Dans la navigation inertielle, telle qu’elle est appliquée aux navires et aux sous-marins, un minimum de trois cardans est nécessaire pour permettre à un système de navigation inertielle (table stable) de rester fixe dans l’espace inertiel, en compensant les changements de lacet, de tangage et de roulis du navire. Dans cette application, l’unité de mesure inertielle (IMU) est équipée de trois gyroscopes montés orthogonalement pour détecter la rotation autour de tous les axes dans l’espace tridimensionnel. Les sorties des gyroscopes sont maintenues à un niveau nul par des moteurs d’entraînement sur chaque axe du cardan, afin de conserver l’orientation de l’IMU. Pour ce faire, les signaux d’erreur du gyroscope sont transmis à des « résolveurs » montés sur les trois cardans (roulis, tangage et lacet). Ces résolveurs effectuent une transformation matricielle automatique en fonction de chaque angle du cardan, de sorte que les couples requis soient délivrés à l’axe approprié du cardan. Les couples de lacet doivent être résolus par les transformations de roulis et de tangage. L’angle du cardan n’est jamais mesuré.Des plates-formes de détection similaires sont utilisées sur les avions.
Dans les systèmes de navigation inertielle, le verrouillage du cardan peut se produire lorsque la rotation du véhicule entraîne l’alignement de deux des trois anneaux du cardan avec leurs axes de pivotement dans un seul plan. Lorsque cela se produit, il n’est plus possible de maintenir l’orientation de la plate-forme de détection.
Moteurs-fuséesModifier
Dans la propulsion des engins spatiaux, les moteurs-fusées sont généralement montés sur une paire de cardans pour permettre à un seul moteur de vectoriser la poussée autour des axes de tangage et de lacet ; ou parfois un seul axe est prévu par moteur. Pour contrôler le roulis, des moteurs jumeaux avec des signaux de commande de tangage ou de lacet différentiels sont utilisés pour fournir un couple autour de l’axe de roulis du véhicule.
Le mot « cardan » a commencé comme un nom. La plupart des dictionnaires modernes continuent de le répertorier comme tel. Faute d’un terme pratique pour décrire le mouvement de balancier d’un moteur de fusée, les ingénieurs ont commencé à utiliser également le mot « gimbal » comme un verbe. Lorsqu’une chambre de poussée est pivotée par un actionneur, le mouvement est appelé « gimballed » ou « gimballing ». La documentation officielle des fusées reflète cet usage.
Photographie et imagerieModification
Les cardans sont également utilisés pour monter tout, des petits objectifs d’appareil photo aux grands télescopes photographiques.
Dans les équipements de photographie portables, des têtes de cardan à axe unique sont utilisées afin de permettre un mouvement équilibré pour l’appareil photo et les objectifs. Cela s’avère utile dans la photographie animalière ainsi que dans tout autre cas où des téléobjectifs très longs et lourds sont adoptés : une tête à cardan fait tourner un objectif autour de son centre de gravité, permettant ainsi une manipulation facile et fluide tout en suivant des sujets en mouvement.
Des montures de cardan très grandes sous la forme de montures altitude-altitude à 2 ou 3 axes sont utilisées dans la photographie par satellite à des fins de suivi.
Les cardans gyrostabilisés qui abritent plusieurs capteurs sont également utilisés pour des applications de surveillance aéroportée, notamment pour le maintien de l’ordre aérien, l’inspection des canalisations et des lignes électriques, la cartographie et l’ISR (intelligence, surveillance et reconnaissance). Les capteurs comprennent des caméras à imagerie thermique, à lumière du jour, à faible luminosité ainsi que des télémètres laser, et des illuminateurs.
Les systèmes à cardan sont également utilisés dans les équipements d’optique scientifique. Par exemple, ils sont utilisés pour faire tourner un échantillon de matériau le long d’un axe pour étudier leur dépendance angulaire des propriétés optiques.
Film et vidéoEdit
Les cardans 3 axes portatifs sont utilisés dans les systèmes de stabilisation conçus pour donner à l’opérateur de la caméra l’indépendance de la prise de vue à main levée sans vibration ou tremblement de la caméra. Il existe deux versions de ces systèmes de stabilisation : mécanique et motorisée.
Les cardans mécaniques comportent le traîneau, qui comprend l’étage supérieur où est fixée la caméra, le poteau qui, dans la plupart des modèles, peut être étendu, avec le moniteur et les batteries en bas pour contrebalancer le poids de la caméra. C’est ainsi que le Steadicam reste en position verticale, en rendant simplement le bas légèrement plus lourd que le haut, en pivotant au niveau du cardan. Ainsi, le centre de gravité de l’ensemble de l’appareil, aussi lourd soit-il, se trouve exactement au bout du doigt de l’opérateur, ce qui permet un contrôle adroit et fini de l’ensemble du système par la moindre pression sur le cardan.
Propulsés par trois moteurs sans balai, les cardans motorisés ont la capacité de maintenir la caméra de niveau sur tous les axes lorsque l’opérateur déplace la caméra. Une unité de mesure inertielle (IMU) répond aux mouvements et utilise ses trois moteurs séparés pour stabiliser la caméra. Grâce à des algorithmes, le stabilisateur est capable de faire la différence entre les mouvements délibérés, tels que les panoramiques et les suivis, et les secousses indésirables. Cela permet à la caméra de donner l’impression de flotter dans l’air, un effet obtenu autrefois par un Steadicam. Les cardans peuvent être montés sur des voitures et d’autres véhicules, comme les drones, lorsque les vibrations ou d’autres mouvements inattendus rendent inacceptables les trépieds ou d’autres supports de caméra. Un exemple qui est populaire dans l’industrie de la télédiffusion en direct, est le Newton 3-axis camera gimbal.
Chronomètres de marineEdit
Le taux d’un chronomètre de marine mécanique est sensible à son orientation. Pour cette raison, les chronomètres étaient normalement montés sur des cardans, afin de les isoler des mouvements de balancement d’un navire en mer.
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