Appareil gyroscopique, particulièrement destiné à être employé à bord d'aéronefs. La présente invention a pour objet un ap pareil gyroscopique destiné à indiquer la verticale ou des horizons artificiels, utilisé comme indicateur pour guider l'aviateur pendant les vols sans visibilité et comme ligne de base pour le vol automatique ou la stabilisation des aéroplanes. De tels appareils doivent être simples, léger et exacts dans tou tes les -conditions de virage, -d'inclinaison et même pendant les loopings.
Les gyroscopes du type pendulaire ne sont pas appropriés pour de tels emplois, du fait que pendant les virages ou d'autres ma- nceuvres, il se crée des forces .d'accélération, une oscillation du pendule gyroseopique qui dure pendant un certain temps. Il est par conséquent nécessaire d'employer un gyros cope pratiquement non pendulaire et de com mander ce gyroscope par gravité, d'une ma nière telle que l'on réduit directement l'in clinaison sans créer d'oscillation.
Cependant, pour atteindre complètement ce résultat, on a trouvé qu'il est désirable .de construire le dispositif de commande de telle sorte que son action réductrice du basculage n'augmente pas proportionnellement au basculage, une fois que le baseulage relatif entre le gyros cope et le dispositif de commande dépasse une valeur déterminée à l'avance, comme cela se produit, par exemple, pendant des voltes continues ou par accélération. A moins que de tels moyens soient employés, le gyros cope sera troublé, lors des virages, et ten dra à prendre une position en ligne avec la verticale virtuelle au lieu de rester exacte ment vertical.
L'appareil objet -de la présente invention comporte un gyroscope monté d'une manière non pendulaire pour tourner autour -d'un axe normalement vertical et pour osciller autour -d'axes horizontaux -et. des moyens agissant par gravité pour provoquer la création d'un moment de redressement en vue de diminuer directement l'inclinaison du gyroscope,- et de supprimer -des oscillations lors de l'inclinai son relative du gyroscope et de ces moyens.
Cet appareil est caractérisé par le fait que le moment @de redressement est produit par l'action de plusieurs jets d'air agissant autour d'axes horizontaux différents et com mandés par des volets pendulaires légers montés chacun de manière à pouvoir se dé placer, près d'un orifice d'une série d'orifices -de jets d'air, orifices formés .dans l'enve loppe du gyroscope lors de l'inclinaison rela tive de l'enveloppe du gyroscope et -de plus d'un volet.
Le dessin annexé représente plusieurs formes d'exécution de l'invention. données à titre d'exemple.
La fig. 1 est une coupe horizontale à tra vers l'appareil gyroscopique indiquant la verticale, faite. selon - la ligne 1-1 de la fig. 2; La fig. 2 est une coupe verticale à tra vers le même appareil, faite selon la ligne 2-2 de la fig. 1; La fi-. 3 est une vue en coupe du méca nisme de redressement d'une forme d'exécu- tion légèrement modifiée par rapport à celle représentée à la fig. 2;
La fig. 4 est une élévation -du mécanisme de redressement,de l'une ou l'autre des for mes d'exécution des fig. 2 et 3; La fig. 5 est une élévation d'une variante du mécanisme de redressement; La fig. 6 est également une élévation d'encore une autre forme du dispositif de re dressement; La fig. 7 est une élévation de la forme d'exécution préférée -du dispositif de redres sement; La fig. 8 est une élévation latérale de l'élément gyroscopique montrant comment l'indicateur de l'horizon est actionné à partir du gyroscope;
La fig. 9 est une vue de face de l'appa reil montrant une forme de l'échelle d'indica tion de l'inclinaison; La fig. 10 est une élévation latérale, partiellement en coupe, d'une forme modifiée de l'appareil gyroscopique, dans laquelle l'action -de redressement et d'amortissement est obtenue directement de l'entraînement par l'air lui-même; La. fig. 11 est une vue de détail de l'une des ailettes ou de l'un des disques réducteurs de pression (cloison ondulée);
La fig. 12 est une vue -de face de l'ap pareil semblable à la fig. 9 et montrant en outre l'échelle de mesure de l'inclinaison lon gitudinale ou de la vitesse ascensionnelle.
L'élément gyroscopique est représenté enfermé dans une enveloppe 1 présentant une fenêtre 2 frontale par laquelle la barre d'horizon artificielle est visible (voir fi-. 9 et 12). Cette barre est représentée comme étant montée sur un long bras 4 pivoté en 5 et contrebalancé par un poids 6.
Une rai nure 7 est prévue dans le bras 4, à travers la quelle passe une goupille 8 fixée à un bras de manivelle 16' du tourillon 16 de l'enve loppe 9 du gyroscope, de telle sorte que lorsque l'enveloppe 9 du gyroscope bascule par rapport à l'enveloppe externe 1 ou, en d'autres termes, lorsque l'aéroplane bascule par rapport au gyroscope, la barre 3 est éle vée et abaissée pour simuler le mouvement apparent de l'horizon par rapport au plan miniature 10 peint sur le verre de l'indica- teur;
cette barre peut être vue en même temps que l'échelle 44 d'index, sur l'anneau ,de lunette 45, lequel peut porter des aiguilles supplémentaires 46, 46', contre lesquelles la position de la barre 3 peut être lue. La bride support 12 est représentée supportée sur l'axe horizontal 13---.14 dans l'enveloppe 1 et l'enveloppe du gyroscope est pivotée sur un axe horizontal 15-16 à l'intérieur .de cette bride support.
Le gyroscope est ainsi monté dans un anneau de cardan dont le grand axe 13-14 est dirigé de l'avant à l'arrière et dont le pe tit axe (voir la ligne 2-2 de la fig. 1) est latéral, le levier 4 étant pivoté en 5 sur ledit anneau (lequel est monté sur l'axe 13-14) autour -d'un axe (par exemple l'axe du pivot 5) normalement parallèle au petit axe 2-2 et à l'arrière de celui-ci. L'indicateur norma lement horizontal ou la barre 3 d'horizon artificiel, est montée à l'extrémité avant du levier 4 et un bras de manivelle 16' -du petit axe 2.-2, porte une goupille 8 passant dans une rainure 7 normalement horizontale, mé nagée dans le levier 4.
Grâce à ces moyens, la barre 3 est déplacée vers le haut et vers le bas, lorsque l'aéronef tangue et elle bas cule latéralement lorsque l'aéronef roule. On remarquera que la rainure 7 :du levier est suffisamment longue pour permettre au gy roscope, se trouvant dans son enveloppe 9, d'effectuer un saut -complet apparent, e'est-à- dire de tourner de 360 ou plus autour de l'axe 2-2 de la, fig. 1, sans provoquer le coincement ou la torsion de n'importe quelle partie de l'appareil.
Le volant 19 du gyroscope est entraîné de préférence par un ou plusieurs jets d'air 17-18, bien qu'évidemment ce volant puisse être entraîné par n'importe quels moyens ap propriés. Dans la forme d'exécution repré sentée, l'entraînement est produit par des jets .d'air créés par aspiration, l'enveloppe externe 1 étant continuellement vidée de son air par un raccord 20 avec une conduite d'a.s- piration. De l'air à. la pression atmosphéri que est fourni aux tuyères par un écran 12' (filtre) et par des canaux 14' conduisant à travers le tourillon 7.4 de la bride de support.
et de là à travers la bride 12 creuse et à tra vers le tourillon 15 dans l'enveloppe creuse du gyroscope d'où l'air s'échappe à travers les tuyères 17-18 qui le dirigent sur le vo lant gyroscopique. Tout le gyroscope et son enveloppe sont de préférence pratiquement équilibrés autour de deux .axes horizontaux. On peut faire usage d'une très petite oscilla tion angulaire pour corriger les erreurs dues au frottement dans les tourillons, mais le centre du support s'approche si près du centre de gravité que le dispositif n'a aucune ten dance naturelle .à l'oscillation.
Pour maintenir le gyroscope dans la ver ticale, on fait emploi de préférence de la réac tion produite par l'air employé pour entraî ner le rotor, qui met en action, lors -de l'in clinaison du gyroscope, une force autour d'un axe, de préférence perpendiculaire à l'axe d'inclinaison, pour éliminer directement le basculage. Dans les formes d'exécution re présentées aux fig. 1 à 7, on utilise cet air après qu'il a été employé pour entraîner le rotor.
Dans ce but, il est permis à l'air d'é chapper de l'enveloppe du gyroscope à tra vers plusieurs lumières principales 21-21', 22-22', qui sont dirigées parallèlement à chacun des axes de la bride de support, dans deux @dir.ections. Ces lumières sont normale ment au moins partiellement découvertes, et elles sont logées dans la prolongation réduite 51 s'étendant vers le bas à partir de l'enve loppe 9 du gyroscope. Ces lumières sont -di rigées dans quatre directions, elles sont pla- cées symétriquement par rapport à l'axe ver tical de rotation du rotor et agissent autour -des axes de la bride support.
Comme moyen de commande pour les jets, plusieurs petits volets ou lames pendulaires 23, 23'-24, 24' sont prévus, chacun de ces organes pendant normalement de telle sorte qu'un de leurs bords se trouve près de l'orifice correspon dant ou de préférence recouvre partiellement cet orifice. Les deux paires de lames ou de volets sont fixées à des arbres pivotant 25 et 25' communs, perpendiculaires l'un par rap port à l'autre, s'étendant à travers la prolon gation 51 amincie vers le bas partant de l'enveloppe 9, en permettant ainsi aux lames de pivoter autour de leurs jets ou lumières respectives.
Chaque lame est de préférence plate à son sommet 52, pour buter contre le côté inférieur de la bride 53 de la prolonga tion 51, de telle sorte que les lames ne peu vent pas être déplacées d'une valeur plus grande que celle -d'un angle déterminé à l'a vance, en empêchant ainsi à des lumières op posées d'être entièrement découvertes en même temps.
Aussi longtemps que tous les pendules sont verticaux, la quantité d'air provenant de plusieurs lumières est la même, ,de telle sorte qu'il n'y a aucune réaction sur le gyroscope. Lors d'une inclinaison relative du gyroscope et des pendules, par exemple dans la direction des aiguilles d'une montre à la fig. 4, on voit facilement que la lumière 22 sera complètement découverte par la lame 24, tandis que la lumière opposée 22' sera re- couverte par la lame opposée.
En consé- quence, un moment est exercé autour de l'axe 15-.16 de la bride de support du gyroscope, créé par l'inclinaison de la verticale .du gyros- rope autour de l'axe 13-14. Pour travailler avec précision, les lames et les lumières ou l'une de ces parties seulement sont de pré férence formées de telle sorte que le moment de redressement exercé, lors d'une inclinaison relative excessive des lames, est réduit par rapport au moment .exercé par le basculement normal des lames.
Comme expliqué ci-dessus, il est .désirable, dans un dispositif -de ce genre, d'avoir -un moment de redressement maximum pour un petit basculement, de ma nière à ramener rapidement le gyroscope à la verticale, par diminution directe du bas culement. Cependant, pendant une volte pro longée ou lors d'une accélération, les lames sont continuellement maintenues à une incli naison relativement grande, de telle sorte que pendant cet état de choses, le moment -de re dressement, s'il est proportionnel au bascule ment -des lames pendant ce temps, obligera le gyroscope #à prendre un basculement indé sirable.
Pour obvier à cette -difficulté, on a représenté aux fig. 2, 3 et 4, quatre lumières auxiliaires 26-26', placées à une courte dis tance du bord opposé des lames à partir -des lumières principales. Donc dans les condi tions supposées ci-dessus, une fois que la lu mière 22 est découverte, la lumière 26 auxi liaire sur le côté opposé sera découverte; cette lumière auxiliaire étant de plus faible sur face que la lumière 22.
On voit ainsi que le moment de redressement effectif est diminué pour de grands basculements et par consé quent l'effet perturbateur sur le gyroscope est grandement diminué, sans gêner la force de redressement plus puissante qui entre en ae- tion aussitôt que le basculement comm-ence. L'action pour les autres lames est semblable.
La forme de lames que l'on préfère ac tuellement est représentée à la fig. 7. Une seule ouverture 22 est prévue sur chaque côté et les ouvertures 26, 26' auxiliaires sont sup primées. La lame 24 est formée de telle sorte que lors d'une inclinaison excessive du gy- roscope, par exemple dans la. direction des aiguilles .d'une montre (dans la fig. 7), une partie de la lumière 22' sur le côté de la pro longation 51 opposé à celui -de la lumière 22, sera découverte lorsque la partie entaillée 30 de la lame 24' se trouve sur cette lumière.
On remarquera que eette partie entaillée ne dé -couvrira en premier lieu qu'environ une moi tié seulement -de la lumière 22, de telle sorte que le moment en sens inverse -est plus fai ble que le moment primaire. Si une inclinai son encore plus forte se produit, la partie 31 de cette lame découvrira normalement la lu mière, de telle sorte que le .moment .de redres sement effectif sera pratiquement éliminé, mais avant que ceci se produise, la surface supérieure 52 de la lame vient en contact avec la surface inférieure de la bride 53 de la pro longation 52,
de telle sorte que la force de redressement n'est jamais entièrement per due.
Au lieu d'employer l'air qui a été utilisé pour entraîner le volant, on peut employer la réaction directe des jets d'entraînement, pour obtenir un moment de redressement. Cette forme d'exécution de l'invention -est repré- sentAe à la fig. 10. Selon cette figure, plu sieurs jets 32, 33 et 32', 33' superposés, sont prévus autour d'au moins un axe et de préférence autour de deux axes du gyros cope.
Les jets de chaque paire sont situés .de préférence à distance égale au-dessus et au- dessous du centre du support -du gyroscope, en d'autres termes ces jets sont équidistants au-dessus et au-dessous du plan des axes de la bride de support. Des aubes ou des ai lettes 19' correspondantes, allongées ou dou bles, sont prévues sur le volant -du gyroscope. Un élément pendulaire est monté entre cha que paire de jets et le volant du gyroscope.
Cet élément est représenté sous la forme .d'une lame ou d'un volet 34, 34', chaque lame étant montée sur un pivot 35 se trouvant dans le même plan horizontal que les axes de la bride de support. Le bord 36 de chaque lame se trouve très près -des deux jets. Les lames sont rendues pendulaires grâce à des masses 37' prévues à leurs extrémité inférieures. Chaque bord 36 est de préférence tangent à la périphérie des courants d'air de section circulaire, de telle sorte que lorsque le gyros cope est vertical, aucun jet ne frappe la lame.
Cependant, lorsque le gyroscope s'incline, on voit facilement qu'un jet ou l'autre sera plus ou moins intercepté. La partie du jet frappant la lame donne une plus grande réaction dans une direction horizontale que lorsque cette partie vient en prise avec le volant gyrosco pique tournant rapidement. Il se produit pour -cette raison un moment -de rotation autour de l'axe horizontal du gyroscope à angle -droit de l'axe d'inclinaison, ce qui est le résultat dé siré. Une inclinaison en sens opposé interrom pra évidemment l'autre jet et produira un moment de rotation dans la direction opposée.
Pour diminuer ce moment de rotation pour une inclinaison plus grande qu'une va leur déterminée à l'avance, des entailles <B>37-38</B> en forme de V sont ménagées dans le bord de chaque lame opposé au bord 36. Ces entailles, à leurs extrémités internes, sont de plus petites surfaces que la surface de la sec tion transversale -des courants d'air, -de telle sorte qu'une partie seulement de ce courant d'air peut traverser la lame, tandis que la partie restante frappe contre cette lame. Ce pendant, comme la lame continue à osciller, la quantité d'air passant à. travers l'entaille, augmente progressivement, de telle sorte que la force de redressement ou d'amortissement diminue progressivement.
En ayant deux pendules à 90 , on peut appliquer un mo ment de redressement autour de chaque axe du gyroscope, en dépendance -de l'axe d'in clinaison. Dans la variante représentée<B>à</B> la fig. 5, les pendules sont des poids 40 supportés par des ressorts plats 41 rivés, à leurs extrémités supérieures, à des blocs 42 figes, les tran chants étant représentés en 43, de manière à coopérer avec des rainures 22. Les ressorts plats 41. sont assez flexibles, de façon à ne pas gêner les mouvements des poids pendu laires, les ressorts agissant principalement comme un support oscillant pour les poids.
A la fig. 6; des ouvertures auxiliaire 40 sont placées au-dessus des ouvertures princi pales 21-22 et -à une distance tant soit peu plus grande du bord actif -de la lame. Il s'en suit que lors d'une légère inclinaison, l'ou verture 22 seulement est -découverte, par exemple, mais lors d'une inclinaison plus grande, l'ouverture 40 est également décou verte.
Ceci a pour effet de diminuer le mo ment de rotation autour de l'axe horizontal, parce que de cette manière, l'air s'échappe alors plus facilement et à une moins grande vitesse et par conséquent avec un moment plus faible autour -de l'axe -du gyroscope, que lorsqu'une seule ouverture est découverte. Cette forme d'exécution de l'invention, aussi bien que la forme d'exécution représentée aux fig. 2 à 4, a également pour effet -de tendre à accélérer la rotation du volant gyroscopi que, lorsque des inclinaisons excessives se produisent.
Un changement de vitesse du vo lant, à ce moment, est également avantageux, vu qu'il modifie la réaction gyroscopique et la période et tend à empêcher la création d'une oscillation.
Comme spécifié précédemment, la barre 3 d'horizon est fixée au gyroscope, -de telle sorte que cette barre est mue vers le haut et vers le bas par rapport :à l'anneau de lunette 45 lors du tangage, -de la plongée et de la mon tée de l'avion, et est tournée ou inclinée laté ralement lors du basculement, du roulis ou de l'inclinaison latérale de l'avion. En supposant que l'avion se déplace dans la direction indi quée par les flèches des fig. 1 -et 8 et qu'il soit obligé .de piquer -du nez et -de s'incliner vers la gauche, la barre d'horizon prendra la position représentée en traits interrompus aux fig. 9 et 12.
Pour masquer le gyroscope et pour don ner l'apparence du ciel, derrière la barre 3 d'horizon, une cache 47, de préférence de forme partiellement sphérique, est prévue comme représenté à la fig. 1. Sion le désire, cette cache est fixée à la bride support 12, comme, par exemple, au moyen d'une console 48, de telle sorte que la cache tourne avec la barre 3 et il n'y a aucun risque que le bras 4 ne frappe le support -de la ca-elle. Comme la cache 47 tourne avec le gyroscope, elle cons titue un moyen facile pour indiquer le degré .de basculement. Dans -ce but, un doigt ou une aiguille 49 est fixé au sommet de la cache.
Ce doigt ou cette aiguille s'étend en avant et vers le bas pour constituer un index lisible sur l'échelle 44 graduée de l'anneau de lunette 45. Par conséquent, lorsque l'avion bascule, l'aiguille 49 se déplace sur l'échelle 44 pour indiquer l'angle exact de bascule ment et montre l'angle .exact duquel la barre 3 est inclinée, sans tenir compte du degré de tangage de l'avion. En outre, -des moyens sont prévus pour indiquer exactement le degré de tangage de l'avion. Comme représenté à la fig. 12, une échelle verticale 51 est prévue sur la face de l'appareil, cette échelle est de préférence en une matière transparente.
Un des bords 52 de cette échelle 51 divise la barre 31, -de préférence en deux -et est per pendiculaire à la barre 3 dans sa position nor male (c'est-à-dire lorsque l'avion est horizon tal et posé sur une quille plane). En lisant le bord supérieur .de la barre 3 contre le bord gradué 52 de l'échelle 51, on peut déterminer le degré de tangage ou d'ascension, d'une ma nière exacte, indépendamment de n'importe quelle inclinaison latérale- de la barre 4. Comme représenté à la fig. 12, l'échelle 51 est réglable verticalement, à volonté, de telle sorte qu'elle peut être mise au zéro pour dif férentes charges de l'avion.
Dans ce but, un bouton réglable 53 est tourillonné à la base .de l'appareil -et un petit pignon 54 figé sur l'arbre de @ce bouton engrène avec les dents 55 d'une crémaillère, taillées dans un des bords de l'échelle 51, de telle sorte que le point zéro -de cette échelle peut être ajusté pour se -con former aux conditions variables @de charge de l'avion.