Sidestick

1 - Généralités :

Malgré les apparences, le side-stick est l’un des équipements les plus compliqués à reproduire : rien à voir avec un joystick du commerce, le side-stick répond à des exigences très particulières, dont le respect débouche sur des sensations tout à fait différentes de celles procurées par un joystick.

Les spécifications de résistance et de débattement sont les suivantes :

  PitchRoll inRoll out
Effort max 10 daN 3 daN 2 daN
Pré-contrainte 0.5 daN 0.4 daN 0.4 daN
Débattement +- 16 deg 20 deg 20 deg

C’est ainsi que sur l’axe roulis, l’effort max à exercer est d’environ 10 kg ! La construction doit donc être capable de subir des contraintes importantes.

Par ailleurs, les mouvements du sidestick doivent être amortis, c’est à dire présenter une vitesse de déplacement contrôlée, ce qui impose d’intégrer également  dans la construction des amortisseurs réglables.

2 - Le "cardan" :

Faire en sorte que les 2 axes ne se déplacent qu’en rotation est un enjeu important pour pouvoir ensuite maîtriser les efforts à exercer  et avoir des axes de débattement du manche en coïncidence avec ceux sur lesquels agit la mécanique du sidestick.

La mécanique du “vrai” est vraiment délicate à reproduire, il faut un outillage lourd ; le schéma ci-contre demande moins d’outillage mais un peu de réflexion ! il respecte les contraintes décrites précédemment, tout en étant simple à mettre en oeuvre.

Principe du cardan du sidestick
principe du cardan

Un premier axe est muni d’une noix centrale pourvue de 2 axes qui pivotent dans une pièce en forme de U, sur laquelle est vissée une tige sur laquelle est fixé le manche. Cet axe tourne dans 2 roulements à billes fixés sur le châssis.

On dispose donc d’un premier axe à un seul degré de liberté par rapport au châssis, mais en revanche, le manche peut se déplacer selon 2 directions orthogonales.

Les constituants de la maquette du cardan du sidestick
constituants d'une maquette

Le second axe, en 2 parties, est également pourvus de 2 roulements solidaires du châssis, positionnés de telle sorte que les 2 axes soient situés dans un même plan ; ces 2 parties sont montées sur une seconde pièce en forme de U, au sommet de la quelle une glissière de la largeur de la tige du manche permet à cette dernière de coulisser.

C’est ainsi qu’on obtient un second axe, perpendiculaire au premier, et à un seul degré de liberté.

Le cardan du sidestick
maquette du cardan

Une première maquette “proof of concept” est construite en mdf pour ce qui concerne le chassis, et en POM et axes laiton pour le cardan ; la forme des 2 pièces en U évolue vers une forme carrée, de façon à obtenir une bonne rigidité ; ces carrés sont constitués de 4 pièces vissées sur la tranche, léger lamage pour garantir la géométrie.

 Le choix du POM pour la glissière permet, moyennant un usinage soigné, de supprimer pratiquement tout jeu latéral du manche dans la glissière.

La maquette du cardan du sidestick
la maquette intégrée dans un mini-chassis

Le résultat est totalement satisfaisant, avec un encombrement prévisionnel suffisant pour que l’ensemble du sidestick puisse s’intégrer dans sa console.

3 - Le groupe amortisseur :

Les efforts à appliquer sur chaque axe sont pourvus grâce à un amortisseur pneumatique double action, et un “ressort double-action ” fixés sur un bras de levier goupillé sur l’axe.

Schéma de principe de l'amortisseur du sidestick

Au regard des contraintes, la fabrication des amortisseurs n’est pas envisageable ; le modèle retenu est un Enidine ADA 505M de 250 mm, il s’agit d’un modèle réglable, plutôt coûteux, mais incontournable …

En revanche, avec un peu d’astuce et quelques calculs trigonométriques, la construction des “ressorts double action” (double action car actif tant en compression qu’en extension) est tout à fait envisageable.

Un piston emprisonne à l’une de ses extrémités un ressort encadré de 2 rondelles en delrin qui coulissent librement mais viennent cependant en butée sur 2 écrous.

Cet ensemble est glissé dans le corps du dispositif, qui présente également 2 butées sur lesquels viennent reposer les 2 rondelles en POM.

Lorsque l’on appuie sur le piston, l’écrou le plus proche entraîne la rondelle qui vient comprimer le ressort, retenu à son autre extrémité par la rondelle en POM en appui sur la butée arrière du corps ; cinématique similaire lorsque l’on tire.

Pour obtenir une course bien rectiligne et un glissement souple, l’axe du piston est glissé dans sa partie supérieure dans un tube qui coulisse dans une bague en POM immobilisée dans le tube grâce à 2 cales cylindriques ; le guidage est donc assuré par les 2 rondelles qui encadrent le ressort, et cette troisième bague.

Le tout est réalisé avec quelques morceaux de tubes de cuivre et d’alu, de la tige filetée, des rondelles de POM, 2 chapes et des capuchons de plomberie pour refermer le corps. 

Le ressort double-action du sidestick
le ressort assemblé
Principe du ressort double-action du sidestick
principe du ressort double action
Composants du ressort double-action du sidestick
constituants du ressort

Voici l’équipage mobile au complet : le cardan, les ressorts et amortisseurs sur leur bras de levier, les roulements dans leur palier, et un engrenage sur chaque axe pour transmission du mouvement à un potentiomètre.

Au regard des efforts au niveau des goupilles de fixation des leviers, je serai rapidement amené à remplacer les axes en laiton par des axes en acier de 8 (stub), puis de 10. De même, il faut utiliser 3 roulements par axe, 2 aux extrémités et un troisième entre cardan et bras de levier.

L'équipage mobile du sidestick
l'équipage mobile

4 - Le chassis :

Le chassis comporte une double paroi qui permet d’isoler les efforts radiaux exercés sur le cardan et ceux exercés par les ressorts et amortisseurs ; les roulements intermédiaires sont vissés sur la paroi interne.

Le châssis est réalisé en mdf de 10, découpes et feuillures à la CNC ; l’assemblage, dont la géométrie est définie par les feuillures, est assuré par des cornières en alu.

6 échancrures ménagées en partie supérieure sont destinées à permettre l’insertion de l’équipage mobile pré-monté.

Constituants du châssis du sidestick
constituants du chassis
Assemblage du châssis du sidestick
assemblage du chassis
Le châssis du sidestick
chassis assemblé

5 - Intégration :

Vue supérieure des internes du sidestick
vue de haut

L’équipage mobile, y compris les paliers des roulements,  au complet est glissé dans le châssis par le haut.

Ressorts et amortisseurs du sidestick
vue latérale
Vue latérale des internes du sidestick
chassis refermé

Les ressorts et amortisseurs sont ancrés dans le bas du châssis ; l’implantation est très dense, il faut bien préméditer les emplacements des diverses vis de fixation pour rendre le montage possible.

Deux ouvertures basses dont pratiquées dans le bas du châssis pour donner accès au réglage des amortisseurs ; compte tenu de la taille maximale autorisée par le boitier pour les bras de levier, il s’avère qu’il faut régler les amortisseurs à leur résistance minimale. 

Le sidestick terminé
sidestick terminé
Le sidestick en place, à coté du tiller
le sidestick en place

Le soufflet provient de Vier im pott ; j’ai conservé le manche d’un joystick du commerce, qui respecte assez la philosophie du sidestick A320.

La partie électronique  est assurée par une carte joystick de OC, qui permet d’acquérir la position des 2 potentiomètres (plus tard remplacés par deux “potentiomètres hall” (voir “potentiomètre à effet hall”) et celles des divers poussoirs.

Au final : l’engin est assez massif et compact, il rentre tout juste dans la console latérale ; pratiquement pas de jeu, et une impression étonnante de puissance passive.

A l’utilisation, absolument rien à voir avec un joystick du commerce, ne serait-ce que par les efforts importants qu’il faut exercer pour bouger le manche ; le réglage des pré-contraintes sur les ressorts s’avère essentiel pour de bonnes sensations près du neutre, neutre qui s’avère net et précis.

Le pilotage, et en particulier l’approche et l’atterrissage, s’avèrent une expérience toute nouvelle et extrêmement satisfaisante ; précision qui ne gatte rien, la chose a été confirmée/validée par un chef pilote AF …

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Ce site utilise Akismet pour réduire les indésirables. En savoir plus sur comment les données de vos commentaires sont utilisées.