Im Rahmen der Eröffnung des Deutschen Luft- und Raumfahrtkongresses 2024 wurde Dr. Johannes Ernst am 30. September in Hamburg der „Claudius Dornier Jr. Dissertationspreis“ für seine Dissertation zum Thema „Creating a Virtual Helicopter Cockpit with an Immersive Head-Mounted Display“ verliehen. Der Jungwissenschaftler forscht am DLR-Institut für Flugführung im Bereich der Pilotenassistenzsysteme.
Herausforderungen für Hubschrauberpiloten
Eine eingeschränkte Außensicht – durch ungünstige Umweltbedingungen, Luftfahrzeug-induziert oder einsatzspezifisch – stellt für Hubschrauberpiloten eine große Herausforderung dar, insbesondere bei Einsätzen in Boden- und Hindernisnähe. Motiviert durch die jüngsten technologischen Fortschritte bei kopfgetragenen Anzeigen, sogenannten „head-mounted displays“ (HMD), hat diese Dissertation untersucht, wie solche modernen Anzeigegeräte die Einschränkungen bestehender Anzeigelösungen überwinden und dadurch das Situations-bewusstsein der Piloten verbessern und die Flugsicherheit erhöhen können.
Eine eingeschränkte Außensicht – durch ungünstige Umweltbedingungen, Luftfahrzeug-induziert oder einsatzspezifisch – stellt für Hubschrauberpiloten eine große Herausforderung dar, insbesondere bei Einsätzen in Boden- und Hindernisnähe. Motiviert durch die jüngsten technologischen Fortschritte bei kopfgetragenen Anzeigen, sogenannten „head-mounted displays“ (HMD), wurde in einer Dissertation untersucht, wie solche modernen Anzeigegeräte die Einschränkungen bestehender Anzeigelösungen überwinden und dadurch das Situations-bewusstsein der Piloten verbessern und die Flugsicherheit erhöhen können.
Virtuelle Hubschrauber-Cockpits mit immersiven Head-Mounted Displays
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Virtuelle Hubschrauber-Cockpits mit immersiven Head-Mounted Displays
Eine eingeschränkte Außensicht – durch ungünstige Umweltbedingungen, Luftfahrzeug-induziert oder einsatzspezifisch – stellt für Hubschrauberpiloten eine große Herausforderung dar, insbesondere bei Einsätzen in Boden- und Hindernisnähe. Motiviert durch die jüngsten technologischen Fortschritte bei kopfgetragenen Anzeigen, sogenannten „head-mounted displays“ (HMD), wurde in einer Dissertation untersucht, wie solche modernen Anzeigegeräte die Einschränkungen bestehender Anzeigelösungen überwinden und dadurch das Situations-bewusstsein der Piloten verbessern und die Flugsicherheit erhöhen können.
Was diese Arbeit von der bisherigen Forschung unterscheidet, ist die explizite Berücksichtigung von nicht-durchsichtigen HMDs neben den etablierten durchsichtigen Geräten. Basierend auf einer ausführlichen Untersuchung aktueller HMD-Technologien und moderner Flugzeugsichtsysteme wurde in der Dissertation ein konzeptioneller Rahmen für zukünftige Cockpitgenerationen entwickelt: das Virtual Cockpit Continuum. Es beschreibt verschiedene Stufen der Cockpit-Virtualisierung – vom konventionellen Cockpit über mehrere, teilweise virtuelle Varianten bis hin zu einem vollständig virtuellen Cockpit. In einem teilvirtuellen Cockpit werden Teile der natürlichen Außensicht und das Cockpit selbst von computergenerierten HMD-Anzeigen überlagert. In einem vollständig virtuellen Cockpit werden die gesamte Sicht aus dem Fenster sowie die Cockpitinstrumentierung vollständig durch eine virtuelle HMD-Sicht ersetzt. Je nach Grad der Virtualisierung wird dies mit optisch transparenten HMDs, mit Video-Durchsicht-HMDs oder mit nicht-durchsichtigen HMDs umgesetzt.
Analyse der Potenziale und Herausforderungen
Die Dissertation analysierte die Potenziale und Herausforderungen eines solchen Ansatzes und implementierte anschließend sowohl ein teil- als auch ein vollvirtuelles Cockpit für den Offshore-Einsatz von Hubschraubern. Vier Probandenstudien bestätigen das große Potenzial der entwickelten Implementierungen eines virtuellen Cockpits. Virtuelle Instrumente, die auf einem durchsichtigen HMD dargestellt werden, scheinen eine vielversprechende kurz- bis mittelfristige Lösung zu sein, um die sogenannte „head-up, eyes-out“-Zeit der Piloten zu verlängern und die Schaffung aufgabenangepasster Cockpits zu fördern. Ein vollständig virtuelles Cockpit mit einer verbesserten exozentrischen Sicht konnte in den Studien das räumliche Bewusstsein der Piloten und die Präzision des Schwebefluges bei Einsätzen in Hindernisnähe verbessern.
