Visualisation et enregistrement (ATA 31) (chap 6) A FINIR

ATA 31 Instrument de Bord

(chap 5 & 6)​

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

- Propriétés des gyroscopes​

- ​Instruments Gyroscopiques

​

​

​

​

6. AUTRES SYSTÈMES​

​

- Compas magnétique - Standby Compass

- L’enregistreur de vol (FDR)​

​- Système avertisseur de décrochage

​

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

- Propriétés des gyroscopes

Inertie gyroscopique

Fixité

La précession gyroscopique

Exemple de la moto

Gyromètre - gyroscope

​

​- Instruments Gyroscopiques

Horizon artificiel

Le conservateur de cap

Le compas gyromagnétique

Indicateur de taux de virage

Centrale inertielle - Inertial Reference Unit (IRU)

Alignements

​

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

​Un gyroscope est une masse animée d’un mouvement rapide de rotation autour de

son axe.

​

L’utilisation des propriétés gyroscopiques permet de créer les références de vol

(roulis, tangage, azimut) qui sont représentées sur les planches de bord par des

instruments (horizon artificiel, compas gyromagnétique, etc).

​

La précision du gyroscope dépendra de sa masse, de l’équilibre de cette masse, de

sa vitesse de rotation, des frottements...

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

​Il existe 3 propriétés gyroscopiques :

• l’inertie,

• la fixité,

• la précession.

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.1. Propriétés des gyroscopes

​5.1.1. Inertie gyroscopique

​

- C’est la résistance à toutes modifications de son état initial. Plus simplement, c’est la vitesse de rotation du gyroscope qui permet de le maintenir à l’équilibre.

​

- Plus cette vitesse de rotation augmente, plus le gyroscope sera stable et plus il sera difficile de modifier son axe de rotation.

​

- Sur avion les gyroscopes tournent à environ 24 000tr/mn.

​

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.1. Propriétés des gyroscopes

5.1.2. Fixité

​

Un gyroscope libre en rotation conserve la direction de son axe de rotation fixe dans l’espace absolu, quels que soient les mouvements appliqués à son support.

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.1. Propriétés des gyroscopes

5.1.2. Fixité​

Expérience :

- Vous faites tourner un gyroscope, vous partez et revenez une heure plus tard.

L’axe du gyroscope aura bougé de 15° mais en vrai ce n’est pas le gyroscope qui aura bougé mais vous ! La Terre effectue une rotation de 360° en 24h soit 15° par heure.

- Étant donné que nous sommes sur la Terre, elle est notre référence et nous tournons comme elle à 15°/h même en restant immobile.​

- La référence du gyroscope n’est pas la Terre mais l’espace et celui-ci a la particularité de rester fixe par rapport à sa référence.

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.1. Propriétés des gyroscopes

5.1.2. Fixité​

​

Voici les différentes références utilisées :​

​

ü Le trièdre relatif OU référence terrestre [R]

​​

ü Le Trièdre mobile [M]​

​

ü Le trièdre absolu [A] ou référentiel galiléen (l’espace)​

​

​

​

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.1. Propriétés des gyroscopes

5.1.2. Fixité​​

​​​

ü Le trièdre relatif OU référence terrestre [R]

​

La position de l’avion sera repérée dans [R], par exemple les coordonnées GPS sont en latitude et longitude.

​

​

​

​

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.1. Propriétés des gyroscopes

5.1.2. Fixité​​

​​

ü Le Trièdre mobile [M]

La mesure des attitudes de l’avion sera effectuée par comparaison entre [R] et [M], par exemple l’axe de tangage est comparé par rapport à la surface de la Terre.

​

​

​

​

​

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.1. Propriétés des gyroscopes

5.1.2. Fixité​​

​​

ü Le trièdre absolu [A] ou référentiel galiléen (l’espace)

La loi qui régit le fonctionnement des accéléromètres s’appliquera dans [A].​

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.1. Propriétés des gyroscopes

5.1.3. La précession gyroscopique

​​

Si on soumet le cadre d’un gyroscope à un couple perturbateur, le gyroscope va réagir par un couple gyroscopique s’exerçant sur l’autre axe tel que le vecteur rotation va rejoindre par le plus court chemin le vecteur couple perturbateur.

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.1. Propriétés des gyroscopes

5.1.3. La précession gyroscopique​

Expérience :

Le gyroscope tourne à 24 000trs/mn.

- Si vous effectuez une pression sur l’anneau de cardan intérieur, c’est l’anneau de cardan extérieur qui va bouger. Inversement, si vous effectuez une pression sur l’anneau de cardan extérieur, c’est l’anneau de cardan intérieur qui va bouger.

- Attention il existe une position interdite, celle de la superposition des cadres.

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​

5.1. Propriétés des gyroscopes

5.1.4. Exemple de la moto​

​

A l’arrêt si vous ne mettez pas la béquille la moto tombe. A partir d’une certaine​ vitesse, une moto tient naturellement debout toute seule et va tout droit, c’est l’inertie, propriété gyroscopique. En effet, les deux roues en mouvement se transforment en gyroscopes.

​

A faible vitesse, si vous tournez le guidon à droite la moto tourne à droite.​

A partir d’une certaine vitesse, en inclinant le guidon à droite, l’axe de la roue avant tourne et crée un couple perturbateur qui incline la roue à gauche, et inversement.

​

Ce phénomène est la précession, propriété gyroscopique.

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.1. Propriétés des gyroscopes

5.1.5. Gyromètre - gyroscope

​​

Suivant le nombre de cadre (anneau de cardan) que possède la toupie l’appellation sera différente :

​

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.1. Propriétés des gyroscopes

5.1.5. Gyromètre - gyroscope

​​

Suivant le nombre de cadre (anneau de cardan) que possède la toupie l’appellation sera différente :​

1/ Aucun cadre : « 0 »Degré de liberté.

​La toupie est directement monte dans le boitier sur des pivots.​Elle ne peut que tourner sur elle-même.

​

​- c’est un gyrostat, il permet de conserver des mouvements circulaires mais il n’est pas utilisé dans l’aéronautique.

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.1. Propriétés des gyroscopes

5.1.5. Gyromètre - gyroscope

​​

Suivant le nombre de cadre (anneau de cardan) que possède la toupie l’appellation sera différente :​

2/ Un cadre : « 1 »Degré de liberté.

​La toupie est montée dans un cadre et ce cadre peut pivoter librement autour de son axe YY’.

​

​- c’est un gyromètre, il permet de détecter des vitesses angulaires, on le trouve dans l’indicateur de virage.

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.1. Propriétés des gyroscopes

5.1.5. Gyromètre - gyroscope

​​

Suivant le nombre de cadre (anneau de cardan) que possède la toupie l’appellation sera différente :​

3/ Deux cadres : « 2 »Degré de liberté.

​Le deuxième cadre, appelé cadre extérieur, posséde un axe ZZ’ perpendiculaire a YY’ et permet la rotation du gyroscope par rapport au boitier.

L’axe toupie XX’ peut maintenant évoluer dans un autre plan et prendre n’importe quelle position dans l’espace.​

- ​c’est gyroscope, il permet de détecter des angles, on le trouve dans l’horizon artificiel et le conservateur de cap.

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.1. Propriétés des gyroscopes

5.1.5. Gyromètre - gyroscope

​​

Suivant le nombre de cadre (anneau de cardan) que possède la toupie l’appellation sera différente :​

Il existe des gyroscopes avec 3 ou 4 cadres permettant d’éviter la position interdite à savoir la superposition de deux cadres.

Multiple Select

la précision du gyroscope dépendra de :

• des frottements

• sa rotation

• sa matière

• sa masse

• l'équilibre de la masse

Multiple Choice

Parmi ces propriétés gyroscopique, laquelle est fausse.

• la précession

• l'inertie

• la fixité

• l'effet girouette

Multiple Choice

La résistance à toutes modifications de son état initial, C’est :

• la fixité

• l'inertie gyroscopique

• la précession

Multiple Choice

j'appui sur le cadre extérieur et c'est l'intérieur qui bouge, c'est

• la précession

• l'inertie gyroscopique

• la fixité

Multiple Choice

je bouge le support et la toupie ne bouge pas et conserve son axe de rotation

• la précession

• l'inertie gyroscopique

• la fixité

Multiple Choice

les coordonnées GPS, c'est le trièdre :

• relatif

• mobil

• absolu

Multiple Choice

un gyromètre a :

• 0 cadre

• 1 cadre

• 2 cadres

Multiple Choice

un gyroscope, peut-il avoir plus de 2 cadres

• oui

• non

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.2.1. Horizon artificiel

Constitué d’un gyroscope à axe vertical, il fournit des informations d’assiette et d’inclinaison de l’avion par rapport à la Terre.

​​

​

C’est l’avion qui tourne alors que le gyroscope reste fixe.

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.2.1. Horizon artificiel

C’est un équipement autonome composé d’un indicateur de cap dont la rose est couplée à un gyroscope directionnel (gyroscope à axe horizontal).

​

Il donne les informations visuelles de cap. Au départ du vol et régulièrement pendant du vol, le conservateur de cap est calé par le pilote sur le cap magnétique grâce au bouton «push».

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.2.3. Le compas gyromagnétique

Pour éviter de recaler régulièrement le conservateur de cap, celui-ci est couplé à une vanne de flux qui lui fournit une valeur électrique du cap magnétique issue de la vanne de flux (flux valve).

​

L’ensemble se nomme gyrocompas ou compas gyromagnétique.

​

Placée dans la dérive, la vanne de flux détecte le champ magnétique terrestre.

​

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.2.4. Indicateur de taux de virage

C’est un gyromètre qui détecte tout virage autour de l’axe de lacet. Il en indique le sens et le taux.

​

​On appelle taux de virage standard un virage effectué à la vitesse angulaire Ω de 3°/s soit 2 minutes pour faire un tour.

​

​

​

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

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5.2.4. Indicateur de taux de virage (suite)

Sur l’indicateur nous trouvons également une bille disposée dans un tube en verre convexe, rempli d’un liquide amortisseur.

​

Cette bille subit la force centrifuge et indique si l’avion est soumis à des dérapages ou à des glissades.

​​

​

​

​

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.2.5. Centrale inertielle - Inertial Reference Unit (IRU)

Les indicateurs gyroscopiques ont disparu pour laisser place aux centrales inertielles IRU.

Le but de l’IRU est de fournir aux pilotes la position de l’avion par rapport à la Terre (roulis, tangage et lacet) et également de calculer d’autres paramètres de navigation tels que :

la position géographique (longitude et latitude),

la vitesse sol,

la route suivie,

le cap vrai,

la dérive,

la force et la direction du vent ...

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.2.5. Centrale inertielle - Inertial Reference Unit (IRU) (suite)

L’IRU est parfois associée à la centrale anémométrique Air Data Reference (ADR) voir au GPS pour obtenir une centrale ADIRU ou GADIRU (GPS Air Data Inertial Reference Unit).

GADIRU

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.2.5. Centrale inertielle - Inertial Reference Unit (IRU) (suite)

A l’intérieur nous retrouvons des cartes électroniques, des gyrolasers ainsi que des accéléromètres.

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.2.5. Centrale inertielle - Inertial Reference Unit (IRU) (suite)

L’inconvénient des gyromètres classiques de type mécanique est qu’ils sont imprécis et pas assez rapides pour détecter un angle ou une vitesse angulaire.

Pour satisfaire des systèmes comme le pilotage automatique, il existe des gyromètres typer laser ou à fibre optique.

Gyrolaser et fibre optique

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.2.5. Centrale inertielle - Inertial Reference Unit (IRU) (suite)

Le gyromètre typer laser ou à fibre optique a pour avantage :

​

• absence de masse tournante et fonctionnement optique,

• informations en sortie en numériques,

• mesure linéaire, stable et de grande précision,

• mise en route instantanée,

• peu de pièces et extrêmement fiable.

Gyrolaser et fibre optique

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.2.5. Centrale inertielle - Inertial Reference Unit (IRU) (suite)

Oscillateur double constitué d’un laser à gaz.

​

Sa cavité résonnante, triangulaire ou carrée, dont les sommets sont matérialisés par des miroirs, contient du plasma (hélium - néon).

Gyrolasers (RLG Ring Laser Gyroscope)

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.2.5. Centrale inertielle - Inertial Reference Unit (IRU) (suite)

La même onde optique, guidée par une fibre optique, est injectée par les deux extrémités.

Gyromètre à fibre optique (FOG ou Fiber Optics Gyroscope)

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.2.6. Alignements

- Le système inertiel de l’aéronef doit être aligné au système GPS pour garantir une continuité de données de position en cas de défaillance du système GPS.

​

- Cette opération se nomme l’alignement et il existe plusieurs méthodes pour aligner l’IRU.

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.2.6. Alignements

L’IRU s’aligne automatiquement dès qu’il est alimenté. Pendant toute la durée de l’opération (moins de 10 minutes), l’aéronef doit rester statique.

​

L’IRU se connecte automatiquement au système GPS.

​

Si le GPS n’est pas disponible, l’équipage peut :

• choisir la position de référence de l’aéroport, Airport Reference Point (ARP),

• insérer manuellement la position en latitude et longitude.

IR Complete Alignment

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.2.6. Alignements

Plus rapide, l’IRU tente toujours d’effectuer cet alignement en premier.

​

Pour être réalisé, cet alignement doit répondre à deux conditions :

• un Complete Alignment doit avoir été effectué,​

• l’aéronef ne doit pas avoir été déplacé de la position où le Complete Alignment a

été effectué.

IR Stored Heading Alignment

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​

5.2.6. Alignements

Lors d’un bref arrêt entre deux vols, les IRUs ne sont pas mis à l’arrêt et l’alignement met alors environ 30 secondes.

IR Fast Alignment

Multiple Select

horizon artificiel, cochez les bonnes réponses

• assiette

• inclinaison

• gyromètre

• gyroscope

Multiple Choice

je suis :

• en virage à droite, assiette léger piqué

• en virage à droite, assiette léger cabré

• en virage à gauche, assiette léger piqué

• en virage à gauche, assiette léger cabré

Multiple Choice

Indicateur de taux de virage :

• gyromètre

• gyroscope

Multiple Choice

Indicateur de taux de virage avec taux de virage standard soit 3°/s, l'avion met combien de minute pour faire un tour.

• 1 min

• 2 min

• 3 min

• 4 min

Multiple Select

pour un IRU, les différentes alignements sont

• Complete Alignment

• Stored Heading Alignment

• stopped alignment

• Fast Alignment

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

- Propriétés des gyroscopes​

- ​Instruments Gyroscopiques

​

​

​

​

6. AUTRES SYSTÈMES​

​

- Compas magnétique - Standby Compass

- L’enregistreur de vol (FDR)​

​- Système avertisseur de décrochage

​

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

- Propriétés des gyroscopes

Inertie gyroscopique

Fixité

La précession gyroscopique

Exemple de la moto

Gyromètre - gyroscope

​

​- Instruments Gyroscopiques

Horizon artificiel

Le conservateur de cap

Le compas gyromagnétique

Indicateur de taux de virage

Centrale inertielle - Inertial Reference Unit (IRU)

Alignements

​

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5. SYSTÈME GYROSCOPIQUE

​

5.2.5. Centrale inertielle - Inertial Reference Unit (IRU) (suite)

A l’intérieur nous retrouvons des cartes électroniques, des gyrolasers ainsi que des accéléromètres.