ОПТИЧЕСКАЯ КОЛЛИМАЦИОННАЯ УСТАНОВКА АВИАЦИОННОГО ТРЕНАЖЕРА

Предлагаемая полезная модель относится к области оптического приборостроения, в частности, к линзовым и зеркальным коллимационным устройствам наблюдения объектов в авиационных тренажерах, и может быть использована для улучшения их технических характеристик.
Известно зеркальное коллимационное устройство (РФ, патент на полезную модель №41529, G09В 9/08, 2004 г.), включающее вогнутое зеркало, оптическая ось которого наклонена относительно визирной оси на угол а, и экран монитора.
Недостатком такого коллимационного устройства является малый угол поля наблюдения, прежде всего по горизонтали, составляющий 30-40° и определяемый линейными размерами монитора. При этом возможна работа только одного пилота.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является оптическое коллимационное устройство (ЕПВ, заявка №0487385, G09В 9/08, 1991 г. - ближайший аналог), содержащее сферическое вогнутое зеркало - коллиматор, оптическая ось которого расположена под углом к оптической оси, выпуклый экран, обращенный выпуклостью к сферическому вогнутому зеркалу, проектор, размещенный у центра кривизны экрана. Такое устройство обеспечивает большие углы обзора (180° и более) и даст возможность наблюдения объектов на экране двумя пилотами одновременно.
2л
2п
2л
2п
Недостатком такого устройства является угловой параллакс (Δψ) при наблюдении одного и того же объекта обоими пилотами, т.е. (Δψ)=ψ-ψ, где ψ, ψ - углы в горизонтальном сечении, под которыми наблюдается объект левым (л) и правым (п) пилотами. Этот параллакс доходит до недопустимых значений более 2° при углах ψ,
например, 45°. Другим недостатком устройства является сложность конструкции и трудоемкость в изготовлении сферического экрана.
Техническим результатом, на решение которого направлена полезная модель, является повышение точности работы устройства за счет устранения параллакса, упрощение конструкции и уменьшение трудоемкости изготовления экрана.
1
1
Этот результат достигается тем, что в оптическое коллимационное устройство авиационного тренажера, содержащее сферическое вогнутое зеркало-коллиматор, визирная ось которого расположена под углом α к его оптической оси, выпуклый экран, обращенный выпуклостью к сферическому вогнутому зеркалу, и проекторы, размещенные у центра кривизны экрана, дополнительно введено выпуклое защитное стекло, размещенное перед вогнутым сферическим зеркалом и установленное к визирной оси коллиматора под углом α, определяемым из условия: α=90°+(0,25÷0,5)α°, при этом выпуклость защитного стекла обращена к вогнутому сферическому зеркалу.
Э
Кроме того, тем, что выпуклый экран и выпуклое защитное стекло выполнены с цилиндрической поверхностью, а ось вращения выпуклой цилиндрической поверхности экрана пересекает оптическую ось под углом β, определяемым в интервале β=(0,9÷1,1)(90+0,25α)°, при этом расстояние S от сферического вогнутого зеркала до экрана по оптической оси определяется из условия: S=(0,47÷0,5)R, а радиус цилиндрической поверхности экрана определяется в диапазоне: R=(0,6÷0,7)R, где R - радиус сферического вогнутого зеркала.
1
Сущность предлагаемого оптического коллимационного устройства заключается в том, что дополнительное введение выпуклого защитного стекла, размещение этого стекла перед вогнутым сферическим зеркалом выпуклостью к его поверхности, установка этого защитного стекла с наклоном к визирной оси под углом α, определяемым по упомянутому выше условию, позволило устранить параллакс Δψ и обеспечить
получение замкнутого изолированного от пыли объема между защитным стеклом, вогнутым сферическим зеркалом и экраном.
Выполнение выпуклого экрана и защитного стекла с цилиндрической поверхностью упрощает конструкцию и уменьшает трудоемкость изготовления указанных элементов.
Например, экран с цилиндрической поверхностью может представлять собой металлический каркас, на котором по цилиндрической образующей можно натянуть экранную просветную ткань, в то время как для сферического экрана необходимо формирование сферической поверхности в вертикальном и горизонтальном сечениях, что является серьезной проблемой.
Для обеспечения высокого качества изображения по всему полю в пределах 0÷±90° и более по горизонту ось вращения цилиндрической поверхности экрана пересекает оптическую ось, а угол наклона оси вращения к последней выбирают по условию β=(0,9÷1,1)(90+0,25α)° и расстояние от экрана до сферического вогнутого зеркала по оптической оси - S определяют по соотношению: S=(0,47÷0,5)R, где R - радиус сферического зеркала.
Такое расположение оптических элементов позволяет в качестве поверхности экрана применять цилиндрическую поверхность.
Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленную задачу.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 представлена общая схема оптического коллимационного устройства авиационного тренажера, а на фиг.2 показан вид ее сверху.
Оптическое коллимационное устройство авиационного тренажера содержит сферическое вогнутое зеркало-коллиматор 1, выпуклый экран 2, проекторы 3 и выпуклое защитное стекло 4. Кроме того, на Фиг.1, 2 обозначено:
AC - оптическая ось устройства, которая проходит через центр вогнутого сферического зеркала 1 - точку А и центр его кривизны - точку С;
ОАВ - визирная ось устройства, образованная зеркалом - коллиматором 1 (на ней точкой О условно показан глаз наблюдателя);
ЕС - ось вращения цилиндрической поверхности выпуклого экрана 2.
1
1
Выпуклое защитное стекло 4 установлено перед сферическим зеркалом 1 выпуклостью к его поверхности. Стекло пересекает визирная ось, оно наклонено к нему на угол α, определяемый как α=90°+(0,25÷0,5)α°.
Э
Визирная ось ОАВ расположена под углом α к оптической оси АС устройства, а экран 2 наклонен к той же оси на угол β, определяемый в интервале β=(0,9÷1,1)(90+0,25α)°, расстояние от зеркала 1 до экрана 2 по оптической оси S=AD=(0,47÷0,5)R, радиус цилиндрической поверхности экрана 2: R=(0,6÷0,7)R, где R - радиус зеркала 1.
Работа оптического коллимационного устройства авиационного тренажера осуществляется следующим образом.
Проектора 3 проектирует объекты на поверхность цилиндрического экрана 2. Лучи, исходящие из каждой точки экрана 2, после отражения от вогнутого сферического зеркала 1, попадают в зрачки глаз наблюдателя О.
1
2
1
Как видно из чертежа, в его плоскости по высоте максимальный угол обзора составляет 2Ψ в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа - угол обзора по горизонтали равен 2Ψ и может составить угол, более 180°. Введение защитного стекла 4 и его наклон к визирной оси на угол α обеспечивают угловой параллакс Δψ, близкий к нулю.
1
2
Угол наклона экрана β и расстояние S от зеркала 1 до экрана 2 выбраны из условия, чтобы меридиональные и сагиттальные фокуса зеркала, обусловленные углами α, Ψ и Ψ, располагались в противоположных сторонах от экрана на одинаковых расстояниях. В этом
случае аберрационный кружок рассеяния по всему полю экрана 2 минимизирован.
1
2
Такой выбор параметров коллимационного устройства обеспечивает наилучшее качество отображения по всему диапазону углов 2Ψ и 2Ψ.
Ниже приведен пример расчета оптической схемы коллимационного устройства со следующими параметрами:
Радиус кривизны сферического вогнутого зеркала R=3000 мм;
Э
Углы β, расстояния от вершины зеркала до экрана S и радиусы экрана R приведены в таблице.
Таблица
В
S (мм)
R<sub>Э</sub> (мм)
87,3
1500
1800
97
1450
1950
106,7
1410
2100
2
Параллакс Δψ при наблюдении объекта под углом Ψ=45° левым и правым пилотами, расположенными на расстоянии друг относительно друга на 1000 мм, составляет 0°.
1
Расстояние от глаза наблюдателя до вершины сферического вогнутого зеркала ОА=2400 мм, угол α=104°.
1
2
Диапазон углов наблюдения: 2Ψ=±20°; 2Ψ=±90°.
2
1
Преимущества предлагаемого оптического коллимационного устройства заключаются в исключении параллакса Δψ при наблюдении объектов под одинаковыми углами Ψ и Ψ левым и правым пилотами и в возможности применения простого по конструкции и технологичного в изготовлении цилиндрического экрана.