INSTRUMENTS   DE   VOL

COMPAS GYROMAGNÉTIQUE


But du compas gyromagnétique

Le compas gyromagnétique est un compas dont le conservateur de cap est recalé sur une référence donnée par un détecteur à induction.
Son but est :
- de fournir au pilote une indication de cap précise
- de fournir au pilote automatique une référence de cap à conserver
Il se compose :
- d'un détecteur de champ magnétique (vanne de flux)
- d'un asservissement d'azimut
- d'un amplificateur
- d'un gyroscope directionnel (DG)
Il peut fonctionner:
- en compas gyromagnétique (utilisation normale)
- en directionnel classique (utilisation secours)
Ci-dessous le compas gyromagnétique Bezu type 230

Gyro Bezu

Détecteur de champ magnétique - vanne de flux

Cet ensemble se présente extérieurement sous la forme d'un boitier semi-sphérique en forme de bol. Dans ce boîtier se trouve une vanne de flux qui est suspendue pendulairement par une transmission, à cadran. Cette vanne est libre d'osciller dans les limites de plus ou moins 25° autour des axes de roulis et de tangage mais elle est solidaire de l'avion en azimut. Le bol est partiellement rempli de liquide afin d'amortir les oscillations de la vanne de flux. L'ensemble est installé dans un endroit éloigné et libre de toute influence perturbatrice, généralement en bout d'aile ou dans la dérive.

Gyro Vanne de flux

Coupe d'une vanne de flux

Gyro coupe Vanne de flux

Vanne de Flux

La vanne de flux se présente sous la forme de 2 roues à trois rayons, accouplées par leur axe, leur jante étant chacune sectionnée en 3 tronçons égaux. Les sections de jante constituent des épanouissements polaires et permettent une meilleure canalisation des lignes de force CMT à l'intérieur des rayons.
Chaque rayon comporte deux bras: un bras inférieur et un bras supérieur réunis par le noyau central.
Sur ce noyau central est monté un enroulement d'excitation (primaire) alimenté en courant alternatif 400 Hz.
Chaque rayon possède un enroulement de détection (secondaire) bobiné autour des deux bras.

Gyro Detecteur

Fonctionnement de la vanne de flux

Le dispositif utilise un phénomène fondamental de l'électromagnétisme: l'apparition d'une f.e.m. ( force électromotrice) induite dans un circuit soumis à une variation de champ d'induction magnétique.
Ce phénomène se complique dans la vanne de flux du fait que le  Lettre CMT peut être considéré comme fixe en un point de la trajectoire de l'avion: un artifice est alors utilisé pour créer une variation fictive du champ magnétique dû à CMT , il consiste à provoquer une saturation cyclique du noyau ferro-magnétique autour duquel est bobiné le circuit recevant la f.e.m. induite (circuit secondaire).
Considérons un élément de la vanne de flux (bras dédoublé + noyau central. (Voir dessin ci-dessous)
Pour une alternance du courant primaire les deux parties du bras sont parcourues en sens inverse par l'induction primaire, et celle-ci est telle que la saturation du milieu est provoquée pendant une partie de l'alternance

Gyro schema CMT

Cette situation est (comme le courant primaire) périodique, c'est à dire qu'elle se produit 800 fois par seconde puisque chaque alternance du courant à 400 Hz la provoque.
Tout ce passe donc comme si le CMT faisait une apparition cyclique à la fréquence de 800Hz dans le bras duquel est bobiné le circuit secondaire . Celui-ci est donc le siège d'une f.e.m. induite par la composante du  Lettre CMT qui le traverse et qui est définie par l'orientation du bras par rapport au  Lettre CMT .
Comme la vanne de flux comporte trois bras identique à 120°, chacun crée dans son circuit secondaire une f.e.m. induite par la composante du CMT qui le traverse  Lettre CMT 4
Le bobinage secondaire est monté en étoile et restitue à chaque instant trois f.e.m. en phase mais de valeurs efficaces différentes.

Gyro double detecteur

Indicateur principal

C'est l'instrument qui fournit les indications visuelles du cap magnétique.
Il comporte:
- un gyroscope directionnel classique
- un synchro-comparateur de la vanne de flux
- un synchro-transmetteur pour répétiteurs
- un dispositif de recalage en azimut
- un avertisseur d'écart
- un système de synchronisation rapide.

Le gyroscope directionnel

Le gyroscope directionnel DG est à alimentation électrique 26 volts, 400 Hz. La rotation du cadre extérieur du gyroscope est transmise au cadran par l'intermédiaire de 2 couronnes coniques identiques, l'une solidaire du cadre extérieur, l'autre de la rose de l'indicateur.
Cette rose tourne devant un repère fixe permettant l'indication de cap.
Comme tout directionnel classique, il est équipé d'un dispositif érecteur en site qui maintient à longue échéance les 2 cadres orthogonaux. Ce dispositif de recalage de site à bague et balais alimente en 8 volts et 400 Hz la phase variable du moteur-couple commandant la précession de l'anneau inférieur.

Détecteur angulaire de site

Gyro détecteur angulaire

Le synchro-comparateur de la vanne de flux

Ce synchro est placé derrière la rose. Son rôle est de produire une tension qui est fonction de l'écart entre la position du gyroscope et la direction du champ magnétique terrestre détectée par la vanne de flux.
Cette tension amplifiée et discriminée, sera utilisée pour faire précessionner le gyroscope en azimut, jusqu'à ce que l'écart soit complètement annulé.
Le stator alimenté par les "3 tensions secondaires" de la vanne de flux est fixé au boitier de l'indicateur principal. Le rotor est isolé sur l'axe d'entraînement de la rose de l'indicateur.

Le synchro-transmetteur pour répétiteurs

Son but est de répéter l'indication de cap de l'indicateur. C'est un "autosyn" dont le stator est solidaire du boîtier, le rotor est calé sur l'axe entraînant la rose, alimenté sous 26 volts 400 Hz.

Le dispositif de recalage en azimut

Deux bobines montées symétriquement sur le cadre extérieur de chaque côté d'un plan horizontal passant par l'axe de rotation du gyroscope sont alimentées par le signal d'écart amplifié.
L'extrémité du rotor du gyroscope adjacent aux bobines porte une plaque de cuivre hémisphérique. Lorsque le rotor tourne , des courants de Foucault prennent naissance dans les surfaces en regard des bobines de précession. Ils créent de forces électromagnétiques sur la face du rotor et de fait, des forces sont exercées sur le cadre inférieur.

L'avertisseur d'écart

L'avertisseur d'écart à pour rôle d'indiquer si la lecture sur l'indicateur et la direction détectée par la vanne de flux sont ou ne sont pas les mêmes. Lorsqu'elles sont ne sont pas les mêmes un voyant représentant un point ou une croix suivant le sens de l'écart apparait en haut et à droite de l'indicateur principal.
L'avertisseur est constitué par un petit relais polarisé commandé par la différence des courants circulant dans les bobines de précession. Ces enroulements sont branchés en parallèle sur les bobines de précession.
Par suite des oscillations constantes de la vanne de flux pendant le vol, point et croix apparaissent alternativement dans le voyant. Ces apparitions sont normales et signalent le bon fonctionnement du compas.

Le système de synchronisation rapide

Un bouton placé en bas et à gauche de l'indicateur est utilisé pour synchroniser rapidement le gyroscope directionnel avec le cap détecté par la vanne de flux, en utilisant l'avertisseur d'écart. En poussant le bouton la fermeture d'un interrupteur désaccouple le gyroscope de l'axe supportant le rotor du synchro de la vanne de flux. La mise en rotation de ce bouton permet alors de synchroniser manuellement le système en faisant tourner l'axe du rotor de ce synchro jusqu'à ce que le signal d'écart s'annule. Le bouton est alors relâché et le rotor du synchro redevient solidaire du cadre externe du DG

L'amplificateur

L'amplificateur remplit plusieurs fonctions:
- Détection de la phase des signaux d'écart et amplification en puissance de ceux-ci afin d'alimenter les bobines de précession du gyroscope, contenus dans l'indicateur principal.
- Alimentation générale du compas gyromagnétique.

Les répétiteurs

De même que l'indicateur principal ( DG), les répétiteurs comportent une rose de caps mobile devant un index fixe et un index de cap à suivre réglable par bouton.

Schéma complet d'un gyromagnétique

Gyro Magnetique schema

Fonctionnement et utilisation

Lorsque des courants de même intensité circulent dans les deux bobines de précession, des forces  Lettre F1 F2 égales et de sens opposé sont appliquées au cadre intérieur du gyroscope ce qui se traduit par un couple dont le moment par rapport à 0 (centre du rotor) est dirigé suivant l'axe de gyroscope et n'a donc aucun effet sur la direction de celui-ci.

Lorsque l'intensité du courant circulant dans l'une des bobines de précession augmente, la force exercée par cette bobine sur la cadre augmente, le moment résultant  Lettre Moment n'est plus dirigé suivant l'axe du gyroscope.
L'axe du gyroscope va donc se déplacer pour venir par le plus court chemin vers le moment résultant  Lettre Moment .
Il faut noter que, suivant le sens de la désynchronisation du DG, le signal d'écart induit dans le rotor du synchro de vanne de flux (amplifié et discriminé) a une phase qui est déterminée et permet donc d'alimenter les bobines de précession d'une manière dissymétrique : le moment résultant n'est plus alors aligné avec l'axe du gyroscope et la précession est provoquée jusqu'à ce que la symétrie soit rétablie.

Schématisation du dispositif d'asservissement en azimut

Gyro schema asservissement

Utilisation

Au démarrage de l'instrument le recalage du directionnel ( qui a une orientation quelconque) sur la référence de la vanne de flux doit se faire à l'aide de la synchronisation rapide. En effet cette opération de calage inital prendrait trop de temps si on laissait agir les bobines de précession.
On tourne pour cela le bouton de synchronisation rapide:
- dans les sens horaire si la croix est apparente dans l'indicateur d'écart
- dans le sens anti-horaire si c'est le point qui est apparent
Cette manœuvre fait tourner la rose et le rotor du synchro de vanne de flux et le bouton doit être relâché dès que le signal d'écart ( croix ou point) disparait dans l'indicateur, la synchronisation est alors réalisée.

Inconvénients

Lors de la mise en virage le directionnel provoque une erreur d'affichage du cap qui est d'environ , pour des inclinaisons de 30°.
Durant les virages la vanne de flux étant suspendue pendulairement, le compas présente une erreur de changement de Nord. La vitesse de l'asservissement en azimut doit donc être limitée pour éviter la prise en compte trop rapide de cette erreur par le directionnel. C'est pourquoi cette vitesse résulte d'un compromis (comme la vitesse d'érection d'un horizon artificiel) de l'ordre de 2 à 4 degrés par minute.

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