Gyroscope de direction Dans les avions, comme complément in dispensable de la boussole, on utilise les gy roscopes de direction à commande pneumati que ou électrique.
Dans ces deux types de gyroscope, le gyrostat est généralement supporté par des roulements dont le frottement peut compro mettre le fonctionnement correct du gyros cope.
Le gyroscope de direction faisant l'objet de cette invention est caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier fermé à l'intérieur duquel un gyrostat sphérique creux est sustenté entre deux surfaces en forme de calottes sphériques d'un palier à fluide, le gyrostat présentant des canaux communiquant librement les uns avec les autres, à savoir, une paire de canaux s'étendant suivant un diamètre qui est celui suivant lequel le gyrostat tourne, et servant, durant le fonctionnement normal, comme canaux d'entrée dans le gyrostat au fluide qui arrive avec une petite surpression aux surfaces de sustentation, et autrement comme canaux de sortie, et une série de canaux s'étendant dans un plan perpendiculaire audit diamètre, servant durant le fonctionnement normal comme canaux de sortie du fluide et autre ment,
alternativement, comme canaux d'entrée et de sortie, ces canaux débouchant extérieu rement sous le même angle par rapport à la surface du gyrostat, la disposition et la forme de tous ces canaux, ainsi que l'agencement du gyrostat et du palier étant tels que, d'une part, la rotation du gyrostat est assurée quelle que soit la position du palier par rapport à l'axe de rotation du gyrostat et que, d'autre part, cet axe reste parallèle à lui-même, le gyro scope comprenant en outre des moyens indica teurs portés par le gyrostat et visibles à tra vers le boîtier qui, de son côté, porte des moyens indicateurs dont les déplacements par rapport à ceux du gyrostat indiquent les variations de position du boîtier par rapport à l'axe de rotation du gyrostat.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du gyro scope objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe verticale passant par l'axe du gyrostat.
La fig. 2 est une vue en plan avec coupe partielle suivant II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe horizontale par tielle passant par la ligne 111-11I de la fig. 1. La fig. 4 est une coupe d'un détail.
La fi,-. 5 est une coupe verticale du gyrostat.
La fig. 6 est une coupe du gyrostat et des parties adjacentes de son palier, dans une po sition de fonctionnement.
La fig. 7 est une vue de face d'une des moitiés du palier. La fig. 8 est une coupe du gyrostat et des parties adjacentes de son palier, dans une autre position de fonctionnement.
La fig. 9 est une coupe suivant IX-IX de la fig. 8.
Le gyroscope représenté (fig. 1 et 2) com prend un boîtier métallique 1 pourvu à sa par tie supérieure d'un rebord annulaire intérieur l' supportant, par l'intermédiaire d'une garni ture d'étanchéité 3', un anneau 3. L'ouver ture de cet anneau est fermée par une fenêtre transparente 4 en forme de calotte sphérique dont le bord plan est serré entre l'anneau 3 et un anneau 2 vissé dans le boîtier, une gar niture d'étanchéité 4' étant disposée entre le dit bord et l'anneau 3. Une échelle circulaire 104 est gravée dans la fenêtre 4 formant une partie transparente du carter ou 'boîtier étanche.
Dans le fond du boîtier est monté un pivot 5 présentant un trou axial borgne 6, bouché en 6' et formant un passage pour l'amenée d'air ou d'un autre fluide servant à sustenter et à mettre en rotation le gyrostat.
Un organe 7 est monté rotatif sur le pivot 5 ; une rondelle fendue 8 l'empêche de se mouvoir axialement. Son mouvement rotatif est freiné par des pistons 9 que des ressorts maintiennent en contact avec un manchon 10 susceptible de glisser en direction axiale sur une partie tubulaire de l'organe 7.
Sur l'organe 7 sont fixées, au moyen de deux brides 13 et 14, deux parties 11 et 12 d'un palier à fluide (air), moulées en matière transparente et présentant chacune une sur face en forme de calotte sphérique. La partie 12 présente une chambre centrale 20 et un certain nombre de chambres 18 comme on le voit en particulier à la fig. 7, et la partie 11 présente des chambres correspondantes 21 et 19.
Le gyrostat 15 est creux et comprend un anneau 15' qui est fermé sur ses côtés par des couvercles 16 et 17 pressés sur des portées que possède cet anneau (fi-. 4). Il a une forme extérieure sphérique qui lui permet de tourner dans toutes les positions entre les parties 11 et 12 du palier. Les chambres 18-21 sont très profondes (0,04 à 0,05 mm), ce qui fait que la vitesse de l'écoulement de l'air n'est pas très différente de ce qu'elle est dans la zone d'échappement du palier.
Au sommet de chacun des couvercles 16 et 17 est pratiqué un canal 22, ces canaux s'étendant suivant un diamètre coïncidant avec l'axe de rotation du gyrostat par rapport à l'espace. Dans le plan équatorial du gyrostat, perpendiculaire à ce diamètre, l'anneau 15' présente quatre canaux 40 qui sont tous incli nés sous le même angle sur la surface sphéri que du gyrostat 15.
Dans ledit plan équatorial quatre trous borgnes 38' sont en outre pratiqués dans l'an neau 15' (fig. 4). Dans chacun de ces trous est pressée une douille 38 formant un loge ment pour une bille 39 susceptible de s'y dé placer en direction radiale. Ce sont ces billes 39 qui rétablissent lentement la position verti cale du plan équatorial du gyrostat lorsque celui-ci aura perdu assez de vitesse ou lors qu'il sera arrêté.
Il va sans dire que l'on pourrait employer d'autres systèmes pour obtenir le même résul tat. Ainsi, par exemple, on pourrait planter radialement dans l'anneau 15' un certain nom bre de petits aimants permanents dont le même pôle serait à l'extérieur. Un autre ai mant permanent ajusté dans le trou 6 et pou vant être relevé par le manchon 10 assurerait le freinage ainsi que le redressement éventuel du gyrostat.
Une raie blanche 61 et une raie noire 62 sont gravées dans la surface extérieure de l'anneau 15', de part et d'autre dudit plan équatorial. Ces raies circulaires sont remplies d'émail et polies comme tout le reste de la surface extérieure du gyrostat 15.
Le dispositif de réglage du gyroscope comporte un bouton 23 et un pignon 24 por tés par un arbre 25. Cet arbre est monté dans le boîtier et est déplaçable axialement entre deux positions déterminées par l'action d'une bille 28 sollicitée par un ressort 29, laquelle s'engage dans l'une ou l'autre de deux gorges 26, 27 que présente l'arbre 25. L'extrémité extérieure de celui-ci est entourée par un souf flet 25' empêchant l'entrée d'air et de pous sière dans le boîtier.
Le pignon 24 présente un évidement con tre lequel s'appuie une tige 30 portée par un levier 31 ; celui-ci est relié au manchon 10 de telle façon qu'en poussant l'arbre 25 le man chon se déplace vers le haut, en poussant les pistons 9 contre l'action des ressorts char geant ces pistons. Ces derniers fonctionnent comme des soupapes contrôlant le passage de fluide à travers des canaux 33 qui sont reliés, d'une part, à des canaux 34 débouchant dans les chambres 20 et 21 et, d'autre part, au trou axial 6. Celui-ci est en communication, par un canal 32, avec la sortie d'une pompe à mem brane et, par des canaux 35 et 36 (fig. 3), avec des chambres 37 ; celles-ci sont reliées par des canaux 37' aux chambres 18 et 19 du palier.
Un petit moteur, non représenté sur le dessin, provoque un mouvement de va-et- vient d'une bride 41 fixée à une membrane 42. Le fluide (air) sous faible pression contenu dans le boîtier 1 est aspiré dans une chambre 43 au travers d'un canal 45 contrôlé par une soupape 47, et refoulé dans une chambre 46 à travers une soupape 48 ; ces soupapes sont fixées à une cloison 44. De la chambre 46, le fluide (air) est acheminé jusqu'au gyrostat pour le sustenter et le propulser, ce fluide cir culant ainsi en circuit fermé dans le gyroscope.
Avant de mettre la pompe en marche, le pilote règle d'abord la position du gyrostat dans la direction du vol. En général, au départ de l'avion, celui-ci aura rarement son axe lon gitudinal dans la direction dans laquelle il de vra voler. D'autre part, pour atterrir, l'avion a généralement dû s'écarter de sa direction de vol. II s'ensuit que les raies blanche 61 et noire 62 du gyrostat ont une position quelcon que par rapport au zéro de l'échelle 104.
Supposons que l'axe de l'avion fait un angle de x avec la direction de vol ; le pilote placera les deux raies 61 et 62 du gyrostat arrêté, donc reposant sur ses paliers, sous les x de l'échelle 104 en faisant tourner l'organe 7 au moyen du bouton 23 qui permet d'ame- ner le pignon 24 en prise avec une couronne dentée 24' que porte l'organe 7. Il retire en suite ce bouton et met la pompe en marche. Le plan de rotation du gyrostat (donc des raies noire et blanche) se trouve, pour le mo ment, exactement vis-à-vis des xo de l'échelle, mais l'organe 7 a une position quelconque.
Dès que le gyrostat aura atteint son régime normal de vitesse (c'est-à-dire après. quelques minutes), le pilote pourra corriger la position de l'organe 7 de telle manière qu'un trait de repère porté par un secteur 49 solidaire de l'organe 7 soit vis-à-vis du zéro de l'échelle 104.
L'avion sera dans la direction exacte de vol lorsque les deux raies 61 et 62 du gyrostat encadreront le trait du secteur 49.
Il est évidemment possible d'opérer ce même réglage pendant le vol lorsqu'on désire changer le cap.
Pour arrêter le gyrostat il suffit de pousser le bouton 23 à fond, ce qui a pour effet de mettre le pignon 24 en prise avec la couronne dentée 24' et simultanément de relever le man chon 10 qui fera monter les pistons 9. Les canaux 33 sont obturés, la source principale d'air qui actionne le gyrostat est coupée. Le gyrostat s'arrêtera après un certain temps.
On peut alors arrêter la pompe après s'être assuré que le gyrostat est bien arrêté ; celui-ci, comme il n'est plus sustenté, se posera sur la partie inférieure des parties 11 et 12 du palier.
Les raies 61, 62 tiennent lieu d'aiguille ; elles sont visibles au travers du segment trans parent 49 sur une longueur à peu près égale au diamètre du gyrostat.
Les canaux 22 et 40 du gyrostat sont di- mensionnés pour que la pression à l'intérieur du gytostat soit sensiblement la même que celle des chambres de pression 18 et 19.
Pour remplir toutes les conditions impo sées à un gyroscope de direction moderne, il faut que le gyrostat puisse démarrer, prendre sa vitesse de régime et tourner, quelles que soient les positions prises par les paliers qui le portent.
Nous allons considérer quatre positions essentielles du gyrostat par rapport au palier. La première, qui est la position normale, est celle où les canaux 22 restent dans le champ des chambres 20 et 21. Dans ce cas, les canaux 40 débouchent extérieurement dans l'espace libre compris entre les parties 11 et 12 du palier ; l'air qui s'échappe à tra vers ces canaux depuis l'intérieur du gyrostat met celui-ci en rotation.
La deuxième est celle où les canaux 22 se trouvent vis-à-vis de la saillie très mince qui sépare les chambres 20 et 21 des chambres 18 et 19. La fig. 6 montre cette position.
Le diamètre des canaux 22 est plus grand que l'épaisseur des saillies ; les orifices exter nes de ces canaux sont en outre évasés, de sorte gue les canaux 22 reçoivent de l'air simultanément des chambres 18 et 20, d'une part, et 19 et 21, d'autre part.
La sustentation du gyrostat, quoique légè rement amoindrie, est encore largement suf fisante.
Pour cette deuxième position, les orifices externes des canaux 40 se déplacent en partie en regard des saillies délimitant les chambres supérieures 18 et inférieures 19 et en partie hors de ces chambres ; la fig. 7 représente la moitié a du cercle décrit par ces orifices. L'air de sustentation des chambres supérieures 18 et inférieures 19 s'échappe dans le sens des flèches 50. L'air d'actionnement s'échappe des canaux 40 dont les orifices sont démas qués sur la plus grande partie d'une rotation complète.
Nous avons dit précédemment que les pressions à l'intérieur du gyrostat et dans les chambres de sustentation étaient à peu près égales. Par contre, la pression de l'air sortant des canaux 40 est légèrement inférieure à celle de l'air sortant des chambres de susten tation. Il en résultera, contre la paroi exté rieure du trou 40, une pression infiniment ré duite qui tendra à produire une précession infime du gyrostat.
Si nous admettons une vitesse très réduite de 6000 t/min. pour le gyrostat, les orifices externes des canaux 40 passent à tour de rôle dans le temps de 1/400 de seconde dans les deux positions critiques diamétralement op posées.
Si l'on considère un seul canal 40, la pré cession infiniment petite qui se produira dans un sens après le passage de ce canal dans la position critique supérieure sera complètement corrigée après le passage du même canal dans la position critique inférieure. Si, comme dans la forme d'exécution représentée, le gyrostat présente des canaux 40 disposés symétrique ment, les forces tendant à produire ladite pré cession s'équilibrent à tout instant.
Ces conditions vont se répéter pour tou tes les positions qui pourront être prises par les canaux 40 en passant successivement dans les positions indiquées par les lignes<I>b, c, d</I> et e de la fi-. 7.
Entre les positions c et e les canaux d'ali mentation 22 vont déboucher hors des parties 11 et 12 du palier (fig. 8). L'alimentation par ces canaux n'étant plus possible, la rotation du gyrostat est commandée de l'extérieur par l'air des chambres de pression qui agit alter nativement sur deux des canaux 40, comme on le décrira maintenant en se référant à la fig. 9 qui est une coupe par IX-IX de la fig. 8.
L'air qui s'échappe des chambres de pres sion 18 et 19 (fig. 9) agit sur les canaux 40 comme sur les aubes d'une turbine alors que l'air qui s'échappe des chambres 18' et 19' aspire l'air contenu à l'intérieur du gyrostat. Ces actions suffisent à maintenir la vitesse du gyrostat qui peut tourner indéfiniment dans cette position. Des mesures faites sur un gyrostat en marche n'ont pas montré des dif férences sensibles de vitesse entre les positions c et e et la position normale de marche pour laquelle les canaux 22 sont vis-à-vis des cham bres 20 et 21.
Ce que nous venons de dire pour la posi tion c est également valable pour la position e pour laquelle les canaux 22 et l'axe de rota tion du gyrostat se trouvent dans le plan par rapport auquel les deux parties<B>11</B> et 12 du palier sont symétriques.
En vol normal les deux raies 61, 62 paral lèles à l'équateur du gyrostat sont constam- ment entre les deux parties du palier<B>;</B> les positions a à e ne se présentent qu'en cas de vol acrobatique ou accidentellement, pour quelques instants seulement.
Le gyroscope étant hermétiquement fermé, on introduit dans celui-ci, sous une surpres sion approximative de 1 atm, un gaz neutre qui peut être de l'air sec.
Périodiquement la pression de ce gaz est contrôlée et rétablie si elle a légèrement dimi nué. Ce fluide accomplissant toujours le même circuit, n'a pas besoin d'être filtré.
La force de sustentation est suffisante pour amortir les accélérations et les chocs. Le jeu entre le gyrostat et les parties du palier est de 0,02 à 0,03 mm.
Les changements de la pression extérieure sont sans effet sur le gyroscope, ce qui est important.
Les paliers à fluide dont le frottement est presque nul n'ont pas d'influence sur la mar che du gyrostat ; précession et dérive sont nulles.
On pourrait imaginer un grand nombre de modifications dont une consisterait par exem ple à prévoir l'axe du palier à 900 de la dispo sition montrée à la fig. 1, donc en verticale. L'espace entre les deux parties du palier serait alors horizontal et il faudrait prévoir un déga gement pour permettre l'observation aisée des raies noire et blanche du gyrostat, comme cela se fait sur les gyroscopes connus.