Engineer's Book

————— PHYSICS – SPACE – ALGORITHMICS ——-

Navigation-11-2 Navigation Inertielle – Centrale de Cap et de Verticale

Written By: Jean-Paul Cipria - Oct• 21•16
Gyroscope trois axes centrale de cap et de verticale

Gyroscope Mécanique à trois axes – Centrale de Cap et de Verticale. Dessin JP Cipria

Le système d’asservissement et de calculs des positions, vitesses et accélérations absolues d’un navire (ou bâtiment), d’un avion ou d’un missile s’appelle la Centrale de Cap et de Verticale : CCV.

La CCV fournit à tous les systèmes de bord les informations de vitesse sol, ou de position sol, par exemple, qui ne peuvent PAS être déduites des valeurs différentielles communes disponibles par la physique classique ou de loch-mètres qui donnent des positions et des vitesses relatives.

Le pilote doit connaître à tout instant sa vitesse relative, son assiette, son altitude qui lui permettent de « barrer » ou de « piloter » son équipement dans la zone de vol.

Mais ceci est insuffisant pour naviguer !

La navigation consiste à « tracer » sa route sol ou sa trajectoire absolue au sens de Lagrange et ensuite de comparer la route « vue » par le pilote et par rapport à sa trajectoire réelle et de corriger son cap en conséquence. La CCV permet cela à condition de l’avoir correctement initialisée au départ. C’est un intégrateur, mécanique ou à ondes interférométriques comme le gyrolaser. La CCV est donc définie à une constante près.

17/03/2010 – Création – A refondre.
19/04/2015 : Angles d’Euler.
23/04/2015 : Exemple de la Terre.

Created :2016-10-21 14:49:13. – Modified : 2016-10-25 11:51:59.

Gyrolaser

Navigation 11-1 – Navigation Inertielle – Gyrolaser

Gyroscopes

Définition

Les gyroscopes sont des sortes de toupies massiques. L’inertie de ces toupies varie en fonction de leur vitesse de rotation et leur masse. Si nous installons ces toupies sur un ensemble à trois axes de telles sorte que le gyroscope puisse tourner dans n’importe quel sens nous nous apercevons, oh, magie, que nous pouvons tourner le système dans tous les sens alors que le gyroscope garde toujours la même position dans l’espace.

L’ensemble des forces sont soumises à des effets perpendiculaires. Voir l’opérateur rotationnel ou produit vectoriel : Les opérateurs mathématiques pour ingénieurs

Angles d’Euler

Les angles

Il suffit d’installer des détecteurs d’angle sur chaque axe pour mesurer l’angle auquel vous avez bougé par rapport au gyroscope. Sur un avion qui pique, qui vire , qui fait des lacets nous pouvons installer trois gyroscopes sur les trois axes. Un gyroscope mesurera le tangage, l’autre le roulis et le troisième le lacet. Nous pouvons asservir l’horizon artificiel sur ce système à gyroscopes trois axes.

Figure géométrique de définition

La base de RESAL est l’ensemble des vecteur portés par l’axe de rotation propre de la toupie (Z’) et le plan perpendiculaire à celui-ci e_u et e_w sur la figure) ci-dessous.

Angles d'Euler - Gyroscope 3

Angles d’Euler – Gyroscope

  • \psi : Précession. Dans le plan horizontal OXY R – Angle entre Ox et Ou.
    Exemple Terre : L’axe z’ est le pôle Nord géographique actuel de la terre. L’axe z est le pôle Nord autours duquel tourne la terre suivant la précession. C’est le pôle de référence.
    .
  • \theta : Nutation. L’angle à partir de l’axe vertical Z. Forme le plan OX’Y’ ou R’.
    Exemple Terre : C’est l’angle entre le pôle Nord actuel et le pôle de référence.
    .
  • \phi : Rotation propre. Tourne sur le plan Re perpendiculaire à Z’ ou base de RESAL.
    Exemple Terre : C’est l’angle de rotation de la terre au temps t.

Vitesse de rotation totale

On en déduit le vecteur rotation qui est la somme des trois vitesse de rotation :

  •  \vec{\omega}=\dot{\psi}.\vec{e_z}+\dot{\theta}.\vec{e_u}+\dot{\phi}.\vec{e_z^{\prime}}

Couple gyroscopique

  • Le couple gyroscopique est nul :
    \vec{\Sigma}=\vec{0}
    \frac{d\vec{L_c}}{dt}=\vec{0}

CCV

Le système d’asservissement et de calculs des positions, vitesses et accélération d’un navire (ou bâtiment), d’un avion ou d’un missile s’appelle la Centrale de Cap et de Verticale : CCV.

La CCV fournit à tous les systèmes de bord les informations de vitesse sol, ou de position sol, par exemple, qui ne peuvent PAS être déduites des valeurs ou de loch-mètres qui donnent des positions et des vitesses relatives.

Le pilote connait à tout instant sa vitesse relative, son assiette, son altitude qui lui permettent de « barrer » ou de « piloter » son équipement dans la zone de vol . Mais ceci est insuffisant pour naviguer. La navigation consiste à « tracer » sa route sol et ensuite de comparer sa route réelle sol et de corriger son cap en conséquence. La CCV permet cela à condition de l’avoir correctement initialisée au départ.

Positionnements extérieurs

D’autres instruments permettent de se positionner tels les VOR, les balises, l’assistance à atterrissage (ILS : Instrument Landing system) etc. Mais ce sont des aides extérieures.

English Version

Gyroscopes

The gyros are like tops mass. The inertia of these tops varies according to their speed and mass.

If we install these tops on all three axes of such kind that the gyro can rotate in any direction we realize, oh, magic, we can run the system in any direction while still keep the gyro same position in space.

Angles Measurement

Just install detectors on every angle axis to measure the angle at which you move from the gyroscope.

On an airplane which turns, which laces we can install three gyroscopes on all three axes. A gyroscope measure the pitch, the other roll and yaw on the third. We can enslave the artificial horizon on this three axes system gyroscopes.

CCV

The feedback system and calculation of position, velocity and acceleration of a vessel, an aircraft or a missile called the Central Cape and Vertical CCV. (Sorry I don’t know the correct name in English. I was in French navy)

The CCV provides all aircraft systems information to ground speed, position or soil, for example, that can not be deducted from the values or log-meters which give the positions and relative velocities.

The pilot knows at any moment on his speed, his attitude, altitude allowing it to drive the equipment in the area of flight. But this is insufficient to navigate. The navigation is to « draw » the ground track and then compare its actual road soil and correct its course accordingly. The CCV allows this condition to have correctly initialized at first.

Outside Positions

Other instruments can be positioned such as VOR, beacons, assistance in landing (ILS: Instrument Landing System) etc.. But these are external aid.

Clefs

calcul, aéronautique, aérospatial, contrôle de vol, asservissement, position, vitesse, contre-réaction, accélération, horizon artificiel, gyroscope, inertie, axe , tangage, roulis, lacet, piquer, cabrer, ccv, centrale de cap et de verticale

Rotationnel, produit vectoriel.

a quelle vitesse tourne un gyroscope de centrale inertielle

computing, aeronautics, aerospace, flight control, servo, position, speed, feedback, acceleration, artificial horizon, gyro, inertial axis, pitch, roll and yaw, sting, nose, central heading and vertical

artificial horizon mems, Dead Reckoning, navigation à l’estime

.
Jean-Paul Cipria
17/03/2010

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