Brevet FR2463914A1 — publié le 19810227

1. La présente invention concerne un gyroscope à entraî- nement par gaz, avec source de gaz incorporée. Elle concerne plus par- ticulièrement des perfectionnements dans des gyroscopes à entraînement par gaz, perfectionnements qui augmentent le temps s'écoulant avant l'arrêt de la rotation sur vitesse acquise ou maintiennent des vitesses plus élevées du rotor pendant un temps déterminé. Des gyroscopes à entraînement par gaz qui contien- nent des sources de gaz incorporées et que l'on connaît possèdent un rotor à réaction entraîné par gaz dans une chambre et un gaz inerte comprimé dans une autre chambre. Le gaz s'échappe d'une chambre au moyen du perçage d'une mince paroi entre les chambres. Quand il -est libéré, le gaz s'écoule au travers de l'arbre creux du rotor et s'échappe par des passages à réaction dans le rotor de façon à le faire tourner. Des modifications de la pression du gaz peuvent alors débloquer la suspension du gyroscope aprèsla mise en rotation du rotor. Un exemple du type ci-dessus de gyroscope à entraî- nement à gaz est décrit en détail dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 393 569. Ce brevet est signalé ici à titre dé réfé- rence et l'une quelconque des variétés de gyroscopes entraînés par gaz représentés dans ledit brevet peut utiliser les perfectionne- ments de l'invention. Un avantage d'un gyroscope entraîné par gaz, comparé à un gyroscope à ressort, vient de ce qu'il a un rapport élevé entre l'énergie utilisable et son volume et son poids. L'énergie potentielle dans le gaz comprimé est rapidement transformée en énergie cinétique de rotation du rotor. Le "temps de ralentissement" du rotor concerne - la diminution progressive de sa vitesse en fonction du temps quand le gaz a été expulsé au travers des passages du rotor. Différentes pertes affectent le temps de ralentissement. L'une d'elles est pro- voqu6epar le rotor à réaction agissant comme pompe plutôt que comme turbine à réaction et agissant de façon à aspirer le gaz au travers de l'extrémité de l'arbre et à l'expulser par pompage hors des ori- fices de sortie du rotor, ce qui réduit l'énergie et provoque un ralen- tissement plus rapide du rotor. En conséquence, un but de l'invention est de four- nir un gyroscope à gaz perfectionné, avec un temps de ralentissement perfectionné, ou possédant une vitesse moyenne plus élevée pendant un temps de ralentissement déterminé. Un autre but de l'invention est de fournir un gyros- cope à gaz perfectionné avec des pertes réduites pendant le temps de ralentissement. Un autre but de l'invention est de fournir un dis- positif perfectionné pour couper l'écoulement du gaz dans un gyros- cope à gaz avec rotor à réaction. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se reportant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente une coupe d'un gyroscope à entratnement à gaz; - la figure 2 représente une coupe le long de la ligne Il-Il de la figure 1 au travers du rotor et de son arbre; - la figure 3 représente à une échelle agrandie une coupe de la soupape d'arrêt du rotor, qui est l'objet de l'invention et - la figure 4 représente un graphique montrant le fonctionnement perfectionné de l'invention. En bref, l'invention fournit, dans un gyroscope à gaz du type ayant un rotor à réaction entraîné par gaz dans une chambre et du gaz comprimé dans une autre chambre,et un moyen de blo- cage comportant un canal pour conduire le gaz comprimé dans le trou de l'arbre du rotor à réaction, le perfectionnement qui comprend une soupape fonctionnant à la pression, conçue pour admettre le gaz d'entrée dans les passages du rotor, mais pour bloquer l'écoulement du gaz au travers des passages du rotor quand le moyen de blocage est déconnecté. D'après la figure 1, le gyroscope comprend un bottier principal 1 et une portion 2 de bottier à gaz comprimé fixé au précédent par des vis 3. Le bottier principal détermine une chambre la contenant un rotor 4 à réaction à gaz monté sur un arbre creux 5. Le rotor est en alliage de tungstène à haute densité et l'arbre 5 est monté dans des roulements de précision 6 à grande vitesse supportés par l'anneau intérieur 7 de la suspension à la Cardan. L'anneau intérieur peut tourner dans l'anneau extérieur 8 de la suspension qui, à son tour, est supporté dans des roulements 9 dans le bottier 1. Le rotor et la suspension sont "bloqués" avant la libération du gaz, au moyen d'un mécanisme de blocage représenté globalement en 10. Des détails du fonctionnement du mécanisme de blocage et de déblocage peuvent être retrouvés dans le brevet cité plus haut. Il suffira de noter que le mécanisme 10 comprend un pis- ton Il qui est relâché au début et mis en place par la pression du gaz, et qui est ensuite forcé de*soulever le manchon de blocage 12 contre une portion conique 13 de1l'arbre du rotor. Quand la diffé- rence de pression de gaz tombe à une valeur prédéterminée, le man- chon 12 est reculé et le rotor ainsi que la suspension sont débloqués. Le mécanisme de blocage sert également de canal pour amener le gaz comprimé d'un passage intermédiaire 14 vers l'intérieur de l'arbre creux 5 du rotor. Toutefois, quand le manchon 12 est reculé, le conduit est déconnecté de l'arbe creux, qui a libre accès à l'inté- rieur du bottier 1. La portion de bottier détermine une chambre 2a à gaz comprimé qui communique avec les orifices du mécanisme de blo- cage par le passage de liaison intermédiaire 14 quand un disque mince 15 est percé d'une façon connue par un piston 16 à propulsion pyrotechnique fonctionnant électriquement. Le fonctionnement du mécanisme de perçage qui libèretle gaz inerte comprimé depuis le bottier 2 au travers du passage 14 ne fait pas partie de l'invention, et des détails de divers types appropriés de mécanismes peuvent être trouvés en se reportant au brevet ci-dessus mentionné. En se reportant à la figure 2, la section droite au travers des passages de gaz du-rotor 4 montre qu'il existe un certain nombre de buses 20 réparties à la circonférence, et que l'arbre 5 comporte également plusieurs orifices 21 d'admission de gaz répartis à la circonférence et communiquant librement avec les buses 20. En fonctionnement, un gaz inerte, de préférence de l'azote, comprimé à 211 kg/cm2 est contenu dans le bottier 2 et il est mis en communication au travers du passage 14 et du mécanisme de blocage 10 avec l'irtérieur de l'arbre 5, et de là avec les buses 20 du rotor par l'intermédiaire des orifices 21. Cela fait tourner le rotor 4 à grande vitesse, de préférence de 36 000 à 50 000 tr/min, suivant la dimension de la chambre à gaz et l'utilisation particu- lière à laquelle le gyroscope est destiné. Quand la pression de gaz dans la chambre la du bottier principal tombe à une valeur prédéter- minée, le mécanisme 10 rel8che le rotor et la suspension, ce qui débranche le canal menant au passage 14. La description ci-dessus concerne une structure conventionnelle connue et elle est décrite plus complètement dans le brevet ci-dessus mentionné. Selon la présente invention, on a disposé dans l'arbre 5 du rotor une soupape 25 répondant à la pres- sion et poussée par un ressort. La soupape comporte un piston 26 qui, avant la libération du gaz, est disposé comme indiqué sur la figure 1. Le report à la figure 3 montre que la soupape 25 comporte une tige 27 glissant dans l'alésage 28 de l'arbre 5 du rotor.. Un ressort 29 autour de la tige maintient normale- ment le piston 26 dans la position en.trait interrompu représentée en 26', de sorte que le piston bloque la communication entre l'extré- mité de l'arbre et les orifices à gaz 21 menant aux buses du rotor. Un écrou taraudé 30 complète la soupape. Le relâchement de la pres- sion de gaz entre le bottier à gaz comprimé et l'extrémité de l'arbre 5, au travers du mécanisme de blocage, force le piston 26 à se déplacer vers la position en trait plein de la figure 3. La diminution de la différence de pression le long du piston 26 quand le gaz d'entrée se détend lui permet de retourner à la position 26'. Dans cette position, il bloque l'écoulement de gaz au travers de l'arbre 5 vers les entrées de buses du rotor. Le fonctionnement de l'invention est le suivant. Quand le gyroscope à gaz est actionné par le mé- canisme à feu 16 de rupture du disque 15 et que le gaz peut s'écou- ler au-delà du mécanisme de blocage dans l'arbre du rotor, le piston 26 se déplace pour permettre au gaz de s'écouler au travers des buses et de faire tourner le rotor 4. Le gyroscope est débloqué de façon normale. Quand la pression tombe à une valeur prédéterminée, le piston 26 retourne sous l'action du ressort et il bloque la circulation de gaz entre l'intérieur de l'arbre 5 et les entrées de buses du rotor. De cette façon, le rotor 4 ne peut pomper des quantités de gaz pendant le temps de ralentissement. La roue peut tourner sur sa vitesse acquise sans aspirer de gaz ou d'air au travers des buses du rotor. Cela augmente sensiblement le temps de ralentissement nécessaire pour atteindre une vitesse prédéterminée, ou bien cela augmente sen- siblement la vitesse moyenne pour un temps de ralentissement choisi. L'examen de la figure 4 montre le perfectionnement réalisé sur une application typique. Le graphique de la figure 4 représente le temps sur l'axe horizontal en fonction de la vitesse de rotation du rotor sur l'axe vertical. La courbe inférieure A montre une diminution de la vitesse en fonction du temps dans un gyroscope à gaz du type décrit dans l'invention, et la courbe supé- rieure B montre une courbe caractéristique de ralentissement avec adjonction de l'invention dans le même gyroscope. On vient ainsi de décrire un gyroscope entratné par gaz, qui améliore sensiblement la caractéristique de ralentis- sement du gyroscope après arrêt du gaz moteur, ce qui est réalisé par un simple mécanisme de soupape répondant à la pression et chargée par un ressort. D'autres formes équivalentes de soupapes pour bloquer l'écoulement du gaz vers le rotor à réaction après que le gaz moteur a été dépensé font partie de l'invention. Bien entendu, diverses modificat&ns peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui vien- nent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Gyroscope à entraînement à gaz du type ayant un bottier avec une première et une seconde chambre, la première chambre (2a) contenant un gaz sous pression, la seconde chambre (la) comprenant un rotor (4) tournant sur un arbre creux (5), cet arbre ayant des orifices d'admission de gaz et ce rotor ayant des buses (20) de réaction de gaz disposées pour recevoir le gaz des orifices d'admis- sion (21) et faire tourner le rotor, un moyen de blocage (10) compor- tant un canal pour l'admission sélective de gaz à partir de la pre- mière chambre (2a) dans ledit arbre creux (5), et un moyen pour séparer ledit canal du moyen de blocage (10) de l'arbre après la mise en rotation du rotor (4), caractérisé en ce qu'il comprend une soupape répondant à la pression (25), placée sur l'arbre (5) du rotor et conçue pour fermer l'écoulement de gaz entre l'arbre creux et les buses (20) du rotor après que le canal du moyen de blocage a été débranché. 2. Gyroscope selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape (25) comprend un piston (26) glissant axialement, disposé dans l'arbre creux (5). 3. Gyroscope selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape répondant à la pression (25) comprend un piston (26) glissant axialement et possédant un ressort (29) qui pousse le pis- ton vers une position empêchant l'écoulement de gaz entre l'arbre et lesdits orifices d'admission (21) après que la pression au travers du piston a été réduite à une valeur prédéterminée. 4. Gyroscope à entraînement à gaz, caractérisé en ce qu'il comprend un premier bottier définissant une première chambre (2a) contenant un gaz sous pression, un second bottier déterminant une seconde chambre (la) contenant un rotor (4) et une suspension à la Cardan (7, 8) supportant en rotation ledit rotor, celui-ci étant disposé sur un arbre creux (5) ayant des orifices d'admission de gaz (21), ledit rotor ayant des buses de réaction à gaz (20) dis- posées pour recevoir le gaz des orifices d'admission (21) pour faire tourner le rotor, un moyen de blocage (10) comportant un canal relié de façon à admettre le gaz entre la première chambre et l'arbre creux, ledit moyen de blocage maintenant également les éléments de suspension à la Cardan, des moyens conçus pour séparer le canal de blocage de l'arbre creux après que le rotor s'est mis en rotation et pour débloquer la suspension, une soupape (25) ré- pondant à la pression et comprenant un piston (26) glissant axiale- ment placé dans l'arbre creux (5) et comportant un ressort (29) poussant ledit piston vers une première position de blocage de l'écoulement du gaz entre l'arbre (5) et les orifices d'admission de gaz (21), le piston répondant à la pression de gaz qui le déplace vers une seconde position débloquant les orifices d'admission de gaz (21), la soupape glissant pour admettre l'écoulement de gaz vers les buses (20) du rotor quand le gaz est admis dans l'arbre creux, et la soupape revenant pour bloquer l'écoulement de gaz vers les orifices (21) du rotor quand l'arbre est débranché du canal pendant le déblocage de la suspension du rotor.