Réalisation d'un monorail gyroscopique

1. Le principe

Il s'agit d'engins qui roulent sur un seul rail et qui utilisent un système à base de gyroscope pour les stabiliser. En effet, le véhicule roule sur un rail conventionnel unique, de sorte qu'en l'absence d'un système d'équilibrage, il ne peut que tomber.

Le principe de la bicyclette est bien connu. La rotation des roues a déjà des effets stabilisateurs. Mais quand un cycliste peut faire des petits écarts pour rétablir son équilibre, un véhicule sur un rail rigide nécessite dans tous les cas un gyroscope séparé pour se tenir debout.

Pour stabiliser le véhicule, il faut donc un gyroscope.

Une roue en rotation est montée dans un cardan dont l'axe de rotation (l'axe de précession) est perpendiculaire à l'axe de rotation de la roue. L'ensemble est monté sur le châssis du véhicule de telle manière que, à l'équilibre, l'axe de rotation, l'axe de précession et l'axe de roulis du véhicule sont perpendiculaires entre eux.

Forcer le cardan à tourner entraine une précession de la roue résultant en des forces autour de l'axe de roulis de sorte que le mécanisme a le potentiel de redresser le véhicule en cas d'inclinaison par rapport à la verticale. (voir figure ci-dessous).

2. Les systèmes réels

Trois systèmes ont été développés au début du XXème siècle, par Louis Brennan en Angleterre, Paul Fröhlich et Emil Falcke en Allemagne (financé par August Scherl, qui lui donnait le nom) et Piotr Schilovski, encore en Angleterre.

2.1 Le monorail de Louis Brennan

Louis Brennan (28 Janvier 1852 au 17 Janvier 1932) était un ingénieur irlandais-australien qui a fait de nombreuses inventions dans le domaine de la mécanique. Il a beaucoup travaillé sur un système de monorail qui est maintenu en position verticale par un gyrostat. En 1903, il a breveté ce système de monorail gyroscopique équilibré qui était conçu pour un usage militaire. Il a démontré avec succès le système le 10 Novembre 1909, à Gillingham, Angleterre, mais le système n'a jamais été adopté. Les photos ci-dessous montrent le monorail de Brennan.



Les gyroscopes étaient plaçés dans la cabine, bien que Brennan ait prévu de les mettre sous le plancher du véhicule avant de le présenter au public, mais le dévoilement de la machine Scherl l'a forcé à présenter la première démonstration publique le 10 Novembre 1909.

Les véritables débuts publics pour le monorail Brennan l'ont été à l'Exposition Japon-britannique de White City, à Londres en 1910. Le monorail a transporté 50 passagers à la fois autour d'une piste circulaire à 20 mph. Parmi les passagers, il y avait Winston Churchill qui a montré beaucoup d'enthousiasme. Bien que çe soit un moyen de transport viable, le monorail n'a pas réussi à attirer de nouveaux investissements. Sur les deux véhicules construits, l'un a été vendu à la ferraille, et l'autre a été utilisé comme un abri dans un parc jusqu'en 1930.

2.2 Le monorail de Scherl

Auguste Scherl était un éditeur allemand et philanthrope qui a fait construire un monorail gyroscopique qui a été présenté au public le mercredi 10 Novembre 1909 au Jardin zoologique de Berlin.

La machine de Scherl est plus petite que celle de Brennan, avec une longueur de seulement 5,20 mètres.Elle pouvait accueillir quatre passagers sur une paire de banquettes transversales. Les gyroscopes sont situés sous les sièges, et a axes verticaux, tandis que Brennan a utilisé une paire de gyroscopes à axe horizontal. Le servomécanisme était hydrauliques et la propulsion électrique. Strictement parlant, August Scherl a simplement fourni le soutien financier. Le mécanisme de redressement a été inventé par Paul Fröhlich, et la voiture conçue par Emil Falcke.

Voici le schéma du monorail Scherl.

2.3 Le travail de Chilovsky

Après l'échec de Brennan et Scherl pour obtenir les investissements nécessaires au développement de leurs machines, des études ont été reprises à partir de 1910 par Piotr Chilovsky, un aristocrate russe résidant à Londres. Son système d'équilibrage était fondé sur des principes un peu différents de ceux de Brennan et Scherl, et utilisait un gyroscope plus petit et qui tournait plus lentement. Après avoir développé un monorail gyroscopique modèle en 1911, il a conçu un gyrocar qui a été construit par la Société Wolseley Motor et testé dans les rues de Londres en 1913. Comme il utilisait un gyroscope unique, plutôt que de la contre-rotation paire comme Brennan et Scherl, il présentait une asymétrie dans son comportement, et devenait instable dans les virages serrés. Il a suscité un intérêt, mais aucun financement sérieux.

Ces informations ci-dessus sont extraites du site Wikipédia : http://en.wikipedia.org/wiki/Gyro_monorail qui décrit les principes mécaniques utilisés.

3. Les modèles réduits déjà réalisés

Un monorail jouet à base de pièces Meccano a été décrit en 1931 dans la revue Modern Mechanics. Il est très simple à réaliser mais le fonctionnement n'est pas garanti. Site web: http://blog.modernmechanix.com/2008/10/14/an-electric-miniature-mono-railway/

Récemment, plusieurs modèles réduits ont été réalisés par des modélistes, essentiellement au Japon et les résultats obtenus sont impressionnants. On peut citer le travail remarquable de MORI Hiroshi qui a réalisé un modèle réduit pour train de jardin. Pour accéder à son site, cliquez ici.

On peut voir sur Youtube une autre réalisaion particulièrement réussie: http://www.youtube.com/watch?v=AGaevdhIz9Y

4. Mon modèle en cours de réalisation. Les premiers essais.

J'ai trouvé ce principe de locomotion particulièrement original et j'ai voulu le tester par moi-même. Pour l'instant, il ne s'agit que d'un jouet en cours de réalisation et absolument pas d'un modèle qui sera peut-être réalisé plus tard si le jouet fonctionne.
J'ai acheté un gyroscope chez GYROSCOPE.COM en Grande Bretagne et je l'ai simplement posé dans un wagon LIMA que j'ai équipé de deux roues (une à l'avant et l'autre à l'arrière). Une des roues est motorisée par un moto-réducteur miniature alimenté par une batterie de 6 Volts.
Vous pouvez voir ci-dessous une photo du gyroscope seul et du wagon LIMA avec le gyroscope.





Et voici une petite vidéo qui montre les premiers résultats obtenus.



La roue du gyroscope est lançée par le moteur fourni avec le gyroscope, puis le gyroscope est posé sur le wagon. Le système fonctionne pendant 30 secondes environ avant de tomber sur le côté. Il reste beaucoup de travail à faire pour obtenir un fonctionnement fiable: motoriser le gyroscope avec un moteur miniature, faire des essais avec deux gyroscopes ( comme sur le modèle réel de Brennan), remplacer l'une des roues par un boggie, etc...
Si vous êtes intéressés par cet engin, une collaboration serait la bienvenue. Je suis ouvert à toute suggestion.


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