JPH0811515B2 - 高性能航空機のための視覚増大システム - Google Patents

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
彼の操作機能の成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。透明物はク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ので、
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首部分は、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。
ロックウェル・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ピを組み入れそれ
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用件（Aircrew St
ation Vision Requirements for Military Aircraft）
とのコンプ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、隠れたコックピ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ダ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、平面ミラーの簡単なアレーを含む。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20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製列のために
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12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、前方に面しているミラー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の彼のコックピット位置で、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
眺望が提示される。

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（HUD）3
0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15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
るい視界の光がある限り、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射する
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は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図は透明キャノピ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、18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はコリメーティング光学装置であり、33は
付加的な光学コンディショナ手段であり、34および36は
ミラーであり、15は透明下部ミラーである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カオリ・ユリーカ・マツナガ アメリカ合衆国、カリフォルニア州、ホー ソーン ウェスト、5313、ワンハンドレッ ド・サーティーセブンス・プレース (56)参考文献 実開 昭61−117044（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−59455（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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に仕舞い込まれた位
   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け
   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、前記外部ミラーが配置
   されるとき前記外部ミラーから反射され、かつ透明物を
   通ってく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反射された光を
   航空機の搭乗員に向けて向け直すように構成されかつ配
   置され、したがって前記外部ミラーの機尾に位置する
   「見かけ視覚」位置の有利な立場から実時間の、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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項５】前記コックピットミラー手段は、前記視野
   に加えて、その上に関連した計測操業データが表示され
   る半透明ミラーを含む請求項２に記載のシステム。