Sidestick v2

En cours de développement …

Après un premier sidestick qui respecte les fondamentaux de l’original – duretés réalistes, amortissement – je suis désormais engagé dans une seconde réalisation dont l’ambition est de respecter l’ensemble des caractéristiques de l’original, en mettant en oeuvre des solutions techniques proches de celles de l’original.

L’ensemble doit pouvoir être réalisé avec les machines dont je dispose, la CNC en profilé alu, le tour en profilé, et la petite fraiseuse type X2. Les matériaux de base sont pour l’essentiel des tôles d’alu 2017 de diverses épaisseurs, du tube d’alu 2017, du rond en acier “stub” ou en laiton, roulements, ressorts et visserie standard, tous aisément trouvables sur le net.

Trois exceptions : les “dampers” qui servent à réguler les vitesses de déplacement du manche, un électro-aimant pour animer le mécanisme de blocage du stick lorsque le pilote automatique est en fonction, et le stick (le manche) ; ces éléments seront achetés.

Le sidestick : une belle pièce de mécanique.

1 - Spécifications :

1.1 - La duretée des mouvements :

Mon premier sidestick satisfait pour l’essentiel à ces spécifications, il a été “validé” par un professionnel, ce qui m’incite à penser que je suis dans le vrai.

  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

La dureté du mouvement “roll” est proportionnelle au débattement, de 0° à +-20°, plus importante coté “roll in” que coté “roll out” ; la présence d’une précontrainte exige un effort minimum pour quitter la position neutre.

Dureté pitch selon la déflexion du stick.

La dureté du mouvement “pitch” est la même selon que l’on tire ou que l’on pousse le stick ; elle est proportionnelle au débattement, d’abord modérée sur un premier palier entre 0 et +-6° de déviation, puis nettement plus ferme au delà, de +-6° à +-16° ; une précontrainte est également appliquée au neutre.

Les mouvements sont nettement amortis sur les 2 axes.

Le stick est, en position neutre, incliné vers l’avant (à piquer) et vers l’intérieur, ce qui implique un effort plus important pour pousser à fond que pour tirer à fond, et un effort plus important pour ramener à fond vers l’intérieur que l’extérieur.

1.2 - Blocage du stick :

Un mécanisme bloque le stick lorsque le PA est engagé ; un bouton sur le manche permet de le débloquer ; il est également possible de débloquer le stick en appliquant un effort suffisant, 5 daN pour le pitch, 3.5 daN pour le roll. 

1.3 - Conception des mécanismes :

Le stick (le manche) actionne les 2 axes “pitch” et “roll” par l’intermédiaire d’un “cardan” ; une came poussée par un électro-aimant et rappelée par un ressort vient se loger dans 2 encoches pratiquées dans le cardan pour assurer le blocage au neutre du stick lorsque le PA est engagé.

Sur l’axe roll, 2 ensembles de 3 ressorts travaillant en extension ramènent l’axe au neutre ; le neutre, ainsi que la pré-contrainte des ressorts au neutre, sont réglables ; un “damper” à huile amortit les mouvements autour de l’axe.

Sur l’axe “pitch”, 2 doubles ressorts (chaque paire de ressort est montée dans un ensemble fonctionnant tant en compression qu’en extension) ramènent l’axe au neutre en respectant le double palier de résistance ; un “damper” amortit les mouvements autour de l’axe.

Un contre-poids est fixé sur l’axe pitch, tendant à piquer au repos ; il semble équilibrer le poids du stick, lui même incliné vers l’avant et tendant donc à cabrer ; je n’ai pas vraiment compris si cet équilibrage physique était vraiment le pourquoi de ce contre-poids.

Les mouvements de rotation des 2 axes sont captés par 2 ensembles “transducers” par l’intermédiaire de biellettes.

Apercu des internes du sidestick.

Dans cette seconde version, je souhaite être au plus proche de la conception de l’original, en particulier pour ce qui concerne le “cardan” central, et le retour au neutre sur l’axe roll.

Principe du cardan et du retour au neutre du roll.

Cependant, je ne doublerai pas les mécanismes de rappel au neutre sur l’axe pitch et sur l’axe roll, cette redondance ne présentant aucun intérêt pour un simulateur. De même, je n’implémenterai pas le contrepoids présent sur l’axe pitch, dont je n’ai toujours pas vraiment compris l’objet, et qui ne me semble pas utile pour un simulateur.

1.4 - Modélisations :

Compte tenu de mes machines, je vais modéliser l’ensemble sous Solidworks ; les plans d’usinages dériveront de mises en plan au format “.dxf”, reprises sous Turbocad pour préparer les trajectoires d’usinage ; ces plans seront enfin convertis en fichiers “.nc” grace à Cambam, pour usinage à la CNC avec Mach3.

La modélisation est répartie en plusieurs sous-ensembles :
– Le cardan, qui transforme les mouvements du stick en rotations selon les axes pitch et roll,
– Le mécanisme de rappel sur l’axe roll, qui permet de régler finement la position du neutre ainsi que les pré-contraintes,
– L’ensemble ressorts de l’axe pitch, à double action (fonctionne tant en extension qu’en compression), et qui offre un double pallier de résistance,
– Le chassis,
– Divers autres mécanismes, comme celui du blocage au neutre, ou les potentiomètres à effet hall qui font office de “transducer” pour capter les mouvements de rotation des 2 axes.

2 - Le cardan :

2.1 - Modélisation du cardan :

Ce “cardan” est l’un des 2 mécanismes un peu mystérieux du sidestick, avec celui du blocage au neutre. Il vise à permettre , en actionnant le stick (le manche), de récupérer  les angles de déflexion sur 2 axes “roll” et “pitch” situés dans un même plan.

Vue éclatée du cardan.

Le coeur du dispositif est un cardan dont l’une des 2 fourchettes est solidaire de l’axe roll, et l’autre solidaire du stick ; cette seconde fourchette a une forme cylindrique qui enveloppe la première fourchette et la noix du cardan.

Ce sous-ensemble cylindrique est en rotation à l’intérieur d’un second cylindre, la liaison entre les deux est assurée par 2 roulements ; ce second cylindre est solidaire de l’axe pitch. Pour des raisons de réalisation, ce second “cylindre” est constitué de 2 anneaux alésés pour recevoir les 2 roulements à bille, solidarisés par 2 pièces sur-lesquelles sont fixés les 2 axes pitch.

Le centre de la noix est positionné précisément à l’intersection des axes de révolution pitch et roll.

Vue avant du cardan.
Vue arrière du cardan.

L’anneau arrière se prolonge sur le bas afin d’offrir un point d’ancrage à l’un des ressorts de rappel au neutre.

La liaison du cylindre intérieur à l’ensemble arrière de fixation du stick se fait grace à un cylindre encastré à l’arrière du cylindre intérieur, maintenu par 4 vis, et sur-lequel l’ensemble de fixation est fixé.

2.2 - Réalisation du cardan :

L’ensemble doit d’une part être usinable avec les petites machines dont je dispose, et d’autre part être entièrement démontable : j’ai donc exclu toute forme de colle (à part le frein filet), et approvisionné de la visserie m4 et m5 en quantité !

Le coeur du cardan est un bloc en alu percé/alésé pour accueillir 4 demi-axes, l’un horizontal, constitué de 2 demi-axes maintenus en place par 2 vis sans tête, et l’autre, également constitué par 2 demi-axes solidarisés par une vis axiale, et maintenu en place par une 3ème vis sans tête.

Les axes, en laiton, tournent chacun dans un roulement 8x12x3,5.

La fourchette de l’axe roll (stub de 12) est usinée dans un rond d’alu : tournage du moyeu, perçage/alésage, puis fraisage ; les 2 demi-axes vissés ensemble et leurs roulements sont maintenus par 2 petites plaques vissées sur les flans de la fourchette (non encore en place sur la photo).

La seconde fourchette est usinée dans un tube d’alu de 50, épaisseur 5 ; les roulements des 2 autres demi-axes sont logés dans l’épaisseur du tube et également maintenus par 2 petites plaques vissées.

Le coeur du cardan.
La seconde fourchette cylindrique.

Cet ensemble tourne dans 2 roulements 50x65x7 qui viennent encadrer les 2 petites plaques précédentes ; ces 2 roulements sont montés dans un pseudo-cylindre constitué de 2 flasques alésées et reliées ensemble par 2 joues latérales, également percées/alésées pour accueillir les 2 demi-axes pitch.

Vue avant.
Vue arrière.

Le stick doit actionner directement le tube constituant la seconde fourchette ; l’ assemblage sur lequel sera monté le stick est fixé à ce tube par l’intermédiaire d’un cylindre de diamètre 40 et d’épaisseur 10 encastré à l’arrière du tube et maintenu par 4 vis sans tête.

Vue latérale.

Aucun jeu, c’est un bel ensemble ! il reste à ménager 2 encoches sur la section avant du tube, nécessaires au blocage du stick lorsque le PA est engagé ; profil délicat à concevoir, les forces de déblocage en dépendent en partie …

3 - A suivre ...