DE4138252A1 - Vorrichtung und verfahren das mit hilfe der fliehkraft, eine subjektive simulation von kraeften erlaubt, die bei einer bewegung auf einen koerper einwirken - Google Patents

Description

Simulator zur realen Darstellung von Kräften, die auf einen Probanden bei einer Bewegung einwirken.

1. Stand der Technik

Alle bisher gebauten Simulatoren, ob es nun Fahr- oder Flugsimulatoren sind, haben den Nachteil äußerst unbeweglich zu sein.

In einer veröffentlichten Patentschrift heißt es dazu:

Missionstrainingssysteme sind an sich in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt. In der überwiegenden Mehrheit handelt es sich hierbei um sogenannte Bodensimulatoren. Der Nachteil dieser Geräte besteht vor allem in ihrem mangelhaften Bewegungsverhalten. Es ist nicht möglich, schnelle Flugzeuge, insbesondere Kampfflugzeuge so nachzusimulieren, daß die Bewegung eines "liegenden Cockpits" ein Verhalten zeigt welches dem Piloten mindestens subjektiv das Gefühl vermittelt, in einem wirklichen Flugzeug zu sitzen und einen Echtflug zu absolvieren. (Anmelder: MBB GmbH 8012 Ottobrunn; Akz.: P 39 16 545.0 A1)

Dabei ist es gerade Aufgabe eines Simulators wie auch immer er gebaut ist, daß zu simulierende Teilgebiet so realistisch darzustellen wie nur möglich. Bei den heutigen Simulatoren ist es nicht möglich Kräfte zu simulieren, die besonders bewegungsspezifisch sind z. B.: Fliehkräfte bei Kurvenfahrt und Flug oder Beschleunigungskräfte weder positive noch negative.

Das Hauptproblem was sich stellt ist das alle Simulationsarten die heute existieren zu statisch also zu unbeweglich sind. Dabei ist die Bewegung des zu simulierenden Raumes (Cockpit oder Fahrgastzelle) um drei Achsen zwar kein Problem, aber diese Bewegungen geben dem Probanden nicht die realen physiologischen Belastungen mit, die bei einer Bewegung nun mal auftreten. Es handelt sich dabei nur um eine Lageveränderung des zu simulierenden Raumes.

2. Lösungsansatz

Wenn man den zu simulierenden Raum kardanisch aufhängt und diese kardanische Aufhängung ihrerseits auf ein Gestell montiert was selbst eine Kreisbewegung von 360° ausführen kann, dann ist diese Unbeweglichkeit des Simulationsraumes Annähernd gelöst.

3. Detaillierte Erklärung der Erfindung

Bei dieser Erfindung wird zwischen zwei waagerecht angeordneten Doppelträgern (Fig. 1 und Fig. 2, Nr. 6) die jeweils am Ende fest verbunden und auf angetriebenen Rollen (Rädern) lagern (Fig. 1 und Fig. 2; Nr. 8) die kardanisch aufgehängte Kabine (Cockpit oder Fahrgastzelle) (Fig. 3) so montiert das diese Kabine entlang der Träger frei beweglich ist. Also bei Fig. 1 von oben nach unten entlang der Ordinate sich bewegen kann, die dabei auftretende Unwucht wird durch Gegengewichte (Fig. 1 und Fig. 2, Nr. 7), die sich gegengesetzt zur Kabine bewegen kompensiert. Das komplette System liegt also nur auf den an den Enden der Träger befindlichen Rollen (Rädern) so auf, daß diese nur eine kreisförmige Bewegung des gesamten Trägergestelles zulassen.

Alle sich bewegenden Teile (Lager und Rollen) sind in den Zeichnungen gepunktet. Dabei sind im einzelnen folgende Rollen und Lager für nachfolgende Bewegungsabläufe aufgeführt:

Fig. 1 und Fig. 2, Nr. 8, Hauptlager von 4 Rollen (Rädern) die das gesamte Gestell, hier auf einer Kreisbewegung um die z-Achse, bewegen,

Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3, Nr. 5, Hauptkabinenlagerung die die Kabine auf der hier dargestellten im Ruhezustand y-Achse bewegt,

Fig. 3, Nr. 2 und Nr. 3, kardanische Lager, die die Kabine um alle Achsen frei beweglich macht (siehe auch folgenden Punkt),

Fig. 3, Nr. 4, Drehkranz für hier, zur Rotation um die z-Achse (auch zur kardanischen Lagerung gehörig).

4. Wirkungsweise

Wird das Hauptträgergestell auf eine gleichförmige Kreisbewegung möglichst geringer Geschwindigkeit gebracht, hat der Proband keine Kräfte, die auf ihn wirken, wenn sich die Kabine im Zentrum (Kreismittelpunkt) befindet. Wird die Kabine aber auf den Hauptträgern jetzt bewegt, so erfährt der Proband Kräfte, die bei der Beschleunigung oder Abbremsung entstehen, je nachdem, ob er von ihm aus gesehen nach vorn oder nach hinten bewegt wird.

Da nach der Gleichung:

F = m · w² · r

F Betrag der Zentrifugalkraft,
m Masse des umlaufenden Massepunktes,
w Winkelgeschwindigkeit des umlaufenden Massepunktes,
r Abstand des umlaufenden Massepunktes.

Die Zentrifugalkraft mit der Winkelgeschwindigkeit und dem zunehmenden Abstand zum Mittelpunkt steigt, werden die Kräfte die auf den Probanden einwirken mit entfernen der Kabine vom Mittelpunkt immer größer.

Um nun Nicken, Gieren oder Rollen eines z. B. Fluggerätes zu simulieren, wird die kardanische Aufhängung (Fig. 3, Nr. 2, 3 und 4) so gesteuert, daß die zu erzielende Kraft auf der Fliehkraftlinie ist.

Angenommen es soll eine Linkskurve simuliert werden, so wird der Proband so zur Fliehkraftlinie positioniert, daß er die rechte Seite seiner Kabine näher zu den Enden der Hauptträger hat.

Die Größe der Kraft, ist nur von der Drehgeschwindigkeit des Hauptträgergestelles und dem Abstand der Kabine zum Drehpunkt abhängig.

Die zu leistende Drehgeschwindigkeit und die Größe des Simulators sind nicht Bestandteil der Erfindung und werden von Anwendungsgebiet zu Anwendungsgebiet schwanken.

5. Vorteile

Die Hauptvorteile dieses Simulators liegen natürlich darin Bewegungsmerkmale wie Fliehkräfte und Kurvenbeschleunigung subjektiv darzustellen, aber auch in den umfangreichen Einsatzgebieten z. B.:

• a) Flugtrainer für große und kleine Flugzeuge
• b) Flugtrainer für schnelle Flugzeuge (Kampfflugzeuge)
• c) Fahrsimulator für alle Arten von Fahrzeugen
• d) Als Trainingssimulator für Rennsportler z. B.: Formel 1, Bobfahrer usw.

Die Kosten eines solchen Simulators sind mit Sicherheit höher als bei den herkömmlichen Simulatoren doch ist die Einsatzvielfalt und die realistische Darstellung mit Sicherheit wichtiger.

Claims (1)

1. Flug und Fahrsimulator, der dadurch gekennzeichnet ist:

   • a) Der zu simulierende Raum kardanisch gelagert und somit um alle drei Raumachsen beweglich ist.
   • b) Die Vorrichtung, wie unter a) beschrieben, zwischen zwei Trägern, die ihrerseits waagerecht und parallel aber fest miteinander verbunden sind, so gelagert wird das die Vorrichtung wie unter a) beschrieben entlang der eben genannten Träger beweglich ist.
   • c) Die Vorrichtung, die wie unter b) beschrieben, auf einem kreisrunden, festen Untergrund so plaziert wird, der es erlaubt diese gesamte wie unter b) beschriebene Vorrichtung im Kreis zu bewegen.