Brevet FR2418922A1 — publié le 19790928

La présente invention se rapporte en général aux dispositifs gyroscopiques et, plus particulièrement, à de tels dispositifs possédant une suspension à faible couple pour l'axe sensible tout en maintenant la liberté angulaire normale. lies dispositifs gyroscopiques, comme par exemple les gyros directionnels, font usage de roulements à billes pour leur suspension de Cardan. Avec cet agencement, la dérive est généralement de 7 à 50 par heure en raison des couples engendrés par les frottements des roulements à billes et des bagues de liaisons tournantes. Une amélioration appréciable du taux de dérive est obtenue par l'utili- sation de détecteurs permettant de procurer une suspension de Cardan sensiblement dépourvue de couples de frottement. Cependant, ces détecteurs limitent la liberté du flotteur de gyro à environ 1 à 20. Pour certaines applications, comme dans le cas des tanks ou d'autres véhicules militaires, pour lesquels des gyros directionnels sont utilisés dans des systèmes de navigation terrestre, l'angle d'inclinaison du véhicule provenant de terrains en pente peut aller jusqu'à + 400. I1 est par conséquent nécessaire de prévoir un gyro directionnel suceptible de s'adapter à de telles conditions tout en évitant au gyro de culbuter et en maintenant son axe de rotation propre dans un plan horizontal de référence . La présente invention vise une suspension double permettant d'atteindre ce résultat. Par conséquent, la présente invention se rapporte à un dispositif gyroscopique possédant un agencement de suspension double pour son axe sensible. Ce résultat est obtenu en utilisant, par exemple, un gyro inertiel ayant au moins un seul degré de liberté comme élément inertiel, permettant ainsi de réaliser une suspension à faible couple. lie gyro est supporté par une suspension de Cardan pour procurer la liberté angulaire normale autour d'un axe de niveau. La suspension de Cardan, à son tour, est supportée par une armature afin de procurer une liberté angulaire non limitée autour de l'axe de la suspension de Cardan. Un transmetteur de type synchro détecte le déplacement angulaire de la suspension de Cardan autour de son axe et délivre un signal proportionnel au déplacement angulaire par rapport à l'élément inertiel de référence. Cet agencement comprend deux boucles d'asservissement, à savoir: une boucle de-calage et ca2e une boucle de niveau.La boucle de calage7lta-rmature du gyro autour de son élément sensible (flotteur) au moyen d'un moteur-couple de calage, permettant ainsi de compenser les couples de frottement engendrés par les roulements à billes de la suspension de Cardan et les conducteurs électriques agissant sur les pivots de l'axe de niveau. lia boucle de niveau permet de maintenir l'axe de rotation propre du gyro dans un plan horizontal de référence au moyen d'un détecteur de niveau et d'un moteur-couple de niveau. Cet obJet et ces caractéristiques et d'autres encore de la présente invention apparaitront plus clairement de la description détaillée qui suit ainsi que de l'unique figure du dessin y annexé représentant un dispositif gyroscopique agencé selon l'invention, étant bien entendu que ce dessin n'est donné qu'à titre d'exemple nullement limitatif. L'Agencement selon l'invention d'un dispositif gyroscopique est représenté comme comprenant un gyro désigné dans son ensemble par le numéro de référence 2 et possédant une armature 4 dont les/exRrémités sontnumérotées 6 et 8. L'extrémité 6 de l'armature 4 présente un pivot 10 tandis que l'extrémité 8 présente un pivot 12. lie pivot 10 est tourillonné au moyen d'un roulement à billes 14 dans une extrémité d'une suspension de Cardan 16 définissant, par exemple, un axe d'azimut "A" d'un gyro directionnel,tandis que le pivot 12 est tourillonné au moyen d'un roulement à billes 18 dans l'extrémité opposée de la suspension de Cardan 16. li'armature 4 est ainsi susceptible de se déplacer autour d'un axe de niveau "N". Cet axe de niveau coïncide avec l'axe de sortie du gyro 2, lequel constitue l'axe sensible du dispositif gyroscopique. lie pivot 12 touriIFnné dans une extrémité de la suspension de Cardan 16 supporte le rotor d'un moteur-couple de calage 20. La suspension de Cardan 16 présente sur l'un de ses côtés un pivot 22 et sur l'autre de ses côtés un pivot 24. lie pivot 22 est tourillonné au moyen d'un roulement à billes 26 dans un côté d'une armature 28 dispositif gyroscopique et le pivot 24 est tourillonné au moyen d'un roulement à billes 30 dans le côté opposé de l'armature 28. La suspension de Cardan 16 est donc susceptible de se déplacer autour de l'axe d'azimut l'At'. lie pivot 22 tourillonné dans un côté de l'armature 28 supporte le rotor d'un synchro-générateur d'azimut 32 porté par un côté de l'armature 28, tandis que le pivot 24 tourillonné dans l'autre côté de l'armature 28 supporte le rotor d'un moteur-couple de niveau 34 porté par l'autre côté de armature 28. lie synchro-générateur d'azimut 32 procure un signal dtin- formation d'azimut, tandis que le moteur-couple de niveau 34 coopère avec un détecteur de niveau 36 porté par l'armature de gyro 4 pour maintenir l'axe de rotation propre "R" du gyro dans un plan horizontal de référence. La configuration électrique de l'agencement selon l'invention comprend deux boucles -'asservissement, à savoir: une boucle de calage et une boucle de niveau. lia boucle de calage cale l'armature de gyro 4 autour de son élément sensible (flotteur3, permettant ainsi de compenser les couples de frottement engendrés par les roulements à billes 14 et 18 et les conducteurs électriques associés aux pivots 10 et 12. A cet effet, un capteur classique 38 de type "E" est connecté par un amplificateur de calage 40 au moteur-couple de calage 20. La boucle de niveau maintient l'axe de rotation propre du gyro 2 dans le plan horizontal de référence au moyen du détecteur de niveau 36 connecté par un amplificateur de niveau 42 au moteur-couple de niveau 34. A ce sujet, on remarquera que le détecteur de niveau 36 est représenté comme étant formé d'un commutateur électrolytique classique dénommé commutateur à bulle. Cependant, il doit être entendu que tout commutateur de type pendulaire pourrait être utilisé. lie gyro 2 est un gyro inertiel qui est utilisé comme élément inertiel du dispositif gyroscopique. Un gyro convenant à cet usage est un gyro à un seul degré de liberté du type possédant une suspension de Cardan hydrostatique, tel que décrit dans le brevet Américain NO 3 803 924. Ce gyro comprend un rotor monté sur roulements à billes de facon à pouvoir tourner autour de l'axe de rotation propre. lie rotor est disposé dans un boiter, le rotor et le boîtier formant un élément de suspension de Cardan ou flotteur. lie flotteur est disposé dans une armature, qui est armature 4 du présent agencement, et supporté de manière hydrostatique. Un liquide circulant au moyen d'une pompe procure les poussées axiale et radiale destinées à supporter le flotteur,de sorte qu'il en résulte un agencement de palier hydrostatique à très faible couple. Il doit être entendu que d'autres types de gyros performants pourraient etre uti'isés, comme par exemple un gyro dont le flotteur serait supporté zar un gaz, un champ électrostatique ou un champ électromagnétique. Egalement, un gyro à deux degrés de liberté pourrait être aussi utilisé, comme celui fabriqué par "Teledyne Bystems Co." et vendu sous la référence SDCw Il apparaît ainsi que la suspension double selon l'invention est obtenue au moyen d'une suspension à très faible couple, interne à l'armature 4 du gyro 2, formée de l'agencement de palier hydrostatique mentionné ci-dessus et au moyen d'une suspension à roulements à billes, externe S armature 4, formée de l'agencement à roulements à billes composé des pivots 10 et 12 et des roulements à billes 14 et 18. La suspension à roulements à billes est nécessaire pour permettre les grands déplacements exigés par l'armature 28 de dispositif gyroscopique qui correspondent aux déplacements du véhicule qui peuvent survenir en raison de la configuration du terrain, comme il est précédemment mentionne. A cet égard, il est à remarquer que le flotteur du gyro 2 présente une liberté limitée (i à 20) autour de l'axe sensible (l'axe de niveau) et que la suspension à roulements à billes présente une liberté angulaire relativement grande + 400) autour de cet axe sensible. En ce qui concerne la boucle de calage, le capteur 38 et le moteur-couple 20 relient l'armature 4 au flotteur et le capteur 38 délivre un signal correspondant au déplacement du flotteur autour de l'axe sensible (l'axe de niveau). lie moteur-couple 20 répond à ce signal pour faire tourner l'armature autour de cet axe pour la caler autour du flotteur. En ce qui concerne la boucle de niveau, le détecteur 36 délivre un signal correspondant à la position de l'axe de rotation propre par rapport au plan horizontal de référence. lie moteur-couple 34 répond à ce signal pour faire précessionner l'armature 4 de maniere à maintenir l'axe de rotation propre dans le plan de référence. Par conséquent, de la description qui précède, il apparait maintenant que la présente invention vise un dispositif gyroscopique pourvu d'un agencement original de suspension double. Ce résultat est obtenu en utilisant un gyro qui définit l'axe sensible du dispositif gyroscopique et en le supportant dans une suspension de Cardan qui, à son tour, est supportée dans l'armature du dispositif gyroscopique. Selon l'invention, il est fait usage d'un gyro à un seul ou deux degrés de liberté et il est prévu un agencement qui permet une liberté angulaire normale, c'est-à-dire de l'ordre de + 400 autour d'un axe de niveau et une liberté angulaire non limitée (3600) autour d'un axe d'azimut. Une boucle d'asservissement de calage permet de compenser les couples de frottement du système et une boucle d'asservissement de niveau permet de maintenir l'axe de rotation propre du gyro dans un plan horizontal de référence. REVENDICATIOgS 1. Dispositif gyroscopique à suspension double, caractérisé en ce qu'il comprend:un gyro ayant au moins un degré de liberté et possédant une armature, un flotteur et un moyen à faible couple pour supporter le flotteur dans l'armature, ce gyro définissant un premier axe et le flotteur présentant un déplacement angulaire limité autour de ce premier axe; une suspension de Cardan définissant un second axe; un moyen de palier associé à la suspension de Cardan et à l'armature de gyro et supportant cette armature dans la suspension de Cardan afin de permettre un déplacement angulaire relative- ment grand de l'armature autour du premier axe; une armature de dispositif gyroscopique; et un moyen assoeié a la suspension de Cardan et à cette dernière armature afin de permettre iui déplacement angulaire non limité de la suspension de Cardan autour du second axe. 2. Dispositif selon la revendication í, caractérisé en ce qu'il est prévu une boucle d'asservissement pour caler l'armature de gyro autour du flotteur. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la boucle d'asservissement comprend un capteur et un moteur-couple couplant l'armature de gyro au flotteur, ce capteur délivrant un signal correspondant au déplacement du flotteur autour du premier axe, et le moteur-couple étant connecté électriquement au capteur et sensible au signal qu'il délivre pour faire tourner l'armature de gyro autour du premier axe afin de caler cette armature autour du flotteur. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gyro définit un axe de rotation propre, et en ce qu'il est prévu une autre boucle d'asservissement pour maintenir cet axe de rotation propre dans un plan de référence. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'autre boucle d'asservissement comprend: un détecteur de niveau supporté par l'armature de gyro et destiné à délivrer un signal correspondant à la position de l'axe de rotation propre par rapport au plan de référence; et un moteur-couple connecté électriquement au détecteur de niveau et sensible au signal qu'il délivre pour faire précessionner l'armature afin de maintenir l'axe de rotation propre dans le plan de référence.