Gyroscopes et vol

Gyroscopes

• Les gyroscopes sont utilisés pour établir des références pour le pilote et présentent des aspects du vol de l'avion, tels que le roulis, le tangage et le cap.

Théories des gyroscopes

• Un corps en rotation possède deux propriétés principales : la stabilité gyroscopique et la précession gyroscopique.
• La stabilité gyroscopique correspond à la tendance du gyroscope à maintenir son moment angulaire, le faisant paraître stable dans l'espace.
• La précession gyroscopique se traduit par un effet retardé de 90 degrés lorsqu'une force est appliquée sur le gyroscope.

Evolution des gyroscopes

• Les gyroscopes mécaniques étaient initialement mus par la force de l'air, puis par des moteurs électriques.
• Les gyroscopes modernes utilisent des rayons lumineux pour mesurer les forces, éliminant ainsi les pièces mobiles et améliorant la fiabilité.
• Les gyroscopes sont utilisés pour l'affichage de l'assiette de l'avion et la navigation avec des points fictifs (waypoints) dans le RNAV.

Catégories de gyroscopes

• Un axe captif : le rotor n'a qu'un seul cardan et mesure le taux de déplacement.
• Un axe de liberté : le rotor peut indiquer le cap, puisque c'est le déplacement angulaire qui est affiché.
• Deux axes de liberté : le rotor permet d'indiquer le déplacement angulaire en roulis et tangage.

Gyromètres

• Les gyromètres mesurent la vitesse angulaire.
• Les gyroscopes mesurent les déplacements angulaires, mais peuvent être utilisés pour mesurer la vitesse angulaire en incluant le temps.

Accéléromètres

• Les accéléromètres mesurent les forces dans un axe et les convertissent en tension électrique proportionnelle.
• Ils fonctionnent souvent avec un capteur piézo-électrique ou un capteur à effet de Hall.

Accéléromètres et gyromètres MEMS

• Les gyroscopes MEMS utilisent un élément vibrant pour mesurer le taux de déplacement dans une direction.
• Ils sont compacts, fiables, économiques et n'ont pas de pièces mobiles, mais sont moins précis que les gyro-lasers.

Transmission de l'information angulaire

• Les synchro-transformateurs utilisent un champ magnétique pour transmettre des informations angulaires.
• Ils nécessitent une alimentation AC 400Hz et possèdent un rotor d'excitation avec 3 stators.

Centrales inertielles (INS)

• Les centrales inertielles combinent accéléromètres et gyromètres orthogonaux montés sur 3 axes.
• Elles permettent d'entrer des points de navigation et d'utiliser la navigation VOR-DME ou DME-DME.

Système de référence inertiel (IRS)

• Les IRS utilisent des gyro-lasers pour mesurer les changements angulaires et des accéléromètres pour mesurer les accélérations.
• Les informations sont combinées par un algorithme complexe de vecteurs dans les 3 axes.

Gyro-lasers

• Les gyro-lasers comparent continuellement les données pour détecter les erreurs.
• Ils sont résistants, précis, compacts, à faible consommation et n'ont pas besoin de flux-valves pour le cap.

Importance des gyroscopes et des accéléromètres dans les aéronefs

• Les systèmes sur avions possèdent de multiples interconnexions avec les IRU.
• Les IRS fournissent des données de cap, latitude-longitude, attitude, dérive, vitesse-sol, etc., nécessaires aux systèmes TCAS, EGPWS, détection de décrochage, directeurs de vol, radars et FDR.

Le futur des gyro-lasers: Type Triaxes Intégrés

• Les gyros-lasers triaxes combinent trois modules réguliers dans une seule unité (tétraèdre).
• Ils offrent une économie de poids, la possibilité d'inclure plus de capteurs et une redondance pour une plus grande précision.

Mise en route des gyroscopes

• Les gyroscopes classiques, les AHRS et les IRS ont besoin d'un certain temps d'alignement avant d'être fonctionnels.
• Pour les gyroscopes classiques et les AHRS, l'atteinte de la vitesse de rotation est primordiale.
• Pour les IRS, le temps d'initialisation est défini en fonction de la latitude de l'avion.
• Pendant l'initialisation, les gyroscopes, les AHRS et les IRS doivent être en position fixe et stable.