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LES INSTRUMENTS GYROSCOPIQUES DE PILOTAGE

Schéma du principe de l'emploi d'un horizon artificiel gyroscopique sur un sextant, prélude au gyro horizon des tableaux de bord et aux centrales gyroscopiques des systèmes de navigation 1% �_� de ravenir. (Croquis catalogue AERA, Paris.) » *»' m

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OICI donc l'invention de Foucault parvenue à la forme ---- d'application pour laquelle

elle semble avoir été faite par prescience, sur le tableau de bord de l'appareil qu'un autre précurseur de génie appellera avion pas tellement plus tard, avion oui, du fait de sa rupture avec les références terrestres, aura besoin d'un substitut contenant la référence horizontale ou verticale.

* T NDEPENDAMMENT de la résolution du problème de navigation lui-même qui sollicite la con-, naissance de la verticale ou de l'horizontale comme point de départ des mesures de référence à la sphère céleste, la connaissance de l'horizontale est évidemment indispensable en matière de guidage d'avion dans le monde à trois dimensions où il se meut puisque tout écart à partir de ce plan signifie montée ou descente, ou inclinaison transversale, donc en tout état de cause suscite un problème de sécurité.

Un avion ne doit sa stabilité qu'aux effets sustentateurs des forces développées par ses moteurs transformées en réactions sur le modelé de ses surfaces portantes et directrices. Du fait de la plasticité de ces formes destinées aux effets de conduite et des agitations du milieu, il est donc constamment à la recherche -de cette stabilité.

Un avion muni d'une référence horizontale artificielle peut être comparé à un sous-marin en demiimmersion et qui, suivant que l'eau envahirait ou libérerait le champ d'un de ses hublots, pourrait conclure à sa «pointe», c'est-à-dire à sa direction dans la troisième dimension de l'espace, vers la plongée ou vers la navigation de surface. C'est le rôle de mer artificielle que prend le gyroscope, mais il ne jouera dans l'avion qu'un rôle indicatif qui sera transformé en actes correcteurs par le pilote, pilote humain ou pilote automatique, ce qui

Autre appareil gyroscopique de pilotage conservateur de cap. On voit sur ce cliché le tore et ses aubes évidées sur lesquelles frappe le jet d'air tfalimentation.

est normal puisque l'avion est générateur de sa puissance sustentatrice, tandis que dans le navire les poussées d'Archimède combinées avec la gravité rétablissent la stabilité.

Cet horizon, lieu d'implantations de verticales en nombre infini, aurait pu aussi bien être fourni par un pendule puisque la direction de celui-ci ou la direction "du fil à

plomb est la verticale et sans doute ,- le problème aurait pu être résolu par un système si simple ou par un niveau libre de liquide quelconque, réduction de la surface de la mer (2).

Mais le moyen ne vaut qu'en milieu calme : dès que le mobile s'agite, la masse réagit, déforme sa surface (ou sa direction s'il s'agit du pendule) et cette inertie, nécessaire à l'emploi de la méthode dans une unité en déplacement n'a pu être obtenue que grâce au gyroscope qui emmagasine sans augmentation de poids des réserves d'énergie qui sont utilisées au maintien de la direction initiale. C'est une manière de petite usine à transformation d'énergie.

le gyro horizon ou horizon artificiel L'ERREUR qui serait commise - * -' avec un pendule vient de ce qu'en principe il doit indiquer la verticale, mais en fait est attiré par l'ensemble des forces qui s'exercent sur lui et n'est vertical que si la seule pesanteur ou des forces coïncidentes sont en jeu. Dès lors que le mobile utilisateur modifie sa direction ou sa vitesse, ce qui revient au même puisque cette modification implique dans les deux cas l'intervention d'une force, le pendule indique une verticale différente de la réelle (la géographique au lieu considéré) (1).

Au décollage l'accélération créera cette verticale en retard sur la réelle que tout passager peut préciser en voyant au moment de l'accélération sur la piste les rideaux s'incliner sur les cloisons vers l'arrière.

Dans un virage, le pendule sera sollicité suivant la verticale apparente composée de la verticale vraie et de la force centrifuge F.

Le gyro en sera également la victime, mais il y oppose une certaine inertie d'une part et, d'autre part, il contient en lui-même, si on le sollicite correctement, les forces de correction de cette aberration.

Autrement dit, son énergie interne de petit cosmos l'affranchit de la

pesanteur auquel le pendule est livré.

forme pratique LE gyroscope est à axe vertical au repos grâce à son carter associé à un système pendulaire.

Il indique la verticale réelle comme un fil à plomb et le plan de son tore l'horizon : il est à trois degrés de liberté (voir le gyroscope de Foucault traité dans un article anté- rieur). Placé dans cette position verticale il doit tendre à la conserver quelles que soient les inclinaisons du mobile porteur.

Mais si ces inclinaisons ne sont pas statiques, mais dues à un système de forces nouvelles, celles-ci vont tendre à faire perdre cette référence au gyro.

C'est alors qu'on a dû concevoir des dispositifs de correction automatique créant une précession contraire à celle qui naît de cette sollicitation et à rétablir ainsi cette position que le gyro a été chargé de définir : la verticale vraie du lieu, considérée comme mesurée dans un laboratoire immobile, celle qui serait indiquée par des projecteurs verticaux au lieu survolé par exemple ou par une mer artificiellement montée jusqu'au niveau du vol.

deux types de gyro horizons deux types de correcteurs LA rotation du gyro horizon est *-' assurée soit par un jet d'air agissant sur les aubes creusées dans le pourtour du rotor, soit électriquement. Dans le premier cas on fait agir deux jets d'air diamétralement opposés pour annuler l'effet des réactions.

TYPE A AIR Le boîtier dans lequel se trouve le gyro est soumis à une dépression et l'air se précipite à l'intérieur pour combler ce vide relatif et frappe les aubes du rotor qui se met à tourner, devient gyroscope.

Cet air est évacué par le dispositif pendulaire, dit dispositif érecteur qui donne au tore la position verticale, en forme de boîte à quatre faces latérales dans lesquelles sont aménagées quatre fentes permettant cette évacuation. Ces quatre fentes se font vis-à-vis autrement dit sont situées comme les points de fixation d'une suspension à la cardan : on sait qu'une telle disposition des points de suspension permet de gouverner toutes les, inclinaisons -imposées par rapport au plan horizontal. En outre, ces fentes peuvent être plus ou moins obturées par quatre volets verticaux et qui tendent à le rester grâce à la pesanteur.

Quand le gyro est vertical, l'évacuation de l'air se fait par les quatre fentes, chacune joue le rôle d'un petit réacteur qui pousse l'érecteur en direction contraire à l'évacuation : mais se faisant vis-à-vis, se produisant par des fenêtres de même calibre, ces quatre jets vont s'annuler deux à deux. Le dispositif agit alors comme un simple pendule.

GYRO A ALIMENTATION ELECTRIQUELe tore d'un tel gyro est associé au rotor d'un moteur électrique triphasé (400 périodes, 28 volts ou 115 volts, vitesse de rotation 25 à 30.000 tours-minutes).

Il n'y a donc pas de difficultés particulières pour comprendre le fonctionnement de ce système. Mais il est évident que la dissymétrie d'évacuation d'air à moins de faire un équipement supplémentaire dans ce but, ne pourra être utilisé comme dispositif de correction.

Le dispositif utilisé, appelé dispositif d'érection par gravité, est purement mécanique : une gorge, une sorte de rigole circulaire est associée au boitier et tourne par entraînement (friction ou courant de Foucault), c'est-à-dire viscosité magnétique et freinage à seulement vingt tours-minute environ.

Dans cette gorge une bille entraînée par deux taquets.

Quand le dispositif est vertical, la gorge est horizontale et tourne d'un mouvement uniforme avec la bille qui crée un balourd à son passage, balourd réparti uniformément sur l'ensemble puisque la vitesse de rotation de la bille est uniforme.

Mais survienne une inclinaison, celle qu'on veut corriger, et la bille va avoir affaire à un terrain en pente, c'est-à-dire va se trouver dans une partie de son parcours circulaire devant une ascendance qui va diminuer sa vitesse, donc la faire peser plus longtemps pendant cette partie de sa révolution et devant une partie en descente où se produira le phénomène inverse, elle restera moins longtemps sur cette partie du parcours.

Le résultat sera dans le temps un couple perpendiculaire au couple perturbateur qui, comme celui des jets d'air, créera la précession convenable au rétablissement de la verticale vraie, but de l'appareil.

Signalons également un système à contact de mercure : des billes de mercure qui fournissent la référence pendulaire viennent, quand la référence gyro s'en écarte, alimenter des moteurs couples qui corrigent la précession par leur action.

P.-A. MOLENE.

© Pierre-André Molène 1961.

(1) Nous ne ferons pas intervenir ici la notion des deux verticales provenant de 1a sphéricité inexacte de la terre.

(2) Un tel système est tellement valable, son principe est si exact qu'un pareil horizon artificiel a constitué pendant longtemps un moyen d'obtenir la référence verticale nécessaire à un calcul d'heure très précis en vue de la régularité ..,¡Ies chronomètres de marine antérieurement aux gignaux horaires radio.