Ils utilisent les propriétés des corps en rotation rapide que sont les gyroscopes : fixité de l'axe du rotor dans l'espace absolu, couple gyroscopique, précession. Les gyroscopes classiques sont entraînés par une pompe à vide ou un moteur électrique qui leur confère une vitesse de rotation très élevée.
L'essentiel du dispositif est une roue, ou tout objet correctement équilibré, tournant sur un axe qui, une fois lancée, tend à résister aux changements de son orientation.
La démonstration la plus simple et la plus parlante consiste à tenir à bout de bras une roue de vélo par les écrous du moyeu et de la faire tourner rapidement par une autre personne. Lorsque l'on tente de pencher sur le côté la roue en rotation, on ressent une résistance. C'est la conservation du moment de rotation qui tend à s'opposer à ce mouvement.
Première Loi Gyroscopique : Un gyroscope libre animé d’une grande vitesse de rotation a pour propriété fondamentale de conserver son axe de rotation selon une orientation dans l’espace absolu.
Cela signifie que son orientation n’est pas liée aux références terrestres.
Deuxième Loi Gyroscopique : Si on applique un couple à un gyroscope libre en rotation, sur un axe différent de son axe de rotation, il réagit a ce couple de manière à amener son axe et son sens de rotation parallèle à celui du couple appliqué, et ceci par le plus courtchemin.
Ce mouvement est dit mouvement de précession lorsqu’il est provoqué volontairement, et dérive lorsqu’il est dû à un élément perturbateur.
Rôle : Le directionnel, ou conservateur de cap, est un gyroscope libre dont l’axe est orienté horizontalement selon la directionqui lui a été assignée lors de sa mise en rotation. Cette orientation sera prise pour référence horizontale.
On notera qu’en choisissant le Nord magnétique comme référence, cet instrument indiquera la Cap Magnétique de l’avion. Il faudra cependant le caler à chaque décollage.
Notions de Nord : Différentes expressions du Nord sont alors à distinguer.
ØLe Nord compas (Nc) est l'indication du nord par le compas.
ØLe Nord magnétique (Nm)
ØLe Nord géographique ou Nord vrai (Nv) est le nord de référence sur la carte. On le nomme aussi géographique.
La différence angulaire entre le nord vrai et le nord magnétique est appelée déclinaison.
Et la différence angulaire entre le nord du compas et le nord magnétique est appelé déviation.
Rôle : Il s'agit d'un gyroscope à deux degrés de liberté qui permet de visualiser l'attitude de l'avion par rapport à ses axes de roulis et de tangage et plus précisément de leurs angles avec un plan horizontal : assiette et inclinaison.
Ainsi, le principe consiste a mesurer les angles compris entre l’axe du gyroscope et les axes liés à l’avion.
Rôle :L'indicateur de virage est un gyroscope utilisant la loi de précession à un degré de liberté. Il permet de visualiser le sens et le taux du virage de l'avion.
Principe : Il est associé à une bille qui se déplace dans un tube incurvé selon la verticale apparente et qui visualise le dérapage de l'avion. La bille fonctionne simplement par gravité.
Virages en Vol Symétrique : Lorsque le dérapage est nul et le vol symétrique, la gravité relative, créée par le poids et la force centrifuge, est selon l'axe vertical de l'avion. En fait, la verticale apparente est perpendiculaire au plan de l’avion : la bille est donc au milieu.
Virages en Vols Dissymétriques : Si la gravité relative forme un angle avec la verticale de l’avion. C’est qu'il existe un dérapage : la bille n’est donc pas alignée sur la verticale vraie, mais sur la verticale apparente.
