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Simulatortechnik und Flugzeugsysteme

Simulatortechnik

MW
von Max W.

Welche Anwendungsgebiete für Simulatoren kennen Sie?

  • Ausbildungssimulatoren

  • Wartungstrainer

  • Systemtrainer


Welche Wahrnehmungskanäle werden üblicherweise von einem Flugsimulator angesprochen?

  • optische Wahrnehmung

  • Hören

  • vestibulare Wahrnehmung

  • taktile Wahrmehmung

  • Geruch


Welche Teilsysteme umfasst ein Flugsimulator?

  • Sichtsystem

  • Audiosystem

  • Bewegungsplatform

  • Simulationsmodell

  • Steuerkraftsystem

  • Cockpit-Mockup


Skizzieren Sie die Struktur des Gesamtsystems “Simulator/Pilot”.



Wie verändert sich die Beleuchtunggstärke, wenn der Abstand zwischen Projektor und Projektionsfläche verdoppelt wird?

Sie wird geviertelt, da Beleuchtungsstärke: ~ 1/r^2

Wie funktioniert die Entferungswahrnehmung?

  • unterhalb von ca. 9 Metern: stereoskopisch, Winkelwahrnehmung von zwei Augen

  • oberhalb von 9 Metern: per Erfahrungswissen


Welches Erfahrungswissen kann zur Entfernungeinschätzung herangezogen werden?

  1. weiter Entfernte Objekte von bekannter Größe wirken kleiner

  2. nähere Objekte bewegen sich schneller durchs Sichtfeld “Bewegungsparallaxe”

  3. Weiter entfernte Objekte werden von näheren verdeckt

  4. Zwei gleiche große Objekte wirken unterschichidlich groß in unterschidelicher Entfernung

  5. Objekte im oberen Gescihtsfeld werden als weiter weg empfunden als welche im unteren


Ab welcher Entfernung können Entfernungen nicht mehr über den Konvergenzwinkel entschieden werden?

ab ca. 9 Meter

Welcher Winkelbereich wird von einer Bildprojektion mit 1400 x 1050 Pixeln bei einer geforderten Auflösung von 3 arcmin/Pixel dargestellt?

  1. Horizontal: 1400 px * 3 arcmin/px / 60 arcmin/deg = 70°

  2. Vertikal: 1050 px * 3 arcmin/px / 60 arcmin/deg = 52,5°


Wie wird die Sehschärfe definiert?


  • über den minimalen Sichtwinkel, der von einem Objekt eingenommen werden muss, um gerade noch sichtbar zu sein

  • Sehschärfe: 1/Sichtwinkel_50%

  • Bei einem nominalen Winkel von 1 arcmin => 1/1 =1.0 Sehschärfe


Was wird als nominale Sehschärfe angenommen?

-> Das Reziproke von 1 arcminute => 1,0 Sehschärfe

Bei einer min. Auflösung von 2 arcminuten liegt somit 1/2 = 0,5 Sehschärfe vor.


Erklären Sie den Begriff “Kontrast”.

Der Kontrast ist eine Beschreibung des Helligkeitsunterschiedes.

Beispiel:

Ein Kontrast von 1:1000 bedeutet, dass die größte Helligkeit 1000 mal größer ist als die dunkelste.



Erklären Sie das Prinzip der Kollimation.

Kollimation bedeutet, dass ein möglichst paralleler Strahlengang erzeugt werden soll, um einen größeren Fokussierungsabstand für den Betrachter zu erzeugen. Dadurch entsteht ein räumlicher Eindruck.

Welchen Vorteil bieten Cross-Cockpit-Kollimierte Displays?

  • Es eignet sich für zweisitzige Anwendungen, da es über zwei nebeneinader liegende Augpunkte verfügt.

  • Dadurch haben beide Betrachter die gleichen räumlich-optischen Eindrücke


Welche stereoskopischen Displaytechniken kennen Sie?

  • aktive Systeme:

    • Shutter-Brillen

    • Head-Mounted Displays

  • passive Systeme:

    • Farbfilterbrillen (Rot-Grün / Rot-Blau)

    • Polarisations Filter

    • Infitec-System

Infitec System:


Welche Projektionstechnologien kennen Sie?

  • LCD-Projektoren

  • DLP-Projektoren

  • LED-Projektoren (meist mit DLP Chip)

  • LCoS-Projektoren (LCD mit Spiegel zur reflektion)

  • Laser-Projektoren

  • LaserDisplay-Technologie

  • Laser-Phosphor-Projektoren


Welche Informationen entählt eine Sichtsystem-Datenbank?

  • Geländedarstellung (Höhendaten, Texturen, …)

  • Geometrische Objekte (Häuser, Baume, …)

  • Lichter (Landebahnbeleuchtung, Schattenwürfe, …)

  • Umgebungseffekte

    • Himmel

    • Wolken

    • Firmament

    • Dunst/Nebel

    • Tageszeit und Sonnenstand

  • Objektbewegungen

  • Geometrie der Sichtdarstellung


Erklären Sie den Begriff “Level-of-Detail”.

auch: Detaillierungsgrad

  • Ermöglicht es je nach Entfernung vom Objekt verschiedene Beschreibungen mit:

    • unterschidelichem Detaillierungsgrad

    • Speicherbedarf

    zu laden.


Wozu werden in einer Sichtsystemanwendung immer Schnitte berechnet?

Schnitte werden verwendet, um z.B. Entferungsmessungen zu Objekten machen zu können.

Beispiele:

  • Berechnung der Höhe vom Boden zur Berechnung der Fahrwerkskräfte

  • Schrägentfernung zum Boden zur Ermittlung des Radarsensorsignals

  • Wolkenabstand für Turbulenzen


Welche Informationen erhält des dynamische Simulationsmodell von der Sichtsystem Datenbank?

Verschiedene Eingangsgrößen z.B.:

  • Höhe vom Boden zur Berechnung der Fahrwerkskräfte

  • Schrägentfernung zum Boden zur Ermittlung des Radarsensorsignals

  • Wolkenabstand für Turbulenzen

  • Durchflogender Wolkentyp (Turbulenzgrad)


Welche Anforderungen ergibt sich an das Sichtsystem für vernetzte Simulatoranwendungen?

Es muss die gleiche Datenbasis für verschiedenen Simulatoren an verschiedenen Standorten bereitstellen können, da teilweise unterschidliche Sichtsystemsoftware genutzt wird.

-> Common Database Spezifikation (CDB)

Auf welchen Strukturelementen beruht das Konzept der Common Database?

  • Tiles (Kacheln): Aufteilung der Geländedaten in Kacheln

    -> Speicher und Leistungsoptimierung

  • Layers (Ebenen): Unterteilung in unabhängige Ebenen z.B. IR Darstellung

    -> Spezifischer Zugriff auf Daten

  • Level-of-Detail (Detaillierungsgrad): Entfernungsabhängige Beschreibung eins Objektes

    -> Speicher und Leistungsoptimierung


In welcher Einheit wird der Schalldruckpegel gemessen?

In Dezibel dB

Wodurch wird der Zusammenhang zwischen Schalldruckpegel und subjektiver Lautstärke beeinflusst?

Der Zusammenhang wird über die Frequenz beeinflusst!



Wie entsteht räumliches Hören?

  • Zeitverzögerung der Wahrnehmung im linken und rechten Ohr (Wahrnehmungschwelle ca. 4° ≈ 10µs

  • Schalldruckdifferenz, ein Ohr nimmt einen niedrigeren Schalldruck durch eine spätere Signalverarbeitung wahr

  • Dämpfung verschiedener Frequenzen bei hohen Entfernung


Nennen Sie Beispiele für kontinuierliche akustische Geräuschquellen in der Flugsimulation.

  • Propeller

  • Triebwerk

  • Windgeräusche


Nennen Sie Beispiele für nicht kontinuierliche akustische Geräuschquellen in der Flugsimulation.

  • Schüsse

  • Ein- und Ausfahren von Klappen

  • Fahrwerksgeräusche beim Ein- und Ausfahren

  • Hinweise und Warnungen

  • Navigationssignale


Welche Konsequenzen hat eine zunhemende Entfernung einer Schallquelle auf das Frequnezspektrum des empfangenen Geräusches?

  • hohe Frequenzen werden stärker gedämpft

  • niedrige Frequenzen werden schwach gedämpft

=> Das Frequenzspektrum verschiebt sich in einen niedrigeren Frequenzbereich


Wie werden kontinuierliche Geräusche mit veränderlichem Frequenz-Spektrum erzeugt?

  • per Interpolation über verschiedene aufgezeichnete Proben

  • Anpassung an das benötigte Frequenzspektrum


Welche Bewegungsgrößen können vom Gleichgewichtssinn erfasst werden?

  • lineare Beschleunigungen

  • Drehratenänderungen / Winkelbeschleunigungen

Konstante Drehraten können nicht erfasst werden, da sich die Flüssigkeit im Bogengang an die Drehung anpasst.


Welche Maßeinheit besitzt die spezifische Kraft?

  • Die der Beschleunigung -> [m/s^2]

Die Spezifische Kraft ist nicht die Gravitation! Sie ist vielmehr die die kinematische Beschleunigung minus der Gravitation


Ein G-Messer misst die spezifische Kraft -> 1g / 2g / ….


Was versteht man unter einer synergistischen bzw. kaskadierten Bewegungsplattform?

  • kaskadiert: für jeden Bewegungsfreiheitsgrad gibt es einen zugeordneten kinematischen Freiheitsgrad

  • synergistisch: Zusammenspiel mehrerer kinematischer Freiheitsgrade zur Erzeugung eines Freiheitsgrads

Kaskadiert:


Synergistisch:


Skizzieren Sie den Aufbau einer Stewart-Plattform.



Welcher lineare Übertragungsfilter ist für die Darstellung einer translatorischen Bewegung auf einem Hexapod erforderlich um eine staionäre Beschleunigung vollständig auszufiltern?

Es wird ein Hochpassfilter dritter Ordnung benötigt, um die stationäre Auslenkung auf Null zu setzen.

Welcher lineare Übertragungsfilter ist für die Darstellugn einer rotatorischen Bewegung (Winkelgeschwindigkeit) auf einem Hexapod erforderlich, um eine stationäre Winkelgeschwindigkeit vollständig herauszufiltern?

Da es sich um eine Geschwindigkeit handelt ist ein Hochpass zweiter Ordnung nötig.

Aus welchen Übertragungswegen setzt sich beim klassichen Washout-Filter eines Hexapods der Vektor der Lagewinkel des Simulators zusammen?

  • translatorischer Kanal -> hochfrequente Anteil der Längsbeschleunigung

  • rotatorischer Kanal -> hochfrequente Anteile der Drehgeschwindigkeiten

  • Schräglagekoordination -> langfristige Krafteinwirkung


Was beschreibt das Steuerkraftmodell?

Es dient der Simulation des Übertragungsverhaltens der Flugsteuerung.

Welche Größen müssen für die Steuerkraftsimulation am Stick gemessen werden?

  • Auslenkung des Steuerknüppels (Stick deflection)

  • Kraft am Steuerknüppel (Stick force)

  • Beschleunigung am Stick (Stick acceleration)


Welche Größen werden für das Steuerkraftmodell vom Flugmodell benötigt?

  • Die Aerodynamischen Kräfte

  • Position der Steuerflächen

  • Momente an den Steuerflächen


In welchem Bereich liegt die Abtastrate des Steuerkraftsystems?

  • Steuerkraftmodell -> ca. 1250 Hz

  • Aktuatorregler ca. 2500 Hz

  • Host-Rechner (Flugmodell) -> ca. 100 Hz


Welche Industriestandards für Bussysteme werden zur Ansteuerung von Avionik-Einheiten verwendet?

  • CAN Aerospace Bus

  • MIL 1553 Bus

  • ARINC 429

  • RS-422

  • Ethernet


Welche Eigenheit eines Simulators muß beachtet werden, wenn Avionik-Systeme sowohl für Flugzeuge als auch für Simulatoren eingesetzt werden sollen!


Simulationssysteme können an verschiedenen Startpunkten gestartet werden. Eine Initialisierung ist also notwendig.

Womit befasst sich der ARINC 610-Standard?


Philiospohie, Richtlinien und Empfehlungen zur Integration von Avionik in Simulatoren.

Welche Funktionen sind in einem Simulatorleitstand integriert?


  • Graphische Operatorinterface (Wetter, Tageszeit, Umgebung,…)

  • Videorecorder

  • Datenrecorder

  • Cockpitinstrumente

  • God-Eyes-View

  • Instrumentenüberwachung


Wofür stehen die Abkürzungen IOS, OTW, CLS?


  • IOS -> Instructor Operator Station (Simulatorleitstand)

  • OTW -> Out of the Window View (Außensicht)

  • CLS -> Control Loading System (Steuerkraftsystem)


Welche Dienststellen sind für die Zertifizierung ziviler und militärischer Flugsimulatoren ver-antwortlich?


  • zivil: Luftfahrtbundesamt (LBA)

  • militärisch: LufABw


Welchen Sinn hat die Pflicht zur Zertifizierung von Flugsimulatoren, die für die zivile und militärische Pilotenausbildung genutzt werden?


  • Anrechnbarkeit von Flugstunden

  • Qualitätssicherung

  • Sicherstellen von Standards

  • Reliability der Ausbildung und Simulation


Welche Kategorien von Flight Simulation Training Devices unterscheidet die EASA?


  • BITD -> Basic Instrument Training Device

  • FNPT ->Flight Navigation Procedures Trainer

  • FTD -> Flight Training Device

  • FFS -> Full Flight Simulator

  • OTD -> Other Training Devices


Welche Kategorien von Flight Simulation Training Devices unterscheidet die FAA?


  • Aviation Training Device (ATD) (Basic/Advanced)

  • Flight Training Device (FTD)

  • Full Flight Simulator (FFS)



Was versteht man unter einem Qualification Test Guide?


Dokumentation und Anforderungen an die Zulassungstest eines Simulators.

Was versteht man unter einem Master Qualification Test Guide


Dokumentation der ersten Zertifizierung eines Simulators. Es ist das Qualification Test Guide der erstmaligen Zulassung.

Welche Daten beinhaltet ein Qualification Test Guide?


  • Testtitel

  • Beschreibung des Testinhaltes

  • Beschreibung des Testablaufes

  • Angabe der Quelldokumente dür die Flugzeugdaten

  • Beschreibung des manuellen Testablaufs

  • Anfangsbedingungen der Tests

  • Auswertungskriterien

  • Erwartete Ergebnisse

  • Testergebnisse

  • …


In welchem Zeitraum muss die Qualifikation eines Full Flight Simulators (FFS) verlängert werden?

=> Alle 12 Monate

Wofür stehen die Abkürzungen CS, QTG, ATO ?

  • CS -> Certification Specification

  • QTG -> Qualification Test Guide

  • ATO -> Approved Training Organization


Wofür stehen die Abkürzungen FFS, FTD, FNPT und BITD?

  • FFS -> Full Flight Simulator

  • FTD -> Flight Training Device

  • FNPT -> Flight Navigation Procedure Trainer

  • BITD -> Basic Instrument Training Device


Was muss eine Approved Training Organization gegenüber der zuständigen Behörde nachweisen um Ausbildungen in einem Flight Simulation Training Device durchführen zu können?

  • Simulator muss zur Ausbildung passen

  • Simulator muss zertifiziert sein

  • dargestelltes LFZ (-Klasse) muss der Ausbildung entsprechen

  • Änderungen müssen überwacht werden und dürfen die Ausbildung nicht beeinträchtigen


Welche Änderungen an einem qualifizierten FSTD müssen der zuständigen Behörde gemeldet werden?

  • Verlegung

  • Modifikation

  • Außerbetriebnahme


Welche Kategorien eines Flight Simulation Trainign Device erfordern nach den Certification Specifications für Flächenflugzeuge eine Bewegungsplattform?

=> Alle Full-Flight Simulatoren (FFS) A-D


Welche Kategorien eines FSTD erfodern nach den CS für Flächenflugzeuge ein “Cross-Cockpit Collimated Visual System”?

-> Full Flight Simulatoren der Kategorie C und D

Für welche Kategorien eines FSTD ist nach den CS für Flächenflugzeuge kein Sichtsystem erforderlich?

  • Flight Navigation Procedure Trainer - Level 1

  • Basic Instrument Training Device

  • Flight Training Device


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Max W.

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