8- les Yokes


 

L'idée directrice était de rester -relativement- simple, solide, précis, avec un retour au neutre efficace, et réalisable avec un outillage standard, avec un minimum de soudure.  Mais si le principe en soi est simple, la réalisation demande un bon niveau en bricolage.

Un Yoke comporte des impératifs souvent contradictoires. Il doit être dur à manipuler, beaucoup plus dur qu'on ne l'imagine, surtout sur l'axe de tangage. Un Commandant de bord d'Air France m'a récemment confirmé qu'au décollage, il faut vraiment tirer sur le manche et on a alors  tout à fait l'impression "qu'on arrache l'avion du sol". Par ailleurs il dit que la dureté augmente la précision: par exemple lorsqu'on vole au Flight Director, avec un manche trop mou on n'arrête pas de courir après les barres de tendance, c'est beaucoup plus facile avec un manche dur. Mais la dureté ne doit pas se faire au détriment de la précision, et là, c'est la qualité de la fabrication qui entre en jeu. Sur le 747, il n'y a pas -à ma connaissance- de retour au neutre, mais pour nous, il est indispensable d'avoir un point de repère, un "cran" qui indique le neutre, sinon on n'arrête pas de pousser et tirer. On imagine que la réalisation ne va pas être simple.

 

Terminologie: peut être pas garantie 100% conforme, mais j'ai pris l'habitude de désigner les différents éléments d'un "Yoke" de la manière suivante:

La partie tournante entre les mains du pilote, que les espagnols appellent joliment les "cornes", s'appellera chez nous "le manche".

Le manche est fixé en haut d'une "colonne" verticale.

L'ensemble manches + colonnes  forme un "Yoke".


Réalisation du manche et câblage

Le manche est constitué de plusieurs couches de contre-plaqué ou de  "Forex" ou "Xyltech" (grandes surfaces de bricolage) mises en forme à la lime, enduites et poncées fin avant peinture. Les fils passent directement dans l'épaisseur, une des planches internes étant évidée d'une gorge de 6 mm pour encastrer les fils,mais il ne faut pas trop espérer rendre ces fils démontables.

La construction commence par un demi-gabarit, pour être sûr de la parfaite symétrie.

En voici un scan, l'original, à l'échelle 1 est disponible ici

 

Les dimensions sont extraites des excellents plans de Jean Jacques Scohy:     http://www.b737ng.net/html/yoke.html

D'après les photos, on constate que la face avant du Yoke est plane, par contre la face arrière va en s'amincissant du milieu vers les bords. Les poignées sont presque cylindriques, il n'y a qu'un petit plat de 2.5 cm sur l'avant, l'arrière a des encoches pour les 4 doigts, pas très marquées. La partie circulaire autour de l'axe a un diamètre de 90 mm, et s'adapte aux dimensions d'un Té de PVC pour tube de gouttière de ce diamètre.

 

Le renfort pour l'axe est un empilage de deux carrés de bois très dur de 10 mm et un de 5 mm, percés à 10 mm, pour insérer un manchon en tube d'acier de 8x10, l'axe étant une tige filetée de 8 mm.   Cet axe comporte un palonnier de commande soudé, en plat d'acier de 2 mm, avec deux trous de 5 mm dans lesquels pénètrent deux tiges filetées de centrage . Tout autre système présente du jeu ou se dévisse un jour ou l'autre.


l'habillage des manches en Forex (ou Xyltech)

Ce matériau  a été choisi pour sa rigidité et surtout pour sa facilité à se poncer.

Comme indiqué plus haut, on commencera par faire un demi-gabarit, pour assurer une parfaite symétrie.

L'empilage des plaques de Forex est le suivant: d'abord une couche de 5 mm, puis deux couches de 10 mm , et enfin  une autre couche de 5 mm. Total 30 mm, correspondant à l'épaisseur la plus importante, au centre du manche.

 

Les différentes pièces sont collées l'une sur l'autre à la colle cellulosique,  ou à l'époxy,  mais pas de vinylique, qui ne sèchera pas, car le matériau n'est absolument pas poreux, ni de colle polymère, trop souple.

Reste à poncer tout ça pour se rapprocher au mieux des formes de l'original. L'opération est plus facile qu'on peut le penser, car le matériau se travaille très bien à la lime et à la cale à poncer, et la régularité de la mise en forme est facilitée par les lignes de joints entre planches, qui dessinent des "courbes de niveau" très intuitives.

Des lignes au crayon tracées au compas à 5 mm de tous les bords extérieurs facilitent la régularité du ponçage des arrondis.

Lorsque tout est presque parfait, il n'y a plus qu'à enduire de mastic polyester et poncer de plus en plus finement. On s'aidera d'une lampe pour avoir un éclairage rasant et, au lieu de souffler sur la poussière pour  l'envoyer dans tous les coins de l'atelier, on essuie avec un chiffon très fréquemment, technique connue depuis des siècles, c'est le fameux "je ponce, donc j'essuie"  d'un célèbre philosophe. Quand il ne reste aucun trou, ni bosse, ni rayure, c'est bon à peindre.

 

Première étape de la préparation du manche. A noter que nous avons choisi de ne pas reproduire le porte-cartes au centre du manche, qui ne sert plus à rien à l'ère des tablettes.


le câblage des manches et des potentiomètres

Les fils doivent être préparés dès le début des opérations, raison pour laquelle nous en parlons dès maintenant.
Ils correspondent à:

- sur la branche gauche du manche, le trim de profondeur et le bouton poussoir Autopilot Disconnect, soit 4 fils, un vert, un noir, un bleu et un jaune.

- sur la branche de droite, il n'y a pas de bouton poussoir, on pourrait y mettre un chapeau chinois pour les vues.

- en pied de colonne, le potentiomètre de profondeur a 3 fils, le fil gris central du potentiomètre est relié avec le même du potentiomètre de roulis. Au total, il sort du Yoke 9 fils, par un connecteur  mâle SubD 9 muni d'un capot (voir GoTronic).Le femelle correspondant est fixé à la base du Pedestal. Tous les fils pourraient être reliés à une carte Bodnar BU0836. Dans ce cas, les entrées Trim et AP Disengage sont déclarées  dans les Préférences USB de PSX (voir paragraphe suivant). On peut également les relier à des entrées de la carte Master, solution que j'ai choisie.

 

Le connecteur DB9 de sortie muni d'un capot de protection
Le connecteur DB9 de sortie muni d'un capot de protection

la carte BU0836 de Leo Bodnar

Les potentiomètres de roulis et de profondeur doivent être des axes de FS ou P3D, reconnus et calibrés dans Windows. PSX en effet a été conçu pour être piloté par des Joysticks ou des Yokes standards. Il nous faut donc reconstituer un faux Joystick, ce qui est très simple, il suffit de brancher sur une entrée USB une carte Bodnar genre BU0836A qui comporte 8 entrées analogiques et 32 boutons, largement sous-employés pour le moment.  Cette même carte convient également pour les commandes de trim, AP Disconnect, .Il n'est pas nécessaire de recourir à des équivalents clavier pour activer ces fonctions. Il suffit d'aller dans Preferences/USB, appuyer sur le bouton choisi, il s'affiche "Pushed", et on choisit dans la liste "AP Disconnect",  par exemple. De même pour les trims.

Les connexions sur la carte  Bodnar consistent à relier ensemble, par l'intermédiaire d'un bouton poussoir, une entrée "colonne" ou Column avec une entrée "ligne" ou Row. La solution la plus simple est de se faire une carte dite "matricielle" avec une plaque de circuit imprimé d'essai, carte sur laquelle on va trouver les 6 entrées Colonnes et les 6 entrées Lignes. De là partent des connexions vers des connecteurs à 2 broches, au nombre de 32, qui correspondent à la colonne 1 sur la ligne 1, puis la colonne 2 sur la ligne 1, et ainsi de suite. Cela demande quelques straps et quelques coupures de pistes, et un certain soin dans les soudures, mais rien de bien compliqué.

Normalement, la carte Bodnar fonctionne avec des boutons poussoirs et non avec des inverseurs ON OFF qui restent sur une position ON, c'est le cas pour les deux poussoirs de notre manche.  S'il y avait plusieurs ON en même temps, on risquerait d'avoir des commandes fantômes. Pour éviter cela, on met des diodes genre 1N4148 dans chaque circuit. Si on n'utilise que des poussoirs, ces diodes ne sont pas nécessaires. Sur la photo ci-dessous, ma carte comporte néanmoins des diodes, car, on ne sait jamais, cela peut être utile un jour, pour d'autres fonctions que le Yoke.

 

Les entrées analogiques des potentiomètres sur la Bodnar. C'est plus simple, il n'y a que 3 fils par potentiomètre: un +, une masse et un curseur. Chez moi, ces fils sont violets ou marrons, on peut être amené à retourner le connecteur FH100 3 broches sur la Bodnar pour inverser le sens de rotation du potentiomètre, si l'avion monte quand on pousse le manche ...

Ces entrées sont calibrées dans Windows. A noter que Windows demande au moins 3 potentiomètres, l'axe Z sera provisoirement constitué par deux résistances de 4,7 ko de part et d'autre du faux curseur, voir photo.

la carte BU0836 et la carte matricielle

Branchement sur les entrées "Hat"


construction: le pied de colonne

.Nous avons la chance de n'avoir qu'un seul pilote à bord, ce qui simplifie énormément la construction du Yoke en évitant de devoir faire la synchronisation sur les deux axes de deux Yokes avec des tiges de liaison, des câbles push pull etc...

La seule difficulté est le système de retour au neutre. Dans quasiment tous les produits du marché, le retour au neutre se fait par deux ressorts antagonistes, ils tirent chacun de leur côté et quand ils veulent bien tirer avec la même force, le Yoke est au neutre. Ce système est très imprécis, ne serait-ce que parceque les ressorts tirent d'autant plus qu'on les étire: très peu étirés comme c'est le cas près du neutre, ils sont très mous, là où justement ils devraient être les plus précis.
Le seul système réellement efficace comporte deux bras mobiles s'appuyant sur une butée fixe.

Explication avec photos d'un prototype, pour plus de clarté.

 

Les bras en acier A et B peuvent pivoter librement autour de l'axe C. Au repos, donc au neutre, comme ici, le ressort D est faiblement tendu.

Mettons maintenant une pièce de bois très dur fixe E collée ou vissée sur le socle ou le plancher, sur laquelle les bras mobiles A et B vont venir s'appuyer doucement au neutre:

Derrière les bras mobile se trouve un bras de commande, F, soudé sur l'axe C. Donc, quand le manche est poussé ou tiré, ce bras de commande vient pousser soit le bras A, soit le B, en s'appuyant sur les deux vis BTR dont on voit ici les écrous de fixation G.

Ici, c'est le bras mobile A qui est poussé:

et c'est maintenant le bras B qui se décolle du bloc fixe E:

Quand on relâche le manche, le ressort ramène les deux bras mobiles contre le bloc E, le neutre est précis au millimètre.

Dans la pratique, ce n'est pas 1 ressort qui suffit, mais 2 ressorts de 13 kg de traction chacun (Leroy Merlin), cela peut paraître beaucoup, mais il faut tenir compte du bras de levier important, et également, ce n'est pas un bras de commande soudé sur l'axe qui pousse le tout, mais le manche lui-même qui pousse les bras mobiles, cela fait une pièce en moins.

Le tout en place donne ceci:

 

On voit bien une des deux vis fixées sur les bras de commande, qui s'appuie sur la colonne de 25x25 du Yoke. Le tout est fixé sur deux équerres très rigides (récupération) , le nombre d'écrous est peu esthétique, mais s'impose car certains écrous serrent à droite, d'autres à gauche, ce qui détermine la dureté du Yoke, on serre plus ou moins des écrous Nylstop. Sur l'équerre de droite, les butées 12° limitent le débattement d'avant en arrière.

Passons maintenant aux plans:

Ci-dessus les pièces du retour au neutre.La butée en bois n'est pas symétrique, car au neutre, le Yoke est incliné de 8° vers l'avant. Pas vital.
Cliquez sur ce plan pour la version format A4

ensemble vu de face
ensemble vu de face

l'habillage de la colonne

Le tube extérieur de la colonne est un morceau de 47 cm de tube PVC de 90 mm de diamètre. C'est plus que dans la réalité, sans être choquant, mais cela permet de tout loger, y compris le mécanisme de tête de colonne, sans rien devoir démonter, sans fendre le tube pour l'enfiler, etc... Ce tube se trouve chez certains fournisseurs comme P.U.M. Plastiques.
Le centrage de ce tube est réalisé par deux grosses rondelles de Forex enfilées sur le tube intérieur acier de 25x25, et collé à la colle époxy. A remarquer que le tube acier n'est pas au milieu de la rondelle, mais décalé vers l'arrière, voir le paragraphe plus bas; Ne pas oublier les trous pour le passage des fils de la tête de colonne, qu'on peut mettre en place dès maintenant, tenus en place par des colliers nylon.


la commande du potentiomètre de profondeur

Très simple, elle fait appel à un secteur circulaire denté solidaire de l'axe du Yoke, qui entraîne une roue dentée fixée sur le potentiomètre.

Le secteur denté de diamètre 200 est réalisé à l'imprimante 3D (merci Patrick). Il est serré sur l'axe par un écrou de 8 Nylstop et une rondelle nylon. Le reste est assez explicite avec quelques photos.


la tête de colonne

Le manche comporte un retour au neutre, exactement sur le même principe que pour le pied de colonne. Il s'agit ici d'une pièce de récupération, facilement reproductible avec une imprimante 3D ou avec des bras en acier. La partie basse, qui fait partie du bras de commande oscille autour de l'axe et commande le potentiomètre Cermet de 10 kO par l'intermédiaire d'un secteur de roue dentée de 60 mm.

montage de la tête de colonne

La colonne en tube acier 25x25 est percée à 10 à 37,5mm du haut, puis manchonnée avec un tube de 8x10 et  matée. 2 trous de 4,9 mm fixent la pièce 1 par deux vis de 4x40 + écrous Nylstop. Les pièces mobiles 2 et 3 et le bras de commande 4 sont traversées par un axe de 8 sur lequel est soudé un bras acier de 4mm d'épaisseur sur une  longueur de  62mm.  Outre le trou de 8, cette pièce comporte 2 trous filetés M 5 recevant deux tiges de centrage de 5x80 traversant le manche. Le manchon 8x10 traversant le manche est un peu plus court que son épaisseur, pour que les deux écrous Nylstop de 8 s’appuient sur le manche et non sur le manchon. Le manche est donc immobilisé sur l’axe de 8 par serrage de 2 écrous Nylstop, et 2 tiges de 5x80 si nécessaire avec écrous.  Attention: les 2 tiges de 5x80 doivent être parfaitement parallèles à l’axe de 8. La pièce 8 est un bouche trou en Forex de 10 tournant avec le manche, entraîné par les deux tiges de 5x80.

Montage: fixer le manche, serrer fortement les Nylstop de 8 De l’autre côté du bras soudé, enfiler le système de retour au neutre, enfiler l’axe et les deux vis de 4x40 de fixation de la pièce 1, placer les 2 Nylstop de 4, puis une rondelle nylon de 8 et un Nylstop de 8 modérément serré. En enfilant ces pièces, on connecte les deux roues dentées (potentiomètre calé au centre,à environ 5 kOhms). Le serrage du Nylstop avant détermine la dureté du manche.La colonne 25x25 sera placée contre la paroi avant du tube PVC de 90, d’où la longueur initiale importante de l’axe de 8 et des tiges de centrage de 5x80. Ces pièces seront recoupées après montage. A noter que si les cotes ci-dessus sont respectées, tout le système peut être monté et le Té de 90 enfilé ensuite sans que rien ne gène. Un montage à blanc est utile avant que les deux rondelles Forex de centrage du tube extérieur ne soient collées, cela permet de déterminer où passe le tube acier de 25x25, ce ne sera pas au centre des rondelles.

habillage final

Nous avons vu le tube vertical en PVC, reste l'habillage de la tête de colonne. Il s'agira d'un Té PVC de diamètre 90, dont l'arrière est coupé en biais. Une fois enfilé sur le tube vertical, le haut du tube acier de 25x25 doit reposer sur l'intérieur de ce Té, ce qui empêche tout l'habillage de descendre, voir le plan vue de côté. Avec ce système, on peut mettre le Té en place sans rien démonter, et serrer l'écrou Nylstop de 8 arrière à la demande, pour régler le frottement.

le Té de 90
le Té de 90
réglage de la dureté
réglage de la dureté
mise en place du manche
mise en place du manche
le manche terminé
le manche terminé