Gyroscopes à deux degrés de liberté
Gyroscopes et gyromètres mécaniques avec élément rotatif

3.1 Définition et structure

Nous appelons gyroscope à deux degrés de liberté (two-degrees of freedom gyroscope) ou gyroscope libre (free gyroscope) un appareil possédant (figure 7) :

• un boîtier B, auquel est toujours associé un système détecteur d’écart (pick-off ) définissant l’axe de zéro Z de l’appareil, lié à B ; par définition, Z est la direction de l’axe de toupie Δ lorsque s’annulent les signaux du système détecteur d’écart ;

• une suspension de toupie ayant pour but de la contraindre à tourner autour d’un point fixe O lié au boîtier (centre de rotation de la toupie), tout en lui laissant une liberté angulaire suffisante pour que Δ soit susceptible de s’écarter de Z dans un angle solide l’entourant complètement ;

• un moteur-toupie, presque toujours électrique, permettant de lui communiquer un moment cinétique convenable (10⁻³ à 10⁻¹ N · m · s) ; la période de démarrage, suivant les types d’appareil, peut durer d’une fraction de seconde à quelques heures.

L’angle solide accessible à Δ, dans un repère lié au boîtier, est très largement fonction du type d’appareil considéré (figure 8).

a) Gyroscopes pour lesquels la liberté Δ/B est seulement limitée par une zone interdite relativement peu étendue. C’est le cas des appareils dont la toupie est reliée au boîtier par une articulation comprenant deux axes et deux anneaux de cardan (figure 8 a) ; en effet, ces gyroscopes ne doivent pas se trouver en configuration interdite (Δ // axe E de cardan extérieur), faisant perdre un degré de liberté à la toupie, dans son mouvement par rapport au boîtier.

b) Gyroscopes pour lesquels ce domaine est très petit, par exemple de l’ordre de 1 x 1 [≈ (π/180)² stéradian] ; se trouvent dans ce cas les gyroscopes à suspension accordée (figure 8 b) et certains gyroscopes à...