GYROSCOPES

Tous ceux qui, un jour, se sont approchés d'un hélicoptère auront certainement entendu parler du gyroscope. Ce petit dispositif nous permet de piloter nos hélicoptères avec une facilité qui était inimaginable il y a quelques années encore. Le gyroscope est-il indispensable ? Et bien, disons qu'il est possible de s'en passer, et même d'apprendre à piloter sans lui; néanmoins, nous pouvons vous garantir que le coût des réparations auquel vous devrez faire face pour ne pas l'avoir utilisé sera dix fois supérieur à son prix; dans les compétitions internationales, tout le monde l'utilise, alors...

Les masses giratoires d'un gyroscope mécanique, telles qu'elles apparaissent à l'ouverture de la boîte.

La fonction du gyroscope
Malgré les progrès techniques, un hélicoptère radiocommandé reste une machine complexe et, surtout, nerveuse ou, dit autrement, qui offre moins de stabilité intrinsèque qu'un avion. Nous devons, à tous moments, lui indiquer ce qu'il doit faire. Le charme des hélicoptères réside surtout dans leur capacité à se déplacer dans toutes les directions, et dans la possibilité que nous avons de pouvoir contrôler indépendamment le mouvement de chaque axe. Mais, en contrepartie, et au grand désespoir du débutant, le travail de pilotage est beaucoup plus important, et il est très facile de commettre une erreur. Le rotor de queue, en particulier, (chargé de faire "pointer" l'appareil dans la direction souhaitée), est une source de difficultés, car il est sensible aux variations du couple moteur, aux rafales de vent et à tout autre mouvement que nous imprimons aux commandes. Alors, me direz-vous, il suffit d'enlever de la commande, et le tour est joué. Malheureusement, les choses ne sont pas si simples, car, en ce faisant, nous constaterions un manque de commande dans bon nombre de phases de vol (surtout en vol de translation). Le gyroscope est précisément chargé de "tranquilliser" les mouvements du rotor de queue, tout en nous permettant de disposer de toute la commande souhaitée.

Gyroscope piézoélectrique de dernière génération : aucune pièce mobile. De moins en moins cher.

Fonctionnement du gyroscope
D'un point de vue physique, le gyroscope s'intercale entre le récepteur et le servo qui contrôle le rotor de queue. En général (sans parler des gyroscopes piézoélectriques), il s'agit d'une petite boîte en plastique dans laquelle se trouve un petit moteur qui fait tourner une ou deux masses circulaires à grande vitesse et qui peut pivoter autour d'un axe. Deux ressorts unissent l'ensemble moteur-masses au reste de la carcasse, de façon souple. Joint à cet ensemble, se trouvent un petit aimant, et, face à celui-ci (solidaire avec la structure "fixe", et non avec les masses giratoires), un capteur de champ magnétique relié à un circuit électronique.
Les masses giratoires ("gyroscope") tendent à garder le même axe de rotation; lorsque le modèle se déplace sur son axe vertical, ce mouvement provoque donc un déplacement de l'aimant uni au gyroscope par rapport au "capteur". Le circuit électronique du gyroscope génère alors un signal qui, envoyé au servo du rotor de queue, contrebalance la rotation à l'origine de ce signal: autrement dit, si le modèle se met à virer à droite, le gyroscope détecte ce mouvement et génère un signal, de telle manière que l'appareil vire à gauche. Il faut bien se rendre compte que le gyroscope effectue la correction après le déplacement, et non avant; certains pensent que le gyroscope est une sorte de "pilote automatique" qui pointe l'appareil dans la direction que nous souhaitons, alors qu'il ne fait qu"'amortir" les mouvements indésirables. Enfin, c'était le cas jusqu'à l'arrivée des gyroscopes piézoélectriques.
Outre la boîte comprenant le moteur et les masses, la plupart des gyroscopes sont munis d'un ou deux potentiomètres de réglage, qui permettent de contrôler le degré d'amortissement du rotor de queue et, dans certains cas, le neutre de son servo. Parfois, ces potentiomètres sont logés dans une petite boîte que l'on peut placer dans un endroit facilement accessible de l'extérieur, ce qui facilite les réglages.

1) Microgyroscope spécial pour modèles électriques.

2) Gyroscope simple, qu'il faudra régler sur le modèle.

Les catégories de gyroscopes
Nous ne nous attarderons pas sur les anciens gyroscopes mécaniques, que l'on plaçait sur la queue du modèle et qui réalisaient la "compensation" directement sur les commandes des pales; ce sont déjà des pièces de musée. Actuellement, tous les gyroscopes sont du type que nous venons de décrire; la détection des mouvements est effectuée par un aimant, qui ne s'use pas (avant, les potentiomètres chargés de cette détection finissaient toujours par tomber en panne).
Qu'est-ce qui différencie les gyroscopes ? Si l'on part du principe que tous les gyroscopes sont efficaces et fiables, disons simplement que certains disposent de fonctions que d'autres n'ont pas. Le marché nous propose des modèles miniaturisés (20-30 grammes) destinés aux micro-hélicoptères électriques. Dans les autres cas, ils pèsent entre 60 et 120 grammes.
Les modèles les plus simples n'autorisent qu'une seule régulation, appelée "gain", qui permet de disposer de plus ou moins d'amortissement au niveau du rotor de queue. Son réglage, simple, s'effectue avec un tournevis; nous y reviendrons. Les modèles plus sophistiqués disposent de deux régulations de gain indépendantes que l'on peut sélectionner et/ou modifier à partir de l'émetteur; ils sont très utiles, car nous avons besoin de beaucoup de gain pour les manoeuvres de précision ou le vol stationnaire, et de moins de gain pour les figures acrobatiques. Certains fabricants proposent une prise qui, une fois branchée à un canal du récepteur, permet de réguler le gain en vol. Dans le cas d'autres modèles, il est possible d'alimenter le moteur au moyen d'une batterie indépendante de celle du récepteur et des servos.
Enfin, et bien que seuls deux fabricants (Morley et Sanwa) nous les proposent, signalons l'existence de gyroscopes "intelligents", appelés "priorité au stick". Sur ces modèles, le gain est maximum quand le stick est au centre, et se réduit "tout seul" à mesure que nous appliquons du rotor de queue (par exemple, lorsque nous exécutons des pirouettes ou des figures acrobatiques); en réalité, nous ignorons pourquoi leur usage est si peu répandu (peut-être un problème de réglage). Certaines radios modernes sont équipées d'un mélangeur qui remplit cette fonction au départ de l'émetteur si le gyroscope peut être connecté à un canal auxiliaire.

Gyroscope mécanique classique de haut de gamme. Peut être réglé à partir de l'émetteur ou du modèle.

Installation du gyroscope
Comme d'habitude, nous vous recommandons amicalement de bien lire les instructions de montage fournies par le fabricant du gyroscope, surtout si c'est votre premier gyroscope ou s'il s'agit d'un modèle que vous ne connaissez pas encore. Les modèles de haut de gamme disposent d'une multitude de possibilités que nous risquons de mal exploiter; notre hélicoptère volera, par conséquent, moins bien avec un bon gyroscope qu'avec un autre, apparemment moins efficace. La boîte qui contient le moteur et les masses doit être installée à l'abri de l'huile, du carburant et de la poussière. Sauf indication contraire du fabricant, elle doit être isolée du châssis au moyen de silentblocks ou de plusieurs couches de double face (3-4 mm d'épaisseur, en tout) pour éviter la transmission des vibrations produites par le moteur. Pour des raisons théoriques et pratiques, il vaut mieux qu'elle soit placée près de l'arbre du rotor principal; certains hélicoptères disposent d'un logement prévu à cet effet. Le boîtier contenant l'électronique peut être placé où bon nous semble, mais toujours isolé des vibrations au moyen de double face ou de caoutchouc-mousse. L'interrupteur d'alimentation et les potentiomètres de réglage doivent être facilement accessibles (ils devraient, idéalement, être visibles de l'extérieur) : il est toujours très désagréable de devoir démonter la moitié d'un appareil juste pour régler un gyroscope (ce qui est assez fréquent). Tous les câbles doivent être bien fixés, notamment celui qui rejoint la boîte des masses (qui peut se trouver à l'autre bout).

Avant de lancer notre hélicoptère, nous devrons nous assurer que le gyroscope fonctionne dans le bon sens (voir texte). Dans le cas contraire, préparez-vous à connaître la peur de votre vie !

Réglage du gyroscope
Cette phase de réglage peut être très simple, ressembler à un cauchemar ou, tout simplement, servir à "camoufler" certains défauts. Précisons d'abord qu'avant de régler le gyroscope, il faut que notre hélicoptère soit, lui aussi, bien réglé, en particulier le neutre du rotor de queue (en vol stationnaire, il doit rester immobile), et son mélange anticouple. Ces réglages doivent être effectués avec le gyroscope éteint ou avec le gain au minimum. S'il s'agit de notre premier essai en vol, mieux vaut se faire aider par un collègue.
Supposons que le modèle soit bien réglé et que nous disposions d'un gyroscope" normal" (autrement dit, avec seulement un régulateur de gain et un interrupteur portant une inscription du genre "normrev"). Un bon départ consiste à vérifier que le gyroscope commande "à l'endroit" et non "à l'envers" Dans ce dernier cas, les "corrections" ne feraient qu'amplifier le mouvement indésirable au lieu de l'amortir; conséquence : l'hélicoptère se mettrait à tourner comme un fou jusqu'a ce qu'il se rompe, inexorablement. Pour effectuer cette vérification, nous allumons le gyroscope et réglons le gain à mi-puissance (avec le moteur éteint, bien entendu), Ensuite, nous déplaçons le rotor de queue vers la droite (par exemple) au départ de l'émetteur; nous vérifions dans quelle direction se déplace le servo (disons dans le sens des aiguilles d'une montre).

1) Support sophistiqué de senseur piézoélectrique. Pas de moteur ni de masses ou de pièces mobiles.

2) Système de centrage d'un moteur de gyroscope au moyen de ressorts calibrés.

Cela étant fait, nous déposons la radio sans plus y toucher, nous prenons notre appareil et lui imprimons un déplacement vers la droite; plus celui ci sera rapide, plus ample sera le déplacement du servo provoqué par le gyroscope; il faudra également s'assurer que le servo de queue se déplace dans le sens inverse des aiguilles d'une montre si, lorsque nous commandons "à droite" au départ de l'émetteur, il se déplace en sens opposé. Une fois vérifié le sens de la correction, occupons-nous du gain. Le parfait débutant aura besoin d'un maximum de gain, mais il réduira ses exigences au fil de son apprentissage. Réglons le potentiomètre à un peu plus de la moitié de son parcours (70%) et mettons l'appareil en situation de vol stationnaire. C'est le moment d'observer les réactions du rotor de queue.
La réponse de l'hélicoptère au rotor de queue doit être assez souple pour qu'il soit possible de le manoeuvrer (en fait, le débutant ne nécessite que très peu de rotor de queue lors de ses premiers vols). La queue doit s'immobiliser au moment où nous neutralisons sa commande, sans qu'apparaissent des oscillations parasitaires. Si tout est correct, nous continuerons à piloter notre appareil sans qu'il faille toucher à rien. Évoquons maintenant les autres possibilités.
Si nous avons donné trop de sensibilité au gyroscope (et si, de plus, le débattement de la commande de queue est trop important parce que nous avons utilisé un bras trop long), la commande du rotor de queue sera lente et "engluée". Il est possible, surtout après que nous ayons appliqué du rotor de queue dans un sens ou dans l'autre, que des oscillations apparaissent au niveau de cette dernière; dans ce cas, pas de panique. il suffit de diminuer la sensibilité du gyroscope et le problème sera résolu. Parfois, l'appareil se comporte bien en vol stationnaire, et les oscillations ne se produisent qu'en vol de translation: la solution est la même que dans le cas précédent. Le cas inverse, moins fréquent, est dû au fait que nous n'avons pas donné assez de sensibilité au gyroscope: le rotor de queue est trop rapide, l'appareil est très sensible aux rafales de vent et, lorsque nous laissons la commande de queue en position centrale, il nous faut sans cesse donner des contrordres pour l'empêcher de tourner sur lui-même. Si nous avons respecté les recommandations en réglant le potentiomètre sur 70% et que l'appareil montre des signes évidents de manque de gain au niveau du gyroscope, vérifions s'il fonctionne réellement (il arrive qu'on laisse un interrupteur en position éteinte...); si c'est le cas, il faudra évidemment augmenter le gain.
Vous verrez qu'il est parfois difficile d'obtenir la bonne combinaison commande/gain; il vaut alors mieux consulter d'autres modélistes et leur demander comment ils ont réglé leur appareil. Dans d'autres cas, plus rares, il vous faudra modifier la longueur du bras de servo, changer le débattement angulaire du servo et procéder à de nouveaux essais; en général, les fabricants d'hélicoptères indiquent, dans leurs instructions, les caractéristiques des bras utiles à chaque fonction.

Même en dehors des compétitions, les gyroscopes peuvent être employés sur les planeurs pour éviter les piqués brusques à haute altitude.

Pilotage avancé
Plus notre pilotage s'améliorera, plus nous constaterons que le gyroscope nous "gêne" et qu'il entrave les virages rapides; peu à peu, nous réduirons le gain jusqu'à ce que nous puissions adopter le style de pilotage qui nous convient le mieux. Si nous devenons des "as" de l'hélicoptère, il faudra peut-être opter pour un modèle qui permette de modifier la régulation en vol. Il est difficile, en cette matière, de parler de régulations optimales, mais on peut les estimer à 50-60%, pour le vol stationnaire, et à 30-40% maximum, pour la voltige, parallèlement à un allongement du débattement du servo de queue (certains pilotes règlent le gain sur des valeurs proches de zéro). De toute façon, la décision dépendra des goûts du pilote.

1) Certains modèles autorisent l'installation d'une batterie indépendante pour le gyroscope.

2) Senseur à effet Hall sur un gyroscope, avec son aimant.