gyroscope - transports.

gyroscope - transports. 1 PRÉSENTATION gyroscope, appareil en rotation rapide qui fournit une direction de référence, car il possède les deux propriétés suivantes : l'inertie gyroscopique, ou « stabilité dans l'espace «, et la précession, inclinaison de l'axe du corps orthogonalement à toute force visant à modifier le plan de rotation. Ces propriétés sont inhérentes à tous les corps en rotation, y compris la Terre. On désigne couramment par gyroscopes des appareils sphériques conçus pour tourner autour de toutes les directions. On utilise ces appareils pour étudier des mouvements dans l'espace. Un gyroscope qui ne peut tourner qu'autour d'un seul axe fixe est parfois appelé gyrostat. Le nom d'un appareil gyroscopique est souvent construit avec le préfixe gyro suivi du nom de l'application. Ainsi utilise-t-on des gyrocompas, des gyrostabilisateurs et des gyropilotes. 2 INERTIE GYROSCOPIQUE La stabilité dans l'espace d'un gyroscope est la conséquence du principe fondamental de la dynamique. Ainsi, une fois en rotation, et en l'absence de forces extérieures, le rotor d'un gyroscope continue à tourner dans le même plan et autour du même axe. Par exemple, une toupie tourne autour d'un axe vertical et se déplace librement dans un plan horizontal. L'inertie gyroscopique est mise en évidence par un gyroscope-type. Celui-ci est constitué d'un volant monté sur des anneaux, de telle manière que l'axe du volant peut occuper toutes les directions de l'espace. Ainsi, quelle que soit la position que l'on donne à l'appareil en le tournant ou en l'inclinant, le volant effectue son mouvement dans le plan de rotation initial tant qu'il peut tourner avec une vitesse suffisante pour compenser les frottements. 3 PRÉCESSION Lorsque l'on applique une force à un gyroscope, l'axe de rotation de celui-ci se place orthogonalement à la direction de la force. Ce mouvement est dû à la fois au moment angulaire du corps en rotation et à la force exercée. On peut constater un exemple simple de précession avec un cerceau : pour déplacer un cerceau vers la droite ou vers la gauche, la pression n'est pas exercée sur l'avant ou l'arrière du cerceau, mais sur le dessus. 4 APPLICATIONS DU GYROSCOPE Les gyroscopes constituent une part importante des systèmes de navigation automatique et de guidage par inertie dans l'aviation, l'aérospatiale, les missiles, les fusées, les bateaux et les sous-marins. Les instruments de guidage par inertie de ces systèmes sont constitués de gyroscopes et d'accéléromètres, qui calculent à tout instant la vitesse exacte et la direction de l'appareil en mouvement. Les signaux recueillis sont communiqués à un ordinateur qui les enregistre et qui corrige les aberrations de la trajectoire. Les missiles et les appareils de vol les plus sophistiqués peuvent aussi être guidés par des gyrolasers, qui ne sont pas vraiment des instruments à inertie, mais qui mesurent les changements de direction de l'appareil en analysant le trajet de deux rayons lasers allant en sens inverse. Un autre système moderne, appelé gyroscope à suspension électrique, utilise une sphère creuse de béryllium suspendue dans un berceau magnétique. 4.1 Gyrocompas On peut utiliser les propriétés de l'inertie gyroscopique et de la force de gravitation pour faire fonctionner le gyroscope comme un indicateur de direction, ou boussole. Considérons un gyroscope installé sur l'équateur, avec son axe de rotation situé dans le plan est-ouest. Le gyroscope continuera à indiquer l'équateur pendant que la Terre tourne d'ouest en est. Ainsi, l'extrémité est s'élève par rapport à la Terre, alors que le gyroscope continue à indiquer la même direction dans l'espace. Si un tube partiellement rempli de mercure est fixé au châssis du gyroscope, de telle manière que le tube s'incline en même temps que l'axe du gyroscope, le poids du mercure sur l'extrémité ouest exerce une force suivant l'axe horizontal du gyroscope. Le gyroscope s'oppose alors à cette force et pivote selon l'axe vertical en direction du méridien. Dans un gyrocompas, les forces s'exercent dans les directions et proportions adéquates pour que l'axe du gyroscope prenne et conserve la direction du méridien réel, et indique ainsi le nord et le sud. Les gyrocompas sont utilisés dans les navires du monde entier. Ils ne sont pas sensibles aux aléas du compas magnétique. Ils indiquent le nord géographique plutôt que le nord magnétique. Ils peuvent faire fonctionner des appareils complémentaires, tels qu'enregistreurs de trajectoires, gyropilotes, et compas d'appoint. 4.2 Pilotage automatique Le pilote automatique d'un avion détecte les variations par rapport au plan de vol choisi, et transmet des signaux correctifs aux ailerons, volets de profondeur et gouvernail. Un gyroscope vertical détecte les changements d'inclinaison et les pivotements, et un gyroscope directionnel détecte les changements de cap. L'altitude est donnée par un capteur barométrique. La vitesse avec laquelle ces changements se produisent est déterminée par des gyroscopes d'allure, ou accéléromètres. La combinaison du déplacement et de l'allure donne une indication très précise de la réaction nécessaire. Les gyroscopes transmettent des signaux électriques à un ordinateur qui les combine et les amplifie. L'ordinateur transmet alors des signaux correctifs aux servomoteurs qui commandent les différents volets de l'avion, afin de produire l'effet requis (voir Servomécanisme). Le pilote automatique assiste le pilote dans les manoeuvres exécutées manuellement. Différents systèmes d'aide à la navigation, aux communications radio et à l'atterrissage y sont généralement rattachés. Voir Aérien, contrôle ; Navigation. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.