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Procédé et dispositif pour 1 obtention de l'horizon réel d'un système en mouvement indépendamment de la vue.
La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif pour l'obtention, indépendante de la vue, de l'horizon réel d'un système en mouvement, en particulier d'un horizon aligné, à l'aide d'un instrument à trois tou- pies. On connait déjà des dispositifs sous la forme d'ins- truments indicateurs actionnés à la main, à l'aide desquels on peut obtenir l'horizon. On a prposé également des !ne-
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truments qui donnent, au moyen de trois toupies automatique- ment un horizon réel aligné.
Le premier groupe a l'inconvé- nient que ces instruments doivent être desservis à la main et par conséquent sont sous la dépendance, pour la préci- sion, de Inhabileté de l'observateur. Les instruments à tou- pies du second groupe ne sont pas utilisables pour une durée réellement longue, par exemple un long voyage d'un navire, car la rotation de la terre agissant sur les toupies ne pou- vait jamais être compensée avec une précision telle qu'après un grand nombre d'heures de fonctionnement, par suite de l'i- gnorance de la grandeur du défaut de compensation il se pro- duisait des défauts de précision excessivement grands dans la détermination de l'horizon, défauts pour lesquels il n'y avait aucun moyen de correction.
En outre ces appareils exi- gent un fonctionnement ininterrompu des toupies depuis le commencement du voyage car c'est seulement l'horizon réglé à l'état de repos du système qui est maintenu par l'appareil et l'horizon ne peut pas être trouvé à n'importe quel moment par mise en marche.
Le but de l'invention est de remédier à ces inconvé- nients. Elle a pour but de fournir en outre un ustensile ac- cessoire aux appareils à toupies existant déjà, qui peut être adjoint à ceux-ci pour le contrôle automatique et la correc- tion. La présente intention repose sur la constatation que la précession totale d'une toupie suspendue au-dessus de son centre de gravité est provoquée et influencée d'une part par la rotation de la terre, la vitesse propre du système, le frottement des paliers ainsi que d'autres résistances et d'autre part par la position oblique du système.
Le procédé suivant la présente invention consiste en ce que dans un ins- trument à trois toupies 1) on additionne tous les angles de précession se produisant des toupies d'horizon, sous n'im- porte quelle forme, algébriquement, 2) que l'on représente
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comme distance la somme trouvée dans la mesure d'une vites- se correspondant à la précession totale en tenant compte de la position angulaire de la toupie d'azimuth par rapport à la ligne de quille ou aux axes de cardan,3) qu'on repré- sente comme distance dans la même mesure de vitesse la vites- se effective du système, trouvée d'une autre manière (appa- reil de mesure de vitesse) et 4) qu'on compare entre elles les deux distances.
La, différence donne une mesure de l'er- reur de la compensation effectuée de la rotation de la terre y compris la résistance de l'appareil et prise pour la posi- tion oblique du système. On peut d'après ceci calculer déjà la position oblique c'est à dire déterminer l' horizon réel.
Ceci est toutefois quelque peu compliqué.
Mais comme la différence provenant de la vitesse appa- rente et de la vitesse réelle, dans le cas de mesures se sui- vant dans le temps, reste seulement constante lorsque l'ap- pareil à trois toupies se trouve dans la position horizon- tale, suivant la présente invention la position de l'appa- reil est corrigée après la première mesure jusqu'à ce que les différences des distances restent constantes pour au moins deux mesures se suivant dans le temps (par exemple à 5 minutes environ).
Il va de soi que l'on peut éviter cette dernière mesure lorsque par des tables établies de façon ap- propriée l'angle de correction nécessaire est établi pour les diverses différences. la correction de la position de l'ins- trument est toutefois particulièrement avantageuse lorsqu' on l'effectue outre par l'influence des axes de précession des toupies d'horizon, également par influence de l'axe de pré- cession de la toupie d'azimuth et ceci fait également partie de l'invention. Si on le fait le système est orienté vers le nord. Par ce procédé, l'instrument est donc utilisable en même temps comme boussole.
Le procédé est utilisable sans que l'on donne aux
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toupies une compensation particulière contre la rotation de la terre; Une semblable compensation préalable est tou- tefois recommandable lorsqu'on ne veut pas obtenir de trop grandes différences.
On dispositif pour la réalisation du procédé consiste essentiellement en un instrument à trois toupies dont les axes de précession sont influençables par des moments de rotation réglables, avec des dispositifs pour représenter en distance dressée la somme algébrique des précessions des toupies horizontales et pour comparer cette distance avec une vitesse de mouvement du support obtenue d'une autre manière également donnée comme distance. Sur les dessina an- nexés, l'invention est représentée à titre d'exemple sous une forme de réalisation.
La fig, 1 montre l'appareil à toupies en vue schémati- que.
La fig, 2 montre une partie du châssis avec une toupie en coupe.
La fig. 3 montre le dispositif pour la représentation des vitesses en distances.
La fig. 4 montre le schéma des connexions électriques d'une manière simplifiée.
Les fig. 5 et 6 montrent des détails qui sont expliqués dans la suite.
Les trois toupies 11,12,13 sont placées dans le ch@ssis principal avec des axes de sensibilité situés perpendiculai- rement l'un à l'autre. La toupie 13 est disposée comme toupie d'azimuth avec axe de précession horizontal tandis que les deux autres toupies 11,12 ont des axes de précession verti- caux et des axes d'impulsion horizontaux perpendiculaires l'un à l'autre. Elles peuvent avoir aussi des axes de précession horizontaux perpendiculaires l'un sur l'autre et des axes d'impulsion verticaux. Si l'appareil doit servir en même temps
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de boussole, la toupie de nord 13 doit toutefois posséder il. la fig. 1 un axe d'impulsion horizontal et un axe de préces- sion vertical. Toutes les toupies possèdent outre leur degré de liberté de rotation encore un degré de liberté de préces- sion semlement.
Les toupies Il.., 12 et 13 sont suspendues dans le châssis principal au moyen de châssis individuels 15,16, 17. Le châssis 14 est fixé dans les anneaux de cardan 18,19 avec le centre de gravité sous le point d'intersection des axes de cardan 21,22 et de façon à pouvoir tourner autour de l'axe vertical 20. Tout l'appareil est relié au système en mouvement (par exemple un engin de locomotion dans l'air ou dans l'eau) par des chevalets 23.
Les deux toupies 11. et 12 qui donnent l'horizon sont complètement identiques dans leur construction d'ensemble en suspension et en équipement, avec cette différence seulement que leurs axes d'impulsions ho- rizontaux sont perpendiculaires l'un à l'autre comme on l'a indiqué et qu'au moins l'une d'entre elles (par exemple la toupie 12), qui est dirigée est-ouest, possède un dispositif connu pour la compensation de la rotation de la terre.Il suffit par conséquent de décrire la disposition de la tou- pie 11.
Le châssis individuel 16 portant la toupie 11 est sup- porté de façon à pivoter dans le châssis 14 au-dessus du cen- tre de gravité dans les paliers horizontaux 24. A la saillie 15', il est relié d'une manière quelconque par exemple par des ressorts au châssis 14 ou bien il possède d'autres dispo- sitifs qui produisent son rappel élastique dans la position de zéro. Le logement de toupie peut tourner dans les paliers verticaux 25,26, la toupie possède l'axe de rotation 27.
L'axe vertical 28 de l'enveloppe de la toupie 11 porte vers le haut un bras de contact 29 qui peut frotter sur des contacts conjugués du secteur denté 30 pouvant tourner li- brement coaxialement autour de l'axe 28. Dans les dents de ce
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secteur vient en prise le pignon 31 du moteur de changement
32 fixé au châssis 15 et ce pignon fait tourner le secteur avec ses contacts suivant la position du bras de contact 29.
Le pignon 31 est en prise d'autre part avec le secteur denté 33 auquel est relié un bras de contact 34 (fig. 2, 5 et 6). Ce bras parvient par rotation suivant un petit angle mort - par exemple 62 des deux côtés - sur un des contacts 35 du secteur 37 pouvant tourner librement sur l'axe 36 du secteur denté 33.
Le secteur 37 porte l'armature 38 entre les pôles d'un élec- tro-aimant 39 qui est fixé par l'étrier 40 au châssis 15-Il possède en outre un bras 41 avec le ressort de traction 42a- gissant sur l'étrier 40. Des butées 43 limitent le déplacement du secteur 37. Le secteur 37 porte l'armature 38 entre les pôles d'un électro-aimant 39 qui est fixé par l'étrier 40 au châssis 15*Il possède en outre eun bras 41 avec le ressort de traction 42 agissant sur l'étrier 40. Des butées 43 limitent le mouvement du secteur 37. Les pièces 38-42 serrent essen- tiellement à éviter un contact alternatif entre 34 et 35.
Une émission de contact a notamment pour conséquence, outre l'ac. tion décrite dans la suite, que l'électro-aimant 39 est exci- té et que de ce fait l'armature 38 entraine le secteur 37 jusqu'à l'une des butées 43 contre la rotation du bras de contact 34. Le ressort 42 tend à ramener le secteur 37 dans la position moyenne.
Sur le châssis 15 est placé le poids mobile 44 (fig.2) qui peut être déplacé transversalement au plan du châssis dam les deux sens pour exercer ainsi un moment de rotation autour de l'axe du palier 24. Il est actionné par un dispositif quel- conque (électro-aimante moteur électrique, etc.) qui fonction- ne lors de la fermeture du contact entre les co ntacts 34 et 35.
A l'axe vertical du logement de la toupie est relié en outre un aimant de correction avantageusement réglable, destiné à être influencé par des résistances, consistant en
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une armature 45 et un champ 46. En outre pour l'amortisse- ment du mouvement d'oscillation du châssis 15 il y a un dis- positif qui consiste en le secteur denté 47, le récipient 48 rempli de liquide avec roues à ailettes 49 et le pignon 50.
Le châssis 16 pouvant tourner autour d'un axe horizontal est, pour son équipement et aa constitution, identique au châssis 1.5 mais il est suspendu dans le châssis 14 avec son plan perpendiculaire à celui du c@âssis 15. Le châssis 17 de la toupie d'azimuth 13 est fixé de façon à pouvoir tourner d'une manière analogue aux châssis 15 et 16 dans le châssis
14, sauf qu'il n'est pas suspendu au-dessus de son centre de gravité mais la toupie 13 possède au contraire des axes de rotation et de précession horizontaux avec axe de sensi- bilité vertical.
L'axe 20 du c@âssis 14 porte une roue dentée SI qui en- grène avec le pignon du moteur de changement 52 fixé à l'an- neau de cardan 18.
La partie de réception de l'instrument représentée à la fige 3 ou l'instrument de mise au point consiste essentiel- lement en deux tiges filetées 53 et 54 dont l'une peut fur- ner par rapport à l'autre autour de leur point d'intersection et en outre en une barre de contaot 55 et les écrous de gui- dage 56 et 57. L'angle [alpha] formé par les tiges est réglé par un récepteur électrique 58 qui est mis en marche par un émet- teur 76 relié au moteur de changement 52 (fige 4).
Le même émetteur actionne un second récepteur 59 sur l'écrou 57 qui marche en synchronisme mais en sens inverse du récepteur 58 et produit ainsi le réglage de l'angle ss comme angle com- plémentaire à [alpha] par rotation de la. barre 55 autour de son point d'intersection avec la tige 54. Le récepteur 59 peut être déplacé avec l'écrou 57 le long de la tige 54.
Ce mou- vement est limité par le dispositif 60 à l'extrémité libre de la tige 54. Le dispositif 60 consiste en une manivelle, un
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volant ou un organe analogue dans le cas du réglage à la main ou un récepteur à moteur et sert à régler la vitesse du navi- re obtenue d'une manière indépendante quelconque (par exem- ple par un appareil de mesure de marche) ou éventuellement la marche par-dessus le sol par déplacement de l'écrou 57*En cas d'emploi de l'appareil, la distance du point de section des tiges 53,54 jusqu'au point d'intersection de .La tige 54 avec la barre de contact 53 est donc mesurée proportionnelle- ment à la vitesse du navire.
la tige 53 est prolongée au- delà du point de rotation en 58 par le bras 13' et de même la tige 55 au-delà de l'écrou 57 par le bras 73.
La tige 53 porte à son extrémité libre un différentiel consis tant en des roues coniques 61 et 62 et en des roues coniques planétaires 64 et 65 pouvant tourner sur l'axe com- mun 63. La roue conique 61 peut tourner avec la roue de vis sans fin 66 sur la tige 53 et est actionnée par le ré- cepteur 68. la roue conique 62 est accouplée au récepteur 69 et l'axe 63 des roues planétaires 64,65 est accouplé à la tige 63. Le déplacement de l'écrou 56 se fait donc sous l'action différentielle par les récepteurs 68 et 69. On rè- gle ainsi comme cela sera décrit dans la suite une composan- te donnée par l'instrument à toupies de la vitesse du navire et cela sous l'action d'une des toupies 11 ou 12.
Lorsqu'alors sous l'action de différentes influences déterminant le triangle 53,54,55, l'écrou 56 quitte sa posi- tion médiane par rapport à la barre 55, cette barre 55 tou- che lors du glissement par-dessus les surfaces de l'écrou 56 un des deux contacts disposé sur le coté de leur position médiane. lu lieu qu'à l'aide des deux récepteurs 58 et 59, l'an- gle entre la tige 53 et la tige 55 reste constamment réglé à 902 et qu'il se produise une fermeture de çontact lorsque le milieu de l'écrou 56 se déplace par rappor à la barre 55,
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on pent également laisser de côté, le récepteur 59.
la barre
55 reçoit alors un centre de rotation fixe et l'écrou 5? et l'écrou 58 une tête tournante dans laquelle la barre 55 peut se déplacer suivant sa longueur avec rotation de la tête d'é- orou. Les contacts 70,71 sont disposés de telle façon qu'un d'entre eux est fermé lorsque l'angle entre la tige 53 et la barre 55 s'écarte de 902,
Le dispositif est établi de telle façon que la tige 53 avec le différentiel et les récepteurs 68 et 69 peut ilors de la rotation autour de l'axe du récepteur 58 parvenir de l'autre côté de la tige 54 par exemple dans la direction 72 indiquée en traits de chainette tandis qu'alors le prolon- gement 73 de la barre 55 vient dans la position 80 représen- tée en traits de chainette et coopère avec l'écrou 56 ou les contacts 70,
71. La tige 53 est également prolongée pour qu' on puisse atteindre avec la partie 53' les deux autres qua- drants.
On peut encore employer un dispositif supplémentaire de nature connue pour compenser les mouvements de roulis lors de la pose de la vitesse réelle la tige 54 et cela de tel- le manière que la partie de 1 écrou 57 portant la barre 55 est disposée de façon à pouvoir se déplacer transversalement à la tige 54 et est commandée par un émetteur excité par le mouvement de roulis et en concordance avec la vitesse du rou- lis et la distance de l'axe de roulis
Un second instrument identique, consistant en des piè- ces 53-73 existe pour la détermination de la seconde compo- sante de vitesse d'une des toupies Il ou 12. Les deux e ins- truments peuvent également être reliés ensemble de façon qu' il n'y ait qu'une tige 54.
On peut également opérer de tel- le men façon que l'on dispose la tige pour la seconde com- posante dans une position perpendiculaire 4 la tige 53 à l'é- orou 56 de la première et qu'on la fait déplacer par celui-
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ci. Car il importe finalement seulement de comparer la vites- se du navire trouvée exactement, indépendamment, au moyen d'un appareil de mesure de marche avec la vitesse apparente déterminée au moyen des composantes par les toupies 11, la, en grandeur et en direction.
L'appareil fonctionne de la manière suivante (en parti- culier, voir la figu 4).
On règle d'abord a. moyen du dispositif 60 l'écrou 57 sur la vitesse réelle du navire. Lorsque l'appareil est alors mis en marcne, en cas d'écart de course ou de variation de course, un bras de contact ?4 relié à l'axe de précession de la toupie d'azimuth 13 met en circuit par l'intermédiaire des contacts 75 le moteur de changement 52 f one tionnant com- me moteur de rotation, qui tend à faire tourner le châssis principal 14 contre la résistance de rotation,
et est à dire à supprimer la précession de la toupie d'azimuth. En même temps il actionne un émetteur 76 qui lui est accouplé qui commande les récepteurs 58 et 59 et règle ainsi les angles 0( et / en concordance avec la position du châssis 14 par rap- port à l'anneau de cardan 18.
Le bras de contact 29 de l'axe de précession 28 de la toupie nord-sud 11 met En circuit le moteur de changement 32 Qui est accouplé à l'émetteur 77 et fait ainsi travailler le récepteur 69 sur la tige 53.En même temps par l'intermédiaire du secteur 33, le..-$ contacts 34,35 sont actionnés et d'une part le poids de marche 44 agissant en sens inverse de la précession de la toupie est déplacé d'une quantité constante, d'autre part le moteur de changement 68 sur le différentiel de la tige 63 est mis en marche et fonctionne aussi longtemps que le poids, de mar- che reste écarté de sa position médiane.
Si l'écrou 57 quitte sa position médiane par rapport à la barre 55 ou si l'angle entre la tige 53 et la barre 55 s'écarte de 90 , l'un des contacts 70 ou 71 se ferme, De ce
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fait sont actionnés l'aimant rotatif de correction 46 à l'axe de précession de la toupie nord-sud 11, un aimant ro- tatif analogue 78 à la toupie d'azimuth 13 et un dispositif d'amortissement (poids d'amortissement) 79 à la toupie nord- sud Il Ce dispositif d'amortissement connu en lui-même empêche une commande exagérée;
il met les énergies de rota- tion en arrière hors d'action avant que la position d'hori- zon soit de nouveau atteinte la mise en action et le mode de fonctionnement de la toupie est-ouest 12 et des pièces coopérant avec cellesch sont les mêmes que pour la toupie nord-sud à part qu'il manque dans la mise en circuit de l'une des deux la liaison avec l'aimant rotatif de correction 78 de la toupie d'azimuthM
Si on combine alors,lors d'une mesure, les composantes en distance et en direction déterminées par l'endroit des écrous 56 aussi bien pour la toupie nord-sud que pour la toupie est-ouest, on obtient la vitesse apparente qui est comparée à la vitesse réelle fixée à la tige 54 par la posi- tion de l'écrou 57.
Si lors d'une seconde mesure la différence entre la vites- se réelle et la vitesse indiquée par les composantes est éga- le à celle qui est obtenue lors de la première mesure, les toupies 11 et 12 montrent par leurs axes de rotation l'hori- zon réel; dans le cas contraires, il faut corriger jusqu'à ce que deux ou plusieurs mesures donnent des différences é- gales. On peut évidemment aussi travailler de façon continue, par exemple à l'aide d'une installa-tion de mesure de marche et effectuer en conséquence automatiquement de façon continue des corrections de sorte que 1horizon reste maintenu cons- tamment dans sa position.
L'objet de l'invention ne se limite pas à la forme de réalisation représentée, des variations sont au contraire possibles dans beaucoup de directions aussi bien dans la
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disposition des pièces que dans leur montags; c'est ainsi par exemple qu'on peut réunir ensemble plusieurs dispositifs de correction, à la place de la transmission électrique on peut choisir une transmission mécanique, hydraulique ou pneumati- que.
Les différentes toupies ne doivent pas reposer dans un châssis commun mais peuvent être séparées l'une de l'autre dans l'espace; des toupies d'un autre instrument existant peuvent également reprendre la fonction de l'une ou de l'au- tre toupie de l'instrument suivant la présente invention. ta caractéristique de l'invention consiste d'une manié- re générale en un procédé, et en un dispositif pour obtenir l'horizon réel par le fait que l'on représente comme vitesse la précession se produisant par suite de toutes les causes et qu'on utilise à la main ou automatiquement pour la déter- mination de l'horizon réel en mesure répétée les différences de la vitesse apparente ainsi trouvé-e du système avec 111 vitesse réelle déterminée d'une autre manière.
Dans son ap- plication, l'instrument n'est pas limité au but décrit, il peut au contraire servir également à provoquer dans un autre instrument à toupies déjà stabilisé, par la mise en service de forces, des moments agissant contre des moments de pertur- bation; lorsqu'on a par exemple sur un navire une plateforme stabilisée, l'appareil suivant la présente invention peut ê- tre disposé supplémentairement sur cette plate forme pour compenser encore les petits défauts existante de la stabili- sation de la plateforme.
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