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Description des principes



PRÉSENTATION GÉNÉRALE

Fort des principes énoncés, notre instrument est donc un Newton de 255 de diamètre. Le porte oculaire doit être à la hauteur normale de l'œil de l'observateur assis sur un siège. De là découle une focale de 125 cm, soit un F/D de 5, bien pratique et polyvalent. La monture est du type DOBSON, seule solution réellement compacte pouvant être allégée.
L'instrument est fait de plusieurs éléments qui, pour le rangement, s'emboîtent les uns dans les autres, à la manière des poupées russes.
Les photos qui suivent donnent un exemple de réalisation et aident à comprendre le rangement et la description des principales parties du télescope.


La valise de transport est fermée avec le télescope dedans. Sur le dessus, c'est-à-dire sur le couvercle de la caisse, il y a les trois patins de glissement et l'axe d'azimut. On y trouve aussi les têtes des inserts filetés qui servent pour la fixation des haches qui sont rangés dans le couvercle de la caisse. Cet élément dera office de socle.
Sur le dessous de la valise se trouvent l'anneau de glissement de l'axe d'azimut et les deux grands paliers circulaires de l'axe d'altitude. C'est ce qu'il est convenu d'appeler le rocker.

On observe par les ouvertures de la valise, la caisse du primaire et les trousses à oculaires. Sur le coté, les grenouillères de fermeture.

L'intérieur du couvercle de la valise. On y trouve les paliers de l'axe d'altitude, les haches. Notez que ces pièces ne sont pas dans le même sens que sur le plan d'ensemble. Ceci permet de dégager de la place pour le bouton de la vis qui sert d'axe d'azimut. L'orientation précise des haches dépend de la position de l'axe d'azimut et du sens de rangement de la caisse du primaire dont les quatre coins viennent dans les espaces laissés libres par les haches.

Après avoir retiré les haches du couvercle de la valise, celui-ci sert de socle au télescope. On trouve dans la base de la valise, la caisse du primaire, la cage secondaire, les trousses à oculaires et la toile de bafflage du tube,. Pour que la mise en place du rocker sur l'axe d'azimut se fasse simplement, même dans le noir, il faut que la vis et l'écrou de l'axe d'azimut soient l'un au-dessus de l'autre lorsque les deux parties de la valise sont posées l'une sur l'autre. Ainsi on aligne les deux parties de la valise, le socle et le rocker et la vis d'axe rentre dans l'écrou.

Après retrait des trousses et de la toile, on observe le rangement de la cage secondaire dans la caisse du primaire. Le porte oculaire dépasse sur l'arrière de la caisse du primaire. Cette disposition permet d'utiliser les coins de la cage pour les vis de serrage des tiges et pour les poignées du passe filtre de la cage secondaire. C'est une des trois raisons qui font que la caisse est rectangulaire : pour le porte oculaire, pour ranger les trousses et pour abaisser le centre de gravité (ce qui limite la taille du siège aussi !).



Les dimensions générales

Plans d'ensemble

vue de coté

Les 2 principaux documents sont les plans d'ensemble. Ils permettent de comprendre comment le télescope est monté, les jeux entre les pièces, et en surimpression, on y voit aussi comment il se range et comment il bouge. Ce sont les plans réalisés par Pierre en premier pour mettre en place tous les éléments.

Le plan de rangement permet de comprendre l'emboîtement des pièces en vue de dessus.

Les pièces sont repérées par des numéros et des couleurs différentes. Les figures sont un peu difficiles à lire du fait des superpositions des pièces qui font ressembler le dessin à une radioscopie.

vue de dessus

La vue de dessus

Le secondaire fait 50 mm de petit diamètre. Il est choisi au plus juste et ne génère qu'une obstruction de 20% très acceptable. Le diamètre du primaire, associé au cône de pleine lumière au plus faible grossissement envisagé nous donne la taille du diaphragme d'entrée, soit le diamètre du baffle supérieur de la cage du secondaire. De là, on construit tous les éléments en vue de dessus afin qu'ils s'emboîtent les uns dans les autres avec un léger jeu entre chacun. On remarque que les 2 haches occupent tout l'espace disponible. Elles ont donc une taille maximale en vue de l'équilibrage qui sera décrit plus loin. Les découpes d'allègement des haches permettent le passage de la vis pivot qui matérialise l'axe de rotation vertical du télescope.

La vue de coté

La cage du secondaire : Grâce au principe de l'araignée à 3 branches désaxée, la cage du secondaire est réduite en hauteur à la taille du secondaire en place, avec une légère marge supérieure et inférieure pour protéger cette optique des contacts directs lors du rangement.
L'axe du porte oculaire découle du trajet de l'axe optique du système. Les deux baffles sont placés à plus de 1 cm en retrait pour permettre en partie supérieure le rangement du chapeau clac et en partie inférieure, de réaliser aisément la coupe inclinée nécessaire pour la position de rangement dans la caisse primaire.
La caisse du secondaire : Pour des raisons d'équilibrage, le miroir primaire est installé au plus bas de sa caisse . Cela explique le souci de compacité du barillet, dont les leviers de collimation sont encastrés dans la planche du fond.
La découpe des 4 bords supérieurs de la caisse permettent le rangement des 2 haches.
La découpe oblongue d'un des cotés permet le passage du porte oculaire lors du rangement.
La découpe en arc de cercle sur le pan coupé permet le libre passage du miroir en position basse et de son couvercle de rangement.
La valise de transport : Les ouvertures latérales dans les flans de la caisse ont quatre utilités. La première est de permettre une bonne prise en mains de l'ensemble; on arrive ainsi à verrouiller toutes les pièces pour éviter tout mouvement intempestif. La deuxième est l'aération de l'intérieur pour le séchage lorsque le télescope est rangé humide. La troisième est un gain de poids qui peut atteindre 150 gr au total. Enfin la dernière est d'ordre esthétique, laissez libre court à votre imagination !

L’équilibrage.

On réalise bien que l'on doit construire léger. Grosso-modo, nous avons un miroir primaire avec ses accessoires et sa caisse pour un poids de 4 kg dont le centre de gravité est à 20 cm du centre de rotation. Le secondaire étant 80 cm plus haut, les éléments de la cage du secondaire ne doivent pas excéder 1 kg, tout accessoires compris.
Fort des données graphiques précédentes, on peut calculer très précisément la masse et le centre de gravité de chacun des éléments, en n'oubliant pas de prendre en compte les oculaires, barlow et accessoires du secondaire. De là découle la position du centre de gravité du tube optique, avec ses configurations mini (sans oculaire) et maxi (oculaire le plus lourd + barlow). Le centre de rotation sera au milieux de ces 2 extrêmes. Cela conditionne la position et la fixation des 2 haches sur la caisse du primaire.
Enfin, pour éviter les basculements intempestifs dus aux déséquilibres lors du changement d'oculaire, il est important de bien travailler les coefficients de frottement des patins de glissement, par un choix judicieux du couple de matériaux et la supérficie des surfaces de contact.
Le rayon des 2 haches, donc la position du centre de rotation, est donné par l'encombrement maxi utilisable lors du rangement dans le couvercle de la valise.
Quelques essais et ajustements du dessin permettent d'arriver à cet optimum.

Les mouvements

En vue de coté, le dessin de l’ensemble et les dimensions du rocker doivent permettre la rotation du tube optique autour de son axe horizontal. Le centre est déterminé selon les calculs précédents et le rayon d’encombrement par l’arrête inférieure du miroir primaire dans sa position la plus basse. Le bas de la caisse du primaire est coupée en biais pour permettre cette rotation.
La longueur du rocker est agrandie pour permettre le rangement du porte oculaire et des oculaires eux-même.
Le couvercle sert de socle au rocker. Il doit rester assez de matière aux endroits les plus fins pour assurer un minimum de rigidité.

L’araignée.

L'araignée est à 3 branches désaxées.
Cette configuration originale permet de passer derrière le miroir et non devant, pour une compacité en hauteur évidente. Elle limite considérablement le porte-à-faux du miroir par rapport au système de fixation. De plus, elle est désaxée par rapport à l'axe optique du système. Cela permet de placer l'une des 3 vis de collimation du secondaire sur cet axe optique.
Dans un newton, le secondaire doit être excentré de l'axe optique pour conserver le cône de pleine lumière. C'est ce qui est appelé le " shifting " du secondaire. Un calcul ou une épure à l'échelle permet de dimensionner précisément ce décalage. Le shifting est ici pris en compte dans les plans ci-joint.
Le poids du secondaire et de son araignée est inférieur à 100 grammes. Il est donc inutile de faire gros et lourd sous prétexte de faire solide. Je rêve d'une structure ultra légère en composite carbone/dépron...

Le support du miroir

Le miroir est collé au silicone sur sa plaque support selon un protocole bien précis.
Cette plaque en aluminium est équipée de petites pattes où viennent s'appuyer les 3 vis de réglage. La collimation de l'ensemble respecte le principe isostatique du point-trait-plan.
Le point est dans l'axe optique du télescope (qui rappelons le, n'est pas celui du secondaire). Il est le pivot du système. Il est matérialisé par la vis de collimation centrale dont l'extrémité est limée en pointe. Celle-ci vient se positionner dans une cuvette conique, réalisée par un trou non débouchant sur la plaque support. Ainsi, le miroir peut bouger et pivoter en tout sens tout en conservant son centrage et sa hauteur par rapport à ce point, donc au porte oculaire. Cette vis permet le réglage en hauteur du secondaire par rapport à l'axe du porte oculaire. Ce réglage est réalisé une bonne fois pour toute.
Le trait doit bloquer en rotation la plaque support du secondaire tout en participant et permettant son orientation. Pour ce faire, sa direction doit passer par le point pivot. Il est impératif de faire au préalable une collimation soignée du secondaire avec le porte oculaire pour repérer et marquer avec précision la position de la pointe de la vis par laquelle le trait passera.
Il est réalisé avec une petite lime ou une petite fraise conique de modélisme.
Le plan bloque par simple butée l'ultime degré de liberté qui reste à ce système. Ici, l'extrémité de la vis est arrondie pour permettre un bon glissement sur la languette du support.
Un ressort plaque fermement le support sur ces 3 vis.
Il est important que cet ensemble ne présente aucun jeu. C'est pourquoi, une fois le réglage de hauteur du secondaire parfaitement réalisé (réglage définitif), il convient de bloquer la vis centrale par un point de colle ou autre. Pour diminuer le jeu des 2 autres vis, dont le réglage est à refaire à chaque montage du télescope, il faut utiliser des trous taraudés de longueur maximale. De petits tubes laiton taraudés sont idoines. Pour parfaire ce système et éliminer tous les jeux résiduels, il est avantageux de réunir la tête de ces 2 vis par un élastique (joint torique).
Pour une manipulation aisée, l'emploi de vis laiton M3 à large tête moletée est idéal (BHV paris). De grâce, pour ces réglages, point de vis Chc ou autres qui nécessitent l'emploi d'un outil !

Les branches

Elles sont réalisées en fibre de carbone pour le fun, mais aussi pour la légèreté, la fermeté et surtout, la parfaite transparence aux rayons X lors des contrôles de bagages aériens. Du plat en alu aurait aussi pu fait l'affaire. Sinon, de simples réglets en acier sont possibles. Leurs fixations par vis et équerres sont définitives sur la cage du secondaire selon la cotation du plan. On respecte ainsi le bon shifting et le désaxage prévu.

Le barillet à 9 points flottants.

Le barillet est conçu dans un souci de compacité maximal, afin de profiter au maximum du contrepoids que représente le miroir primaire, pièce la plus lourde du télescope. Plusieurs détails le singularisent des autres systèmes employés.


La collimation avant.

Tous les barillets de télescopes se collimatent par 3 vis accessibles à l’arrière. Pour procéder à ce fin réglage, cela implique soit d’avoir un compère complaisant qui exécutera les manœuvres que vous lui dicterez, l’œil rivé à l’oculaire, soit de faire d’incessants va-et-vient entre l’oculaire et l’arrière de l’instrument, soit d’être doté par la nature généreuse de bras de gibbon, soit se faire greffer des bras de gibbon. Toutes ces solutions ne sont pas satisfaisantes à l’usage et l’on comprend mieux pourquoi beaucoup négligent la collimation, pourtant essentielle aux bonnes observations.
Ici, le problème est élégamment résolu :
- Les vis arrières vous donnent de l’urticaire ? et bien, placez-les devant… Un levier transmettra le débattement des vis sous le miroir, avec un effet démultiplicateur améliorant la précision du réglage.
- Ces vis de réglage vous rappelent que la terre est basse ? Rallongez les commandes par des tiges suffisament longues
- De plus, pourquoi agir systématiquement sur les 3 vis à la fois quand 2 suffisent ? Ce principe élémentaire permet de conserver une hauteur constante du miroir pimaire quelque soient les réglages effectués.
Ainsi, la collimation n'est plus la corvée que l'on sait.
Pour la réalisation pratique, les 3 triangles en aluminium ep : 2 mm ont leur articulation matérialisée par une bille d’acier. L'une est directement enchâssée et collée sur le fond de la caisse du primaire. Les 2 autres sont inserrées sur 2 leviers en carré d'aluminium, eux-même encastrés dans la planche du fond.
Pour des raisons d’encombrement minimal, le débattement des leviers est de +/- 2 mm, soit une inclinaison du miroir de +/- 1°. Dans la position la plus basse, les leviers sont à l’horizontal et affleurent la face extérieure de la caisse du primaire. Ainsi, ils ne gênent pas la rotation du télescope dans le rocker.
Par ce fait, l'ensemble du barillet a une épaisseur totale de 13 mm. Nous pensons qu'il est difficile de faire mieux.
Les points de contact avec le miroir sont matérialisés par les têtes sphériques de clous en laiton pour permettre un bon glissement. Sur chaque triangle, on conserve la pointe d’au moins 2 clous pour assurer leur blocage en rotation. Ces clous ne sont pas collés et peuvent débattre librement. Cela permet aux pointes de glisser librement dans de petits tubes en laiton, encastrés dans la planche du fond de la caisse.


Les proportions.

Autre originalité, les proportions de notre système sont différentes de celles généralement proposées par ailleurs et donnent des performances théoriques meilleures. Elles sont le fruit des savants calculs de Pierre permettant d'appréhender précisément la déformation du Pyrex par la méthode des éléments finis grâce au logiciel PLOP de Mr. David LEWIS. Voici les images qu'il obtient des déformations des miroirs pour les cas suivants:



Pour le cas d'école traditionnel :

Les points sont placés pour couper les secteurs d'anneaux en surfaces égales, c'est-à-dire à 40,82% et 81,65%. Il ne sert à rien de refocaliser. J'ai considéré un Pyrex de 255 sur 27 au bord. L'image Plop donne la figure de déformation avec le rouge à -4,1 nm et le bleu à +2.6 nm. La déformation PTV est de 6,7 nm et en RMS de 1,3, ce qui donne sur l'onde lambda sur 40.

Solution retenue pour nos supports :
Ils ont les points placés au barycentre des secteurs c'est-à-dire à 31,83% et 77,12%. Il faut refocaliser de 8 µm pour trouver la meilleure parabole. Ce qui n'est pas intuitif ! J'ai considéré un Pyrex de 255 sur 27 au bord. L'image Plop donne la figure de déformation avec le rouge à -2.4 nm et le bleu à +2.2 nm. La déformation PTV est de 4,6 nm et en RMS de 1,0, ce qui donne sur l'onde lambda sur 60.

Pour le cas personnel Strock:
Il a les points optimisés avec le logiciel PLOP de Mr. David LEWIS en figeant le rayon intérieur à 40,00% pour ne pas trop réduire la taille des triangles. Les points du cercle extérieur sont à 71% mais avec des angles de 32.5° au lieu des traditionnels 30°. Il faut refocaliser. J'ai considéré un Pyrex de 255 sur 27 au bord. L'image Plop donne la figure de déformation avec le rouge à -2.1 nm et le bleu à +1.3 nm. La déformation PTV est de 3,6 nm et en RMS de 0.66, ce qui donne sur l'onde lambda sur 78. Tout juste acceptable pour les puristes!

Pour mémoire : Ce qui a failli être le cas Strock: C'est un barillet à 3 points optimisés par PLOP à 42,5%. Ce qui donne avec refocalisation un PTV de 19,7 nm et 4.2 nm en RMS, soit lambda sur 14 tout de même!

Les cales latérales

Le miroir est maintenu par 4 cales latérales avec un léger jeu de 0,5 mm pour ne pas perturber son assise sur les 9 points du barillet. Les cales sont espacées de 90°, ceci afin de minimiser les contraintes sur le bord du miroir générateur d'astigmatisme. Le télescope étant destiné à voyager, il doit être fermement maintenu lors des transports. 4 cales ne sont pas de trop !
Des petits taquets empêchent le basculement du miroir. Ils assurent aussi un parfait bridage du miroir pendant les transports, après l'avoir monté au maximum grâce aux réglages de collimation. Il ne faut pas que ces taquets entravent la collimation du miroir et doivent correspondre à la position haute maximale. Dans le cas contraire, il peut être judicieux de prévoir 2 taquets escamotables.


Le couvercle

Ici, il ne faut pas tergiverser et prendre un plat à tarte de bon diamètre (Téfal 28 cm). Il sert évidemment de protection au primaire. Mais surtout, renforce le bridage du miroir lors des transports. Pour ce faire, le fond du couvercle doit impérativement reposer sur les 4 taquets pour bien reprendre leurs efforts - et non sur les cotés ou la base. C'est lui qui encaissera les chocs lors des transbahutages violents. Les cales latérales doivent être façonnées en conséquence et l'emploi de vis à tête fraisée est impératif pour la fixation des 4 taquets.
Ce couvercle est ferment bridé dans le fond de la caisse par 2 taquets en bois escamotables dont le serrage est assuré par 2 vis moletées.


La structure triangulée

Ce qui frappe au premier regard sur ce télescope, c’est la finesse de la structure triangulée qui relie la cage du secondaire à la caisse du primaire.
Pourtant, la légèreté du secondaire et la rigidité surprenante du carbone permettent ce choix. Ce matériau offre un rapport poids/rigidité imbattable, avec une élasticité suffisamment forte pour notre utilisation.
Cela étant, un copain a utilisé des tiges en PVC et le résultat est intéressant aussi, quoique bien plus souple. C’est une économie non négligeable.
Par ailleurs, nous avons constaté avec étonnement lors de la fabrication de notre T400 que la structure étant triangulée, elle ne nécessitait pas forcément un serrage des tubes en partie basse pour assurer une bonne rigidité d'ensemble. Cette considération est valable pour des tubes rigides. Pour ici, les tiges de carbone étant flexibles, nous allons les cintrer afin d'augmenter les forces de frottement par arc-boutement dans les embases de la caisse du primaire.
Remarque : On parle souvent de tube serrurier pour une telle structure. En fait, nous n’utilisons que la partie avant de ce système ingénieux inventé par M. Serrurier. Rares sont les constructions amateurs qui reprennent la partie arrière, dont le but est une maîtrise des flexions inévitables pour conserver l’alignement de l’axe optique.
Ici, ce sont les avantages de légèreté et de démontage qui nous intéressent.


Le passe filtre

Un passe filtre est intégré à demeure dans la cage du secondaire, juste devant le porte oculaire. C’est particulièrement confortable à l’usage. Il n'y a pas besoin de sortir sans cesse l'oculaire pour comparer la vue avec et sans filtre. Cela aide beaucoup l'œil à trouver les plus fins détails. De plus, les filtres étant déjà en place, on les utilise plus souvent.
Typiquement il y a trois positions sur le passe filtre : une au centre sans filtre, dotée d'un trou assez grand pour ne jamais vignetter et pour pouvoir faire la collimation à l'œil sans gène Deux autres sont disponibles pour les filtres de son choix. On peut par exemple installer un pollution lumineuse UHC et OIII pour le ciel profond, ou alors un bleu et un orange pour les planètes.

© Tous droits réservés 2003 MAGNITUDE 78

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