Le blocage de la nacelle peut se produire dans les gyroscopes, les télescopes et autres appareils qui se déplacent dans plusieurs directions, et se produit lorsque les nacelles, ou supports, s’alignent de manière à empêcher l’appareil de se déplacer dans la direction souhaitée. Un gyroscope est un rouet qui est soutenu à l’intérieur d’une série de cages ou de supports, et est utilisé dans les avions et les navires pour faciliter la navigation. Chaque cage permet un mouvement dans l’une des trois directions, permettant au gyroscope d’être monté dans un navire ou un avion en mouvement tout en maintenant une orientation de niveau.
Les gyroscopes ont été abordés pour la première fois dans la littérature au XVIIIe siècle et les instruments pratiques pour les navires construits au XIXe siècle. Elmer Sperry a construit le premier gyroscope pour le contrôle du pilote automatique d’avion au début du 18e siècle. L’avantage d’utiliser des gyroscopes pour la navigation est que la roue de gyroscope en rotation maintient une orientation de niveau quel que soit le mouvement du navire ou de l’avion. La connexion du gyroscope aux instruments peut fournir un «horizon artificiel» ou une vue d’instrument du niveau même pendant les tempêtes en mer ou les turbulences des avions.
Tous les objets dans l’espace peuvent être décrits par une combinaison de trois angles définis par une formule mathématique appelée angles d’Euler. Ces trois angles sont souvent décrits par les termes axes x, y et z. On dit qu’un appareil a trois degrés de liberté lorsqu’il peut tourner vers le haut ou vers le bas, vers la gauche ou la droite, et vers l’intérieur ou l’extérieur. Les gyroscopes montés dans trois cages, chacune tournant dans l’un des trois angles, peuvent en théorie tourner dans n’importe quelle direction nécessaire à la navigation.
L’effet du blocage du cardan peut être observé dans un gyroscope, mais peut se produire dans des appareils moins compliqués. Par exemple, un spectateur qui suit un satellite au-dessus d’eux avec un télescope atteindra un point où le télescope pointe vers le haut. À ce stade, le spectateur tourne le télescope à 180° et peut continuer à suivre le satellite alors qu’il se déplace vers l’horizon dans la direction opposée.
Le verrouillage du cardan se produit si l’objet suivi, tel qu’un avion, se déplace au-dessus de la tête, puis change de direction à 90° et s’éloigne. À ce stade, le télescope ne peut pas tourner latéralement, car les supports ou les cardans empêchent le mouvement dans cette direction. L’instrument doit être tourné, ou tourné sur son support de base, pour surmonter le problème.
Les humains peuvent s’adapter à ces situations, car ils peuvent reconnaître que le télescope ne peut pas continuer à suivre l’avion à moins que le télescope ne soit tourné à 90°. Le problème est que souvent le suivi de l’objet est perdu jusqu’à ce que le spectateur puisse le retrouver dans l’oculaire du télescope. Cela peut également se produire avec les antennes radar utilisées pour suivre les aéronefs qui tournent lorsqu’ils sont situés au-dessus de l’antenne. Un logiciel informatique doit être écrit pour compenser la perte de suivi due au verrouillage de la nacelle.
Dans les gyroscopes, il existe plusieurs angles où le blocage du cardan peut se produire lorsque les cages s’alignent, empêchant le gyroscope de tourner. Comme dans l’exemple du télescope, le gyroscope est maintenant empêché de se déplacer librement et est dit gyroscope verrouillé. Les avions qui effectuent des acrobaties aériennes, ou des virages et des vrilles dans des directions inhabituelles, peuvent provoquer ce comportement dans leurs instruments de navigation. Les pilotes effectuant ces manœuvres verrouillent souvent manuellement les instruments gyroscopiques avant les acrobaties pour éviter le blocage de la nacelle et le stress sur les gyroscopes.
La navigation spatiale utilise des gyroscopes pour maintenir un point de référence connu. Il n’y a pas d’horizon dans l’espace et la position doit être déterminée par son emplacement par rapport à des étoiles spécifiques, une technique appelée navigation céleste. Lorsqu’un vaisseau spatial culbute ou change de direction, les gyroscopes maintenant l’orientation de niveau peuvent bloquer le cardan et provoquer une perte de référence.
Les astronautes devaient référencer visuellement les étoiles de navigation et réinitialiser le gyroscope pour éviter les erreurs de navigation. Une façon de résoudre le problème consistait à ajouter un quatrième degré de liberté, une autre cage, qui était montée dans une orientation ou un angle différent des autres cages. Cela permettait un mouvement même si deux cages étaient verrouillées sur le cardan, permettant ainsi à l’instrument de continuer à naviguer.