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Pour l' exploration du soi, il est connu de recourir à des courants tourbillonnaires circulant dans le sol. A cet effet, on monte dans la région à explorer une grande bobine d'émission et en des endroits judicieusement choisis on dispose une ou plusieurs bobines de réception. Le:
3 bobinas sont disposées d'une manière appropriée et l'on mesure .la force électromotrice E induite dans la bobine de réception pour un courant alternatif d'intensité donnée dans la bobine d'émission. En l'absence de matières perturbatrices dans le 'champ magnétique de la bobin d'émis sion, le champ nrimaire Hp à proximité de la bobine d'émission et donc la. force électromotrice induite dans cette bobine dépen- dront uniquement de la géométrie du système de bobines et de l'in- tensité I du courant dans la bobire d'émission.
Cela. est vrai,
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approximativement, pour deux bobines qui sont montées très près du sol, pour autant nue la fréouence d'utilisation soit si basse que l'effet de la conduction du sol puisse être négligé et pour autant qu'il n'existe pas de gisements à conductibilité assez élevée dans le voisinage. Lorsqu'il existe de tels gisements, des courants tourbillonnaires y sont induits, ce oui provoaue un champ secondaire Hs qui déforme le champ pri- maire et qui, d'une façon générale, modifie la force électro- motrice dans la bobine de réception. On peut ainsi déceler la présence de gisements conducteurs. D'une façon générale, ces gisements modifieront l'amplitude, la phase et la direction du champ primaire et l'on peut déceler chacune de ces variations ou une combinaison de celles-ci.
Un autre procédé est basé sur le fait que la présence de la matière conductrice modifie l'impédance mutuelle et l'on relève alors' cette variation. La variation qui résulte d'un corps conducteur sphérique, de rayons R, à une dis- tance h1 de la bobine d'émission et à une distance h2 de la bobine de réception est, pour une distance entre les bobines d:
EMI2.1
expression dans laquelle K est une constante, tandis Que M et N sont des fonctions de R ## u #, # étant la conductibilité de la sphère, la perméabilité de l'air, du fluide superposé et du corps minéral, (la perméabilité du minerai est posée égale à celle de l'espace libre, donc à l'unité dans le système C. G.S.) et # est la pulsation.
Le procédé au sol est très lent et on s'est donc inté- ressé à des mobiles,par exemple des véhicules le long de la route, ou des avions.
Il est évident que, dans le cas d'emploi d'avions, les valeurs h1 et h2 augmentent et, par approximation, deviennent
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égales à la hauteur h des avions au-dessus du centre du minerai.
On a donc : Hs R3 . d3 = K (M + jN) Hp h6
Pour compenser la. réduction de sensibilité résultant des grandeurs plus grandes de h, dans les anciens systèmes, on a augmentée d en montant une bobine d'émission sur un avion et en montant la bobine de réception sur un second avion, volant en formation avec le premier, ou sur un mobile traîné derrière et au-dessous de l'avion . Les deux bobines peuvent alors se déplacer librement l'une par rapport à l'autre-et l'impédance mutuelle varie Constamment lorsque l'avion et ledit mobile ou les.'deux avions tanguent et roulent pendant le vol. On s'est efforcé de plusieurs manières.de compenser l'influence de ces mouvements.
La Demanderesse a déjà proposé d'utiliser des appareils géophysiques dans. lesquels les deux bobines du système sont montées aussi loin que possible l'une de l'autre sur l'avion, par'exemple chaque bobine à l'extrémité d'une aile. Dans cet
Agencement, il est nécessaire de recourir à un avion à larges ailes, aussi rigides que possible;. Les deux bobines sont montées ' par exemple horizontalement coplanaires aux extrémités des ailes et l'on mesure et enregistre d'une manière continue les impédances mutuelles.
Par bobines coplanaires horizontales il y a lieu d'entendre ici des bobines dentales axes sont pratiquement ver- ticaux, qui se trouvent dans le plan de flexion de l'aile et qui sont parallèles ou faiblement concourants (angle de quelques ' degrés). -Des bobines coaxiales verticales sont * bobines dont les axes, pratiquement horizontaux; 'sontsitués dans le plan de flexion de 1-1 aile et, avec , au maximum quelques degrés d'écart, dans le prolongement l'un de l'autre.
Dés bobines coplanaires verticales sont des bobines dont les axes sont perpendiculaires
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au vlan de flexion de l'aile,donc parallèlesà la direction de vol. Un système à bobines horizontales donnerait le meilleur résultat avec un gisement de minerai horizontal ou plan.. De plus', il sera possible d'utiliser en outre des bobines coplanaires verticales et des bobines coaxiales verticales et chaque système sera le plus sensible, pour des gisements de minerai plans se trouvant dans un plan parallèle au plan des bobines, les fréquence d'utilisation devant alors différer légèrement.
Les sensibilités du second système et du troisième pour un gisement de minerai sphériaue ne sont cependant respectivement aue le quart et le huitième de la sensibilité d'un système à bobines horizontales.
Lorsqu'on sacrifie la sensibilité par une réduction de la distance d, afin d'obtenir l'avantage d'un système pratiquement rigide,il faut recourir à un appareil qui soit à même de déceler de très petites variations des influences perturbatrices résultant du bruit magnétique, des effets thermiaues dans l'appareil même, de très petits mouvements des bobines entre elles et de très petits mouvements des bobines par rapport à la structure de l'avion.
-Lorsque les bobines sont montées aussi rigidement que possible et disposées aussi loin aue possible de l'avion, l'effet de mouvements par rapport à la structure peut être rendu très petit. Ces mouvements sont essentiellement gênants par suite du couplage variable, par courants tourbillonnaires, des bobines à travers la matière de la structure, en particulier lorsoue l'aile. est en métal, et par suite de la présence de surfaces de gouverne mobiles, par exemple des ailerons.
Des variations de couplage entre la bobine d'émission et la bobine de réception se produiront sous l'effet d'un mouvement relatif des bobines ou d'un mouvement de l'une des bobines par rapport à la structure de l'avion. De tels mouvements. peuvent avoir plusieurs causes,parmi lesquelles il y a lieu de
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mentionner lessuivantes: I) vibrations, II) mouvements accidentels résultant essentiellement de coups de vent et III) mouvements lents résultant de variations du poids, par exemple la -consommation de combustible et d es effets thermiques.
L'effet des vibrations peut être éliminé par l'emploi de détecteurs à petite largeur de bande, donc à long temps d'inté- gration. Les variations de couplage qui résultent de mouvements lents peuvent être corrigées dans le détecteur à l'aide d'un moteur qui équilibre automatiquement une bobine de référence et qui acquiert des tensions de commande qui se compensent. Les variations de couplage sous l'effet de coups de vent ont une caractéristique, en fonction du temps, qui ressemble beaucoup aux variations résultant de là présence d'un gisement de minerai.
Elles .peuvent donc provoquer des écarts gênants dans l'enregistre- ment et il y a lieu de recourir aides moyens pour les identifier et réduire.leur effet au minimum. Une identification peut être obtenue en enregistrant en même. temps l'accélération verticale de la coque ou la contrainte dans {'aile.
Dans l'étude de la réduction de l'influence des coups de vent, il faut tenir compte des diverses manières dont ces coups peuvent provoquer une variation de couplage. La variation se prêtant le moins bien au calcul est celle aui est provoauée par le couplage par'courants tourbillonnaires avec des ailes métalliques. Cette variation peut'résulter du fait que les bobines' se déplacent par rapport aux, ailes métalliques ou que la résistance des trajets des courants tourbillonnairesvarie.
Ces variations de couplage peuvent le mieux être réduites au minimum en disposant les bobinps p. l'extérieur des sommets des ailes sur des châssis non-métalliques, châssis qui doivent être rendus aussi rigides que possible pour que les mouvements relatifs accidentels des bobines et des sommets des ailes métalliques soient
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aussi petits que possible. Des variations du couplage par courent-, tourbillonnaires avec les ailerons peuvent provo @@er des effets perturbateurs lorsoue le mouvement de l'aileron est plus grand au'en vol en ligne droite.
Lesplus grandes variations de couplage due^ aux coups de vent résultent de flexions de l'extrémité dos ailes. lorsaue l'aile s'infléchit. (En général. la résistance à la torsion est si grande aue les effets de torsion peuvent être négliges).
Il se produit tout d'abord une translation, c'est-à- dire une variation de la distance d entre les bobine par la flexion de l'aile et en secondlieu une rotation par une variation de l'angle compris entre les axes des bobines, lorsque les sommets des ailes fléchissent. Ces effets sont représentés sur la fig. la. La fig. 1c montre que, lorsque les bobines sont coplanaires et 'verticales, le couplage n'est pas modifié par la rotation.
L'invention concerne pntre autres des bobines conla- naires horizontales et des bobines coaxiales verticales et permet de réduire l'effet des variations de couplage des bobines résultant de la translation et de la rotation des bobines lors de- la flexion de l'aile. Dans le casde bobines coplanaires verticales il y a lieu de réduire les,variations de couplage résultant de la translation.
Suivant l'invention, les bobines sont disposées à proximité des sommets des ailes d'une manière telle aue les variations de couplage provoduent un signal per- turbateur oui est comparable ou plus petit oue le niveau de bruit du récepteur. i
Une compensation réelle peut être obtenue pour une flexion déterminée et la condition optimum pour une telle com- pensation peut être obtenue en agissant sur divers facteurs, par exemple en modifiant l'angle initial entre les bobines et/ou en disposant les milieux des bobines à une distance déterminée sous l'aile, cas dans lequel la translation des bobines est
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réduite. L'effet de translation peut ainsi être rendu comparable à ].'effet de rotation, de sorte que la compensation est aussi complète due.
possible et s'étend sur une plus large gamme de flexions de l'aile,
Suivant l'invention, dans le cas d'emploi de bobines horizontales et coplanaires ou verticales et coaxiales, ces bobines sont disposées de façon que les variations de couplage aui résultent de la translation et de la rotation dues à la flexion des ailes sont rendues aussi petites que possible pour la charge par des coups.de vent.
D'une façon générale, il n'est pas nécessaire de réduire ces effets jusqu'au-dessous du niveau de bruit du récepteur.
Toutefois; en disposant, conformément à l'invention, les bobines d.'une manière telle que des variations de couplagedues aux translation et aux rotations des bobines lors de la flexion des ailes sous l'effet de certaines charges de vent soient réduites au minimum, on atteint que, pour une même puissance d'émetteur, on peut réduire le rapport signal : bruit.
En disposant les bobines à l'extérieur des aïles, on peut en outre obtenir l'avantage de faibles effets des couplages variables par courants tourbillonnaires, par l'intermédiaire de la matière de la coque et des plans de gouverne mobiles tels que les ailerons.
Des bobines verticales coplanaires, permettent d'ob- tenir le même résultat.
Sous l'effet d'une charge, les propriétés d'une aile peuvent varier d'une manière telle que les conditions de com- pensation soient satisfaites. Il est connu qu'en répartissant les charges utiles le long de l'aile, on réduit la flèche de celle-ci; ce résultat est obtenu en disposant les réservoirs à essence dans l'aile et en suspendant les moteurs aux ailes. En ,
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même temps, la forme des ailes varie lors de la flexion pendant le vol et lors de coups de vent. C'est ainsi aue dans un avion De Havilland Otter, en vol normal, les ailes seront inclinées vers le haut et la distance entre les extrémités des ailes varie ainsi que l'angle entre la bobine et la verticale.
En suspendant à chaque extrémité de l'aile un poids de 400 kg (le poids d'un réservoir à essence contenant 400 litres de combustible), permet d'éliminer complètement la flèche verticale résultant de la charge de l'air (et donc des coups de vent); la variation angulaire ou rotation dès bobines' par rapport à la verticale est inversée et la composante de seconde puissance de la translation ou la réduction de la largeur de portée est réduite d'environ 60% .
'En pratique, cet effet se produit dans une certaine mesure par le poids.des bobines.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte au du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
Le dessin concerne un monoplan tel que précité à ailes métalliques étayées, Sangle d'éluation de l'aile étant de 2 . lies signaux sont donnas comme des fractions d'un million, un million représentant le signal théorique qui est obtenu dans l'espace libre avec le-système.
Dans ce qui suit, l'influence de la translation sera exposée quantitativement.
Entre les deux bobines, qui peuvent être verticales et coaxiales ou horizontales et coplanaires, existe un couplage mutuel N qui varie proportionnellement à d3, lorsque est mutuel qui varie proportionnellement à d@, lorsque d est la distance, supposée grande, entre les bobines (voir fig. lb).
Lorsque d augmente jusqu'à d + #d, de sorte que M augmente jusqu'à M + # M, on a par approximation, lorsque # d est petit:.
EMI8.1
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EMI9.1
four des bobines coplanaires horizontales ou coaxiales verticales., la variation de couplage répond, pour une petite rotation relative des bobines, à la même loi de cosinus.
Lorsque les bobines sont exactement coplanaires ou coaxiales, le couplage est M. Pour une rotation relative /3 , le couplage augmentera jusqu'à M + # M, qui est donné par :
EMI9.2
M + S m = M cos (i Lorsque est très petit, cette expression devient:
EMI9.3
¯JLm ¯ 11 (8) . M " - - -
Lorsque les bobines sont montéesinitialement sous un angle ci, le couplage constant peut être représenté par :
EMI9.4
m = M +S'M = M cosq1 Lorsqu'un coup de vent provoque une rotation additionnel-
EMI9.5
le (3 , le couplage augmentera-jusqu-à m +à m, qui est donné par: m +# m = M-cos (ci +ss).
Donc
EMI9.6
1 +-M =,cos / - ttc'3,81 (x sin a
Lors du développement en série de la fonction trigonomé- trique, 'on peut,' lorsque [alpha] et, sont petits, négliger les termes d'un degré supérieur au secord, de sorte que:
EMI9.7
6 m = - ,3 d lf3 - ( 9) m 2 Des courants d'air ascendants;; à vitesse de 3 m par seconde, correspondent à un accroissementde la charge de 0,7 g pour l'avion mentionné volant à une vitesse de!160 km à l'heure. La durée moyenne des courants ascendants sera d'environ 0,8 seconde.
Pendant la première partie de cette! période, il se produit une augmentation de la charge des ailes, et, pendant la seconde partie,
EMI9.8
la charge sera légèrement infririur,,a 1. charge normale. Pour T'avion en cause, on a effectué diverses 'recherches sur les relations entre les déviations des extrémités des ailes et la charge des ailes, essais qui ont donné les résultats suivants:
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La réduction de la distance entre les bobines pour une variation de l'accélération de 0 à # g est donnée par 0,216" dont 0,206" est linéaire avec une variation de l'accélération et 0,01" proportionnel au carré de cette variation. Lorsque #g est la variation de l'accélération divisée par l'accélération de la pesanteur on a
EMI10.1
- .6d=. 0,206 (1 + g) + 0,01 (1 +..1g)2- (0,206 + 0,01) ::;: 0,226'Óg + 0,01 L\ g2 .
Dans cette expression, lorsque d = 18,3, on a :
EMI10.2
- d 4 d -' 1 -6 1 7 2 10-6..........(10) lor.sque Ág::;: 0,7, on a - Ad d ¯ 223 x 10-6 ......(il)
Ce rapprochement entre les bobines serait notablement plus petit si l'angle de 2 (voir fig. la) était plus petit, mais cela .est difficilement réalisable en pratique.
La variation de la pentedu sommet de l'aile pour l'avion mentionné est déterminée par 25,5 g. min. ou 0,00741 g.radians.
Lorsque A g 0,7, la rotation relative est:
EMI10.3
3 z. x 0,0074LÓg = 0,01.. s fag doncfi = 0,0104 radians ...(32)
Lesdites données concernent un avion tel qu'il est modifié pour le montage des appareils sur le dessus des ailes.
Par suite du rapprochement des bobines, la variation de couplage lors de Inexistence d'un coup de vent provoquant une variation(? accélération de 0,7 g,s'obtient en substituant l'équation 11 dans l'équation 7 :
EMI10.4
= + 3 x 223 x 10 -6 = 670 x¯ 1Q>6 ' Un tel effet est inadmissible, car .il est plus grand que celui d'un gisement de minerai assez important.
La variation de couplage par rotation des bobines est obtenue en substituant l'éauation 13 dans inéquation 8 ou l'équation 9, suivant l'angle initial entre les bobines. Si celui-ci est égal à 0, on a :
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EMI11.1
2 - 54 x 1U
On constate que les effets produits ont tendance à se compenser.
Lorsqu-'.on utilise deux canaux, on peut recourir pour le canal A à des bobines coplanaires horizontales et pour le canal B à des bobines coplanaires verticales-
Pour le canal A, il se produira donc une certaine compensation de 1-'influence des coups de vent.
Inéquation 9 prouve que, lorsque, en vol normal, l'angle entre les bobines est réglé à une valeur déterminée [alpha], les influences de la translation et de la rotation peuvent être compensées pour chaque valeur donnée de g.
Lorsqu-'on désire par exemple que les influences se compensent lors de l'accroissement de g de 0,5, on peut déduire de l'équation 10:
EMI11.2
- ' d = l5g x l0-6 et # M/M = 474 x 10-6 Inéquation 12 donne, pour la rotation relative:
EMI11.3
(b= 0,0US x o,5 = o,oa74.
De l'équation 9, on déduit:
EMI11.4
0 m-= - O.,ÔO74 et 0,0074" m m ¯ .. ppo74 01 0 007
474 x 10-6 ; pour la compensation [alpha]= 0,0603'-radians = 3,46 .
Lorsque les bobines sont disposées de façon qu'en vol normal elles forment un angle de 3,46 , l'influence de coups de vent pour diverses variations de g est donnée par:
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EMI12.1
<tb> Augmentation <SEP> Influence <SEP> Diminution <SEP> Influence
<tb>
<tb> en <SEP> g. <SEP> en <SEP> g.
<tb>
EMI12.2
0 .1 z x 10" 0 .1 - 4. 0 x -10"' 0 . 2 F. 2 x .0' 0.2 - 9 . 3 x 0' 6 .
0.3 ' 4'.2 x 10-6 0.3 -16.0 x 10-6 0 . l., 2.8 x 10-6 0.4 .-24.0 x 10-6
EMI12.3
<tb> 0.5 <SEP> 0 <SEP> . <SEP> x <SEP> 10-6
<tb>
EMI12.4
. 0.6 - 1.0 x .0" 0.7 9.5 x .0- . 0 . g lsr .1.4x 10-6
Il est donc compréhensible qu'on peut réduire les varia- tions de couplage dues à la flexion d es ailes en augmentant l'influence de la rotation de la bobine, de manière qu'elles se rap- prochent mieux de l'influence opposée de la rotation de la bobine.
Une réduction de la différence entre les deux influences peut également être obtenue en disposante au début., les bobines exac- tement d'une manière coaxiale ou coplanaire et en réduisant la distance entre les bobines en incurvant la section de l'aile.
Lorsque le dessus de l'aile est plié vers le haut, les tiges d'antenne tourneront vers l'extérieur par rapport au dessus de l'aile. Une rotation résultante vers l'intérieur d'une grandeur déterminée peut être obtenue pour chaque valeur de g.
Sur la fig. lb, le mouvement vers l'extérieur de la #d' bobine 2 résultant d'une variation ss/2 du dessus de l'aile est donn par
EMI12.5
s in - -¯2 4. sin 2 . ¯x!3 lorsque fi est petit.
2
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Dans cette expression, # est la. longueur verticale du support entre 1' extrémité de l'aile et la bobine.
Donc on a : #d' = 2ss ...................14.
Les équations 7, 9 et 14 prouvent aue la. valeur requise pour % est donnée par une équation qui exprime Inégalité des variations du couplage par la translation et par la rotation:
EMI13.1
d du- donc d , 3 d - a ' + (a ) '2 15. pour g = 0, -¯#â= 223 x 10' et 2 2 =-54 x 10 -6 Des. équations 14 et 15 il résulte que: 3 d ..- ¯ ¯ ¯ (670 - 54 ) io"6 = - 616 x .a-6
616 . 10-6
EMI13.2
z32 x 6 H . 10 pouces - 3 (,C:f.CIG. pouces donc = 14,4 pouces La' compensation peut être obtenue pour g = 0 ,7 en disposant des bobines coaxiales ou coplanaires exactement à une
EMI13.3
distance de 36 cm au dessous de 1-'axe Ilieutre des dessus des ailes.
Il est évidemment possible aussi d'obtenir une compen- sation pour une valeur -.quelconque de g en montant les bobines inclinées et au-dessous de l'aile.
. Dans un dispositif comportant à la fois des bobines
EMI13.4
coplanaires horizontales et des;boldines,coaxiales verticales ensemble avec des bobines coplanaires verticales, cette dernière possibilité est particulièrement utile.
La compensation pour des variations de couplage entre les bobines coplanaires verticales qui résultent de la trans- lation ppr la flexion des ailes est obtenue en disposant les bobines au-dessous de l'aile. Donc, dans le cas où la bobine
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d'émission et la bobine de réception affectent la forme de tiges qui sont montées en forme d'une croix symétrique, les bobines peuvent être disposées à la partie inférieure de l'aile à une distance telle de cette aile aue l'effet de translation de la. bobine coplanaire verticale soit réduit au minimum. Il ne subsiste alors Que l'influence de la rotation des tiges verti- cales (bobines coplanaires horizonta.les).
Lorsque les tiges sont disposées de façon que, en vol normal, elles soient exactement parallèles ([alpha] = 0), l'influence d'un coup de vent pour #g = 0,7 ne sera que de 50 millionièmes et plus petit encore -four de plus faibles valeurs de g. Lorsque les coups de vent sont asymétriques, de sorte aue l'augmentation d'accélération n'est pas égale à la réduction d'accélération qui l'accompagne, une valeur de [alpha] différente de 0 pourra être préférable pour obtenir l'influence minimum. Le dispositif en croix est monté de.façon que puisse être'réglé au sol et qu'en plein vol il puisse, être rendu .égal à 0.
De préférence, on règle sur une valeur calculée, après quoi l'influence des coups de vent dans le canal B est déterminée par un vol dans de l'air agité à une hauteur qui est suffisante pour éliminer l'influence de la con- duction du sol, puis on procède aux réglages nécessaires. Dès que la valeur optimum de -/ est obtenue, on règle d'une manière telle que, dans le canal A, l'effet de coups de vent soit réduit au minimum.
Les éléments en forme de croix pour l'émission et la. réception peuvent être fixés sur dessaillies-des sommets des ailes de la manière représentée sur la fig. 2.
Pour des bobines coplanaires verticales, on peut réduire le rapprochement entre les sommets des ailes en disposant les tiges au-dessous de l'axe neutre de la section de l'aile. Lorsque le sommet de l'aile est plié vers le haut, les tiges tourneront vers l'extérieur par rapport au sommet de l'aile (voir fig. ld).
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Ce mouvement vers l'extérieur peut compenser le rapprochement dirigé vers l'intérieur pour chaque valeur quelconque de g.
La-fig. ld montre qu'un mouvement vers l'extérieur #d/2 résultant d'une variation ss/2 de l'inclinaison du sommet de l'aile est égale à #d/2 = # sin ss/2 ### lorsque ss est petit ; cette expression, est la longueur verticale du support entre l'extrémité de l'aile et la bobine.
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Donc : . d 0.(.---..163/I = 15 7 uonc. o.OlO/,. 15'/ pour une compensation complète.
Donc',lorsque les bobines sont disposées au-dessous de l'aile d'une façon telle oue le milieu de la bobine se trouve environ à 40 cm sous l'axe de l'aile, lors d'un coup de vent de 0,7 g, l'effet indésirable sera réduit au minimum et plus faible encore pour d'autres valeurs de /-\ g. La valeur de 0,7 de # g est plus grande que celle correspondant aux courants d'air usuels, et pour la réduction optimum, il, sera nécessaire de calculer, pour chaque cas particulier, la grandeur de l'effet pour un certain
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#nombre de valeurs à prévoir de g, , et de ± , et il faudra choisir
EMI15.3
en conséquence les positiorlsi,des bobines.
Dans un appareil dressai comportant des bobines co- planaires horizontales et des bobines coaxiales verticales con- stituées par des tiges, d'antenne, les tiges 1 et 2 sont montées, de préférence , en forme de croix symétrique, tandis au'elles sont fixées à des saillies 3 des ailes 4, comme le représente la fig. 2.
La tige verticale 1 qui est prévue entre les tubes d'étayage 5 peut être déplacée a l'aide de sa fixation 6 et d'un tube de torsion 7 à solénoïde 8 commande de la carlingue. De ce fait., l'ensemble en forme de croix peut; osciller autour d'un axe qui, par approximation, coïncide avec la. tige horizontale, ce qui permet de régler l'angle entre les tiges d'émission et de réception en plein vol.
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De plus, la distance de l'axe neutre de l'aile au milieu de la croix peut être réglée à la valeur désirer pendant que l'avion se trouve au sol, en allongeant ou en raccourcissant les tubes d'étayage 5.
On utilise des saillies 3 d'environ 60 cm de longueur, de préférence en verre fober ou en une autre matière non-métallique.
A l'extrémité de chaque saillie sont disposés deux tubes de verre stratifié, de longueur réglable. A l'extrémité inférieure, la t.ige. horizontale est disposée dans la direction de vol.
Les'deux tiges l, 2 sont entourées de capots aérodynamiaues 9, 10 respectivement.
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For the exploration of the self, it is known to have recourse to eddies circulating in the ground. To this end, a large transmission coil is mounted in the region to be explored, and one or more reception coils are placed in carefully chosen locations. The:
3 coils are arranged in an appropriate manner and the electromotive force E induced in the reception coil is measured for an alternating current of given intensity in the transmission coil. In the absence of disturbing materials in the magnetic field of the transmission coil, the primary field Hp near the transmission coil and therefore the. electromotive force induced in this coil will depend solely on the geometry of the coil system and the intensity I of the current in the emission coil.
That. is right,
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approximately, for two coils which are mounted very close to the ground, however bare the frequency of use is so low that the effect of the conduction of the ground can be neglected and provided that there are no deposits with conductivity quite high in the vicinity. When such deposits exist, vortex currents are induced in them, this yes causing a secondary field Hs which deforms the primary field and which, in general, modifies the electro-motive force in the receiving coil. It is thus possible to detect the presence of conductive deposits. Generally speaking, these deposits will change the amplitude, phase and direction of the primary field and each of these variations or a combination of them can be detected.
Another method is based on the fact that the presence of the conductive material changes the mutual impedance and this variation is then noted. The variation which results from a spherical conductive body, of radii R, at a distance h1 from the transmitting coil and at a distance h2 from the receiving coil is, for a distance between the coils d:
EMI2.1
expression in which K is a constant, while M and N are functions of R ## u #, # being the conductivity of the sphere, the permeability of air, of the superimposed fluid and of the mineral body, (the permeability of ore is laid equal to that of free space, so unity in the CGS system) and # is the pulse.
The process on the ground is very slow and we therefore looked at mobiles, for example vehicles along the road, or airplanes.
It is evident that, in the case of the use of airplanes, the values h1 and h2 increase and, by approximation, become
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equal to the height h of the planes above the center of the ore.
We therefore have: Hs R3. d3 = K (M + jN) Hp h6
To compensate for the. reduction in sensitivity resulting from larger magnitudes of h, in older systems, d was increased by mounting a transmit coil on one aircraft and mount the receive coil on a second aircraft, flying in formation with the first, or on a mobile dragged behind and below the plane. The two coils can then move freely with respect to each other - and the mutual impedance varies constantly when the airplane and said mobile or both planes pitch and roll during the flight. Several attempts have been made to compensate for the influence of these movements.
The Applicant has already proposed to use geophysical devices in. which the two coils of the system are mounted as far apart as possible from each other on the aircraft, for example each coil at the end of a wing. In this
Arrangement, it is necessary to resort to an airplane with wide wings, as rigid as possible. The two coils are mounted for example horizontally coplanar at the ends of the wings and the mutual impedances are continuously measured and recorded.
By horizontal coplanar coils it is meant here to mean tooth coils which are essentially vertical, which lie in the plane of flexion of the wing and which are parallel or weakly concurrent (angle of a few degrees). -Vertical coaxial coils are * coils whose axes, practically horizontal; 'are located in the plane of flexion of 1-1 wing and, with, at most a few degrees apart, in the extension of each other.
Dice vertical coplanar coils are coils whose axes are perpendicular
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at the wing's bending plane, therefore parallel to the direction of flight. A horizontal coil system would give the best result with a horizontal or flat ore deposit. In addition, it will be possible to use in addition vertical coplanar coils and vertical coaxial coils and each system will be the most sensitive, for flat ore deposits lying in a plane parallel to the plane of the coils, the frequency of use must then differ slightly.
The sensitivities of the second and third systems for a spherical ore deposit are, however, only a quarter and an eighth of the sensitivity of a horizontal coil system, respectively.
When the sensitivity is sacrificed by a reduction of the distance d, in order to obtain the advantage of a practically rigid system, it is necessary to resort to an apparatus which is able to detect very small variations of the disturbing influences resulting from the noise. magnetic, thermal effects in the aircraft itself, very small movements of the coils between them and very small movements of the coils relative to the structure of the aircraft.
-When the coils are mounted as rigidly as possible and arranged as far as possible from the aircraft, the effect of movements relative to the structure can be made very small. These movements are essentially troublesome as a result of the variable coupling, by vortex currents, of the coils through the material of the structure, in particular during the wing. is made of metal, and due to the presence of movable rudder surfaces, for example ailerons.
Coupling variations between the transmit coil and the receive coil will occur as a result of relative movement of the coils or movement of one of the coils relative to the aircraft structure. Such movements. can have several causes, among which it is necessary to
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mention the following: I) vibrations, II) accidental movements resulting mainly from gusts of wind and III) slow movements resulting from variations in weight, eg fuel consumption and thermal effects.
The effect of vibrations can be eliminated by the use of detectors with a small bandwidth, and therefore with a long integration time. Coupling variations that result from slow movements can be corrected in the detector using a motor that automatically balances a reference coil and acquires control voltages that compensate for each other. The variations in coupling under the effect of gales have a characteristic, as a function of time, which closely resembles the variations resulting from the presence of an ore deposit.
They can therefore cause troublesome discrepancies in the recording and it is necessary to resort to means of means to identify them and to reduce their effect to the minimum. Identification can be obtained by registering at the same. time the vertical acceleration of the hull or the stress in the wing.
In studying the reduction of the influence of gales, account must be taken of the various ways in which gales can cause coupling variation. The variation which lends itself less well to the calculation is that which is caused by the coupling by vortex currents with metal wings. This variation may result from the fact that the coils move relative to the metal wings or that the resistance of the paths of the eddies varies.
These coupling variations can best be reduced to a minimum by arranging the p-coils. the exterior of the wing tips on non-metallic frames, which frames must be made as rigid as possible so that accidental relative movements of the coils and metallic wing tips are
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as small as possible. Vortex variations in coupling with the ailerons can cause disruptive effects when the aileron movement is greater in straight line flight.
The greatest variations in coupling due to gales result from flexing of the wing tip. when the wing flexes. (In general, the resistance to torsion is so great that the effects of torsion can be neglected).
There is first a translation, that is to say a variation of the distance d between the spools by the bending of the wing and secondly a rotation by a variation of the angle between the axes of the wings. coils, when the tops of the wings flex. These effects are shown in fig. the. Fig. 1c shows that when the coils are coplanar and 'vertical, the coupling is not changed by the rotation.
The invention relates to other horizontal parallel coils and vertical coaxial coils and reduces the effect of variations in coil coupling resulting from translation and rotation of the coils during wing bending. In the case of vertical coplanar coils it is necessary to reduce the coupling variations resulting from the translation.
According to the invention, the coils are arranged near the apices of the wings in such a way that the variations in coupling produce a disturbing signal yes the noise level of the receiver is comparable or smaller. i
Real compensation can be obtained for a determined bending and the optimum condition for such compensation can be obtained by acting on various factors, for example by modifying the initial angle between the coils and / or by arranging the midpoints of the coils at a determined distance under the wing, case in which the translation of the coils is
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scaled down. The translational effect can thus be made comparable to the rotational effect, so that the compensation is also full due.
possible and extends over a wider range of wing flexions,
According to the invention, in the case of use of horizontal and coplanar or vertical and coaxial coils, these coils are arranged so that the variations in coupling aui result from the translation and the rotation due to the bending of the wings are also made as small as possible for the load by gusts of wind.
Generally, it is not necessary to reduce these effects to below the noise level of the receiver.
However; by arranging, according to the invention, the coils in such a way that variations in coupling due to the translation and rotation of the coils during the bending of the wings under the effect of certain wind loads are reduced to a minimum, it is possible to achieved that, for the same transmitter power, the signal: noise ratio can be reduced.
By arranging the coils outside the wings, one can further obtain the advantage of weak effects of the variable couplings by vortex currents, through the material of the hull and movable rudder planes such as the ailerons.
Coplanar vertical coils allow the same result to be obtained.
Under the effect of a load, the properties of a wing can vary in such a way that the compensation conditions are met. It is known that by distributing the payloads along the wing, the deflection of the latter is reduced; this is achieved by placing the fuel tanks in the wing and suspending the engines to the wings. In ,
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At the same time, the shape of the wings varies when bending during flight and during gales. It is thus in a De Havilland Otter plane, in normal flight, the wings will be inclined upwards and the distance between the ends of the wings varies as well as the angle between the coil and the vertical.
By suspending a weight of 400 kg (the weight of a petrol tank containing 400 liters of fuel) at each end of the wing, it is possible to completely eliminate the vertical deflection resulting from the air load (and therefore gusts of wind); the angular variation or rotation of the coils relative to the vertical is reversed and the second power component of the translation or the reduction in the span width is reduced by about 60%.
In practice, this effect occurs to some extent by the weight of the coils.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the particularities which emerge both from the text and from the drawing being, of course, part of the invention.
The drawing relates to a monoplane as mentioned above with shored metal wings, the wing eluation strap being 2. The signals are given as fractions of a million, a million representing the theoretical signal which is obtained in free space with the system.
In what follows, the influence of translation will be explained quantitatively.
Between the two coils, which can be vertical and coaxial or horizontal and coplanar, there is a mutual coupling N which varies proportionally to d3, when is mutual which varies proportionally to d @, when d is the distance, assumed to be large, between the coils ( see fig. lb).
When d increases to d + #d, so that M increases to M + # M, we have by approximation, when # d is small :.
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EMI9.1
furnace of horizontal or vertical coaxial coplanar coils., the coupling variation responds, for a small relative rotation of the coils, to the same cosine law.
When the coils are exactly coplanar or coaxial, the coupling is M. For relative rotation / 3, the coupling will increase up to M + # M, which is given by:
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M + S m = M cos (i When is very small, this expression becomes:
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¯JLm ¯ 11 (8). M "- - -
When the coils are mounted initially at an angle ci, the constant coupling can be represented by:
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m = M + S'M = M cosq1 When a gust of wind causes an additional rotation-
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the (3, the coupling will increase-up to m + to m, which is given by: m + # m = M-cos (ci + ss).
Therefore
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1 + -M =, cos / - ttc'3.81 (x sin a
During the series expansion of the trigonometric function, 'we can,' when [alpha] and, are small, neglect the terms of a degree greater than the secord, so that:
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6 m = -, 3 d lf3 - (9) m 2 Ascending air currents ;; at a speed of 3 m per second, correspond to an increase in load of 0.7 g for the mentioned airplane flying at a speed of! 160 km per hour. The average duration of updrafts will be approximately 0.8 seconds.
During the first part of this! period, there is an increase in the load of the wings, and, during the second part,
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the load will be slightly less than 1. normal load. For the aircraft in question, various investigations were carried out on the relationship between the deviations of the wing tips and the wing loading, which tests gave the following results:
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The reduction in the distance between the coils for a variation of the acceleration from 0 to # g is given by 0.216 "of which 0.206" is linear with a variation of the acceleration and 0.01 "proportional to the square of this variation. #g is the variation of the acceleration divided by the acceleration of gravity we have
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- .6d =. 0.206 (1 + g) + 0.01 (1 + .. 1g) 2- (0.206 + 0.01) ::;: 0.226'Óg + 0.01 L \ g2.
In this expression, when d = 18.3, we have:
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- d 4 d - '1 -6 1 7 2 10-6 .......... (10) lor.sque Ág ::;: 0,7, we have - Ad d ¯ 223 x 10- 6 ...... (he)
This approximation between the coils would be notably smaller if the angle of 2 (see fig. 1a) were smaller, but this is difficult to achieve in practice.
The variation of the slope of the top of the wing for the mentioned airplane is determined by 25.5 g. min. or 0.00741 g.radians.
When A g 0.7, the relative rotation is:
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3 z. x 0.0074LÓg = 0.01 .. s fag thereforefi = 0.0104 radians ... (32)
Said data relate to an airplane as modified for mounting the devices on the top of the wings.
As a result of the approximation of the coils, the variation of coupling during the absence of a gale causing a variation (? Acceleration of 0.7 g, is obtained by substituting equation 11 in equation 7:
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= + 3 x 223 x 10 -6 = 670 x¯ 1Q> 6 'Such an effect is inadmissible, because. It is larger than that of a fairly large ore body.
The variation in coupling by rotation of the coils is obtained by substituting water 13 in inequality 8 or equation 9, depending on the initial angle between the coils. If this is equal to 0, we have:
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2 - 54 x 1U
It can be seen that the effects produced tend to offset each other.
When two channels are used, horizontal coplanar coils can be used for channel A and vertical coplanar coils for channel B.
For channel A, there will therefore be some compensation for the influence of gales.
Inequality 9 proves that, when, in normal flight, the angle between the coils is set to a determined value [alpha], the influences of translation and rotation can be compensated for for each given value of g.
When, for example, we want the influences to compensate for each other when g increases by 0.5, we can deduce from equation 10:
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- 'd = l5g x l0-6 and # M / M = 474 x 10-6 Equation 12 gives, for the relative rotation:
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(b = 0.0US x o, 5 = o, oa74.
From equation 9, we deduce:
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0 m- = - O., ÔO74 and 0.0074 "m m ¯ .. ppo74 01 0 007
474 x 10-6; for the compensation [alpha] = 0.0603'-radians = 3.46.
When the coils are arranged so that in normal flight they form an angle of 3.46, the influence of gales for various variations of g is given by:
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<tb> Increase <SEP> Influence <SEP> Decrease <SEP> Influence
<tb>
<tb> in <SEP> g. <SEP> to <SEP> g.
<tb>
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0 .1 z x 10 "0 .1 - 4. 0 x -10" '0. 2 F. 2 x. 0 '0.2 - 9. 3 x 0 '6.
0.3 '4'.2 x 10-6 0.3 -16.0 x 10-6 0. l., 2.8 x 10-6 0.4.-24.0 x 10-6
EMI12.3
<tb> 0.5 <SEP> 0 <SEP>. <SEP> x <SEP> 10-6
<tb>
EMI12.4
. 0.6 - 1.0 x .0 "0.7 9.5 x .0-. 0. G lsr .1.4x 10-6
It is therefore understandable that one can reduce the coupling variations due to the bending of the wings by increasing the influence of the coil rotation, so that they more closely approximate the opposite influence of the coil. the rotation of the spool.
A reduction in the difference between the two influences can also be achieved by initially arranging the coils in exactly coaxial or coplanar fashion and reducing the distance between the coils by bending the wing section.
When the top of the kite is bent upward, the antenna rods will turn outward from the top of the kite. A resulting inward rotation of a determined magnitude can be obtained for each value of g.
In fig. lb, the outward movement of coil # 2 resulting from ss / 2 variation of the top of the wing is given by
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s in - -¯2 4.sin 2. ¯x! 3 when fi is small.
2
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In this expression, # is the. vertical length of the support between the end of the wing and the coil.
So we have: #d '= 2ss ................... 14.
Equations 7, 9 and 14 prove this. required value for% is given by an equation which expresses Inequality of the variations of the coupling by translation and by rotation:
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d du- therefore d, 3 d - a '+ (a)' 2 15. for g = 0, -¯ # â = 223 x 10 'and 2 2 = -54 x 10 -6 Des. equations 14 and 15 it follows that: 3 d ..- ¯ ¯ ¯ (670 - 54) io "6 = - 616 x .a-6
616. 10-6
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z32 x 6 H. 10 inches - 3 (, C: f.CIG. Inches therefore = 14.4 inches The compensation can be obtained for g = 0.7 by arranging coaxial or coplanar coils at exactly one
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distance of 36 cm below the Ilieutre axis above the wings.
It is of course also possible to obtain compensation for any value of g by mounting the coils inclined and below the wing.
. In a device comprising both coils
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horizontal coplanars and; boldines, vertical coaxial together with vertical coplanar coils, the latter possibility is particularly useful.
Compensation for variations in coupling between the vertical coplanar coils which result from the translation by the bending of the wings is obtained by arranging the coils below the wing. So in the event that the coil
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emission and the reception coil affect the form of rods which are mounted in the shape of a symmetrical cross, the coils can be arranged at the lower part of the wing at such a distance from this wing as the translation effect of the. vertical coplanar coil is minimized. There then remains only the influence of the rotation of the vertical rods (horizontal coplanar coils).
When the rods are arranged so that, in normal flight, they are exactly parallel ([alpha] = 0), the influence of a gale for #g = 0.7 will be only 50 millionths and smaller again -four lower values of g. When the gales are asymmetrical, so that the increase in acceleration is not equal to the reduction in acceleration that accompanies it, a value of [alpha] other than 0 may be preferable to obtain the influence. minimum. The cross device is mounted so that it can be adjusted to the ground and that in flight it can be made equal to 0.
Preferably, a calculated value is set, after which the influence of the gales in channel B is determined by a flight in agitated air at a height which is sufficient to eliminate the influence of the conduction. from the ground, then the necessary adjustments are made. As soon as the optimum value of - / is obtained, it is adjusted in such a way that, in channel A, the effect of gales is reduced to a minimum.
The cross-shaped elements for the emission and the. reception can be attached to the tops of the wings in the manner shown in fig. 2.
For vertical coplanar coils, the approximation between the tops of the wings can be reduced by placing the rods below the neutral axis of the section of the wing. When the top of the wing is bent upwards, the rods will rotate outward from the top of the wing (see fig. Ld).
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This outward movement can compensate for the inward approach for any value of g.
The-fig. ld shows that an outward movement # d / 2 resulting from a variation ss / 2 of the inclination of the top of the wing is equal to # d / 2 = # sin ss / 2 ### when ss is small ; this expression is the vertical length of the support between the end of the wing and the coil.
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Therefore : . d 0. (.--- .. 163 / I = 15 7 uonc. o.OlO / ,. 15 '/ for full compensation.
So ', when the coils are placed below the wing in such a way that the middle of the coil is about 40 cm below the wing axis, during a gale of 0 , 7 g, the adverse effect will be minimized and even smaller for other values of / - \ g. The value of 0.7 of # g is greater than that corresponding to the usual air currents, and for the optimum reduction, it will be necessary to calculate, for each particular case, the size of the effect for a certain
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#number of values to provide for g,, and ±, and you will have to choose
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accordingly the positiorlsi, coils.
In an upright apparatus comprising horizontal co-planar coils and vertical coaxial coils constituted by antenna rods, rods 1 and 2 are preferably mounted in the form of a symmetrical cross, while they are fixed. to projections 3 of the wings 4, as shown in FIG. 2.
The vertical rod 1 which is provided between the shoring tubes 5 can be moved using its fixing 6 and a torsion tube 7 with a solenoid 8 controlling the cabin. Therefore, the cross-shaped assembly can; oscillate around an axis which, by approximation, coincides with the. horizontal rod, which allows to adjust the angle between the transmitting and receiving rods in flight.
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In addition, the distance from the neutral axis of the wing to the middle of the cross can be adjusted to the desired value while the aircraft is on the ground, by lengthening or shortening the strut tubes 5.
Protrusions 3 of about 60 cm in length are used, preferably of fober glass or other non-metallic material.
At the end of each projection are arranged two tubes of laminated glass, of adjustable length. At the lower end, the rod. horizontal is arranged in the direction of flight.
The two rods 1, 2 are surrounded by aerodynamic cowls 9, 10 respectively.