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J'Acrophile 147
Un stabilisateur automatique pour Aéroplanes
LE PENDULE A GYRÜSCOPE MARMONNIER
Cerlaines idées sont dans l'air, c'est vraiment le cas de le répéter. Dans l'Aerophile du 15 février dernier uous rappelions les intéressants aperçus de M. Regnard sur lulilisation du gyroscope en avialion. Au meme moment nous recevions de M. Louis Marmonnier, l'estimé ingénieur lyonnais, un [ort intéressant méioire sur un pendule à gyroscope de son invention, susceptible, entre autres applications, de servir de stabilisateur aulomatique pour aéroplanes.
Après avoir exposé que l'équilibre d'un aéroplane est fonciérement inslable M. Marmonnier indique ses préférences pour l'aéroplane souple (dont 1e lype \Wrighl est un exemple) parce que ses surfaces déforimables, comme celles de l'oiseau, lui paraissent pouvoir mieux obvier aux phénomènes inulliples qui tendent à troubler la stabilité de l'engin, el surtout la slabilité transversale.
Mais si l'oiseau, dit à peu près M. Marmonnier, grace à un instinct merveilleux peut imposer en se Jouant, à ses ailes les mouvements et Iès modilications de forme nécessaires, exactement dans le sens et la inesure qui conviennent, « seuls quelques aviateurs doués de qualités rares jointes à une connaissance approfondie d'aéroplanes qu'ils ont conçus et expesiinentés eux-mênes, ont pu voler jusqui£i » avec des appareils souples. Il y aurait donc lieu — el ceci ei bien d'accord avec ce que disait MN. Regnard — de suppléer à l'instinct de l'oiseau ou au laborieux et toujours faillible apprentissage de l'avialeur par un dispositif de stabilisation automatique qui simplifiera considérablement les manœuvres de l’aviateur.
Pour arriver à stabiliser automatiquement un aéroplane il faut d’abord disposer d’une base, d’une direclion fixe dans l’espace, qui peut étre fournie par le pen- «ule ou par le gyroscope.
Le pendule simple est insuffisant parce que si la pesanteur tend bien à le ramener constamment dans la verticale, il natteint celle position délinitive qu'après de multiples oscillalions, qui $e communiquent à l’aéroplane et qui sont d'autant plus nombreuses que le pendule à été plus violemment déplacé, qu'il est plus long el que la masse pendulaire est plus lourde. En outre, le pendule simple peul être entrainé dans les virages par par la force centrifuge à prendre des posilions dangcreuses pour léquilibre de l'aéroplane. Les oscillations ct l'action de la force centrifuge peuvent étre réduits par les disposilifs compensaleurs divers. Mais ces compensaleurs, quel qu'en soit le modèle, prennent appui sur l'appareil à équilibrer, soit dans le pivot du pendule, soit directement sur l’aéroplane et par suite he peuvent fournir une base stabilisatrice sûre et indépendante.
D'autre part, lon a songé à uliliser dans le même but les propriétés du gyroscope. Mais il semble qu'il sera assez difficile d'employer celui-ci à l’état de gyroscope simple.
En effet, si le gyroscope ordinaire est de dimension réduite, il ne pourra pas suffire à redresser l'aéroplane, méme en agissant sur Iles organes de slabilisalon, tels que plans de gauchissement ou autres surfaces ; si le gyroscope simple se maintient de luiiéme dans une posilion déterminée et offre une résislance à tous les efforts faits pour le désaxer, il n'en est pas moins soumis aux effets du milieu dans lequel il se trouve, ainsi qu'à la lension que lui opposeront les organes qu'il aurait à commander. sensiblement, il se déplacera et entraînera l'aéroplane avec lui.
De même, un gyroscope puissant ne peut pas élre adapté sur un aéroplane. non seulement par suite de son poids excessif et de la force nécessaire pour le faire tourner à la vitesse voulue, mais surtout à cause du grave inconvénient qu'il présentera de s'opposer par sa force d'inertie aux virages, ou à la montée et à la descente de l’aéroplane.
M. Marmonnier a donc eu l'idée de fusionner les avantages du pendule et du gyroscope en un seul appa-
reil de stabilisation transversale, le pendule à yyroscope ut il en expose comme suit la lhéorie :
« Examinons, dit-il, comment une inasse gyroscopique placée à l'extrémité d'un pendule réagit sur ceuI-CI :
« Soit un volant A tournant autour de l'axe a a dans le sens indiqué par la flèche. Cel axe est supporté par un anneau g qui est fixé à la tige d’un pendule B oseillant autour du pivot C. Ce pivot est disposé de telle sorte que le pendule ne peut osciller que dans un plan perpendiculaire à l'axe du volant A. Considérons un point quelconque, m, situé à la périphérie du volant et qui se meut dans une direction verticale de bas en haut. Ce point cherchera par suite de la loi d'inertie à maintenir sa direction suivant » n. Supposons qu'à un moment donné, sous l'influence d'une force représentée par un couple M M° agissant sur le pivot C du
pendule B, qui le lransmet à l’anncau g, celui-ci prenne une posilion inclinée représentée par la figure 2. A ce moment le point m, situé à la périphérie du volant, au lieu de suivre sa direction primitive m n devla venir occuper le point o. Sous l'influence de ce changement de direction, l'ahneau g, qui peut osciller autour du pivot C du pendule, tournera autour de ce pivot et prendra momentanément la position inclinée vers la droite indiquée par la figure 3. Il en résultera un second couple représenté par les deux forces N N° agissant à chacune des extrémités de l'axe a à, qui à leur tour seront équilibrées par un troisièmie couple représenté par deux forces de résistance Q et Q' agissant aux deux extrémités du pivot C, mais en sens inverse des forces du couple primitif M M, qui avait [ail incliner le pendule vers la droite. L'inclinaison que prendra Lout le système sera d'autant plus accentuée, pour un couple M M° déterminé, que la tige R du pendule sera plus courte. Elle atleindrait son effet maxiaium dans le cas où l'axe du pivot C se confondrait avec l'axe a du volant À, ce qui constituerait un gyruscope simple sans pendule. La position du pendule indiquée, figure 3, ne se maintiendra qu'aulant que Île couple M M' agira sur le pivot C. Dès que son action cessera, le pendule reviendra vertical, par suile de la force P de la pesanteur. Donc, en résumé, dans tout système composé d’un volant tournant rapidement autour d’un axe, prenant appui sur un cadre fixé à un pendule dont le pivot C est dans le même plan que le volant gyroscopique, toute force appliquée aux deux extrémités de ce pivot aura pour effet de faire inclincr l'ensemble du système à droite ou à gauche selon :
« 1° Le sens de rotation du gvroscope A ;
« 2° Le sens de rotation imprimé à l'anneau q.
« De plus, Loute masse gyroscopique formant en méme temps masse pendulaire, sera lenue par suite de la loi de la pesanteur à maintenir une posilion verlicale constante tant que le gyroscope restera dans un même plan. En outre, si uu grroscope pendulaire lournait en avancant dans un méme plan il resterait vertical. C'est sur ce principe qu'est basé le pendule à gyroscope dont le inodèle a éfé adopté dans le stalilisateur automa tique pour aéroplane qui sera décrit plus loin. Le gyroscope est composé de 2 volants tournant à la même vilesse, dans le même sens de rotalion et dans des plans parallèles. l'effet des masses gyroscopiques est sen- SR identique pour deux volants que pour un seul,
« Maintenant examinons comment se comporte un pendule à g;roscope lancé dans l'espace et disposé de
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telle façon que le pendule ne puisse osciller que dans un plan perpendiculaire à la direction qu'il poursuit, et que les volants avancent chacun dans leur plan périphérique.
(Néanmoins, nous ne tiendrons compte dans cette discussion que des réactions produites sur le pendule par les masses gyroscopiques, sans nous occuper de la force centrifuge dont il sera question par la suite).
« L'on remarquera : 1° Que lancé en ligne droite, le pendule se maintiendra parfailement verlical quel que soit le sens de rotation des volants, la vitesse de projection de tout le système, et les déplacements latéraux violents auxquels on le soumettra. La force d'inertie du gyroscope, jointe à la pesanteur, s'oppose en effet à toute autre position du pendule ; 2° Dans les virages, le pendule oscillera à droite ou à gauche, selon le sens du déplacement angulaire, ou le sens de rotation des volants. Cela a été démontré par la théorie précédente du pendule à gyroscope ef confirmé par la pratique.
« Les masses gyroscopiques et pendulaires tendront à se rejeter en dehors de la trajectoire décrite par le pivot du pendule, aussi bien pour les virages à gauche que pour les virages à droite, lorsque les volants tourneront dans le sens indiqué par les flèches des tigures À de gauche.
« Par contre, la réaction des masses gyroscopiques tendra à ramener le pendule à l'intérieur de la trajectoire décrite par son pivot, lorsque les volants tourneront suivant les flèches des figures B de droite.
« Ces effets de réaction seront d'autant plus énergiques que la tige du pendule sera plus courte, que le poids, le diamètre et la vitesse périphérique des volants seront plus élevés.
« Or, il faut considérer qu’un pendule, lancé dans un virage subit l'influence d'une autre force très importante la Force Centrijuge. Celle-ci sera d'autant plus appréciable que la vitesse de projection sera plus grande et le rayon de la trajectoire décrite plus court. Dans un pendule à gyroscope, la force centrifuge sera également proportionnelle à la longueur du pendule.
« Sur un pendule simple la force centrifuge aura toute son influence. A tel point que dans les virages à rayon réduit, le pendule atteindra l'horizontale, car la pesanteur n’est plus dans ce cas qu’un facteur insignifiant. Tandis que dans un pendule à gyroscope, l’on dispose d’une résistance énergique à opposer à la force centrifuge, si l’on a soin de faire tourner les volants dans le sens indiqué par la flèche des figures B de droite. Il sera donc possible de régler l’inclinaison dans les courbes au degré voulu en donnant plus ou moins d'importance à l’une ou à l'autre des deux forces contraires : soit en augmentant la longueur du pendule pour donner plus de puissance à la force centrifuge ; soit en augmentant le poids et le diamètre des volants, ainsi que leur vitesse périphérique pour proportionner la réaction des masses gyroscopiques à l'effet qu'elles doivent produire.
. « Toutefois, dans un stabilisateur pour aéroplane, il faudra donner plus d'importance à la force centrifuge pour que le pendule s'incline dans les virages.
Cette inclinaison devra être d'autant plus accentuée que la vitesse de l'aéroplane serait plus grande et les virages plus courts, pour que l’aéroplane se braque sur l'air et qu'il puisse prendre les courbes avec fagilité.
« L'on obtiendra ce résultat en imprimant aux volants une vitesse de rotation à peu près constante, et qu'il est facile d'obtenir, tandis que la force centrifuge variera avec la rapidité de-l’aéroplane et le rayon de la trajectoire décrite.
« De ce qui précède, le pendule à gyroscope est donc une base slabilisatrice parjaile et complètement indépendante de l'appareil à équilibrer. Projeté en ligne droite, il est d’une rigidilé verticale très grande et, dans les virages, d’une inclinaison délerminée et constante pour une vitesse donnée el un rayon décrit donné.
« Son point d'appui est un simple pivot aulour duquel il tourne librement et tous ses réflexes lui sont propres sans aucune relation extérieure.
« C’est certainement la seule base stabilisatrice connue à ce jour, qui présente de tels avantages, car même lancée rapidement dans l'espace, elle conserve toutes ses propriélés.
Stabilisateur automatique pour aéroplane. — D'après l'étude ci-dessus, il ressort que le pendule à gyroscope constitue une base stabilisatrice efficace, dont les réflexes ne peuvent être influencés, ni par des causes extérieures quelconques, ni par les déplacements latéraux de l’aéroplane sur lequel il est appliqué. Seuls,
Le pendule gyroscopique Marmonnier
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