Un gyroscope (du grec « qui observe la rotation ») est un appareil qui exploite le principe de la conservation du moment cinétique en physique (ou encore stabilité gyroscopique ou effet gyroscopique). Cette loi fondamentale de la mécanique veut qu'en l'absence de couple appliqué à un solide en rotation autour d'un de ses axes principaux, celui-ci conserve son axe de rotation invariable. La forme la plus simple de gyroscope consiste en un disque tournant rapidement (appelé rotor).
Tout rotor symétrique tournant rapidement présente des propriétés gyroscopiques. Par exemple, la terre agit comme un gyroscope, tout comme les toupies et les roues de bicyclette. L'arbre autour duquel tourne le rotor est appelé l'axe.
Les gyroscopes ont 2 propriétés de base qui les rendent importants comme base des instruments d'attitude et de direction des avions :
Supposons que l'aéronef se déplace de gauche à droite, c'est-à-dire que son axe longitudinal est également l'axe gyroscopique XX. Si l'aéronef s'incline à gauche ou à droite, le gyroscope reste dans la même orientation (axe de rotation horizontal et dans une direction fixe). Même chose si l'aéronef monte ou descend (axe de tangage). Dans ce cas, l'avion est libre en tangage ou en inclinaison sans affecter le gyroscope, mais pas en lacet. Ce système est appelé un système à un degré de liberté.
En rajoutant un deuxième cardan, l'aéronef sera également libre en lacet sans perturber le gyroscope. En théorie, s'il n'y avait pas d'erreurs, le système de cardan permettait une liberté totale, et l'axe du gyroscope pointerait toujours vers un point fixe dans l'espace, indépendamment de la rotation de la terre ou du mouvement de l'avion.
Lire aussi: Gyroscope Samsung S7 : comment faire ?
Pour maintenir le gyroscope, un cadre externe a été rajouté et fixé à l'aéronef.
Le gyroscope tourne dans le sens des aiguilles d'une montre. Supposons qu'une force (couple) agisse sur l'axe de rotation vers le haut. C'est l'équivalent d'une force appuyant sur le rotor à la position 12 heures (en haut). Cependant, la réaction ne sera pas de faire tourner le gyroscope vers l'arrière autour de l'axe horizontal (XX) à partir du point où le couple est appliqué.
Prenons un gyroscope dont le rotor tourne autour de son axe de rotation XX. Appliquons une petite force F constante sur l'axe XX vers le bas. Au départ, l'axe du gyroscope s'incline selon un petit angle Ø et ne pointe plus vers le point fixe initial dans l'espace. Après cela, aucun autre mouvement n'a lieu autour de l'axe YY. Le couple est alors précontraint de 90° dans le sens de la rotation du gyroscope. Le mouvement de rotation commence à tourner à une vitesse constante autour de l'axe ZZ. Si la force F est retirée, la précession cesse. Par contre, si la force F continue d'être appliquée, la rotation du gyroscope autour de l'axe ZZ continuera à tourner à une vitesse constante.
Les vecteurs `\vec {tau }` et `\vec {L }`sont respectivement le moment (ou couple) sur le gyroscope et son moment cinétique. Dans le cas de l'approximation gyroscopique où la vitesse de rotation `ω` est élevée, on approxime `L` par `I\vec {omega}` le scalaire `l` étant son moment d'inertie, et `\vec {omega}` son vecteur vitesse angulaire.
Il découle de cela qu'un couple `\vec{tau }` appliqué perpendiculairement à l'axe de rotation, et donc perpendiculaire à `\vec {L}` provoque un déplacement perpendiculaire à `\vec {L}`. Ce mouvement est appelé précession.
Lire aussi: Choisir le bon viseur point rouge pour votre réplique airsoft
Le phénomène de précession peut être observé en plaçant un gyroscope tournant autour de son axe vertical et soutenu par le sol ou un point fixé au sol à une extrémité. Au lieu de tomber comme on peut s'y attendre, le gyroscope apparaît comme défiant la gravité en restant sur son axe vertical, même si un bout de l'axe n'est pas soutenu.
Sous un moment constant dû à la gravité, la vitesse de précession du gyroscope est inversement proportionnelle à son moment cinétique. Cela signifie que, comme la friction fait ralentir le mouvement tournant du gyroscope, le taux de précession augmente.
Les gyroscopes sont utilisés dans divers instruments de vol pour fournir des informations essentielles aux pilotes :
Le Rafale est le premier avion d’arme français à se doter de centrales inertielles à gyrolaser : SAGEM Sigma RL 90. Par rapport à des gyroscopes mécaniques, les gyrolasers ne nécessitent pas d’appels de puissances soudains pour ramener les gyroscopes dans leur axe pendant les manœuvres de l’avion. Cela entraîne donc une meilleure fiabilité de l’ensemble. Pas besoin de régulation thermique, également, ce qui réduit le temps de mise en œuvre. A titre de comparaison, le temps d’alignement est inférieur de 50% par rapport à l’ancienne génération (Uliss de SAGEM), passant à 4 minutes. Enfin, le signal de sortie d’un gyrolaser est une interférence optique dont il suffit de compter les raies pour mesurer le déplacement suivant chaque axe.
L’objectif du projet de technologies de défense VISION est de démontrer la faisabilité d’un système de navigation à visée stellaire. Constitué d’une centrale inertielle de nouvelle génération hybridée avec un ou plusieurs viseurs d’étoile, ce système de haute performance fonctionne de jour comme de nuit, sur des porteurs aéronautiques.
Lire aussi: Pistolet Nerf avec viseur : lequel choisir ?
C’est le 12 juillet 1994 que le viseur de casque Topsight effectue son premier vol sur le Mirage 2000B 504. Il se compose d’un casque intégral qui présente certaines informations au pilote par projection sur la visière. Celui-ci à pour fonction la désignation d’objectif au système d’arme, ainsi que l’acquisition visuelle. Un aspect relativement intéressant pour la version biplace du Rafale aurait été l’interaction entre le pilote et son navigateur.
La détection de position de la tête comprend un émetteur électromagnétique situé dans la cabine, et un récepteur installé dans le casque. Un système optique collimaté projette les informations sur la visière du casque.
La sécurité est l’élément clé dans tout programme d’essai en vol. Il est essentiel de préparer minutieusement l'avion et le pilote pour les premiers vols et les vols d'essai initiaux. Si vous décidez de réaliser le programme d’essai, assurez-vous que vos compétences de pilote sont suffisantes et que vous êtes bien entrainé. Avant de commencer votre programme d’essai en vol, étudiez l’instrumentation/avionique, les performances, les caractéristiques de vol, les limitations et les procédures d’urgence de votre avion.
Utiliser une checklist pour effectuer une inspection complète de l’avion avant chaque test au sol ou en vol est un élément clé de la sécurité. Avant le premier vol, complétez le travail initial sur le poids et le centrage. Puis calculez le poids et le centrage de l’avion, avant chaque vol d’essai, en enregistrant la position du Centre de Gravité et le poids du pilote, du carburant et de tout lest. Passez en revue le but et les procédures de chaque test à l’avance. Effectuez le test en étant assis dans le cockpit au sol.
tags: #gyroscope #viseur #avion #fonctionnement
Chargement des visites
