INSTRUMENTS   DE   VOL

LE DIRECTIONNEL




Comme pour l'indicateur de virage ou l'horizon artificiel, nous considérons que les notions sur le principe de fonctionnement d'un gyroscope sont acquises.

But du directionnel ou conservateur de cap

Le directionnel ou conservateur de cap est un gyroscope qui fournit une information de cap. Son inertie est suffisante pour ne pas subir les perturbations et accélérations parasites comme le compas magnétique, ce qui permet une tenue de cap suffisamment stable pour effectuer des changements de caps précis.

Présentation du directionnel

Directionnel à rose horizontale

C'est le modèle le plus ancien avec défilement du cap horizontal. La partie visible représente environ 60° avec une ligne de foi au centre.
En bas un bouton permet de recaler le directionnel.
Ce type de directionnel est généralement à alimentation pneumatique.

Directionnel Cadran Horizontal.png

Directionnel à rose verticale

C'est le modèle le plus utilisé actuellement.
Un mécanisme permet de transformer les déplacements autour de l'axe vertical en une rotation sur l'axe horizontal qui supporte la rose. Voir schéma d'un directionnel ci-dessous.
La rose peut-être fixe et une aiguille indique le cap, ou la rose est entraînée directement et une maquette fixe représentant une silhouette d'avion sert de ligne de foi. Un bouton (en bas à droite) permet de déplacer un index pour sélectionner un cap ou une mémoire de cap à maintenir.
Avantage meilleure lecture et évite les confusions de caps.

Directionnel cadran vertical

Schéma d'un directionnel

Un bouton de réglage permet de recaler le conservateur de caps par rapport au compas magnétique. Pour obtenir un affichage correct cette opération doit se faire en ligne droite et inclinaison nulle.

Directionnel boitier

Systèmes d'alimentation des directionnels

Alimentation pneumatique

Comme pour l'horizon artificiel, le rotor du gyroscope est constitué d'une turbine à air.
Les jets d'air peuvent provenir soit d'une pression en amont, soit d'une dépression en aval. En général on préfère la deuxième solution qui supprime en partie les remous et diminue les frottements.
La vitesse de rotation du rotor du gyroscope est de l'ordre de 10 000tr/min à 15 000tr/min .

Alimentation électrique

Là aussi comme pour l'horizon artificiel le rotor du gyroscope est constitué par un moteur asynchrone triphasé en 26 volts/400 Hz ou en 115 volts/400 Hz.

Détecteur de panne

En général un drapeau d'alarme Flag apparaît sur le cadran pour signaler un défaut d'alimentation du gyroscope ou une baisse de la pression ou de la dépression si l'alimentation est pneumatique (Voir ci-dessus).

Principe de fonctionnement

Le directionnel ou conservateur de cap est un instrument ayant une inertie suffisante pour pouvoir garder un certain temps la direction initialement sélectionnée.
Il se compose d'un gyroscope à deux cadres et à axe horizontal suspendu à la cardan. La direction de son axe est quelconque sans référence initiale, il faudra donc lui fournir une origine par recalage manuel ou automatique sur une référence choisie.   Compas gyromagnétique .
Le cadre intérieur est horizontal et supporte le rotor du gyroscope. Le cadre extérieur est vertical et est solidaire d'une rose de cap, soit directement (ancien directionnel) soit par l'intermédiaire d'engrenages (nouveau directionnel).
Un système érecteur maintient les deux cadres perpendiculaires l'un par rapport à l'autre ( non représenté ci-dessous).
Un bouton de sélection faisant pivoter l'ensemble permet le recalage du cap désiré.
L'ensemble est contenu dans un boitier comportant une fenêtre avec une ligne de foi (ancien directionnel) ou une silhouette d'avion dont la pointe sert de ligne de foi (nouveau directionnel).

Directionnel schema de principe

L'axe du gyroscope X X' contenu dans un plan horizontal est monté dans un cadre intérieur. Le cadre intérieur est articulé dans un cadre extérieur, suivant l'axe Y Y' et le cadre extérieur est mobile autour de l'axe Z Z' à l'intérieur du boîtier qui est solidaire de l'avion.

Les systèmes érecteurs

L'axe du gyroscope s'écarte en permanence de la verticale locale par suite d'un certain nombre de causes.   Causes des inexactitudes des indications
Le but du système érecteur est de maintenir l'axe du gyroscope horizontal. Ce principe sera réalisé en maintenant en permanence les deux cadres perpendiculaires l'un par rapport à l'autre à long terme (vitesse d'érection faible).
Suivant le système d'alimentation pour l'entraînement du gyroscope, le système érecteur sera pneumatique ou électrique.

Système érecteur pneumatique

Le rotor du gyroscope est constitué d'une turbine alimentée par un jet d'air sortant d'une tuyère solidaire du cadre vertical (extérieur). Ce jet d'air provoque une force F tangentielle sur le rotor lorsque les deux cadres sont perpendiculaires.

Directionnel Erecteur Rotor Pneu

Lorsque les deux cadres ne sont plus perpendiculaires la force F se décompose en :
- Ft composante tangentielle au rotor
- Fn composante suivant l'axe du rotor provoque un moment Directiionnel Lettre mFn perpendiculaire à Directiionnel Lettre omegad'où un mouvement de précession assurant le redressement du cadre intérieur par rapport à sa position initiale.

Directionnel Erecteur Pneumatique schema

Système érecteur électrique

Un dispositif formé de deux demi-disque isolés entre eux électriquement et solidaires du cadre intérieur (cadre horizontal) détecte la non perpendicularité des deux cadres.
Un curseur solidaire du cadre vertical fournit l'alimentation à un moteur-couple à deux enroulements permettant ainsi au moteur de tourner dans les deux sens.
- Le curseur est sur la position isolante le moteur-couple n'est pas alimenté.
- Le curseur est en contact avec le demi-disque A le moteur-couple tourne dans un sens.
- Le curseur est en contact avec le demi-disque B le moteur-couple tourne dans l'autre sens.

Directionnel Erecteur electrique curseur

Lorsque les deux cadres ne sont plus perpendiculaires, le curseur rentre en contact avec l'un des deux demi-disque permettant l'alimentation de l'un des enroulements du moteur-couple qui produit un couple sur le gyroscope.
Celui-ci est alors soumis à un mouvement de précession ramenant Directiionnel Lettre H sur Directiionnel Lettre C1 ou Directiionnel Lettre C2
Ce moment cessera lorsque le curseur du dispositif érecteur reviendra frotter sur la partie isolante séparant les deux demi-disque.
Ce moteur-couple est fixé généralement à la partie basse du cadre vertical.

Directionnel Erecteur electrique

Système érecteur à niveau

Sur certains directionnels un niveau à goutte de mercure solidaire du cadre intérieur et parallèle à l'axe du rotor, détecte l'erreur et permet par l'intermédiaire d'électrodes l'alimentation d'un moteur-couple pouvant tourner dans les deux sens. Voir horizon artificiel érecteur électrique.

Causes des inexactitudes des indications

L'axe du gyroscope s'écarte en permanence de la verticale locale par suite d'un certain nombre de causes :
- La rotation terrestre
- Le déplacement de l'avion par rapport à la terre
- Les imperfections mécaniques notamment le frottement sur les axes
- L'influence de l'inclinaison latérale et transversale de l'avion
En cumulant toutes ces causes, les dérives gyroscopiques peuvent atteindre 10° en 15 minutes. Il est donc nécessaire de recaler à intervalles réguliers le directionnel.

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