FR2473170A1

FR2473170A1 - Dispositif de redressement et de soutien d'un gyroscope gravitationnel

Info

Publication number: FR2473170A1
Application number: FR8100109A
Authority: FR
Inventors: Peter Giesenberg
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1980-01-05
Filing date: 1981-01-02
Publication date: 1981-07-10
Also published as: DE3000265A1; GB2066952A; FR2473170B1; DE3000265C2; US4354394A; GB2066952B

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE REDRESSEMENT ET DE SOUTIEN D'UN GYROSCOPE. DISPOSITIF CARACTERISE PAR LES MESURES SUIVANTES: A.LA CAVITE 40 EST DISPOSEE SYMETRIQUEMENT AUTOUR DE L'AXE DE TORSION 16 DU GYROSCOPE, ET B.LA SURFACE DE LA GOUTTE DE LIQUIDE EST PLUS GRANDE, LORSQUE CELLE-CI EST EN POSITION CENTREE DANS LA CAVITE 40, QUE LORSQUE LA GOUTTE EST DANS UNE POSITION EXCENTRIQUE.

Description

i 2473170 L'invention concerne un dispositif de redressement et de soutien

d'un gyroscope gravitationnel, comprenant un disque disposé sur le boîtier du gyroscope perpendiculairement à l'axe de torsion du gyroscope et pouvant être entraîné dans le même sens que le rotor du gyroscope, une cavité prévue dans le disque et une goutte de liquide pouvant se mouvoir dans la cavité, la cavité ayant une forme telle que si l'axe de torsion du gyroscope s'incline relativement à la verticale, la goutte de liquide descend dans une partie marginale de la cavité, éloignée de l'axe de torsion du gyroscope et dans laquelle elle

est entraînée sur un parcours angulaire et soulevée, en engen-

drant un moment de redressement.

Par le FR - A - No 2 435 700, on connaît un dispositif de redressement et de soutien d'un gyroscope gravitationnel

dans lequel est disposé sur le boîtier du gyroscope, perpendi-

culairement à l'axe de torsion du gyroscope, un disque qui est entraîné dans le même sens que le rotor du gyroscope, mais avec une moindre vitesse de rotation. Dans le disque est formée une cavité constituant un guide en S. L'extrémité extérieure radialement de ce guide s'étend essentiellement en direction circonférentielle à l'envers du sens de rotation du disque. Le guide passe alors sur le côté de l'axe de torsion du gyroscope et l'extrémité intérieure radialement tourne autour de l'axe

de torsion jusqu'à un point situé au voisinage de cet axe.

Dans ce guide, une goutte de mercure est guidée de manière à pouvoir se mouvoir librement. Quand le disque a une position

oblique, la goutte de mercure se déplace vers le bas, de l'ex-

trémité intérieure à l'extrémité extérieure du guide et elle est alors soulevée par cette extrémité, sur un angle de 1800

qui part à peu près de la ligne de chute pour revenir à celle-

ci. Ensuite, la goutte de mercure se rend à l'extrémité inté-

rieure du guide, maintenant située vers le bas, et dans l'angle de 1800, dont le disque tourne ensuite, elle est retenue dans cette extrémité. Dans le mode d'exécution décrit par le texte

cité, deux guides en S séparés de ce genre sont disposés symé-

triquement autour de l'axe de torsion du gyroscope et se re-

laient mutuellement avec le processus cyclique décrit.

A cause de la goutte de mercure, le disque n'est pas

équilibré et la pesanteur exerce un moment sur le gyroscope.

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Ce moment agit toujours, relativement à la déviation de l'axe de torsion du gyroscope, dans une marge angulaire telle qu'il cause une précession du gyroscope de manière à aligner l'axe

de torsion sur la verticale.

Dans la disposition connue, il se pose encore les pro- blèmes suivants: Comme liquide constituant la goutte, on utilise de préférence le mercure qui a une grande densité, de sorte que si la goutte de liquide a une position excentrique, elle

engendre un moment de redressement relativement grand. Cepen-

dant, le mercure a une grande tension -superficielle.

Si les écarts de l'axe de torsion du gyroscope relati-

vement à la verticale sont petits, la goutte de mercure ne se

déplace plus alternativement, de la façon décrite, d'une extré-

mité à l'autre du guide, mais est retenue dans le guide par le frottement. La composante de gravité variable qui apparaît lors de la rotation du disque ne cause plus qu'une pulsation de la goutte de mercure. La tension superficielle s'oppose à cette pulsation. D'autre part, les masses en mouvement sont

relativement petites.

Par suite, dans la région terminale, si l'axe de torsion

du gyroscope présente de petits écarts relativement à la verti-

cale, le redressement du gyroscope ne se fait plus que très lentement. Relativement à cela, l'invention a pour but d'améliorer la vitesse de redressement dans un dispositif du genre défini

plus haut.

Selon l'invention, ce problème est résolu grâce aux mesures suivantes: (a) la cavité est disposée symétriquement autour de l'axe de torsion du gyroscope, et

(b) la surface de la goutte de liquide est plus grande, lors-

que celle-ci est en position centrée dans la cavité, que lors-

que la goutte est dans une position excentrique.

Si l'axe de rotation est exactement aligné verticalement et si le disque est horizontal, la goutte de liquide est centrée

-dans la cavité et en vertu de la forme de la cavité, elle pré-

sente une surface relativement grande. Lorsque l'axe de torsion s'écarte un peu de-la verticale, la goutte de liquide passe à

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la position excentrique. Dans la disposition selon l'invention, ce mouvement est favorisé par la tension superficielle et par

la tendance de la goutte de liquide à se resserrer et à dimi-

nuer de surface. Pour la même raison, la tension superficielle favorise aussi les pulsations de la goutte de liquide en cas de très petits écarts. Ainsi, selon l'invention, la tension superficielle, qui entravait le processus de redressement dans la disposition antérieure susdite, est utilisée pour accélérer le processus de redressement et pour augmenter la précision

du redressement.

L'invention est expliquée plus précisément ci-après à propos d'un exemple d'exécution représenté par les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 montre la forme d'une cavité prévue dans le disque la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un gyroscope muni d'un dispositif-de redressement; la figure 3 est une vue en plan du gyroscope muni du dispositif de redressement, le couvercle du dispositif de redressement étant enlevé, et la figure 4 est une vue en perspective schématique du gyroscope,

de sa suspension à cardan et du dispositif de redressement.

Le dispositif selon l'invention, servant à redresser et à soutenir un gyroscope gravitationnel 10, est indiqué en

12. Il comporte un disque 14 disposé concentriquement et per-

pendiculairement à l'axe de torsion 16 du gyroscope. Le disque 14 est monté de manière à pouvoir tourner autour de l'axe de

torsion 16, sur un tourillon 20 monté sur le bo tier 18 du gy-

roscope 10. Le gyroscope 10 contient un stator intérieur 22 soli-

daire du boîtier et un rotor extérieur 24 monté dans des paliers 26, 28 du boîtier 18. Le rotor 24 porte une roue dentée 30 qui engrène avec une roue dentée 32. La roue dentée 32 est elle-même reliée à une roue dentée 34 qui engrène avec une roue dentée 36 du disque 14. De cette manière, le disque 14, en même temps que le rotor 24 du gyroscope gravitationnel, est entra né avec une grande démultiplication. Le boîtier 18 du gyroscope présente

des tourillons 38 perpendiculaires à l'axe de torsion.

Comme on le voit surtout par la figure 1, le disque 14 présente une cavité 40 disposée symétriquement autour de l'axe de torsion 16 du gyroscope. La cavité 40 contient une goutte

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de liquide 42 et le volume de la goutte, ainsi que la forme de la cavité 40, sont tels que lorsque la goutte de liquide 42 est en position centrée dans la cavité, sa surface est plus grande que lorsqu'elle a une position excentrique. La goutte de liquide est de préférence une goutte de mercure, c'est-à-dire qu'elle est formée d'un liquide de forte densité et de grande tension superficielle. Il s'agit de tirer parti

de cette tension superficielle pour améliorer le redressement.

A cet effet, la cavité 40 présente une chambre centrale 44 qui, dans l'exemple d'exécution représenté, présente à peu près une forme de base quadratique. De cette chambre centrale partent des canaux 46 se dirigeant vers l'extérieur. Ces canaux 46 débouchent à leur extrémité extérieure dans des chambres extérieures 48. Les chambres extérieures 48 partent des canaux 46, essentiellement en direction circonférentielle, à l'envers du sens de rotation du disque 14. Le volume de la goutte de liquide 42 est plus grand que le volume de la chambre centrale 44. Quand l'axe de torsion 16 du gyroscope est exactement vertical -et le disque 14 exactement horizontal et que par suite la goutte de liquide 42 est centrée dans la cavité 40, la goutte de liquide 42 ne peut pas se resserrer en une sphère sous l'effet de sa tension superficielle. Elle présente plutôt, comme on peut le voir par la figure 3, une forme quadratique présentant des appendices 50 qui pénètrent dans les canaux 46. Sa surface est donc relativement grande et

la tension superficielle tend à diminuer cette surface.

Lorsque l'axe de rotation 16 du gyroscope est un peu incliné relativement à la verticale, le mercure se rend de la chambre centrale 44, par un canal 46, à l'une des chambres

extérieures 48. Dans cette chambre extérieure 48 ou dans plu-

sieurs chambres extérieures, la goutte de liquide peut prendre une forme à surface notablement plus petite. Par suite, la tension superficielle favorise le mouvement de la goutte 42 vers la chambre extérieure 48. Dès que l'axe de torsion 16 du gyroscope dévie même faiblement de la verticale, la goutte de liquide "saute" en quelque sorte dans la chambre extérieure 48

et applique au gyroscope 10 un moment de grandeur correspondan-

te. Dans la chambre extérieure 48, la goutte de liquide 42

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est entraînée sur un angle d'environ 1800, partant à peu près de la ligne de chute pour revenir à celle-ci. Dans cet angle, la goutte de liquide 42 exerce sur le gyroscope 10 un moment qui imprime à l'axe de torsion 16 une précession tendant vers la verticale. La forme de la cavité 40 est surtout indiquée par la

figure 1.

La chambre centrale 44 est limitée par quatre éléments de paroi rectilignes 52, 54, 56, 58, les éléments de paroi

adjacents, par exemple 52 et 54, étant chaque fois perpendicu-

laires entre eux de sorte que la chambre centrale 44 a une forme fondamentale quadratique. Chacun de ces éléments de paroi rectilignes, tels que 52, dépasse d'un côté le plan de l'élément de paroi rectiligne adjacent, tel que 54, et forme ainsi une paroi latérale du canal 46, qui part de l'angle de la chambre centrale 44. Du côté opposé, chaque canal 46 est limité par une paroi latérale 60 qui se raccorde à l'élément de paroi rectiligne 54 et est incurvée à l'opposé du sens de rotation du disque 14. Cette paroi latérale 60 rejoint un

élément de paroi 62 de la chambre extérieure 48, essentielle-

ment situé dans la direction circonférentielle du disque,

l'élément 62 étant alors suivi d'un élément de paroi 64 essen-

tiellement dirigé radialement vers l'intérieur et d'un élément de paroi 66 essentiellement dirigé circonférentiellement dans le sens de rotation du disque. Les éléments de paroi 62, 64 et 66 de la chambre extérieure 48 se raccordent par une transition continue. L'élément de paroi 66 fait suite à l'élément de paroi

rectiligne 52. De cette manière est formée la chambre extérieu-

re 48 qui part du canal 46 à l'envers du sens de rotation du

disque 14 et présente une forme fondamentale ovale.

Aux chambres extérieures 48 se raccordent des chambres d'interception 68 dirigées circonférentiellement à l'envers du sens de rotation du disque 14. Les chambres d'interception forment à leur extrémité un creux 70 dirigé radialement vers l'intérieur. Elles sont séparées des chambres extérieures 48 par un seuil, un gradin ou une rampe 72 ou bien leur surface de fond présente une inclinaison en direction des chambres extérieures 48. Pour des raisons de fabrication, un simple gradin est apparu avantageux. Le volume de la goutte de liquide

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42 correspond pratiquement à la capacité totale de toutes les

chambres d'interception 68.

Si l'axe de torsion 16 du gyroscope a seulement une fai-

ble inclinaison relativement à la verticale vraie, la goutte de liquide 42 ne peut pas surmonter le seuil 72. Ainsi, elle ne peut pas se rendre de la chambre extérieure 48 à la chambre d'interception 68. Le mode de fonctionnement de la disposition est alors celui que l'on a décrit plus haut, c'est-à-dire que la goutte de liquide 42 se rend à la chambre extérieure située en-dessous, qu'elle est entraînée sur environ 1800 et qu'elle

retourne alors à la chambre centrale 44.

Si l'inclinaison de l'axe de torsion 16 du gyroscope dépasse la verticale vraie dans une mesure déterminée, par exemple lorsqu'un avion vole en courbe et qu'il apparaît une verticale apparente s'écartant de la verticale vraie, la goutte de liquide 42 surmonte alors le seuil 72 et arrive à la chambre d'interception 68. Dans la suite de la rotation du disque, le

liquide qui n'est pas absorbé par l'une des chambres d'inter-

ception 68 reflue par le canal 46 et arrive à une autre chambre extérieure 48 et à une autre chambre d'interception 68. Après un tour complet du disque 14, le liquide est réparti entre les chambres d'interception 68. Dans les chambres d'interception 68, le liquide reste emprisonné tant que l'inclinaison de l'axe de torsion 16 du gyroscope relativement à la verticale observée

dépasse la valeur prescrite mentionnée.

Lors de la rotation du disque 14, le liquide arrivé à la chambre d'interception 68 s'écoule le long de la paroi de celle-ci. Dans le cas de la chambre d'interception 68 située en bas sur la figure 1, lorsque le disque 14 est incliné autour d'un plan horizontal sur la figure 1, le liquide se rassemble dans la partie inférieure et extérieure radialement 74 de la chambre d'interception. Quand le disque 14 continue de tourner, la chambre d'interception 68 arrive à la position qu'occupe, sur la figure 1, la chambre d'interception voisine 68a. Dans cette position, le liquide se rassemble sur l'élément de paroi pratiquement radial, dans la région 76. Après une nouvelle rotation du disque 14, la chambre d'interception 68 arrive

à la position occupée sur la figure 1 par la chambre d'inter-

ception suivante 68b. Dans cette position, le liquide se ras-

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semble dans le creux 70 dirigé radialement vers l'intérieur.

Le liquide ne s'écoule hors de ce creux 70 que lorsque le disque 14 est dans une position o le canal 46 a déjà dépassé à nouveau la position horizontale et est incliné vers le haut relativement à la chambre extérieure 48, de sorte que le liquide-s'écoule bien de la chambre d'interception 68 à la chambre extérieure 48 mais reste dans celle-ci. Dans la suite de la rotation, o le canal 46 est finalement incliné à nouveau vers le bas, le liquide ne peut pas non plus refluer par ce canal 46 vers la chambre 44 parce que, précédemment, il est retourné à la chambre d'interception 68 en surmontant à nouveau

le seuil.

Par suite, le liquide est retenu dans les chambres d'in-

terception 68 et un moment de redressement est empêché jusqu'à ce que l'écart entre l'axe de torsion 16 du gyroscope et la

verticale vraie devienne à nouveau inférieur à la valeur pres-

crite susdite, par exemple après la fin du vol en courbe. Alors, dans la position représentée par la figure 1, le liquide ne peut plus refluer à la chambre d'interception 68, mais dans la suite de la rotation du disque 14, il longe le seuil 72. Par suite, le processus de redressement décrit plus haut s'amorce

à nouveau.

Comme on le voit par la figure 2, la cavité 40 est formée par un évidement ouvert en haut, prévu dans le disque 14 et recouvert de façon étanche, dans le haut, par une plaque de recouvrement 78, fixée au disque 14, de préférence collée à celui-ci. Sur la plaque de recouvrement 78 sont prévues des tubulures d'aspiration 80, 82, qui permettent de faire le vide

dans la cavité ou de la remplir d'un gaz inerte.

La figure 4 montre schématiquement le montage du gyros-

cope 10 dans un véhicule indiqué en 84. Le montage est assuré

de façon usuelle au moyen d'un cadre à cardan 86 monté de maniè-

re à pouvoir pivoter dans le-véhicule autour d'un axe 88, le

gyroscope 10 étant à son tour monté de manière à pouvoir pivo-

ter dans le cadre au moyen de ses tourillons 38, autour d'un axe perpendiculaire à l'axe 88. On suppose que l'axe de torsion

16 du gyroscope est dévié d'un angle o" relativement à la ver-

ticale 90, l'angleot étant ici représenté avec exagération.

Il est avantageux que le volume de la goutte de liquide

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42 corresponde pratiquement à la capacité totale de toutes les chambres d'interception 68, 68a, 68b, 68c, c'est-à-dire à la somme des quantités de liquide qui, de la façon décrite

plus haut, peuvent être absorbées et retenues par les cham-

bres d'interception sans qu'elles débordent. En cas d'accélé- rations horizontales, la quantité de liquide de la goutte 42 se répartit entre toutes les chambres 68, 68a, 68b, 68c, de sorte que pratiquement, aucun moment résultant n'est exercé sur le gyroscope 10. Toutefois, même si la quantité de liquide

n'était, par exemple, retenue que dans une seule chambre d'in-

terception 68 et si donc le disque 14 n'était pas équilibré et pouvait exercer un moment sur le gyroscope, ce moment serait nul en moyenne dans le temps, étant donné la rotation du disque

14, et ne causerait pratiquement aucune dérive du gyroscope 10.

Au lieu des quatre "branches" représentées par la figure 1, la cavité 40 peut aussi comporter par exemple trois ou cinq

de ces "branches" 46, 48, 68.

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Claims

-R E V E N D I C A T I 0 N S-

1. Dispositif de redressement et de soutien d'un gyros-

cope gravitationnel, comprenant un disque disposé sur- le boîtier

du gyroscope perpendiculairement à l'axe de torsion du gyros-

cope et pouvant être entraîné dans le même sens que le rotor du gyroscope, une cavité prévue dans le disque et une goutte de liquide pouvant se mouvoir dans la cavité, la cavité ayant une

forme telle que si l'axe de torsion du-gyroscope s'incline re-

lativement à la verticale, la goutte de liquide descend dans 1o une partie marginale de la cavité, éloignée de l'axe de torsion du gyroscope et dans laquelle elle est entraînée sur un parcours angulaire et soulevée, en engendrant un moment de redressement, dispositif caractérisé par les mesures suivantes: (a) la cavité (40) est disposée symétriquement autour de l'axe de torsion (16) du gyroscope, et (b) la surface de la goutte de liquide (42) est plus grande, lorsque celle-ci est en position centrée dans la cavité (40),

que lorsque la goutte (42) est dans une position excentrique.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que: (a) la cavité (40) présente une chambre centrale (44),

(b) de la chambre centrale (44) partent des canaux (46) se diri-

geant vers l'extérieur.

(c) les canaux (46) débouchent à leur extrémité extérieure dans des chambres extérieures (48), (d) le volume de la goutte de liquide (42) est plus grand que

le volume de la chambre centrale (44).

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les chambres extérieures (48), en partant des canaux (46), sont essentiellement dirigées circonférentiellement à

l'envers du sens de rotation du disque (14).

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications

2 et 3, caractérisé en ce qu'aux chambres extérieures (48) se raccordent des chambres d'interception (68) qui se dirigent circonférentiellement à l'envers du sens de rotation du disque (14), forment à leur extrémité un creux (70) dirigé radialement vers l'intérieur et sont séparées des chambres extérieures (48)

par un seuil (72), un gradin, une pente ou une rampe.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications

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2 à 4, caractérisé en ce que la paroi (60, 62) des chambres extérieures (48) est de forme telle qu'en cas d'accélérations horizontales, la goutte de liquide ne peut pas refluer à la

chambre centrale (44).

6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le volume de la goutte de liquide (42) correspond pratiquement à la capacité totale de toutes les chambres

d'interception (68, 68a, 68b, 68c).