsbewegt werden muß, um das Rechteck zurück in seine geforderte Mittelposition zu bewegen. Wenn vom Piloten der korrekte Betrag für die Ruderpedal-Steuereingabe geliefert wurde (um eine ausgewogene oder koordinierte Kurve zu bewirken), bewegt sich das Rechteck zurück in seine Mittelposition.
Wenn sich das Flugzeug beispielsweise in einem Seitenslip nach links (einem linken Querlagenwinkel ohne Rudereingabe) befindet, bewegt sich das Rechteck nach links, was dem Piloten angibt, daß eine Vorwärtsbewegung des linken Ruderpedals erforderlich ist. Wenn der Pilot die Steuereingabe in Form des Niederdrückens des linken Ruderpedals liefert, beginnt das Rechteck, sich zurück in seine zentrische Position zu bewegen. Wenn eine ausgewogene oder koordinierte Kurve erreicht ist, ist das Rechteck in der Mittelposition. Wenn jedoch in einer Linkskurve das Linksruderpedal zu stark niedergedrückt wurde, bewegt sich der Anzeiger nach rechts von der Mittelposition, was angibt, daß das Rechtsruderpedal um ein bestimmtes Maß niedergedrückt werden muß, um eine sauber ausgewogene Kurve zu erreichen.
Im oberen rechten Abschnitt von Fig. 3 gibt ein Anzeigebetriebsartanzeiger 54, der in einer Weise, die der Informationseingabe in das System ähnlich ist, verändert werden kann, die Betriebsart der Anzeige an. Bei Instrumentenflugregeln muß ein Flugzeug ohne jeglichen sichtbaren Bezug zum Boden oder auch zum relativen Horizont in der Lage sein, einen Geradeaus- und Horizontalflug zu verfolgen, Kurven mit Standardrate auszuführen und mit spezifischen Steig- oder Sinkraten zu steigen und zu sinken. Die Flugüberwachungsinstrument-Anzeige unterstützt die Beibehaltung dieser Zustände, wobei der Pilot die gewünschte Flugbetriebsart wählen kann und die Flugüberwachungsinstrument-Anzeige die gewählte Flugbetriebsart unterstützt und leitet.
Der Geradeaus- und Horizontalflug (SL) ist in Fig. 3 angegeben und wird, wie oben beschrieben wurde, durch die Anzeige aufrechterhalten, die sich auf Luftgeschwindigkeits-, Kurs- und Höhenabweichungen richtet und die erforderliche Steuerknüppelbetätigung zum Erreichen des Soll-Kurses, der Soll-Luftgeschwindigkeit und der Sollhöhe angibt.
Kurven mit Standardrate (SRT) umfassen eine Kurve von 3º pro Sekunde und würden durch LSRT für eine Linkskurve mit Standardrate und RSTR für eine Rechtskurve mit Standardrate an der Position 54 angegeben. Wenn vom Piloten eine Kurven-Betriebsart mit Standardrate ausgewählt worden ist, wird der Kurs, zu dem das Flugzeug geschwenkt wird, in das Soll-Kurs-Kästchen 23 eingetragen. Unter Verwendung derselben Informationsdarstellung, wie sie oben in bezug auf das Wiedergewinnen eines Soll-Kurses in der SL-Betriebsart besprochen wurde, wird das Dreiecks-Flugzeugsymbol 14 aus seiner Mittelposition versetzt (nach links für eine RSRT und nach rechts für eine LSRT), um die geeignete Rolleingabe einzublenden. Wenn der Pilot das Flugzeug für eine RSRT nach rechts und für eine LSRT nach links geschwenkt hat, bewegt sich das Dreiecks-Flugzeugsymbol 14 in seine neutrale Ausrichtung zurück. Wenn der Pilot die Kurve nicht sauber koordiniert, liefert der Slipmesser die oben besprochene geeignete Leitsymbolik zur Fehlerkorrektur.
Weil des Querlagenwinkels, der für eine Kurve mit einer 3º-pro- Sekunde-Rate erforderlich ist, von der (z. B. bei 120 Knoten liegenden) Fluggeschwindigkeit abhängt, bleibt das Dreieck im zentralen Kästchen 11, solange der geeignete Querlagenwinkel für die Soll- Luftgeschwindigkeit für eine Kurve mit Standardrate beibehalten wird. Wenn der Flugkurs innerhalb von 20º des Soll-Kurses liegt, kehrt die Anzeige zur Symbolik für den Geradeaus- und Horizontalflug (SL) zurück, so daß ein allmählicher Übergang vom Querlagenwinkel für die Kurve mit Standardrate zum Geradeaus- und Horizontalflug erreicht wird. Wenn der Soll-Kurs wiedergewonnen ist, kehrt die Anzeige automatisch in die LS-Betriebsart zurück. Wenn Kurven mit Raten gewünscht werden, die sich von einer Kurve mit Standardrate unterscheiden, können sie selbstverständlich in die Anzeige aufgenommen werden.
Außerdem sind Steig- und Sinkvorgänge für einen Piloten während des Betriebs unter Instrumentenflugregeln von Wichtigkeit. Wenn eine Steig- oder Sinkbetriebsart initiiert wird, wird die Höhe, auf die das Flugzeug steigen oder sinken muß, in das Sollhöhe-Kästchen 20 eingetragen, wobei als Ergebnis die Höhenmesser-Streifenanzeige 21 eine Angabe liefert, daß das Flugzeug momentan zu tief fliegt (im Fall eines Steigens) oder zu hoch fliegt (im Fall eines Sinkens). Der Pilot macht eine Steuereingabe, um den Höhenfehler, der durch die Streifenanzeige 21 angegeben wird, entweder durch Steigen oder Sinken zu verkleinern.
Wenn jedoch eine Nickänderung ausgeführt worden ist, um das Steigen oder Sinken zu bewirken, ohne die Leistung zu ändern, beginnt die Fluggeschwindigkeit abzunehmen (im Fall eines Steigens) oder zuzunehmen (im Fall eines Sinkens), wobei die vertikale Bewegung des Flugzeugsymbols 14 eine zur Beibehaltung der eingestellten Luftgeschwindigkeit erforderliche Leistungseinstellung seitens des Piloten signalisiert. Sobald die Sollhöhe wiedergewonnen ist, kehrt die Anzeige automatisch zur SL-Betriebsart zurück.
In ähnlicher Weise können durch die Kombination der zwei obenbeschriebenen Betriebsarten, d. h. durch Eintragen einer Kurve mit Standardrate in ein Kurs-Einstellkästchen 23 und anschließendem Einrichten eines Steigens oder Sinkens auf die im Sollhöhe-Kästchen 20 eingetragene Sollhöhe, Steig- oder Sinkkurven mit Standardrate erhalten werden.
Das System kann außerdem in Verbindung mit einem Instrumentenlandesystem betrieben werden, das verschiedene Werte für den Soll-Kurs, die Sollhöhe und die Soll-Vertikalgeschwindigkeit an die Anzeige liefert, so daß ein einfach ein Instrumentenlandeprofil befohlen und verfolgt werden kann. In bezug auf Hubschrauber kann die Anzeige so umkonfiguriert werden, daß das Flugzeugdreieckssystem 14 einen schwebenden Hubschrauber repräsentiert, wobei das zentrale Quadrat zu einem Datenwert für die Schwebeposition über dem Boden wird. Die vertikale Bewegung des Flugzeugsystems 14 auf der Anzeige würde durch Integration der Bodengeschwindigkeit und des Nickwinkels des Flugzeugs gesteuert, während die horizontale Bewegung des Flugzeugsystems durch Integration der Seitendrift und des Rollwinkels gesteuert würde.
Obwohl Teile des obigen Systems als einzelne Elemente besprochen wurden, würden selbstverständlich in einem modernden Flugzeug viele dieser Elemente normalerweise kombiniert. Beispielsweise würden das Flugzeuglagen-Sensorsystem 102 und das Flugüberwachungsinstrument-Steuersystem 104 normalerweise mit allen durch die Querverbindung 106 repräsentierten und darin aufgenommenen erforderlichen Steuerregeln kombiniert.
Natürlich ist klar, daß in Anbetracht des Obigen viele im Umfang der vorliegenden Erfindung liegenden Variationen des obigen Systems möglich und dem gewöhnlichen Fachmann offenbar sind. Beispielweise können sich die Raten oder die Winkel der Nick- und Rollkorrektur von den oben besprochenen unterscheiden. Auf der Anzeige können Quadrate durch andere Formen für das zentrale Quadrat und die Hilfsquadrate 11 bzw. 12 ersetzt werden. Tatsächlich kann das Hilfsmuster frei von jeglichen Hilfsformen sein.
Obwohl der Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung im Steuern sowohl des Kurses als auch der Luftgeschwindigkeit zu sehen ist, könnte die Erfindung ferner vorteilhaft verwendet werden, um Informationen über lediglich einen Parameter zu liefern. Obwohl in der obigen bevorzugten Ausführungsform Kurs und Geschwindigkeitsparameter verwendet werden, könnte außerdem jeder andere Flugzeugsteuerparameter durch die vorliegende Erfindung angezeigt und gesteuert werden. Die Erfindung schafft eine Flugüberwachungsinstrument-Anzeige, die einem Piloten eines Flugzeugs, wenn er desorientiert ist, ermöglicht, sich auf die Beibehaltung oder die Wiedergewinnung einer gewünschten Flugbahn zu konzentrieren, ohne den Höhensensor des Flugzeugs überwachen und auf diesen reagieren zu müssen. Dementsprechend ist die Erfindung lediglich durch die folgenden Ansprüche begrenzt.

Claims

1. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem für ein Flugzeug, wobei das Flugzeug ein Flugsteuerungssystem zum Steuern des Flugs des Flugzeugs besitzt, eine Ist-Flugzeuggeschwindigkeit und einen Ist-Flugzeugkurs hat und ein Flugzeuglagen-Sensorsystem sowie ein Flugüberwachungsinstrument-Steuersystem zum Steuern des Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystems umfaßt, wobei das Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem umfaßt:

eine Anzeigetafel mit einer y- und einer x-Achse, wobei y eine vertikale Achse ist und x eine horizontale Achse ist, wobei die Tafel einen kombinierten Geschwindigkeits- und Kursanzeiger, der eine an einer vorgegebenen Position befindliche zentrale Form besitzt, enthält;

Mittel zum Eingeben einer Soll-Geschwindigkeit und eines Soll- Kurses in die Anzeigetafel;

wobei das Flugüberwachungsinstrument-Steuersystem Mittel umfaßt, die in Reaktion auf die Ist-Flugzeuggeschwindigkeit und den Ist-Flugzeugkurs die Anzeigetafel in der Weise ansteuern, daß sie jeden Unterschied zwischen der Ist-Flugzeuggeschwindigkeit und der Soll-Flugzeuggeschwindigkeit bzw. dem Ist-Flugzeugkurs und dem Soll-Flugzeugkurs mittels einer proportionalen y- bzw. x-Verschiebung eines Flugzeugsymbols aus der vorgegebenen Position der zentralen Form angibt, wobei die Mittel zum Ansteuern der Anzeigetafel Mittel umfassen, die in Reaktion auf das Lagen-Sensorsystem, das das Nicken und Rollen erfaßt, die Wirksamkeit der Nick- und Rolleingabe durch die Bedienungsperson angeben, indem sie den Unterschied durch Verringern der y- bzw. x-Verschiebung verringern, so daß die erneute Anordnung des Flugzeugsymbols an der vorgege benen Position angibt, daß die Nick- und Rolleingabe der Bedienungsperson für die Rückkehr des Flugzeugs zur Soll-Geschwindigkeit und zum Soll-Kurs geeignet ist.

2. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 1, bei dem die Mittel, die in Reaktion auf die Tatsache, daß sich die Unterschiede zwischen Ist- und Soll-Flugzeuggeschwindigkeit bzw. zwischen Ist- und Soll-Flugzeugkurs null annähern, die Anzeigetafel ansteuern, ferner Mittel enthalten, die irgendwelche zusätzlichen Nick- bzw. Rolleingabeänderungen, die für die Beibehaltung der Soll- Flugzeuggeschwindigkeit bzw. des Soll-Flugzeugkurses notwendig sind, angeben.

3. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem, nach Anspruch 1, bei dem die Anzeigetafel ein Muster mit Kanten besitzt und die Kanten in ihrer Umgebung Parameteranzeiger, die verschiedene Flugparameter angeben, besitzen.

4. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 1, bei dem die zentrale Form ein Quadrat ist.

5. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 1, bei dem die zentrale Form von einer mit Skalen versehenen Matrix in Form eines symmetrischen Quadrats umgeben ist.

6. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 5, bei dem das symmetrische Quadrat mehrere symmetrische Hilfsformen enthält.

7. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 6, bei dem die symmetrischen Hilfsformen Quadrate sind.

8. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 3, bei dem die Anzeigetafel ein Muster besitzt und die Parameteranzeiger Anzeiger enthalten, die Parameter zeigen, die von jenen verschieden sind, die durch das Muster und das Flugzeugsymbol angegeben werden.

9. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 8, bei dem die Parameteranzeiger Anzeiger enthalten, die die durch das Muster und das Flugzeugsymbol angegebenen Parameter bestätigen.

10. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 8, bei dem das Muster symmetrisch ist und zwei Seiten besitzt und der Parameteranzeiger einen Vertikalgeschwindigkeitsanzeiger (VSI), einen Höhenmesser, einen Luftgeschwindigkeitsanzeiger (ASI) und einen Kursanzeiger umfaßt.

11. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 10, bei dem der VSI und der Höhenmesser auf einer Seite des symmetrischen Musters positioniert sind, der ASI unter dem Muster positioniert ist und der Kursanzeiger über dem Anzeigemuster positioniert ist.

12. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 11, bei dem der VSI und der Höhenmesser die Form digitaler Anzeigewerte der Ist- und der Soll-Flugzeuggeschwindigkeit bzw. der Ist- und der Soll-Flugzeughöhe in Kombination mit bandförmig dargestellten Verschiebungsmeßwerten, die die Verschiebung zwischen der Ist- und Soll-Flugzeuggeschwindigkeit bzw. zwischen der Ist- und der Soll-Flugzeughöhe zeigen, haben.

13. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 3, bei dem die Parameteranzeiger farbcodiert sind.

14. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 13, bei dem das Flugzeugsymbol grün ist, um anzuzeigen, daß sich das Flugzeug auf einer Sollhöhe befindet, rot ist, um anzuzeigen, daß sich das Flugzeug unter der Sollhöhe befindet, und blau ist, um anzuzeigen, daß sich das Flugzeug über der Sollhöhe befindet.

15. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 1, bei dem das Flugzeugsymbol ein Dreieck ist.

16. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 1, bei dem das Flugzeug ein Helikopter ist.

17. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 1, bei dem das Flugzeug ein Starrflügler ist.

18. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 1, wobei das Anzeigesystem einen Linearslipmesser enthält, der in Reaktion auf das Lagen-Sensorsystem, das jeglichen Querlagenwinkel und jegliche Gierrate des Flugzeugs erfaßt, die Sliprichtung und die Slipgröße angibt.

19. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 18, bei dem der Linearslipmesser auf eine Ruderpedaleingabe anspricht, derart, daß eine Ruderpedaleingabe, die bestrebt ist, die Größe des Slips zu verringern, auch die Größe des auf dem Slipmesser angege benen Slips verringert.

20. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 19, bei dem der Linearslipmesser ein Rechteck aufweist, das sich in einem horizontalen Streifen mit einer Mittelposition für das Rechteck und Platz auf der rechten und der linken Seite bezüglich der Mittelposition befindet, wobei sich das Rechteck bei einem ausgeglichenen Flug ohne Slip in der Mitte befindet und eine erste Farbe besitzt und bei einem nicht ausgeglichenen Flug mit einem geringen Slip außerhalb der Mittelposition entweder auf der rechten oder auf der linken Seite befindet und zu einer zweiten Farbe wechselt, wobei die Seite, auf der sich das Rechteck befindet, die Sliprichtung angibt, und der Abstand von der Mittelposition die Größe des Slips angibt.

21. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 20, bei dem die erste Farbe grün ist und die zweite Farbe gelb ist.

22. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 1, wobei das Anzeigesystem einen Anzeiger für variable Betriebsart enthält, der eine Anzeige erzeugt, daß das System in einer Betriebsart mit geradliniger Bewegung auf konstanter Höhe (SL-Betriebsart) und/oder in einer Rechtskurven-Betriebsart mit Standardrate (RSRT- Betriebsart) und/oder in einer Linkskurven-Betriebsart mit Standardrate (LSRT-Betriebsart) arbeitet, wobei die maximale Kurvenrate in einer RSRT und in einer LSRT 3º pro Sekunde beträgt.

23. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 22, bei dem dann, wenn das System entweder in der RSRT- oder in der LSRT-Betriebsart arbeitet, die Mittel zum Ansteuern der Anzeigetafel das Flugzeugsymbol aus der zentralen Form um einen Betrag und in einer Richtung verschieben, die eine Pilotensteuereingabe in einer Richtung erzwingen, derart, daß nach der Pilotensteuereingabe die Ausrichtung des Flugzeugsymbols auf die zentrale Form die Beibehaltung entweder der RSRT oder der LSRT in Richtung zum Soll- Flugzeugkurs zur Folge hat.

24. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem nach Anspruch 23, wobei das System entweder in der RSRT- oder in der LSRT-Betriebsart arbeitet und die Mittel, die die Anzeigetafel ansteuern, zu der SL- Betriebsart zurückkehren, wenn sich das Flugzeug innerhalb eines Bereichs von 20º des Soll-Flugzeugkurses befindet.

25. Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem für ein Flugzeug, wobei das Flugzeug ein Flugsteuerungssystem zum Steuern des Flugs des Flugzeugs besitzt, eine Ist-Flugzeuggeschwindigkeit und einen Ist-Flugzeugkurs hat und ein Flugzeuglagen-Sensorsystem sowie ein Flugüberwachungsinstrument-Steuersystem zum Steuern des Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystems umfaßt, wobei das Flugüberwachungsinstrument-Anzeigesystem umfaßt:

eine Anzeigetafel mit einer y- und einer x-Achse, wobei y eine vertikale Achse ist und x eine horizontale Achse ist, wobei die Tafel einen kombinierten Geschwindigkeits- und Kursanzeiger, der eine an einer vorgegebenen Position befindliche zentrale Form besitzt, enthält; und

ein Tastenfeld zum Eingeben einer Soll-Geschwindigkeit und eines Soll-Kurses in die Anzeigetafel;

wobei das Flugüberwachungsinstrument-Steuersystem eine Ansteuerungseinrichtung enthält, die in Reaktion auf die Ist-Flugzeuggeschwindigkeit und den Ist-Flugzeugkurs die Anzeigetafel in der Weise ansteuert, daß sie jeden Unterschied zwischen der Ist-Flug zeuggeschwindigkeit und der Soll-Flugzeuggeschwindigkeit bzw. zwischen dem Ist-Flugzeugkurs und dem Soll-Flugzeugkurs durch eine y- bzw. x-Verschiebung eines Flugzeugsymbols aus der vorgegebenen Position der zentralen Form anzeigt, wobei die Bewegung eines Piloten-Steuerknüppels in einer Richtung von einer das Flugzeugsymbol darstellenden Position in die vorgegebene Position bestrebt ist, diesen Unterschied zu verringern.