Sistemi HUD

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lezione
Sistemi HUD
Tipo di risorsa Tipo: lezione
Materia di appartenenza Materia: Strumentazione di bordo e avionica
Avanzamento Avanzamento: lezione completa al 100%.

I sistemi HUD sono dei display (da HUD: Head-Up Display) trasparenti e posti tra il pilota e il parabrezza, che gli consentono contemporaneamente di guardare all'esterno e osservare i parametri principali di volo. Se correttamente progettati, permettendo di migliorare in modo significativo la situation awareness dei piloti[1] riducendo così il numero di incidenti causati da disorientamento spaziale[2].

I sistemi HUD sono nati inizialmente per i velivoli militari e solo recentemente introdotti nei liners. La normativa civile che regola i sistemi HUD è solamente del 2005, ovvero la ARINC 764[3][4].

Funzionamento[modifica]

Il vetro di fronte al pilota è l'HUD di un C-130J

Solitamente un HUD è composta da tre elementi[5]:

  • uno speciale proiettore;
  • uno schermo su cui presentare l'immagine (a volte può essere lo stesso parabrezza), detto combiner;
  • un computer per elaborare le immagini proiettate.

A questi si aggiungono alcuni pulsanti e selettori per controllare le informazioni mostrare, le modalità di visualizzazione e le impostazioni (luminosità, colori day/night, ecc.) e in alcuni casi anche un pannello di segnalazione (annunciator panel) per l'HUD.

Il principale problema nella costruzione dell'HUD è dover proiettare l'immagine con fuoco all'infinito: se il pilota dovesse rimettere a fuoco le immagine dell'HUD, vanificherebbe tutti i benefici di non dover distogliere lo sguardo dall'esterno. Il proiettore si è evoluto dai primitivi sistemi CRT, a sistemi a LED e successivamente sistemi a guida d'onda ottica. Recentemente si stanno diffondendo anche proiettori laser[6].

Dati mostrati[modifica]

I dati mostrati cambiano in base al produttore dell'HUD e se esso è di tipo militare o civile. I dati replicano in parte le informazioni visualizzate sul PFD e MFD e spesso nei velivoli militari sostituiscono completamente il PFD[3]. È molto importante bilanciare le informazioni presenti sull'HUD: troppe informazioni inutili possono portare a confusione e distrazione dall'ambiente esterno.

Sicuramente in tutti i tipi di HUD troviamo le informazioni standard per il volo (richiesti dalla normativa americana[7]):

  • Altitudine
  • Velocità indicata
  • Assetto e linea dell'orizzonte (orizzonte artificiale)
  • Indicatore di sbandamento
  • Direzione (heading)

Spesso trovano posto anche[3]:

  • ulteriori informazioni relativi alla quota: radioaltimetro, velocità verticale
  • ulteriori informazioni sulla velocità: TAS, GS, angolo di attacco, numero di Mach, airspeed trend
  • messaggi anticollisione TCAS
  • percorsi navigazione: localizer, glideslope, flight path
  • equipaggiamenti speciali per condizioni a bassa visibilità: distanza pista rimanente, informazioni di decelerazione a terra, performance freni, ecc.
  • accelerazione (tipicamente in G)
  • informazioni sui sistemi d'arma (solo per velivoli militari)

Immagini di esempio[modifica]

Qui sono raccolte alcune immagini di esempio di HUD moderni:

Helmet-mounted display[modifica]

Un Helment-mounted display dell'aviazione statunitense

I Helmet-mounted display (HMD) sono degli elmetti per il pilota dotati di uno schermo da porre davanti a un occhio o a una speciale visiera, su cui vengono proiettate le informazioni di volo similmente a quanto avviene in un normale HUD. Questi dispositivi sono tipici degli aerei militari da combattimento, che permettono al pilota di poter "guardare fuori" senza perdere di vista le informazioni di volo, aumentando in modo considerevole la situation awarness.[8] Tuttavia, anche se le informazioni visualizzate sono le stesse (o un sottoinsieme) di quelle presentate nell'HUD, la modalità di presentazione delle stesse influisce notevolmente sulla sicurezza in determinate condizioni di assetto[9]. Inoltre, la seppure semplice idea, comporta un notevole sforzo ingegneristico per la progettazione e produzione[10]:

  • Posizione dell'elmetto: per poter offrire un'esperienza ottima, la posizione dell'elmetto deve modificare l'offset dell'orizzonte artificiale. L'orizzonte artificiale deve sempre essere allineato con il vero orizzonte, anche se il pilota sposta la testa verso il basso o verso l'alto. Questo si ottiene grazie a giroscopi e/o a sistemi magnetici esterni.
  • Latenza: ovviamente, l'immagine proiettata deve essere costantemente aggiornata e non deve mai tardare, pena di fornire informazioni errate.
  • calibrazione: le lenti vanno calibrate perfettamente e devono essere modificabili per le esigenze visive ogni pilota.
  • Peso e bilanciamento: anche se può sembrare secondario, il peso e il bilanciamento dell'elmetto sono fondamentali per manovre ad alto numero di g.
  • Sicurezza: l'elmetto e l'HMD non devono influire sulla sicurezza in caso di incidente o espulsione con il seggiolino eiettabile.
  • Visibilità: la visibilità interna all'abitacolo e esterna all'aeromobile non devono ovviamente essere compromesse e possibilmente nemmeno ridotte.

Per questi motivi, la progettazione dell'HMD è una parte importante nello sviluppo dell'avionica per i velivoli militari, i cui costi non devono essere sottovalutati.

Note[modifica]

  1. (EN) Michael P. Snow, French, Guy A., Effects of primary flight symbology on workload and situation awareness in a head-up synthetic vision display, in Digital Avionics Systems Conference, vol. 2, IEEE, agosto 2002, pp. 11C5-1/11C5-10. URL consultato il 09 agosto 2015.
  2. Flight Safety Foundation, Head-up Guidance System Technology (HGST) — A Powerful Tool for Accident Prevention (PDF), settembre 1991.
  3. 3,0 3,1 3,2 Skybrary - HUD
  4. ARINC 764
  5. Fred H. Previc, William R. Ercoline, Spatial disorientation in aviation, American Institute of Aeronautics & Astronautics, , 2004, p.452.
  6. PAT Avionics shows G-HULP heads-up-display system for recreational aircraft, gizmag, 2012.
  7. 14 CFR Part 91, Airweb.faa.gov. URL consultato il 09 agosto 2015.
  8. (EN) F-35 HELMET - Unprecedented Situational Awareness, Lockheed Martin Corporation.
  9. (EN) Ercoline WR1, Self BP, Matthews RS, Effects of three helmet-mounted display symbologies on unusual attitude recognition and recovery, PubMed.gov.
  10. (EN) U.S. Army Aeromedical Research Laboratory, U.S. Army Research Laboratory, Helmet Mounted Displays- Sensation, Perception and Cognitive Issues, 2009.