Etude sur un nouveau type de barillet

[ThierryB 0]

Bonjour,

Je me suis toujours demandé pourquoi on utilisait pas la pression pour faire supporter un miroir. J'ai donc décidé de vérifier par calcul un nouveau type de barillet permettant de soutenir le miroir par une pression s'exercant à sa face arrière et une fixation à un anneau en alu ou autre avec joint silicone à sa périphérie.

Pour une facilite de lecture, j'ai fait un pdf. http://astro.berthe.free.fr/barillet.pdf

La description du barillet se décompose en quatre parties :

1- Dans un premier temps, je compare mes résultats de calculs avec ceux connus de PLOP et de HOUDINI pour valider ma méthodologie. J'ai donc repris les calculs sur un miroir de 635mm , 3175mm de focal, 51mm d'épaisseur et 6 points d'appuis, cas où les déformations sont les plus fortes.

2- Dans un second temps, j'ai pris comme support à mes calculs le miroir le 600mm de David Vernet, 600mm, 53mm d'épaisseur, 2000mm de focale et je calcule les déformations lorsqu'il est mis sous pression, à l'horizontale, à 45° et à la verticale, le pression étant proportionnelle à la composante du poids sur son axe.

3- Et comme cela à l'air de fonctionner pour 53mm, je passe à un miroir de 600mm en Zerodur, 2000mm de focale et ... 30 mm d'épaisseur pour me faire plaisir.

4- Ensuite, je propose un schéma de principe du barillet.

Il me reste maintenant à améliorer la conception du barillet et reprendre les calculs de déformations en modélisant entièrement le barillet. Ayant en ce moment pas mal de boulot au travail, je vais reprendre cela fin février.

De plus, je me demande s'il n'est pas possible de trouver des conditions de pression permettant de limiter le temps de taille d'un miroir très ouvert en réalisant pendant la taille une surpression sous le miroir. Ainsi, en réalisant un miroir sphérique sous pression, on obtiendrait une forme proche de la parabole après détente comme le principe de taille des lames de SC. Je devrais pouvoir calculer cela mais il faut du temps ....

A+
Thierry BERTHE

[Houdini 0]

Thierry,

C'est un article intéressant, le concept théorique semble marcher.

Mais cela paraît vachement compliqué à mettre en oeuvre. Il ne sera pas évident d'éviter le basculement du miroir, éviter le frottement entre la partie mobile et la partie fixe qui peut générer de l'astigmatisme, et de transmettre en même temps la force latérale si le miroir n'est pas à l'horizontale. C'est un vrai challenge.

Et comment refroidir le miroir si tout le barillet joue le rôle de calorifuge et qu'il n'y a que la surface optique qui est accessible. Un miroir qui n'arrive pas à équilibre thermique avec l'air ambiant ne donnera jamais de bonnes performances.

Robert

[Ce message a été modifié par Houdini (Édité le 02-02-2010).]

[-ms- 2]

Est-ce que le verre et le Pyrex en particulier sont des matériaux isotropes ?
Le verre est un liquide refroidi dont la structure cristalline est loin d'être organisée, c'est plutôt un mélange hétérogène.
Peut-on limiter les actions extérieures au seul poids propre du miroir alors que les actions ponctuelles sur les 6 points de contact peuvent libérer des tensions internes ?
Peut-on négliger les variations de températures ?

[constructor 0]

tu as interêt à prevoir une section importante pour ton anneau en alu, en plus il faudrait voir qu'un côté peu se refroidir plus vite et voir qu'avec le coeff de dillatation de l'alu...Et surtout ton joint devra une fois serré exercer une pression uniforme partout, ça marche bien en théorie tout ça mais en pratique,je doute carrément , moi, pour tailler mes lames,j'ai rennoncé aux joint souple entre lame et cuve, c'était trop la cata, car en fait ce système doit être incapable de fournir un appui uniforme à la fraction de micron près... C

[ThierryB 0]

Robert
1- Concernant le basculement, le déplacement de la partie mobile étant très faible, de l’ordre du 1/10eme de mm maxi (avec de l’air), encore moins si on remplace en grande partie l’air par un liquide, ça doit pouvoir se faire. J'imagine par exemple 3 axes bien costauds fixés sur la partie fixe avec un alésage de la partie mobile.
2- Pour la température, entièrement d’accord sauf si tu remplace l’air par un liquide, auquel cas, c’est même mieux.
3- « Mais cela paraît vachement compliqué à mettre en oeuvre ». Sûr mais l’intérêt que je vois à ce principe est de pouvoir diminuer l’épaisseur des miroirs, mise en température plus rapide (si liquide), coût de fabrication sans doute plus faible, pas de problème de maintien latéral, bref très orienté dobson.

ms :
je n’ai aucune connaissance dans ce domaine mais il me semble que le verre est un matériau isotrope, mais il est vrai que tout ça est très théorique surtout pour l’homogénéité du verre....
Concernant les tensions internes, elles doivent être génantes éventuellement lors de la taille mais une fois la forme parabolique obtenue (et donc avec des forces internes), ça ne doit pas être un problème sauf si elles varient en fonction de la température ou autre, mais ce raisonnement est aussi valable pour un barillet classique.

Constructor :
Si j’ai bien compris de que tu veux me dire, quand je parle de joint silicone, il faut plutôt comprendre colle silicone, genre ce que tu mets pour coller des vitres d’aquarium, donc pas de problème d’hétérogénéité dans le joint et de forces inégales. Pour l’épaisseur de celui-ci, j’ai pris 5mm mais avec 2mm, ça fonctionne de la même façon. Je pourrai faire une simulation en faisant varier l’épaisseur sur le pourtour pour voir. Mais quand tu calcules, les forces qui s’exercent au cm2 sont très faibles. Lorsque le miroir est à l’horizontale, la pression supporte 98% du poids du miroir, le reste, c’est le silicone, donc tu as environ 700gr supporté par 1000 cm2 soit 0.7gr par cm2 de silicone ....
Le cas le plus défavorable, lorsque le miroir est à la verticale, une partie du joint travaille en compression, une autre en cisaillement et l’autre en traction. Globalement, 1 cm2 retient 29 gr, ce qui reste faible.
Pour l’anneau extérieur, il faut faire des calculs sur sa rigidité mais en alu, ça me semble plus difficile à réaliser qu’en matériaux composite genre carbone-epoxy dont certains dans le forum semblent maitriser.
Dans ton cas, si je comprends bien, tu places un joint sous ta lame donc les forces qu’exercent le joint sur le verre doivent être beaucoup plus fortes au cm2 ?

Thierry

[Houdini 0]

« Pour la température, entièrement d’accord sauf si tu remplace l’air par un liquide, auquel cas, c’est même mieux »

Comment vas-tu refroidir le liquide ?

« pas de problème de maintien latéral »

Cela me semble optimiste .
Comment comptes-tu transmettre la force latérale entre la partie mobile et la partie fixe ? Le frottement entre la partie mobile et la partie fixe ne risque-t-il pas de mettre en péril la qualité du support (la pression ne sera plus optimale) ?

Robert

[ThierryB 0]

« Comment vas-tu refroidir le liquide ?»

Si la partie fixe est en alu, le liquide sera refroidi assez rapidement. Si carbone-epoxy, alors, il faut remplacer la zone centrale (qui ne participe pas à la rigidité de l'ensemble) par une plaque d'alu avec pourquoi pas un ventilo et "je pense" que la convection interne peut faire le reste.

« pas de problème de maintien latéral »

Cela me semble optimiste .

Je me suis mal exprimé. Je ne pensais qu'à la liaison miroir - barillet partie mobile -)))

Pour le basculement, j'ai bien quelques idées mais sans doutes fumeuses ...

Thierry

[Ce message a été modifié par ThierryB (Édité le 03-02-2010).]

[constructor 0]

il faut le réaliser , après seulement tu sera crédible.En dessous, tu prévois des triangles pour répartir le poids ou des leviers , système mixte? Ah non ! d'aprés ton plan pdf c'est un collage intégrale sur un plateau , alors difficulté de mise en température , toutes sortes de variations de résistance et de pressions avec le collage silicone, car ton support serait en métal , dilatation trés différente car le seul soutien devient trés délicat avec un miroir mince , exercant une pression variable sur ton joint , aprés les appuis latéraux...C'est pas évident surtout en pratique , tu ne saura jamais vraiment si ça marche sans une réalisation concrète.Puis au prix du suprax , je vois pas l'intérêt ?

[Ce message a été modifié par constructor (Édité le 03-02-2010).]

[Ce message a été modifié par constructor (Édité le 03-02-2010).]

[ThierryB 0]

Constructor :

Je ne sais pas comment je dois prendre ton intervention. Si j'ai fait ce post, ce n'est que pour exposer une idée que j'avais depuis bien longtemps en tête.

Bien sûr qu'entre la théorie et le pratique, il y a un fossé. Quand tu parles de variation de température, etc.... merci, je ne suis pas complétement abruti !!!

Quand tu écris "il faut le réaliser, ....crédible", je comprends très bien ce que tu sous-entends, c'est très sympa. J'ai juste voulu partager mon idée mais visiblement tu n'a rien compris !!! Sur les critiques techniques, OK, sur la forme, désolé.

Thierry

[ThierryB 0]

Constructor :

Je ne sais pas comment je dois prendre ton intervention. Si j'ai fait ce post, ce n'est que pour exposer une idée que j'avais depuis bien longtemps en tête.

Bien sûr qu'entre la théorie et le pratique, il y a un fossé. Quand tu parles de variation de température, etc.... merci, je ne suis pas complétement abruti !!!

Quand tu écris "il faut le réaliser, ....crédible", je comprends très bien ce que tu sous-entends, c'est très sympa. J'ai juste voulu partager mon idée mais visiblement tu n'a rien compris !!! Sur les critiques techniques, OK, sur la forme, désolé.

Thierry

[constructor 0]

Ah! un soutien par du liquide ? bon, je connais pas , mais ça marche pour les bateaux.

[Ce message a été modifié par constructor (Édité le 03-02-2010).]

[Patrick Sogorb 258]

C'est vrai que l'idée est séduisante, car ton supportage est parfaitement identique d'un bout à l'autre du miroir.

En fait cette tecno existe déjà, et en grands diamètres!

Les miroir primaires des telescopes de 8m du projet Gemini sont déjà tenus de cette maniere. Ce sont des miroirs minces (18cm d'épaisseur) en ménisque, donc à épaisseur constante.

En réalité, leur barillet est mixte: environ 20% de masse est tenue de manière "conventionnelle" (120 vérins en face arrière, très proche de la techno VLT), mais un joint viens se plaquer sur l'arrière au niveau du bord extérieur du miroir et du bord du trou central. Le caisson ainsi réalisé est mis en surpression et environ 80% de la masse du miroir est tenue ainsi.
Bon, je sais qu'ils ont eut beaucoup de difficultés à utiliser leurs système, et la première lumière officielle à pris énormément de temps.

[-ms- 2]

C'est très bien cette approche de simulation, il faut profiter de toute la puissance de logiciels de calcul FEM comme :
- Elmer (libre),
- Code Aster (libre),
- Cosmos (payant),
pour analyser le comportement de ce système avec différents :
- matériaux (pyrex, acier, alu, silicone, composite, ...),
- hypothèses d'appuis (ponctuelles, surfaciques),
- conditions de charges (poids propre, température, humidité, ...).

Pour le maillage, tu peux partir d'un modèle 3D au format IGES, STEP ou ACIS (Netgen qui est intégré dans le package Elmer doit reconnaitre IGES et STEP).

Pour générer le modèle 3D STEP ou IGES, tu peux profiter de toute la puissance de logiciels de CAO comme :
- FreeCAD (libre),
- SolidWorks (payant),
- SolidEdge (payant).

Après il reste toujours à vérifier sur le terrain que les hypothèses de calcul étaient les bonnes et puis rien ne t'empêche de revenir en arrière pour rectifier le tir.

[ThierryB 0]

Patrick : Je viens de faire quelques recherche sur le 8m GEMINI, et j'ai lu que l'idée de faire supporter un miroir par un coussin d'air a déjà été utilisée par FOUCAULT !!! c'est pas tout jeune.
Grâce à toi, je ne vais pas passé pour un illuminé

ms: j'avais déjà regardé ASTER (fait par EDF) qui m'a paru plus difficile d'accès, en revanche, il y a beaucoup d'exemples de calculs contrairement à ELMER. Ces logiciels libres sont une mine d'or.

Je reste persuadé que l'avenir est à l'augmentation du diamètre des miroirs, donc problème de poids, donc apparition des miroirs allégés, composites, et si possible pas trop chers. En même temps augmentation du diamètre va entrainer une diminution du rapport F/d et donc des difficultés pour les tailleurs de miroirs ...

Thierry

[-ms- 2]

Je reste persuadé que l'avenir est à l'augmentation du diamètre des miroirs,
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L'avenir est à l'augmentation du diamètre des miroirs mais de façon virtuelle : camera video ultra rapide et ultra sensible par exemple.
Aujourd'hui, le diamètre peut être augmenté d'un facteur 4 pour un coût raisonnable, de ce fait un télescope de 250mm à 350mm devient suffisant.

[Phil91590 47]

Effectivement sur les 8 mètres de GEMINI, on a appliqué déjà lors du polissage (et non pas seulement dans le barillet) la répartition 20% sur vérins et 80% sur air comprimé.
Une des difficulté tient dans l'asservissement de la pression dans le caisson étanche sous le miroir: ils ont beau peser 23 tonnes, sur 50m2 il ne fallait appliquer qu'environ 30 millibars! et si ton miroir est plus mince, la pression sera encore plus faible.
D'autre part, cette pression doit varier très régulièrement lors du changement de la hauteur de visée (jusqu'à une pression nulle quand tu pointe l'horizon), sous peine de déformation parasite.
Je pense que la mise en oeuvre pour les amateurs doit peser de sérieux problèmes, même si l'idée semble très intéressante.

Phil

[Ce message a été modifié par Phil91590 (Édité le 05-02-2010).]