Шлем с прибором ночного видения повышенной надежности и улучшенными эргономическими характеристиками

 

Изобретение относится к шлему, например, пилотов военных самолетов, снабженных прибором ночного видения, с повышенной надежностью и улучшенной эргономикой. Заявленный шлем содержит также затененное смотровое окно, удерживаемое в поднятом положении (в случае работы в ночных условиях) с помощью устройства шарикового толкателя и опускаемое либо вручную, либо автоматически. Кроме того, шлем снабжен оптическим устройством, которое позволяет наложить изображения, формируемые устройством ночного видения, на изображения непосредственно извне летательного аппарата. Технический результат: возможность одновременно производить персонализацию для адаптации к зрению пользователя и обеспечить максимальную светосилу как при дневном, так и при ночном наблюдении. 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к шлему, снабженному прибором ночного видения, с повышенной надежностью и улучшенной эргономикой.

Шлемы пилотов военных самолетов, способные обеспечить выполнение различных задач в ночных условиях, содержат, как правило, прибор ночного видения с электронным усилителем световых лучей. Приборы ночного видения ранее выполнялись в виде "биноклей", имеющих значительные размеры, что привело к их замене на недавно появившиеся устройства типа "очков". Последние содержат оптическую систему на отражателях, обеспечивающую искривление траектории световых лучей, что позволяет уменьшить габаритные размеры и толщину устройства. Указанная характеристика является еще одним преимуществом, позволяющим снабдить шлем таким смотровым окном, которое может быть опущено пилотом при катапультировании с целью защиты лица и во избежание необходимости съема всего прибора ночного видения.

Другое преимущество заключается в малой массе устройства и коротком плече рычага, представленного расстоянием между центром тяжести очков и осью вращения головы пилота, что является местом приложения пары сил, воздействующих на пилота при возникновении ускорений, сопровождающих катапультирование.

Недостатком указанного решения является то, что наблюдение постоянно ведется через смотровое окно. В случае только ночного наблюдения достаточно снабдить шлем светлым смотровым окном, незначительно ослабляющим световые лучи (приблизительно на 5%). Напротив, при коммерческом использовании в дневной период либо в период сумерек необходимо снабдить шлем затененным смотровым окном с целью избежать ослепления или дискомфорта пилота, однако в случае, кода наблюдение распространяется и на ночной период, такое затененное смотровое окно излишне ослабляет световые лучи (приблизительно на 75%).

Приборы ночного видения снабжены распределителем, выполненным в виде оптического устройства, позволяющего наложить изображения, формируемые устройством ночного видения, на изображения непосредственно извне летательного аппарата. Для обеспечения максимального комфорта пользователю указанные распределители должны быть снабжены устройством диоптрической коррекции, адаптированным к зрению пользователя, и должны быть оптимизированы в отношении ослабления отраженного и прямого световых потоков.

Для случая диоптрической коррекции устройства ночного видения по двум направлениям (прямому и усиленному) простая диоптрическая регулировка, применяемая в случае очков ночного видения, недостаточна, поскольку прямой путь не скорректирован. Пилот в этом случае видит два изображения, плоскости которых находятся на различных расстояниях, что создает определенные неудобства и приводит к сильному переутомлению, прежде всего при продолжительном использовании.

Поскольку очки ночного видения содержат распределитель, то при необходимости уменьшения их габаритных размеров без уменьшения оптического поля их нельзя использовать с классическими очками. Использование контактных линз решает проблему размеров, однако их нельзя носить продолжительное время в условиях боевого самолета.

Кроме того, в случае использования в условиях сильно различающихся освещенностей (в случае начала использования в дневных условиях либо в сумерках и продолжения использования в течение ночи) разница между усиленной освещенностью изображения и освещенностью окрестностей, видимых через распределитель, может быть неприемлемой для пользователя, а компромисс, достигаемый подбором соотношения коэффициентов отражения и передачи распределителя, не дает необходимого эффекта.

Шлем ночного видения в том виде, как он используется пилотами военных самолетов, содержит, помимо прочего, усилитель света, подразумевающий наличие источника электропитания. Указанный источник, как правило, образован гальваническими элементами, рассчитанными максимум на десять часов непрерывной работы. Поскольку продолжительность боевого задания самолета зачастую меньше срока службы элементов, последние по соображениям экономии используются повторно при последующих полетах. Указанные гальванические элементы могут разрядиться во время полета, и в этом случае возникает необходимость их замены в ходе выполнения задания.

В известных шлемах элементы питания располагаются в объемном каркасе, помещаемом обычно в фальшпанели. Указанные шлемы содержат опускаемое смотровое окно, предназначенное для защиты лица пилота в случае катапультирования. Указанное смотровое окно необходимо поднимать при замене элементов питания, что не облегчает замену. Более того, в случае катапультирования элементы питания с их корпусом должны быть отделены от шлема вследствие давления, оказываемого на фальшпанель.

Предметом настоящего изобретения является шлем с прибором ночного видения, который отличается повышенной эргономикой и удобством при пользовании, который может быть одинаково успешно использован как в исключительно ночных условиях, так и в коммерческих целях в дневной период либо в условиях сумерек вплоть до ночного времени без существенного ухудшения ночного видения и который позволяет одновременно производить персонализацию для адаптации к зрению пользователя и обеспечивать максимальную светосилу как при дневном, так и при ночном наблюдении с максимально возможным равновесием.

Шлем согласно изобретению содержит затененное опускаемое смотровое окно и сменный распределитель.

Одним из отличительных признаков изобретения является взаимодействие опускаемого смотрового окна с приспособлениями блокировки в поднятом положении и с приспособлениями фиксации в закрытом положении, а также с приспособлениями возврата в закрытое положение, причем смотровое окно может быть поднято при использовании в ночных условиях и опущено вручную при наблюдении в дневных условиях и автоматически в случае катапультирования пилота.

В соответствии с одним из наиболее предпочтительных отличительных признаков изобретения устройство электропитания для прибора ночного видения содержит корпус с помещаемыми в него элементами электропитания, интегрированный в шлем, преимущественно в его нижнюю часть, со стороны, противоположной акустическому разъему.

Ниже более подробно описан один из вариантов выполнения изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено: на фиг.1 - аксонометрический вид шлема с опускаемым смотровым окном согласно изобретению; на фиг.2 - вид элемента шлема по фиг.1, иллюстрирующий процесс фиксации смотрового окна в закрытом положении; на фиг.3 - аксонометрический вид распределителя шлема по фиг. 1; на фиг.4, 5 - аксонометрические виды распределителя по фиг.3, иллюстрирующие монтаж линзы диоптрической адаптации; на фиг. 6, 7 - соответственно виды спереди и сбоку шлема с устройством электропитания согласно изобретению; на фиг. 8 - аксонометрический вид корпуса с элементами электропитания, интегрированного в шлем согласно фиг.6 и 7.

На фиг.1 и 2 показаны только элементы шлема 1, необходимые для описания смотрового окна. В частности не показан ни сам прибор ночного видения, ни внутренняя оболочка шлема, ни распределитель.

Внешняя оболочка 2 шлема в верхней своей части перед передним краем с внешней стороны содержит элемент 3 фиксации очков ночного видения и смотрового окна и с каждой стороны напротив ушей пользователя содержит кронштейны, на которых шарнирно крепится смотровое окно. На чертеже виден только один из кронштейнов, обозначенный позицией 4.

Смотровое окно 5 содержит, как правило, вогнутый стеклянный колпак 6, фиксируемый оправой 7. Боковые стороны оправы 7 скреплены с хомутиками 8, 9 с возможностью ее крепления на кронштейнах 4 с поворотом не более чем на 90^o и с блокированием при достижении указанного угла. Оси вращения относительно хомутиков 8 и 9 обозначены соответственно позициями 8А, 9А. Хомутики 8 и 9 взаимодействуют с противолежащими пластинами 10, 11, расположенными между ними и кронштейнами 4 и фиксируемыми на последних. Края хомутиков 8, 9 снабжены с наружной стороны декоративными накладками 8В, 9В. На лицевых сторонах противолежащих пластин 10, 11, обращенных к хомутикам 8, 9, сформированы полусферические углубления 14, 15, в которые помещается шарик шарикового толкателя 12, 13, укрепленного на хомутиках 8, 9, соответственно в верхней точке, определяющей максимальное значение угла поворота смотрового окна 5 (в поднятом состоянии). Диаметр указанных полусферических углублений практически соответствует диаметру шариков толкателя 12, 13. Очевидно, что параметры пружин толкателей 12, 13, перемещающих шарики в углубления 14 и 15, выбираются из расчета возможности блокировки смотрового окна 5 в поднятом положении с обеспечением управления, не требующего значительных усилий и автоматического запирания при нахождении смотрового окна в поднятом положении в случае катапультирования, как более подробно описано ниже.

Вокруг осей вращения 8А, 9А смотрового окна располагают пружины, одна из которых - пружина 16 относительно оси 8А - показана на чертеже. Указанные пружины располагаются с возможностью приложения к смотровому окну 5 усилия, приводящего последнее в закрытое положение, причем указанные пружины не в состоянии преодолеть силу противодействия шариков толкателей 12, 13, когда смотровое окно поднято. Указанная противодействующая сила может быть преодолена лишь тогда, когда на пилота, на голову которого надет шлем, воздействует ускоряющая сила в процессе катапультирования.

В центре верхней части оправы 7 крепят фиксирующее сцепное устройство 17, действующее совместно с защелкивающей наклонной площадкой 18, сформированной на элементе 3. Сцепное устройство 17 содержит цилиндрический шток 19, закрепленный на корпусе 20 нажимной кнопки, перемещаемой продольно в подпружиненном футляре 21, который крепится к оправе 7 с возможностью перемещения нажимной кнопки 20 параллельно осям 8А, 9А. Шток 19 закреплен на корпусе 20 перпендикулярно направлению перемещения указанного корпуса в футляре 21. В состоянии покоя корпуса 20 (смотровое окно поднято, отсутствует усилие на нажимную кнопку) последний выступает за пределы футляра вправо на фиг. 2 (на данном чертеже поверхность 20А корпуса 20, на который опирается пользователь, находится справа от корпуса).

Наклонная площадка 18, совместно с которой действует шток 19, представлена в виде направляющей, располагаемой на конце траектории закрытия штока 19. Основание направляющей значительно удалено от конца штока 19, если последний расположен справа от указанного основания для обеспечения его свободного перемещения. Одна из боковых стенок указанной направляющей, обозначенная позицией 22 (левая стенка на фиг.2), является плоской и параллельной траектории 19А оси штока 19 внутри направляющей. Данная стенка 22 служит упором для штока, когда корпус 20 максимально входит в футляр 21 для освобождения смотрового окна. Противоположная боковая стенка 23 указанной направляющей, перпендикулярная ее основанию, образует кулачковую поверхность для штока, начальный участок 24 которой прикладывает к последнему усилие слева на фиг.2 с возможностью продвижения корпуса 20 в футляр 21 до достижения "пика" 25, после прохождения которого шток 19 резко освобождается и под действием внутренней пружины нажимной кнопки практически возвращается в исходное положение, выровненное по оси 19А, и задерживается задней частью 26 стенки 23, перпендикулярной оси 19А. Для освобождения смотрового окна и его подъема достаточно утопить на поверхности 20А нажимную кнопку для освобождения штока 19 от стенки 26 и поднять смотровое окно в вертикальном направлении до вхождения шариков толкателей 12, 13 в соответствующие углубления 15.

Пластина 3 перед передним краем верхней части лицевой поверхности также содержит два выступающих контакта 27, расположенных симметрично относительно оси 27А пластины 3, в промежуток между которыми с возможностью фиксации в нижнем положении смотрового окна входит контакт (не показанный) соответствующей формы для бокового блокирования смотрового окна в нижнем положении.

Распределитель 28, представленный на фиг.3-5, располагают перед окуляром 29 прибора ночного видения. Если в качестве последнего используют бинокль, он содержит два подобных распределителя.

Окуляр 29 содержит кольцо 31, предназначенное для фиксации на приборе ночного видения, и оптическую систему 32 для отражения на 90^o, например призму с входной и выходной гранями, расположенными перпендикулярно друг другу. Лицевая поверхность 33 оптической системы 32, на которой фиксируется распределитель 30, может быть, например, круглой и содержать на своей периферии контактные зажимы 34 для фиксации с их помощью распределителя. Опорные поверхности указанных контактных зажимов спрямлены с возможностью формирования эталонной плоскости при позиционировании распределителя 30. Указанный распределитель содержит фиксируемые ножки 35, опирающиеся на опорные поверхности контактных зажимов 34 для фиксации в последних, например, с использованием винтов. Опорные поверхности ножек 35 также спрямлены.

Оптическая система 32 также содержит на периферии лицевой поверхности 33 устройство остановки вращения распределителя 30 (при вращении относительно оптической оси лицевой поверхности 33). Как показано на чертеже, устройство остановки вращения может, например, содержать два противолежащих штифта 36, 37, взаимодействующих с соответствующими гнездами, сформированными на лицевой поверхности распределителя 30. На чертеже показано только гнездо 38, соответствующее штифту 36. Боковые поверхности штифтов 36, 37 и соответствующие боковые поверхности гнезд распределителя 30 отшлифованы, являясь эталонными поверхностями для регулировки вращения распределителя 30, причем отверстия, предусмотренные в ножках 35 для пропускания винтов 35А для фиксации распределителя, выполнены достаточно большого диаметра для осуществления регулировки в процессе вращения.

Таким образом, возможна несложная замена различных распределителей с обеспечением их качественного оптического позиционирования относительно оптической системы 32 (которая закреплена на приборе ночного видения).

Как показано на фиг.4 и 5, перед лицевой поверхностью 39 распределителя 30 закрепляют адаптирующие линзы 40, причем поверхность 39 является поверхностью, непосредственно видимой пользователем 41. Линза 40 закреплена неподвижно с возможностью простой замены с целью адаптации распределителя к различным пользователям. Как показано на чертеже, линза 40 может содержать ножку 42, скрепленную винтом с ножкой 35 распределителя 30. Могут быть использованы и другие устройства крепежа линзы 40 (например, с помощью зажима).

На фиг.6, 7 представлена лишь внешняя оболочка шлема с элементами, интегрированными в него.

Внешняя оболочка 43 шлема 44 согласно изобретению выполнена тем же способом, что и внешние оболочки известных шлемов, а именно путем формовки термопластичного материала с добавкой армирующих материалов (стекловолокна и т. д.).

Оболочка 43 перед нижним краем 45 одной из сторон, например левой стороны 46, содержит аудиофонический разъем 47, позволяющий подключать к усилительному радиооборудованию самолета, в котором используется шлем 44, микрофоны, датчики и громкоговорители шлема. На чертеже представлены кронштейны на шарнирах 48, 49 смотрового окна шлема (не показано).

На нижнем левом крае 50 шлема 44 формируют углубление 51 для неподвижного корпуса 52, в который устанавливают элементы электропитания (не представлены), запитывающие усилитель света (не показан) прибора ночного видения, закрепленного на оболочке 43 в точках 53 фиксации, расположенных в верхней части шлема перед его передней стороной. На чертеже представлен питающий провод 54, соединяющий элементы питания прибора ночного видения, причем указанный провод зафиксирован на нижней стороне оболочки 43, а соответствующие соединительные приспособления предусмотрены на концах провода 54. Углубление 51 имеет форму, соответствующую форме корпуса 52, и содержит отверстие 55, через которое корпус 52 вводится сверху вниз в углубление.

Корпус 52 (фиг.8) может быть, например, выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, на двух сторонах которого предусмотрены штифты 56, 57 для фиксации с защелкиванием в углублении 51. В углублении 51 предусмотрены приспособления (не показаны) для освобождения корпуса с возможностью его извлечения из углубления. Нижняя часть 58 корпуса 52 слегка выступает за пределы углубления 51 и содержит выключатель 59, легко доступный для пользователя, когда корпус 52 находится в углублении. Выключатель 59 выполнен преимущественно трехпозиционным: отключение питания, включение питания и проверка батарей. Проверка элементов питания предпочтительно производится известным способом с помощью устройства индикации, например электролюминисцентного диода 60, закрепленного перед нижней стороной 58 корпуса 52 и видимого пользователем.

Таким образом, изобретение позволяет достичь хорошего равновесия шлема (расположение корпуса 52 на нижней стороне шлема и фиксация прибора ночного видения в его верхней части позволяет располагать центр тяжести ближе к геометрическому центру, чем в известных шлемах), повышенной простоты перемещения элементов питания, хорошего доступа к выключателю батарей и проверки последних и улучшенного контроля за батареями.

Формула изобретения

1. Шлем с устройством ночного видения, отличающийся тем, что он содержит затененное опускаемое смотровое окно (5), а также сменный распределитель (30), который выполнен в виде оптического устройства, позволяющего наложить изображения, формируемые устройством ночного видения на изображения непосредственно извне летательного аппарата, при этом затененное смотровое окно взаимодействует с приспособлениями блокировки в поднятом положении (12, 13, 15) и приспособлениями фиксации в закрытом положении (19, 23), а также с приспособлениями возврата в закрытое положение (16), причем указанное смотровое окно выполнено с возможностью подъема при работе в ночных условиях и опускания вручную при работе в дневных условиях и автоматического опускания при катапультировании пилота.

2. Шлем по п. 1, отличающийся тем, что приспособления блокировки смотрового окна в поднятом положении содержат по меньшей мере один шариковый толкатель (12, 13) и соответствующее углубление (15) для шарика толкателя.

3. Шлем по п. 1 или 2, отличающийся тем, что приспособления поддержания смотрового окна в закрытом положении содержат защелкивающее сцепное устройство (19, 23).

4. Шлем по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что приспособления возврата смотрового окна в закрытое положение содержат по меньшей мере одну пружину (16), создающую усилие, которое не превышает усилие, необходимое для деблокирования смотрового окна в поднятом положении.

5. Шлем по п. 3 или 4, отличающийся тем, что защелкивающая наклонная площадка (23) сцепного защелкивающего устройства выполнена на кронштейне (3) очков ночного видения.

6. Шлем по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что распределитель (30) закреплен на оптическом блоке (32) с помощью приспособлений, представляющих собой эталонную плоскость (34, 35) и эталонную поверхность вращения (36, 37, 38).

7. Шлем по п. 6, отличающийся тем, что перед распределителем неподвижно размещена линза (40) диоптрической адаптации.

8. Шлем по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что содержит устройство электропитания прибора ночного видения, размещенное в корпусе (52), содержащем элементы питания, и интегрированное в шлем.

9. Шлем по п. 8, отличающийся тем, что корпус интегрирован в нижнюю часть (46) внешней оболочки (43) шлема.

10. Шлем по п. 9, отличающийся тем, что корпус интегрирован в стенку, противоположную аудиофонному разъему (47) шлема.

11. Шлем по одному из пп. 8-10, отличающийся тем, что корпус вводится с защелкиванием в углубление (5), выполненное во внешней оболочке (43) шлема.

12. Шлем по одному из пп. 8-11, отличающийся тем, что корпус содержит выключатель (59) электропитания, подаваемого элементами питания в корпусе.

13. Шлем по п. 12, отличающийся тем, что в выключателе предусмотрено положение контроля элементов питания.

14. Шлем по п. 13, отличающийся тем, что корпус содержит устройство визуализации (60) состояния элементов питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8