T600 ACA : LES PRINCIPES généraux
Le cahier des charges
Un cahier des charges est établi avec les objectifs suivants :
– L’ACA se dotera d’un instrument « club » le plus performant possible, robuste et facile d’utilisation.
– Dédié au visuel, ce sera un Newton sur monture Dobson. L’installation d’une table équatoriale est envisageable par la suite.
– L’instrument sera installé sur le site de la Foa qui jouit d’un 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’institution de réunions hebdomadaires et la constitution d’une équipe motivée. Nul doute que les savoir-faire acquis susciteront probablement l’envie 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 œuvre . 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 idées 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’une « optique de course » d’un diamètre de 600mm à F/D 3,3. Ce diamètre (60cm) en fera l’instrument 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’il permettra. Cette grande ouverture (3,3 pour une focale de 2m) procurera un confort d’observation grâce à une faible hauteur du porte-oculaire, bien qu’elle oblige l’usage d’un correcteur de champ, genre Paracorr. LEeacute;paisseur de 58mm est un choix raisonnable pour maîtriser les problèmes d’astigmatisme 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’ajoutent des frais de ports et de taxes d’importation 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’ébauche du secondaire et son martyr qui empêchera la formation d’un bord rabattu.
Le bulletin de contrôle du mirroir primaire. Une pièce optique remarquable, merci Franck !
L'épure optique
Le préalable à toute conception optimisée de télescope débute par lEeacute;tude et le traçage de lEeacute;pure 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’obstruction).
Cela se traduit par un positionnement du porte-oculaire (PO) au plus près de l’axe optique de l’instrument, 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’encombrement d’un 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’oculaire ayant le foyer le plus sorti (donc la position la plus rentrée comme pour l’Ethos 21mm). La longueur du tube de PO dépend de la gamme d’oculaire 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’oculaire offrant le plus grand champ sur le ciel.
La structure
Les techniques de réalisation sont simples à mettre en œuvre, ce qui nEeacute;carte 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’un gain de poids, contribuant à une meilleure stabilité et facilitant lEeacute;quilibrage. 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 œuvre 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’anneau du secondaire. En fin bricoleur, Jean-Paul se charge des travaux de menuiserie. Le barillet est entièrement en aluminium. Quelques relations bienvenues permettent d’envisager la soudure au TIG des pièces en aluminium et l’usinage des inserts filetés en laiton. L’accastillage en partie haute comprenant l’araignée et le support du secondaire initialement prévu en aluminium est finalement réalisé en carbone grâce aux aimables services d’Olivier. Les tubes de la structure triangulée seront en carbone pultrudé.
La cage du secondaire
Généralités
De l’épure 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’est 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 œuvre sur le T400 du club M78 et le T400-c, assurent une compacité maximale en hauteur de la cage secondaire ainsi réduite à l’encombrement 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’assurer une grande rigidité de l’ensemble 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.
Le système réglable d’accroche des ressorts de traction (en inox).
La collimation du secondaire
Pour la collimation, rappelons qu’elle ne se fait que sur 2 vis, la 3°, celle matérialisant le point, positionnée sur l’axe 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.
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’avantage du mono-anneau en position basse est de diminuer la longueur des tubes de la structure triangulée, mais aussi d’avoir 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’obligation d’une araignée pyramidale. Celle-ci ne pouvant être mise en traction, elle doit disposer obligatoirement d’une rigidité intrinsèque suffisante. C’est pourquoi on aura le souci d’en diminuer l’angle sommital autant que possible, dEeacute;largir au maximum la largeur de chaque branche, de mettre en œuvre un matériau suffisamment rigide tout en gardant une épaisseur raisonnable, d’où le choix du carbone monolithique de 4mm dEeacute;paisseur. Rappelons pour qui douterait, que ce type d’araignée est utilisé sur bon nombre d’instruments 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 œuvre.
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
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’est une structure à 8 tubes ronds de 32×1,5mm 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’attache avec l’anneau 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’ensemble. 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’un positionnement parfait et d’une 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’instrument, ce renforcement permet d’accrocher la structure triangulée au niveau de cette entretoise. Cela permet de diminuer la longueur de 4 des 8 tubes de la structure et d’augmenter l’angle entre chacun. Enfin, ce type de structure dissymétrique présente une esthétique agréable.
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.
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.
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 écrou approprié. C’est la solution retenue pour ce télescope.
De la mécanique d’une structure triangulée
Il semble important d’appréhender 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’est la configuration ultime possible la plus défavorable en termes de rigidité. Dans ce cas, chaque barre ne travaille qu’en 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’effort « F1 » à reprendre est majoré de l’angle « a » donné à chacune :
Pour notre télescope : P = 10 daN, a = 11°, donc F1 = 1,27daN
On remarque que l’ouverture de l’angle à une influence assez faible (de 1,25 daN pour a = 0° à 1,33daN pour a = 20°)
A l’horizontal
Lorsque le télescope pointe à l’horizontal, 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 quEagrave; 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’en convaincre, regardons ce qui se passe si l’on ôte les bielles formant les triangles latéraux BD et BE : l’ensemble 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 :
L'équilibrage
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’altitude.
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’il n’y a pas d’oculaire dans le porte-oculaire, et par le centre de gravité maximal (CG max) lorsque ce dernier est équipé avec l’oculaire et son additif optique (Barlow) le plus lourd. Plus lEeacute;cart CG min/max est faible, plus l’instrument 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 manœuvre), 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 l’équilibrage final. Leurs dimensions permettent le pointage de l’horizontal à 5° au-delà du zénith. Ces particularités facilitent les observations dans ces régions du ciel, sans négliger les objets proches de l’horizon nord. Bien que souvent négligés, ce sont des concepts agréables mis en œuvre sur tous les instruments de MAGNITUDE 78.
Le rocker
Il est de faible hauteur et sa planche de fond est doublée pour en accroître la rigidité. Un évidement pour le passage au plus juste des éléments les plus bas de la caisse primaire permet d’optimiser 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’un 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.
