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LES PRINCIPES généraux


Le cahier des charges

Un cahier des charges est établi avec les objectifs suivants :
- L但CA se dotera d置n instrument « club » le plus performant possible, robuste et facile d置tilisation.
- Dédié au visuel, ce sera un Newton sur monture Dobson. L段nstallation d置ne table équatoriale est envisageable par la suite.
- L段nstrument sera installé sur le site de la Foa qui jouit d置n ciel exceptionnel où des SQM supérieurs à 21,5 sont fréquents dès lors que les nuages laissent le champ libre.
- Ce choix dicte les dimensions maximales du télescope, adaptées à celle du local de stockage et de son accès (porte de 78cm de large). Ce sera la contrainte technique la plus forte du projet.
- Il sera facilement transportable en éléments dont le volume sera réduit au strict nécessaire pour les besoins des animations auprès du public.
- Le travail de conception et de fabrication participera à une dynamique nouvelle au sein du club, avec l段nstitution de réunions hebdomadaires et la constitution d置ne équipe motivée. Nul doute que les savoir-faire acquis susciteront probablement l弾nvie de projets ultérieurs.


Les sources d'inspiration

Le but est d'avoir une structure simple à réaliser, très rigide, ergonomique et facile à mettre en 忖vre . Ayant eu l'occasion de tripoter des T600, j'en connais le potentiel mais aussi les points de détails à considérer avec attention. L'allure générale fait immédiatement penser aux réalisations de l'ami Pierre DESVAUX (the Dobson factory) mais aussi au T600 de David VERNET pour quelques id馥s au niveau de la partie basse. Cependant, on retrouvera l'esprit et de nombreux principes développés par MAGNITUDE 78 et bien sûr ceux de mon T400-c.


Un joli T600 F/D 3,3 Dobson Factory, mariage du bois, de l'aluminium et du carbone, cage mono-anneau, araignée à 4 branches à 90° mais non alignées et caisse primaire basse, voici de belles bases.

Sur le T600 de David, c'est le concept d'une table équatoriale intégrée (option envisagée par la suite), d'une caisse basse avec un baffle octogonal, d'un solide rocker dont le fond est évidé pour permettre la rotation de l'instrument. La solution des leviers astatiques est écartée pour ne pas compliquer la fabrication.

Bien que le T400-c soit un instrument ultra-léger avec une structure à 6 tubes, les affinités sont pourtant bien réelles : cage mono anneau en partie basse, araignée pyramidale carbone désaxée, support secondaire point-trait-plan centré sur l'axe optique, entretoise triangulée, système d'attache des tubes, profil des tourillons, proportions du barillet, etc. Assurément c'est un cousin !


Le miroir

La qualité du ciel et les ambitions du club invitent à se doter d置ne « optique de course » d置n diamètre de 600mm à F/D 3,3. Ce diamètre (60cm) en fera l段nstrument le plus puissant de Nouvelle Calédonie et offrira des observations exceptionnelles, tant par les visions spectaculaires facilement accessibles auprès du plus grand nombre que par les investigations poussées qu段l permettra. Cette grande ouverture (3,3 pour une focale de 2m) procurera un confort d弛bservation grâce à une faible hauteur du porte-oculaire, bien qu弾lle oblige l置sage d置n correcteur de champ, genre Paracorr. Lépaisseur de 58mm est un choix raisonnable pour maîtriser les problèmes d誕stigmatisme générés par la flexibilité du miroir sous son propre poids.
De telles optiques ne sont pas encore très répandues, à fortiori si on les souhaite de qualité et nous avons fait confiance au talent de Franck Grière (MIRRO-SPHERE) pour leur réalisation. Au coût des miroirs s誕joutent des frais de ports et de taxes d段mportation diverses qui obligent à solliciter des demandes de subventions conséquentes. Ce poste budgétaire sera la principale difficulté de ce projet.

Ce sera donc un télescope de 600 mm à F/D 3,3 de type Dobson Newton assez compact.

Le primaire en cours de parabolisation sous les mains de Franck. L'饕auche du secondaire et son martyr qui emp鹹hera la formation d'un bord rabattu. Le bulletin de contrle du mirroir primaire. Une pi鐵e optique remarquable, merci Franck !


Lépure optique

Le préalable à toute conception optimisée de télescope débute par létude et le traçage de lépure optique en considérant la taille du miroir secondaire, sa position, le champ de pleine lumière et le vignettage qui découlent de la configuration choisie. Ici, nous avons privilégié de disposer du champ de pleine lumière (CPL) maximum offert par un secondaire de 150mm de petit axe (25% d弛bstruction).
Cela se traduit par un positionnement du porte-oculaire (PO) au plus près de l誕xe optique de l段nstrument, en se positionnant au raz du cône de pleine lumière que couvre le miroir primaire (1°). A partir de ce point, il faut ajouter l弾ncombrement d置n passe filtre (ici 10mm), une marge minimum de mise au point pour pallier une myopie prononcée (5mm suffisent généralement mais par sécurité il y en a 10 ici), et considérer l弛culaire ayant le foyer le plus sorti (donc la position la plus rentrée comme pour l脱thos 21mm). La longueur du tube de PO dépend de la gamme d弛culaire utilisée et 50mm de tirage couvrent les besoins (voir schéma ci-contre).
Comme on le constate par calcul, le CPL est de 17,8mm. Le vignettage au-delà du CPL est tout à fait acceptable et ne se fera probablement pas remarquer à l弛culaire offrant le plus grand champ sur le ciel.


Cotes à considérer pour déterminer la position du PO.


La structure

Les techniques de réalisation sont simples à mettre en 忖vre, ce qui nécarte pas une certaine technicité de conception où tout sera optimisé et rien ne sera laissé au hasard.
Les contraintes dimensionnelles et de transportabilité imposent une structure démontable, optimisée en termes de compacité et de rigidité, sans recherche d置n gain de poids, contribuant à une meilleure stabilité et facilitant léquilibrage. Elle comprendra une caisse primaire de faible hauteur avec barillet à 18 points flottants, dotée de grands tourillons démontables et installée sur un rocker lui aussi de faible hauteur. La cage du secondaire sera mono-anneau en partie basse et araignée 4 branches pyramidales. Les parties haute et basse seront reliées par une structure triangulée dissymétrique à 8 tubes.


Les matériaux

Il est fait appel à des matériaux simples à mettre en 忖vre et facilement disponibles sur le marché calédonien. Un CTP multiplis de qualité est utilisé pour le socle, le rocker, la caisse du primaire et l誕nneau du secondaire. En fin bricoleur, Jean-Paul se charge des travaux de menuiserie. Le barillet est entièrement en aluminium. Quelques relations bienvenues permettent d弾nvisager la soudure au TIG des pièces en aluminium et l置sinage des inserts filetés en laiton. L誕ccastillage en partie haute comprenant l誕raignée et le support du secondaire initialement prévu en aluminium est finalement réalisé en carbone grâce aux aimables services d丹livier. Les tubes de la structure triangulée seront en carbone pultrudé.


La cage du secondaire


Généralités

De lépure tracée découlent les dimensions et la position des divers éléments de la partie haute du télescope. La cage du secondaire est directement inspirée du T400-c, c弾st à dire :
- une cage mono-anneau en partie basse avec araignée désaxée pyramidale,
- un support du secondaire passant derrière le miroir intégrant le shifting,
- une collimation isostatique reprenant le principe du point/trait/plan.
Ces principes, découverts avec le Strock 250, puis mis en 忖vre sur le T400 du club M78 et le T400-c, assurent une compacité maximale en hauteur de la cage secondaire ainsi réduite à l弾ncombrement de son seul miroir. Cette compacité est gage de rigidité en diminuant les porte-à-faux du système de support du miroir.
Cette cage ne diffère du T400-c que par :
- un anneau circulaire en bois de belle facture,
- une araignée dissymétrique à 4 branches,
- 3 ressorts de traction pour assurer le maintien de la plaque-support du miroir secondaire sur les 3 touches de collimation.
Ne voulant prendre aucun risque, ces 2 derniers choix découlent de la prise en compte du poids respectable du miroir secondaire avec le souci d誕ssurer une grande rigidité de l弾nsemble pour garantir la parfaite tenue de la collimation.


Schéma de principe de la matérialisation du système "point/trait/plan" au dos de la plaque support du secondaire. Ainsi, le système est parfaitement isostatique et le miroir est positionné dans l'espace.


La collimation du secondaire

Pour la collimation, rappelons qu弾lle ne se fait que sur 2 vis, la 3°, celle matérialisant le point, positionnée sur l誕xe optique du primaire est calée une bonne fois pour toute en hauteur par rapport au PO.
Ce "point" fait office de rotule. Celle-ci étant positionnée non loin du centre de gravité du miroir, elle reprend les efforts les plus importants. La fermeté de la tenue du miroir secondaire est donc tributaire de la qualité de cette rotule. Pour garantir cette condition, la disposition des ressorts de traction concentre les efforts majoritairement sur celle-ci, et l'extrémité de la vis de collimation est arrondie pour venir se loger dans un alésage. Ainsi, la surface de contact est plus généreuse qu'avec une simple vis taillée en pointe et en cas de choc, le système restera plus facilement en place.


Le système réglable d'accroche des ressorts de traction (en inox).

Schéma de principe du support du secondaire, avec les 3 points de contact et les 3 ressorts de traction. On remarque sur la vue de dessus le système désaxé avec le "point" situé sur l'axe optique intrumental.


La cage mono anneau en position basse

Outre une esthétique particulière, l誕vantage du mono-anneau en position basse est de diminuer la longueur des tubes de la structure triangulée, mais aussi d誕voir la possibilité de la poser à plat lors des opérations de montage/démontage avec une bonne protection du miroir et du PO.
La contrepartie est l弛bligation d置ne araignée pyramidale. Celle-ci ne pouvant être mise en traction, elle doit disposer obligatoirement d置ne rigidité intrinsèque suffisante. C弾st pourquoi on aura le souci d弾n diminuer l誕ngle sommital autant que possible, délargir au maximum la largeur de chaque branche, de mettre en 忖vre un matériau suffisamment rigide tout en gardant une épaisseur raisonnable, d弛ù le choix du carbone monolithique de 4mm dépaisseur. Rappelons pour qui douterait, que ce type d誕raignée est utilisé sur bon nombre d段nstruments professionnels, dont le VLT par exemple...
Le miroir sera collé à la silicone sur une plaque en sandwich mousse/carbone, en respectant la bonne mise en 忖vre.


Le porte-oculaire

Le porte-oculaire est un Father Touh de 2 pouces et de 50mm de tirage. Ce modèle est sans compromis en termes de qualité d'utilisation et de finition. L'axe du PO est incliné à 22,5° par rapport au diamètre instrumental. Cela offre un meilleur confort lors des visées basses, mais permet aussi de positionner le PO un peu plus loin que l'un des 4 points d'accroche de l'anneau sur la structure triangulée, ce qui facilite l'implémentation des divers éléments.


Le barillet

C弾st un barillet à 18 points flottants (3 leviers, 6 triangles) reprenant les proportions du T400-c, soit par rapport au rayon du miroir primaire : R1 = 34,5% pour les 6 points de contacts internes, R2 = 62,4% pour l誕rticulation des triangles et R3 = 75% pour les 12 points de contacts externes, cela pour un PTV théorique de 7,9nm.
Ces proportions se traduisent par un point d'articulation des triangles différent de leur centre de gravité. Elles "déchargent" la zone centrale restant à l'ombre du miroir secondaire pour mieux porter le reste de la surface optique.
Par ailleurs, le réglage de collimation ne se fait que sur 2 vis, la troisième étant calée une bonne fois pour toute après la première collimation. Cette vis devient donc le point de référence de l'optique du télescope, garant du parfait positionnement du foyer au niveau du porte-oculaire.


Le cadre du barillet

Réalisé en tubes carrés d'aluminium soudés entre eux, il assure la rigidité de la partie basse du télescope, bien évidemment au niveau des 3 points de contact avec le dos du miroir primaire, mais aussi en raidissant les flancs de la caisse en bois rendue solidaire par vissage et en offrant des points d'accroche pour les tourillons.


La caisse du primaire

Pour des raisons de protection du miroir, le barillet est intégré dans une caisse en bois de faible hauteur.
Les supports latéraux sont assurés par des roulettes placées à 90°, au contact de la tranche du miroir au niveau de son centre de gravité. Celles-ci sont fixées sur de larges goussets solidaires de la caisse du primaire.
Les flancs sont découpés pour ne pas entraver la rotation en altitude avec un centre géométrique le plus bas possible.


La structure triangulée

C弾st une structure à 8 tubes ronds de 32x1,5mm en carbone, reliant la partie haute à la partie basse du télescope. Ces tubes sont assemblés entre eux en 2 lots pour faciliter le montage : le grand compas et le fagot des 6 autres tubes. Les extrémités reliées deux à deux sont articulées sur des cornières servant de point d誕ttache avec l誕nneau ou la partie basse du télescope. Ces cornières sont conçues pour offrir un encombrement minimal, facilitant le rangement et surtout, contribuant à une meilleure rigidité d弾nsemble. Elles sont munies de pions de centrage pour faciliter les opérations de montage.
Le système de fixation situé aux extrémités libres est assuré par un plan fendu et serrage sur une portée conique, garant d置n positionnement parfait et d置ne mise en place rapide.


L'entretoise

Pour parfaire la rigidité du système, une entretoise relie la partie supérieure des tourillons. Elle est triangulée par 2 bielles de contreventement. Outre une meilleure stabilité de l段nstrument, ce renforcement permet d誕ccrocher la structure triangulée au niveau de cette entretoise. Cela permet de diminuer la longueur de 4 des 8 tubes de la structure et d誕ugmenter l誕ngle entre chacun. Enfin, ce type de structure dissymétrique présente une esthétique agréable.


L'assemblage

toujours inspiré du T400-c, les systèmes de fixation haut et bas cherchent à minimiser la mise en œuvre, en réduisant le nombre de vis de serrage au strict nécessaire et en ayant le souci de faciliter le montage. Ainsi, il y a 4 vis à serrage manuel en partie haute et 6 en partie basse, une cornière assurant la liaison entre l'entretoise et 2 tubes. Les 2 bielles de contreventement nécessitent 2 autres vis.


Ci-dessus, un concept envisagé pour traiter les extrémités des tubes carbone : c'est un plat d'alu plié au bon angle, encastré-collé dans le tube fendu, l'assemblage étant renforcé par un ruban de carbone stratifié, les espaces vides comblés aux microballons et Epoxy.
Divers schémas de principe de la structure triangulée. Ce sont des croquis de travail qui ont permis d'affiner les concepts finaux, ceux-ci pouvant différer légèrement de la réalisation.


La gestion des jeux sur les chapes articulées

Si, dans la conception de l'instrument, l'on choisit d'utiliser des chapes articulées aux extrémités des barres de la structure triangulée, il importe d'appréhender quelques points de détail.
Un système dont l'articulation est matérialisée par un axe peut être à l'origine de jeux néfastes au bon fonctionnement de l'instrument. Si un jeu subsiste entre l'axe et les alésages correspondants, cela bloblotera comme on le remarque sur les schémas ci-dessous :

Des alésages généreux génèrent des jeux. On remarque qu'une double chape de conception plus robuste ne solutionne pas ce problème, et peut être à l'origine d'un jeu transversal supplémentaire. Un axe mal serré est bien sûr néfaste. On utilisera des rondelles et des écrous frein.

On minimise ou on annule ces jeux en faisant un ajustement « serré » où l'axe rentre légèrement à force dans la partie que l'on souhaite mobile et en bloquant radicalement l'axe sur la partie que l'on souhaite rigide, par un emmanchement « à force », vissage à bloc, collage, soudure, etc. Il importe d'avoir un serrage efficace assurant le maintien et l'adhérence des surfaces en contact.
Examinons quelques solutions techniques sur les schémas ci-dessous :

De gauche à droite : 1- On ne guide JAMAIS sur la partie filetée d'un axe ou d'une vis. 2- On peut utiliser des vis dont seule l'extrémité est filetée. 3- Ou bien, on peut manchonner la partie en contact avec les alésages traversés. 4- On peut utiliser un appui conique avec un 馗rou approprié. C'est la solution retenue pour ce télescope.


De la mécanique d置ne structure triangulée

Il semble important d誕ppréhender les efforts que doit reprendre une structure triangulée à 8 barres reliant la cage du miroir secondaire à la caisse du miroir primaire. Ces efforts sont principalement dus au poids de la cage secondaire et pour les besoins de la démonstration, on négligera celui de la structure triangulée.
On considère des fixations articulées. Cela facilite le calcul et nous met en sécurité car c弾st la configuration ultime possible la plus défavorable en termes de rigidité. Dans ce cas, chaque barre ne travaille qu弾n traction-compression et elle porte le nom de « bielle ».


A la verticale

Lorsque le télescope pointe au zénith, le poids est équitablement réparti sur chacune des 8 bielles. Elles travaillent toutes en compression et l弾ffort « F1 » à reprendre est majoré de l誕ngle « a » donné à chacune :

Pour notre télescope : P = 10 daN, a = 11°, donc F1 = 1,27daN
On remarque que l弛uverture de l誕ngle à une influence assez faible (de 1,25 daN pour a = 0° à 1,33daN pour a = 20°)






A l檀orizontal

Lorsque le télescope pointe à l檀orizontal, la configuration se complexifie, chaque jeu de bielles ayant un rôle spécifique. Voici une approche simplifiée, mais néanmoins suffisante pour avoir un ordre de grandeur dans le cas le plus défavorable où l'on considère que seuls les 2 triangles latéraux reprennent les efforts induits par le poids de la cage secondaire.
Les bielles « hautes » CE et « basses » AD ne servent quà empêcher le basculement de la partie haute par rapport aux points de fixation et non pas à « supporter » le poids de la cage secondaire. Pour s弾n convaincre, regardons ce qui se passe si l弛n ôte les bielles formant les triangles latéraux BD et BE : l弾nsemble se comporte comme un parallélogramme, seul le parallélisme entre la partie haute et basse est bien respecté.


Maintenant, regardons les efforts repris par la structure :



Dans un premier temps, regardons les efforts repris par les 2 triangles latéraux E-B-D. Ils reprennent l'essentiel du poids de la cage secondaire et appliquent les efforts induits à la caisse primaire. Les bielles hautes BE travaillent en traction et les basses BD en compression. Chaque bielle encaisse une force « F3 » :

Pour notre télescope : P = 10 daN, a = 11°, donc F3 = 13,1 daN
On remarque que l弛uverture de l誕ngle à une influence notable (10,33 daN pour a = 14°).

Ensuite, regardons les efforts emp鹹hant la cage secondaire de basculer sous son propre poids par rapport à l'articulation au point B. Le moment des forces est repris par le triangle haut E-C-E' et le bas D-A-D'. Ils sont en traction pour les 2 bielles « hautes » CE et en compression pour les 2 bielles « basses » AD. Dans chaque bielle, on a donc une force « F2 » dépendant du poids « P » de la cage secondaire, de la distance « x » de son centre de gravité par rapport aux points d誕ttache B et B' et du diamètre de la couronne des points d誕ttache « D » :

Pour notre télescope : P = 10 daN, x = 10cm, D = 71cm, donc F2 = 2,8 daN
On remarque que plus la cage est compacte, plus « x » est petit, et plus F2 devient faible à nul dans le cas où les points d誕ttache passent par le centre de gravité de la cage secondaire.

Nota : Il est important de voir que si les points d誕ttache tendent vers des encastrements, toutes les barres participent à la reprise de l段ntégralité des efforts, ceux « anti basculement » et ceux de reprise du poids. Elles travaillent toutes en flexion composée. Cette reprise en flexion apporte un surcroit de rigidité à l弾nsemble d誕utant plus notable que les encastrements (ou le blocage des articulations) sont de qualité. Pour s弾n convaincre, regardons ce qui se passe si l弛n ôte les bielles BE et BD formant les triangles latéraux tout en ayant des encastrements sur les bielles "hautes" et "basses" CE et AD, configuration retenue sur les structures faisant appel à des « poutres » (bi, tri, quadri-tubes). La rigidité intrinsèque de cet ensemble s誕joute à celle de la triangulation.


Léquilibrage

Par les données renseignées, le tableau de nomenclature calcule le poids et la position du centre de gravité du télescope, élément essentiel pour déterminer la position et les dimensions des tourillons d誕ltitude.
Le centre géométrique des tourillons doit correspondre au centre de gravité moyen (CGmoy) du tube optique, déterminé par le centre de gravité minimal (CG min) lorsqu段l n馳 a pas d弛culaire dans le porte-oculaire, et par le centre de gravité maximal (CG max) lorsque ce dernier est équipé avec l弛culaire et son additif optique (Barlow) le plus lourd. Plus lécart CG min/max est faible, plus l段nstrument sera insensible au déséquilibrage. Au besoin, on y remédie en considérant la qualité du glissement des surfaces en contact entre les tourillons et le rocker. Pour cela, on joue sur les paramètres du diamètre des tourillons (plus ils sont grands, plus ils assurent un freinage efficace en gardant une grande souplesse de man忖vre), le choix des matériaux patin/surface de glissement (Téflon sur stratifié granuleux) ainsi que la superficie des surfaces en contact (1kg/cm²).


La monture altaz

Entièrement réalisée en CTP verni, ses dimensions et sa conception doivent offrir une rigidité maximale pour offrir des mouvements doux et agréables, mais aussi réduire au maximum les vibrations et oscillations résiduelles.


Les tourillons

Les tourillons de grand diamètre sont fixés sur les flancs de la caisse et sont ancrés dans le cadre du barillet. Ils sont démontables pour faciliter le transport. Leur emplacement est déterminé par la position du CG moy estimé par calcul. Au besoin, des contrepoids seront utilisés pour parfaire léquilibrage final. Leurs dimensions permettent le pointage de l檀orizontal à 5° au-delà du zénith. Ces particularités facilitent les observations dans ces régions du ciel, sans négliger les objets proches de l檀orizon nord. Bien que souvent négligés, ce sont des concepts agréables mis en 忖vre sur tous les instruments de MAGNITUDE 78.


Le rocker

Il est de faible hauteur et sa planche de fond est doublée pour en accrotre la rigidité. Un évidement pour le passage au plus juste des éléments les plus bas de la caisse primaire permet d弛ptimiser au maximum les dimensions. Les tourillons frottent sur 4 patins de téflon de 30x30x5 formant un angle de 60° avec le centre de rotation en altitude. Ces patins sont dotés d置n rebord pour assurer le guidage latéral. La face inférieure reçoit une piste en stratifié granuleux pour assurer une bonne surface de glissement avec le socle.



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