Barillet à matelas d'air sur leviers astatiques

[Nathanael 6305]

Bonjour à tous,

Je soumets à votre sagacité et vos critiques ce concept de barillet astatique à matelas d'air. Il est né d'une récente discussion sur les barillets astatiques vs triangles. Je vais développer un peu sur ce post dédié car je ne vois pas vraiment d'écueil insurmontable à ce type de barillet. Il peut au contraire permettre de bien répartir les appuis (aussi nombreux qu'on le souhaite sans complications). Évidemment, comme il ne s'agit pour l'instant que d'une idée (je n'ai procédé à aucune mise en œuvre) il est possible que ce fil de discussion conduise à un abandon pur et simple. C'est justement le but de faire le tour des inconvénients, avant d'aller plus avant dans la réalisation d'un barillet de ce type.

Je mets ci-dessous 7 schémas auxquels je me réfère dans la discussion à suivre.

L'idée de base (1) c'est que le miroir sur un coussin d'air est supporté uniformément sur toute sa surface. De plus, il n'y a aucune tenue latérale du miroir (2). Cerise sur le gâteau (mais on ne pourra pas s'en servir) le coussin d'air agit comme des leviers astatiques, c'est à dire que la poussée au dos du miroir dépend de l'inclinaison du télescope (2).

Premier écueil, la poussée au dos du miroir est uniforme, alors qu'elle ne devrait pas l'être. La flèche et l'éventuel trou au centre du miroir expliquent cela. Il est alors possible de coller au dos du miroir une série de touches réparties selon PLOP, qui auraient toutes la même poussée et dont 3 seraient remplacées par les vis de réglage de la collimation (3). Dans l'exemple ci-dessous, pour un 450mm de 50mm d'épais et 51 touches et 3 vis. En collant les touches au dos du miroir (et non sur le coussin) on s'affranchit des problèmes de variations des positions.

Cela règle le deuxième écueil qui est la mise en température du miroir s'il est isolé au dos par le coussin d'air. En choisissant 3 points extérieurs pour les vis et en donnant au coussin la forme d'un anneau (4) (6), on peut insérer un ventilo pour la mise en température.

Reste le point épineux du réglage de la pression, afin que les 3 vis aient chacune la même charge que l'ensemble des autres points. Comme la pression dépend de la température, il est impensable d'avoir un réglage parfait et stable au cours de la nuit. On peut contourner ce problème en faisant reposer le coussin non pas sur le fond du télescope mais sur un disque intermédiaire lui même soutenu par 3 (par exemple) leviers astatiques dont l'ensemble supporterait 51/54 ème du point du miroir, chaque vis supportant 1/54ème dans mon exemple à 54 points d'appuis (5). Dans ce cas, la pression dans le coussin n'a pas d'importance, il faut qu'il soit suffisamment gonflé pour que seules les touches soient en contact avec le miroir et pas trop gonflé afin que toutes les touches soient en contact. Mais dans cette fourchette, une variation de pression est sans effet puisque ce sont les leviers qui définissent la charge.

Concrètement, j'imagine le matelas en "bâche à vide" utilisée pour cuire le composite carbone-époxy. Le disque intermédiaire pourrait être dans ce matériau, fin et léger (s'il se déforme un peu c'est sans importance). Pour les touches des cylindres en bois collés à la colle aquarium. Un barillet ainsi réalisé comporterait 54 touches pour 3 leviers astatiques seulement, la stabilité mécanique de l'ensemble dépendrait seulement de l'ancrage des 3 vis et des 3 leviers. Les 3 vis ne supportent que 300g chacune pour un 450mm de 17kg ce qui en outre ouvre la porte à la map par le barillet.

Mais je n'ai surement pas pensé à tout, d'où ce post! A vos critiques, constructives ou destructrices, mais je l'espère bienveillantes!

Nathanaël

 

 

Edited June 23 by Nathanael

[crub 154]

J'ai probablement comprit des trucs de travers:

 

1 - Je ne voit pas du tout pourquoi et comment le maintient latéral serait assuré.

2 - pour les schémas 1, 2, 4 comment la collimation est assurée?

 

2 - un coussin d'air c'est quoi pour toi?

- Si c'est comme un aéroglisseur ou un tondeuse sur coussin d'air, l'objectif est de maintenir à la fois l'épaisseur et la pression avec un dispositif qui n'est pas étanche (des jupes ou le gazon). La hauteur est stable ... a peu près, l'assiette idem car c'est basé sur un flux d'air généreux et ... turbulent.

- si c'est étanche, c'est un matelas pneumatique ... ou ce que tu veut. Là, la dilatation du gaz est énorme: pour 30 degrés d'écart, c'est environ 10%! soit 100 microns pour une couche de gaz de ... 1mm.

 

Dans les 2 cas, dès qu'il y a inclinaison, je ne voit pas pouquoi cela suivrais:

considère un truc qui flotte avec une bonne stabilite sur un bassine - tu incline la bassine, pourquoi le truc suivrait-il le fond de la bassine?

 

 

les shémas 3 , 5, 6 cela m'a l'air totalement différents comme principe puisque la colimation et la map est assurée par les points fixes, mais alors sur les zones soutenues par le matelas, la pression est indépendante de l'inclinaison du miroir à température constante, la pression varie avec la température sauf régulation et asservissement.

[Nathanael 6305]

Merci pour ce retour.

En effet je vais changer le titre car « coussin d’air » peut prêter à confusion même si cela s’entend aussi pour les volumes clos. «Matelas d’air » est plus approprié.
 

La tenue latérale n’est pas assurée par le matelas et c’est justement un avantage car ça permet de dissocier complètement les deux aspects du maintien.

 

Dans les schémas 1, 2 et 4 je n’ai pas représenté les vis. Le barillet « complet » est en 5.

Il faut imaginer que le matelas n’est pas gonflé complètement, c’est à dire qu’au repos sa pression est 0 bars relatifs. C’est la pression atmosphérique et le poids du miroir qui définissent la pression. Si la température augmente, le volume d’air est plus important mais comme le matelas n’est pas plein la pression ne change pas.

 

Si on considère que le miroir est tenu en latéral par un autre système, et que la poussée des leviers est légèrement inférieure au poids du miroir, alors celui reposera toujours sur ses 3 vis quelque soit l’inclinaison.

 

Nathanaël

[crub 154]

il y a une heure, Nathanael a dit :

Si la température augmente, le volume d’air est plus important mais comme le matelas n’est pas plein la pression ne change pas.

 

Si! Ou le dispositif ne sert à rien. C'est les équations basiques des gaz parfaits qui s'appliquent.

En fait, c'est la membrane qui tient le miroir. Si elle est inélastique et qu'elle contraint le volume d'air sous le miroir et que le miroir ne monte pas alors la pression est proportionnelle  à la température (en Kelvin).

 

Les billes que tu ajoute entre membrane et miroir ne servent qu'a appliquer ponctuellement la force générée par la pression sur leur surface associée. Cela ne peut que faire des bosses sur la surface optique.

 

Quand le miroir n'est plus au zénith, la pression est toujours la même dans le coussin (tant que le volume est le même) et les points fixes sont soulagés - la forme n'est plus respectée.

 

Ce qui doit marcher, c'est le coussin d'air (ou le matelas) négatif ... La dépression! Évidemment, la forme change mais possiblement pour le meilleur.

 

 

[Adamckiewicz 3110]

comment une depression appliquée entre des points d'appui peut elle maintenir la forme du miroir?

[jean dijon 1264]

Bonjour Nathanaël

 

ce type de système d'un coussin gonflable a été utilisé par Henry Draper et Léon Foucault. Un des problème est la nécessité de régler la pression en fonction de l'inclinaison du télescope.  Foucault utilisait un long tube flexible relié au sac qui permettait de gonfler le sac tout en observant à l'oculaire. Par ailleurs d’après ce qu'en dit A Couder dans sa thèse l'axe optique est instable et ne permet pas les travaux photographique. Le système ne présente pas d’intérêt par rapport aux barillets modernes.  

 

Il y a 10 heures, Nathanael a dit :

Cerise sur le gâteau (mais on ne pourra pas s'en servir) le coussin d'air agit comme des leviers astatiques, c'est à dire que la poussée au dos du miroir dépend de l'inclinaison du télescope (2).

non comme dit plus haut la pression est constante dans le sac d'ou la nécessite de régler la pression fréquemment 

 

jean

 

Edited June 23 by jean dijon

[fred-burgeot 1635]

Salut,

intéressant !

Comme Jean Dijon j'allais citer les travaux de Foucault.

Au fil de mes recherches passées sur les barillets de gros miroirs j'étais tombé sur ce lien que je viens de retrouver :

http://spt06.perso.libertysurf.fr/air.htm

L'idée est de faire varier la pression dans le sac (en fonction de l'inclinaison du miroir) par un système de vases communicants, l'autre "vase" étant un sac plus petit mis sous la pression d'un poids. Mais comme précisé en bas de la page cela est une idée, pas mise à l'épreuve de l'expérimentation (ou alors cela a été testé mais la page internet n'a pas été mise à jour pour y faire figurer les conclusions, ce qui ne serait pas forcément bon signe quant à la validité de l'idée).

[Mehdi 1003]

la seule solution que j'entrevoit c'est de ne pas fonctionner en pression statique mais dynamique avec de multiple prise de pitot à l'endroit des touches.  en fonction de la lecture des pitots , le flux d'air est regulé . 

C'est horriblement complexe , energetiquement dispendieux, bruyant . 

[zirkel 2 1141]

@Nathanael bon tu restes dans du connu et reconnu pour ton barillet...pour le matelas tu le gardes pour te reposer entre deux observations, avantages : tu met la pression que tu veux, les points d'appuis tu t'en f..s et au moins toi tu seras toujours bien soutenu 😁😉

 

Edited June 23 by zirkel 2

[Nathanael 6305]

Il y a 3 heures, crub a dit :

Si! Ou le dispositif ne sert à rien. C'est les équations basiques des gaz parfaits qui s'appliquent.

En effet, autant pour moi. Si la température varie, la pression et/ou le volume du sac varie. Dans le cas de mon matelas sur leviers astatiques, la pression sera stable donc c’est le volume qui va varier. Et qui va faire légèrement monter ou descendre les contrepoids des leviers.

Nathanaël

[Nathanael 6305]

Il y a 3 heures, jean dijon a dit :

non comme dit plus haut la pression est constante dans le sac d'ou la nécessite de régler la pression fréquemment 

Bonjour Jean,
As-tu noté que le matelas repose lui même sur des leviers astatiques et que ce sont ces derniers qui déterminent la pression?

Nathanaël

Edited June 23 by Nathanael

[Nathanael 6305]

Le matelas n’est là que pour répartir de façon strictement égale sur de nombreux points la charge fixée par les leviers (3 pour des raisons pratiques avec le ventilo au milieu).

Comme dit plus haut, si la température varie, le volume du matelas va varier et les bras de leviers ne seront plus strictement parallèles au dos du miroir mais je ne pense pas a priori que cela ait un gros impact. A calculer avec le volume du sac, la longueur des leviers etc 

Nathanaël

[jean dijon 1264]

il y a 31 minutes, Nathanael a dit :

As-tu noté que le matelas repose lui même sur des leviers astatiques et que ce sont ces derniers qui déterminent la pression?

Nathanaël

non , mais du coup je ne vois pas bien l’intérêt, cela me parait assez compliqué !  quand tu vois que les erreurs RMS avec les barillets ne font que quelques nm  je ne suis pas sur qu'une telle complexité apporte un réel plus mais je peux me tromper. 

Tu peux éventuellement remplacer ton gaz par un liquide (pas de l'eau pour éviter que cela ne gèle ) qui ne se dilatera pas du tout de la même façon. 

 

jean

[crub 154]

Il y a 5 heures, Adamckiewicz a dit :

comment une depression appliquée entre des points d'appui peut elle maintenir la forme du miroir?

J'ai bien dit cela changeait la forme.

et précisé que cela pouvait être "pour le meilleur". Typiquement si cela transforme un sphérique en parabolique ou un parabolique en hyperbollique adapté pour un correcteur de Ross. Évidemment faut pas n'importe quelle dépression.

Edited June 23 by crub
C'est pas elliptique

[crub 154]

il y a une heure, jean dijon a dit :

Il y a 2 heures, Nathanael a dit :

As-tu noté que le matelas repose lui même sur des leviers astatiques et que ce sont ces derniers qui déterminent la pression?

Nathanaël

non ,

 

Moi non plus.

La dilatation du gaz met de toute façon la merde.

il y a une heure, jean dijon a dit :

Tu peux éventuellement remplacer ton gaz par un liquide (pas de l'eau pour éviter que cela ne gèle ) qui ne se dilatera pas du tout de la même façon.

 

Par contre, un liquide sera assez dense pour induire une différence de pression entre le haut et la bas à forte inclinaison. Peut être pas inacceptable mais très supérieure a ce qui se fait avec un barillet classique.

 

Edited June 23 by crub

[crub 154]

Il y a 2 heures, Nathanael a dit :

par les leviers (3

Avec un seul levier, tu réduit les risques d'emmerdements (par exemple, avec plusieurs il y a des risques de comportements oscillants).

Edited June 23 by crub

[Nathanael 6305]

Il y a 7 heures, jean dijon a dit :

mais du coup je ne vois pas bien l’intérêt,

Il est vrai que pour mon 450 en 50mm c’est un peu tiré par les cheveux car 9 points dont 6 leviers (ou 3 triangles) suffiraient.

Mais dans le cas de miroirs plus grands et/ou plus minces ça donne accès à 27 ou 54 points au prix de 1 ou quelques leviers, avec 1 seul étage et sans réglages multiples. 

Il y a 6 heures, crub a dit :

La dilatation du gaz met de toute façon la m

Je ne vois pas d’autre inconvénient que les leviers qui montent ou descendent légèrement?

Nathanaël

[JML 754]

Eh bien pour moi, après avoir lu ce nouveau fil très technique, ce sera... matelas ET coussin !

[amateurAstro64 196]

à une époque , j'avais évoqué le "barillet mousse",

sans grand succès ^

[jean dijon 1264]

Bonjour Nathanaël

 

je te joins une copie de 3 pages de la thèse de A Couder ou il parle du dispositif que tu envisages. Tu te feras ta philosophie, j’espère que le document est suffisamment lisible

Couder.pdf

 

jean

[jldauvergne 10423]

Est ce que l'erreur n'est pas de remplir avec de l'air ? De l'eau ou de l'huile c'est moins (pas) sensible à la pression atmosphérique et moins sensible à la température. 

[Adamckiewicz 3110]

il y a 13 minutes, jldauvergne a dit :

De l'eau

Avec de l'antigel alors  

[Nathanael 6305]

Bonjour à tous,

Merci Jean pour ce document très intéressant. Je note que le premier inconvénient mentionné est celui de l’isolation thermique, ce qu’on peut considérer contourné avec le système de plots.

Quand au second argument, si on le prend en considération, tous les systèmes à flottaison (triangles et bascules etc...) sont à proscrire. Vu la référence, je prends néanmoins bonne note.
 

il y a 39 minutes, jldauvergne a dit :

De l'eau ou de l'huile c'est moins (pas) sensible à la pression atmosphérique et moins sensible à la température. 

C’est en effet évoqué plus haut mais la colonne d’eau en jeu quand le télescope est à l’horizontal est de l’ordre du diamètre du miroir, c’est à dire qu’il risque d’y avoir une poussée de l’ordre de 450g en bas dans mon cas. C’est beaucoup trop pour cette application où qq dizaines de grammes sont déjà beaucoup.

Nathanaël