תצוגה עילית

תצוגה עילית (ראשי תיבות: תע"ל; באנגלית: Head-Up Display‏, ובקיצור – HUD) היא מערכת תצוגה הנמצאת בדרך כלל בתא הטייס במטוסי קרב. המערכת נועדה להציג מול עיני הטייס מידע קריטי לטיסה, כגון גובה, מהירות, כיוון, זווית התקפה ועוד, מבלי שיצטרך להוריד את מבטו אל לוח המכשירים ולאבד קשר עין עם הנעשה מחוץ למטוס.

כיום ניתן למצוא מערכות תצוגה עילית לא רק במטוסי קרב, אלא גם במסוקי קרב, מטוסי תובלה ונוסעים, ובמכוניות (כמו בקדילאק Imaj).

היסטוריה

הבלקבורן בקניר (Blackburn Buccaneer) הבריטי היה המטוס הראשון שבו הכוונת הציגה גם נתוני ניווט.

מספר שנים לאחר מכן, כאשר נודע שטייסי המטוס השתפרו תודות לתצוגה העילית, העניין במערכת גדל. מטוס הקרב הראשון בו הותקן תע"ל מודרני היה ה־A-7 קורסייר 2. הכוונת הפכה למעשה לצג רב תכליתי שהציג נתונים קריטיים רבים כגון מהירות אוויר, גובה, כיוון, אופק מלאכותי, זווית התקפה וכדומה, מבלי שהטייס יצטרך להסב את תשומת לבו ממה שמתרחש בחוץ ("ראש בחוץ").

חברת ג'נרל מוטורס החלה לשלב מערכות תצוגה עילית במכוניות בשנת 1988.

רכיבים

חופה של מטוס קרב מדגם F-14. ניתן לראות את התצוגה העילית מעבר לחלון האמצעי של מגן הרוח

מבט מלפנים על מטוס קרב מדגם F-18. פניו של הטייס נראים מאחורי התצוגה העילית, המוצגת על לוח זכוכית

כוונת השלכה

בשנת 1900 רשם מהנדס האופטיקה האירי הווארד גרוב פטנט על רעיון כוונת ההשלכה ל"כלי נשק גדולים וקטנים". השימוש הראשון בכוונת השלכה היה במטוסי קרב גרמניים ב־1918. הכוונת השתמשה בקולימטור כדי ליצור תמונה שמתמקדת באינסוף ומוקרנת על זכוכית שקופה. בניגוד לכוונות ברזל ישנות, הטייס לא צריך לכוון את מבטו כדי לראות את נקודת הפגיעה של הכדור, אלא יכול היה להזיז את ראשו (בטווח העדשה של הקולימטור) ועדיין לראות תמונה שמכוונת למקום המדויק. תותחי המטוס אופסו בהתאם לכוונת כדי שהכדורים והפגזים יפגעו בנקודה במרכז הכוונת ממרחק מסוים. חסרונה הגדול של הכוונת הוא שהתחום הנראה של הכוונת מוגבל על ידי מסך הקולימטור. כלומר אם מסתכלים מהצד בזווית גדולה יחסית, אי אפשר לראות את התמונה.

כוונת גירוסקופית

הכוונת הגירוסקופית הראשונה הותקנה על מטוס ב־1941. כוונת גירוסקופית היא כוונת השלכה אשר משתמשת בגירוסקופ כדי לחשב את מיקום הצלב, כך שאם המטוס מתמרן, הכוונת מראה בדיוק היכן הכדורים יפגעו אם ההדק ילחץ. חסרונה הגדול של הכוונת הוא מהירות תגובה איטית ושליטה ידנית.

מערכת בקרת־ירי

לאחר מלחמת קוריאה התחיל פיתוח מואץ בכל מה שהיה קשור לתחום האוויוניקה המהפכני. החידושים כללו מכ"ם מובנה במטוס, ומערכת בקרת־ירי שחישבה בצורה אנלוגית הרבה יותר מהירה את מיקום הפגיעה המדויק של הכדורים. לראשונה הכוונת לא שימשה לכיוון התותחים בלבד אלא גם לפצצות וחימוש מונחה.

תצוגת קסדה עילית

ערך מורחב – תצוגת קסדה עילית

תצוגת קסדה עילית היא סוג של תע"ל המותקן על קסדה. כיום המערכת מסוגלת להראות את כל הנתונים אשר מוקרנים על תע"ל קלאסי, וזאת ביחס לכיוון אליו מפנה הטייס את ראשו.

תצוגה עילית במטוסים

אתגרים טכנולוגיים

קולימציה (הקבלה) – מערכת של עדשות בתע"ל מקבילות את קרני האור ומכיוון שהקרניים מקבילות, העין האנושית מתמקדת באינסוף כדי לקבל תמונה ברורה. כתוצאה מכך עיני הטייס לא צריכות להתמקד מחדש בכל פעם כשהוא מעביר את מבטו מהתמונה בתע"ל אל המתרחש מחוץ למטוס. מבחינת עיני הטייס, התע"ל נמצאת "מחוץ למטוס".

מקדם שבירה – הזכוכית ממנה עשויה חופת תא הטייס שוברת את אור ונדרש להתחשב בכך בתכנון האופטי של התע"ל כדי שהתמונה המופיעה בתע"ל אכן תתלכד עם המטרות בחוץ. הדבר היווה קושי טכני ובמקרים רבים הפתרון הפשוט והיעיל היה ליצור חופה מישורית בקטע שמול התצוגה העילית. מאוחר יותר איפשרו מחשבים מודרניים לתכנן חופות ומערכות תצוגה שהשתלבו יחד ללא צורך בחופה עם קטע מישורי, כמו במטוס F-15.

שיטת סימון מערבית

תמונה של התע"ל של מטוס F-18 שכוונת התותח שלו נעולה על מטוס F-22. ניתן לראות לפי התע"ל שהמטוס בגובה 16,000 רגל, במהירות 179 קשר, בזווית התקפה של 20°, במצב אף של 25° מטה. הריבוע השחור בפינה השמאלית העליונה מופיע כאשר הטייס לוחץ על ההדק

דוגמה לצורת תצוגה מערבית, יש הבדל ניכר בינה לצורת התצוגה הרוסית

בשנות השישים טייס הניסוי הצרפתי גילברט קלופשטיין בנה את התע"ל המודרני הראשון, וייסד את שיטת הסימון המאוחדת שהפכה לתקנית במערב, כך שטייס שטס במטוס אחד יוכל להבין את הסימון בשאר המטוסים.

סימוני ניווט – התע"ל מראה את הכיוון המגנטי של המטוס במעין סרגל בחלקה העליון או בתחתית התצוגה. התע"ל מסוגל להציג נקודות ציון עם סימון מיוחד, כך הטייס יכול להטיס את המטוס לפי נקודת הציון בתע"ל ללא צורך להסתכל במפה.

סימון אף ("בורסייט") – התע"ל מציג את סימון אף המטוס. הסימון מראה לאן אף המטוס מצביע (מופיע כ־W בתמונה משמאל). במטוסי קרב ישנו גם סימון תותח בצורת צלב. הוא בדרך כלל יותר גבוה מסימון האף.

וקטור טיסה ("ציפור") – הסימון מראה לאן המטוס טס. אם סימון האף גבוה מהאופק, אך המהירות נמוכה סימון הווקטור ירד מתחת לאופק ויראה שהמטוס מנמיך רום. הווקטור מסומן בעיגול עם כנפיים וסנפיר אנכי.

נתוני טיסה – בצידי התצוגה יופיעו שני סרגלים. בסרגל השמאלי מופיעה מהירות האוויר ובסרגל הימני מופיע הגובה הברומטרי. נתוני מד גובה מכ"מי יופיעו בגובה נמוך מאלף רגל. בשמאל תחתית התצוגה תופיע זווית ההתקפה המסומנת על ידי האות אלפא. כיוון ההטיה של אף המטוס מעלה או מטה מסומן בשנתות ממוספרות, כאשר שנתות שלמות הן זווית כלפי מעלה, ושנתות מקווקוות הן כלפי מטה.

שיטת הסימון הרוסית

תרשים דוגמה לתצוגה רוסית

בברית המועצות התפתח תע"ל שגם בו שולבו נתוני ניווט וטיסה כדי לעזור לטייס, אך צורת הסימון והגישה לתצוגה עצמה שונות לגמרי מהתצוגה המערבית.

מצב אופק – האופק מוצג כקו אופקי והוא לא משנה את זוויתו (כלומר הוא תמיד במצב אופקי) הוא רק עולה או יורד לפי מצב אף המטוס. המטוס עצמו מוצג כשלושה קווים; שניים אופקיים הנמצאים על אותו מישור ואחד אנכי והוא נוטה לפי מצב המטוס, כלומר אם המטוס מתגלגל סימון המטוס יחווה על כך ולא סימון האופק, בניגוד לשיטת הסימון המערבית בה האופק משנה את מצבו לפי זווית הגלגול.

סימוני ניווט – משום שאין וקטור טיסה בשיטת הסימון הרוסית, הניווט מתבצע בעזרת סימון ניווט מיוחד, מעין עיגול שיש להביאו למרכז סימון המטוס. הניווט מבוצע במשולב עם מסך רב תכליתי בלוח מחוונים בתא הטייס.

ממשק מכ"ם – בשונה מהתע"ל המערבי, התע"ל הרוסי משמש גם כתצוגה רב תכליתית ומאפשר ממשק שליטה על המכ"ם, אך בזמן פעולת מצב זה לא מופיעות התצוגות כגון גובה, מהירות, כיוון וכדומה.