Comprendre l'effet gyroscopique

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C

christophe81

Compagnon
Chapeau pour la démonstration a laquelle mon cerveau d'enfant refuse de comprendre quoi que ce soit et continue de s' émerveiller devant le phénomène. Christophe militant pour l'abolition des maths :wink:
 
G

gégé62

Compagnon
mon cerveau d'enfant refuse de comprendre quoi que ce soit et continue de s' émerveiller devant le phénomène

Et pourtant je suis sûr que tu peux comprendre, justement avec un cerveau d'enfant c'est plutot un avantage...
L'explication est seulement à suivre ligne par ligne. J'ai envoyé plusieurs documents, ils expriment la même chose, mais de façon plus ou moins détaillée. Si tu désires comprendre le truc, je serais très heureux de te mettre sur la voie, et ce ligne par ligne. On peut y aller progressivement, de toutes façons il n'y a que 2 ou 3 étapes de raisonnement. Partons du croquis que j'ai posté en dernier, #88, c'est le plus simple.
A quel endroit butes-tu ?
 
C

christophe81

Compagnon
C est gentil à toi. Mais je pars de très loin et ayant subi un choc traumathématique scolaire... mon cerveau est hermétique:wink:
 
G

gégé62

Compagnon
OK je n'insiste pas
pourtant tes considérations sur la vitesse de la lumière m'avaient fait penser que........:-D
 
J

jacounet

Compagnon
Salut Gégé salut à tous .

Gégé je ne voudrais pas pourrir ton sujet ...je vais re et relire ton explication .
Par contre s'il y-a quelqu'un qui veut faire un gyroscope , y-a du boulot , d'abord faire le rotor/balourd de masse conséquente , au moins 500g ,à faire tourner à 20 000 t/mn au moins , donc avec un variateur de fréquence tri montant à 400 Hz , et faire 3 axes de liberté XYZ activant une sphère représentant la terre , un horizon artificiel quoi ...à vos tables à dessin .
A plus . Jac .
 
F

Fred69

Compagnon
y-a du boulot ...
Peut-être pas tant que ça. A partir d'un disque dur c'est un peu limite, mais pourquoi pas. Certains montent à 15000 t/mn, les plus performants.
A mon avis l’idéal serait d'utiliser un moteur de mini perceuse genre Dremel, ça peut tourner à 20 000 t/mn.
Je ne pense pas qu'il y ait absolument besoin d'un disque de 500gr. La difficulté sera peut-être l'équilibrage du disque.
Fred
 
G

gégé62

Compagnon
Gégé je ne voudrais pas pourrir ton sujet ...je vais re et relire ton explication
merci Jacounet,
s'il te plait, si tu coinces, dis moi où, ça m'aidera, j'ai le sentiment qu'il y a un endroit où je n'explique pas bien ma pensée, ça me désole, moi qui voudrais me croire un peu pédagogue.....

C'est plus fort que moi, il faut que je reprécise mon truc avec d'autres phrases:

1) d'abord on exerce un couple selon yy'. Pas trop fort, juste un petit couple...Plus l'inertie et la vitesse du gyro sont grandes, plus on a le droit d'exercer un couple important sans perturber la marche normale du gyro...
Mais au lieu de dire ça, on pourrait dire directement qu'on exerce sur le disque des forces verticales suivantes: vers le haut sur la partie de disque ABC, vers le bas pour l'autre coté. C'est une autre façon de définir un couple exercé selon l'axe Oyy', on choisit celle qu'on veut.
Bien entendu ces forces ne tournent pas avec le gyro, elles sont fixes dans l'espace.

2)ensuite on veut en déduire, non pas de suite le mouvement, mais seulement l'accélération subit par chaque zone du disque tournant. Ne pas raisonner maintenant en terme de vitesse...
Ces accélérations sont tout simplement proportionnelles et dans le même sens que les forces exercées, en appliquant F=M*gamma, OK, donc vers le haut pour l'arc ABC, vers le bas our CDA. Encore une fois, je ne parle pas de mouvement. Et elles sont cycliques quand on considère un point du disque tournant, tout en étant fixes dans l'espace.
Le disque tourne sur lui même beaucoup plus vite que ne pourra être son mouvement dû au couple (on sait que ce sera la précession, elle ne peut être que lente car le couple exercé est faible, tout est relatif bien sûr).

3)J'en viens maintenant au mouvement, on va essayer de trouver comment se déplace le disque tournant, soumis aux accélérations cycliques comme on a vu précédemment.
On est d'accord qu'en voiture la vitesse est maxi quand on a fini d'accélérer. Là aussi. On accélère vers le haut la partie ABC du disque, et vers le bas du coté CDA. Donc, la vitesse qui résulte de ces accélérations a son maximum positif à la fin de l'accélération positive, donc en C.
Même raisonnement pour A, où se trouve donc le maximum de vitesse négative (vers le bas).

La méthode exige qu'on comprenne d'abord 1), puis on s'intéresse et on comprend uniquement 2), enfin seulement on trouve la forme de la vitesse, autrement dit le déplacement du disque avec 3).
 
G

gégé62

Compagnon
Par contre s'il y-a quelqu'un qui veut faire un gyroscope , y-a du boulo

ce n'est sûrement pas facile de faire un gyroscope digne de ce nom. S'il s'agit de montrer l'effet, c'est facile, on sait le coup de la roue de vélo tenue à bout de bras (elle m'énerve celle-là à la longue :???:...).Mais en faire un sans frottement, pour qu'il ne ralentisse pas trop et surtout qu'il ne dérive pas trop....c'est une autre affaire. Ce serait un beau sujet ici....:wink:.
En fait si on se donne une dérive maxi à ne pas dépasser cela nous donne le frottement maxi des articulations de cardan, et le frottement de l'axe nous donnera son autonomie en rotation une fois lancé, à moins de garder un couple moteur. Mais quid du câble et des forces parasites liées...???
 
S

SULREN

Compagnon
Bonsoir,
Par contre s'il y-a quelqu'un qui veut faire un gyroscope , y-a du boulot , d'abord faire le rotor/balourd de masse conséquente , au moins 500g ,à faire tourner à 20 000 t/mn au moins , donc avec un variateur de fréquence tri montant à 400 Hz , et faire 3 axes de liberté XYZ activant une sphère représentant la terre , un horizon artificiel quoi ...à vos tables à dessin

C’est bien d’être aussi sûr de soi et affirmatif.
Mais c’est de nature à décourager ceux qui voudraient faire des essais, ne serait-ce que pour s’amuser. (Une maquette de faisabilité de chercheur de nord par exemple :wink:).

Qu’appelle t’on "faire un gyroscope" ?
1- Juste un rotor de gyroscope?
2- Un rotor et son système d’entrainement par moteur électrique ou pneumatique à dépression (air aspiré à travers des trous dans les paliers)?
3- Une centrale inertielle complète avec 3 gyroscopes, 3 accéléromètres et tout le système de double intégration pour arriver à calculer la position?

Le cas 3 n’est pas à la portée d’un bricoleur, fût-il un as, c’est sûr.
Le cas 1 est à la portée d’un bon Usineux, et il n'y a pas forcément besoin d’un système d’équilibrage dynamique.
Le cas 2 est envisageable pour un bon Usineux et bon bricoleur.

Peut-on nous dire d’où sort la masse "d'au moins" 500 g pour le rotor ?
J’ai sous les yeux l’horizon artificiel d’un avion allemand, probablement de la 2eme guerre mondiale
L’horizon complet, mais sans son couvercle, pèse 1450 g. Cela comprend :
- 2 rotors et leur carter, et l’érecteur.
- Les bobinages des moteurs électriques et les systèmes de contacts tournants pour les alimenter (complexes et lourds)
- Toute la mécanique de visualisation et l’ampoule de la bille de contrôle de virage
- Toute la structure du boîtier, sa glace avant, etc.
- Beaucoup de peinture (pâte) verte radioactive pour illuminer tout cela :exorc89:.

Je ne veux pas ouvrir les carters des gyros mais comme ils sont percés de gros trous je peux apercevoir les rotors. Celui du gyro de tangage est un cylindre qui fait environ 45 mm de diamètre et environ 15 mm d’épaisseur, soir 23,8 cm3.
Je ne sais pas quel matériau le constitue ? Totalement en acier il pèserait seulement 186 g. On est loin de la barrière fatidique des 500g. Il me semble (?) être composé d'une jante en alliage léger, coiffée d'une bague en métal magnétique qui sert de cage d'écureuil.
Est-ce cette légèreté qui a fait perdre la guerre aux Allemands? :)

Peut on nous dire d’où sort la vitesse "d'au moins" 20 000 tr/mn ?
Les gyros que j’ai sous les yeux n’ont pas une gueule à tourner à 20 000 tr/mn. Plutôt 10 000.
Par ailleurs dans un livre de l’Ecole Nationale Supérieure de l’Aéronautique sur l’instrumentation de bord, datant de 1959, on dit que les rotors des gyros de l’horizon artificiel (de marque Alkan, ou Sperry) tournent à environ 12000 tr/mn.
Certes c'est très ancien, et il y a eu mieux depuis, et tout le monde admet que 20000 tr/mn c'est mieux que 12000. Mais cela fonctionnait déjà bien à 12000.

Gégé 62 à dit:
"à moins de garder un couple moteur. Mais quid du câble et des forces parasites liées...???".
Il faut forcément garder un couple moteur si on veut utiliser le gyro plus de quelques minutes. Les forces parasites sont sans grands inconvénients sur certains gyros : ceux de recherche de verticale, ou de recherche du nord par exemple. Sur une centrale inertielle de missile c'est plus gênant, s'il n'est pas prévu de recalage en cours de vol.
 
Dernière édition:
G

gégé62

Compagnon
effectivement Jacounet, je crois que tu as été trop restrictif, tu asprobablement lu ça quelque part, qui se rapportait à un gyro particulier, mais pourquoi tant de restrictions... une simple toupie est un gyroscope, élémentaire certes, mais qui nous montre "l'effet gyroscopique" aussi bien, seulement ça ne dure que quelques secondes....
Ce qui compte, c'est le rapport entre le moment cinétique [produit du moment d'inertie par la vitesse de rotation] et les éléments parasites que sont les frottements, dont bien sûr le frottement de l'air si on n'est pas sous vide.

je ne mets pas en doute, mais pourquoi trois gyro ? Je suis d'accord qu'un seul ne suffit pas, car il ne donnerait pas le mouvement de rotation qui est de même direction que l'axe rotor, mais deux pourraient suffire ?
 
S

SULREN

Compagnon
Il faut bien sûr 3 accéléromètres, un sur chaque axe du repère de coordonnées.
Quant aux gyroscopes, 2 suffisent pour définir un plan de référence. Mais tout dépend de la façon dont la centrale inertielle est exploitée. Si les gyroscopes sont utilisés en gyromètres il en faut 3. Si le plan de référence est maintenu parallèle à lui même 2 suffisent, et encore, quelquefois on met deux gyroscopes à axe parallèle, pour une raison que j'ai oubliée.
http://www.institut-mermoz.com/supports/022/022-05/022-05_001/navigationinertielle.pdf
 
J

jacounet

Compagnon
Salut à tous .
Si je dis 500 g , c'est à la louche c'est peut-être 350 ou 400 g , mais c'était lourd pour les gros horizons que j'ai eu sous les yeux , allant sur de gros avions A300 et autres .
Maintenant j'ai vu aussi des petits horizons de secours avec une masse tournante moins importante .
Le champ tournant était fait par un stator rond bobiné fixe au centre , le rotor autour avec sa masse venait se loger avec son axe dans les roulements du stator , combien de pôles rotor ...sait pas .
22 000 tours c'est 8 fois 3000 tours ( vitesse max d'un asynchrone sous 50 Hz ) = 24 000 tours - 10% environ de glissement , car en aviation on est sous 400Hz .

A+ Jac
 
Dernière édition:
S

SULREN

Compagnon
Il existe, semble t-il, des micro-gyroscopes ayant une roue de 2,2 mm de diamètre, épaisse de 20 microns et qui tourne à une vitesse de 800 tr/mn dans l’air, ou 4000 tr/mn dans le vide.
Ce doit être pour les gros Airbus A300…….en modèle réduit à l’échelle des trains électriques 1/32.

Dans nos Smart-Phones il y a aussi plein de belles bébêtes : GPS, magnétomètre 3 axes, 3 accéléromètres associés à 3 gyromètres, à vibrations je pense (effet Coriolis ; effet utilisé aussi dans l’industrie pour mesurer directement les débits en masse par seconde et pas en volume par seconde).
 
J

jacounet

Compagnon
Salut .
J'ai bossé aussi sur des accéléromètre 20"g " , de très faible sensibilité 1 milli "g" ou 10µ'g" , me souviens plus .
La c'est plus difficile à réaliser faut un asservissement pour l'électronique et avoir un balancier pour le détecteur de "g" pratiquement sans frottement ...de mémoire c'était des pierres précieuse usinée, rubis ou autre qui servait de support ...
De mémoire y-a un détecteur de position en bout de balancier , et deux électro-aimants asservissant le balancier toujours au centre , le courant de rappel indiquant en + g ou - g l'accélération .

A+ Jac .
 
J

jacounet

Compagnon
Salut Gégé .
Oui à 800 T/mn ou 4000 t/mn on est sur des gyro marine ...non ?

A+ Jac
 
F

fafnir70

Compagnon
Bonsoir,

Même si je ne comprends pas tout, je lis.
J'ai trouvé cette vidéo, profitez-en.


Bernard
 
S

SULREN

Compagnon
Bonsoir,
Salut Gégé .
Oui à 800 T/mn ou 4000 t/mn on est sur des gyro marine ...non ?

Ah les neuneus! :roll:
Je parie que vous pensiez à ce gyro:

[div=none]
Gyro%20Marine%20RD_zps3z88q6sb.jpg
[/div]

Eh bien non!
Il s'agit de cela:
http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0960-1317/16/10/011

"Abstract
A micromachined rotating gyroscope with electromagnetically levitated rotor (MRGELR) is proposed. The working principle of the MRGELR is based on the momentum conservation of a frictionless levitated rotor. The levitation, stability and rotation are analyzed through finite element software. The choice of suitable sized coils and micro-rotor is important for the stable levitation of the micro-rotor. The fabrication process of the MRGELR is detailed based on MEMS technology. For a micro-rotor with a diameter of 2.2 mm and a thickness of 20 µm, a rotation speed of 800 rpm is obtained in atmosphere and 4000 rpm in a vacuum package. The test shows that except for air slip damping, electromagnetic damping is another important factor that resists further increasing of the rotation speed. A resolution of 3° s−1 is obtained in the experiment when the rotation speed is 4000 rpm".

C'est bien en rpm et pas en rps. Pour un aussi petit rotor on pouvait en effet s'attendre à une vitesse de rotation bien plus élevée.
 
Dernière édition:
G

gégé62

Compagnon
C'est bien en rpm et pas en rps. Pour un aussi petit rotor on pouvait en effet s'attendre à une vitesse de rotation bien plus élevée
oui, un peu surprenant, qu'on ait besoin de faire le vide pour tourner à 4000 t/mn. D'un autre coté, ce ne serait pas la première erreur dans un article de vulgarisation scientifique.....certains journalistes doivent ignorer l'existence des tours/seconde....:lol:

Le stabilisateur de navire à baser de gyro est impressionnant. En fait il y a le petit gyro, utilisé comme "gyroscope de mesure" et le gros, utilisé comme "point d'appui" pour son inertie importante (en fait: son moment cinétique).
 
K

kiki86

Compagnon
bonjour
le vélo en mouvement fait penser au paragraphe 107
 
S

SULREN

Compagnon
Bonjour,
Le stabilisateur de navire à baser de gyro est impressionnant. En fait il y a le petit gyro, utilisé comme "gyroscope de mesure" et le gros, utilisé comme "point d'appui" pour son inertie importante (en fait: son moment cinétique).

Mais ce n'est pas un point d'appui passif. Le gros gyro est utilisé pour inciter le bateau à s'incliner vers la droite, ou vers la gauche, suivant les besoins et contrecarrer le roulis induit par la mer.
Pour pousser le bateau d'un coté ou de l'autre un moteur fait basculer le gyro vers l'avant ou vers l'arrière, et on sait que le résultat est une réaction du gyro dans le plan perpendiculaire.

Le moteur qui provoque ce basculement agit sur le secteur denté qu'on voit dans le coin haut et gauche de la photo.
Un petit gyro qui sert de capteur de roulis commande le sens de rotation de ce moteur.
Comme il faut un peu anticiper il doit exister une action "dérivée" sur le signal de mesure du roulis.

Cette solution "lourdingue" n'a pas prospéré. Des ailerons inclinables placés le long de la coque et prenant appui sur l'eau ont pris la relève, toujours sous le pilotage d'une mesure d'assiette du bateau.

Le moteur qu'on voit vers le milieu de la photo, sous le gyro, doit être celui qui entraine le rotor du gyro, dont la montée en vitesse lors de son démarrage doit durer par mal de temps. C'est probablement un moteur à rotor bobiné avec rhéostat de démarrage, car sinon le courant d'appel ferait tout sauter. On aperçoit au bout du rotor quelque chose qui ressemble aux charbons et aux bagues lisses d'alimentation du rotor bobiné de ce moteur.
 
Dernière édition:
G

gégé62

Compagnon
c'est bien comme çà que je le voyais....:wink:
On peut aussi avec ça supprimer le gouvernail....en le freinant ou l'accélérant (bon c'est plus facile de le freiner)
:jesors23:
 
P

philippe2

Compagnon
Bonsoir,

Même si je ne comprends pas tout, je lis.
J'ai trouvé cette vidéo, profitez-en.


Bernard
Bonjour,

Je ne sais plus pourquoi j'ai ouvert ce vieux fil que je me permets de remonter.
Intéressant tout ça.

A+,
 
F

fredcoach

Compagnon
Si je me souviens bien, les gyromètres (et non gyroscopes) laser (il y en a différents types, celui à fibre optique par exemple est moins cher que celui que tu as représenté) mesurent la différence de temps de trajet de la lumière selon le sens de rotation.
 
K

kiki86

Compagnon
Bonsoir,


Ah les neuneus! :roll:
Je parie que vous pensiez à ce gyro:

[div=none]
Gyro%20Marine%20RD_zps3z88q6sb.jpg
[/div]

Eh bien non!
Il s'agit de cela:
http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0960-1317/16/10/011

"Abstract
A micromachined rotating gyroscope with electromagnetically levitated rotor (MRGELR) is proposed. The working principle of the MRGELR is based on the momentum conservation of a frictionless levitated rotor. The levitation, stability and rotation are analyzed through finite element software. The choice of suitable sized coils and micro-rotor is important for the stable levitation of the micro-rotor. The fabrication process of the MRGELR is detailed based on MEMS technology. For a micro-rotor with a diameter of 2.2 mm and a thickness of 20 µm, a rotation speed of 800 rpm is obtained in atmosphere and 4000 rpm in a vacuum package. The test shows that except for air slip damping, electromagnetic damping is another important factor that resists further increasing of the rotation speed. A resolution of 3° s−1 is obtained in the experiment when the rotation speed is 4000 rpm".

C'est bien en rpm et pas en rps. Pour un aussi petit rotor on pouvait en effet s'attendre à une vitesse de rotation bien plus élevée.

tu n'aurais pas la version française ??
 

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