Brevet FR2136919A1 — publié le 19721229

L'invention concerne un organe de largage automatique permettant de libérer à un instant déterminé un câble de soutien de charge pour lui en substituer un autre ; elle concerne plus par ticulièrement une application de cet organe dans les opérations de lancement de ballons spatiaux, pour le largage des ballons auxi- liaires de décollage, de façon que la charge ou la nacelle reste tributaire du seul ballon spatial principal. On usait qu'une méthode de lancement des ballons spatiaux consiste à utiliser un ballon auxiliaire de faible volume dont la force ascensionnelle est supérieure de quelques kilogramnes seulement à la charge à soulever. Ce ballon auxiliaire engendre le décollage de la charge et soulève celle-ci à faible hauteur, pendant que le ballon principal est en cours de gonflage ; ce dernier est ensuite lacté et, de force ascensionnelle beaucoup plus importante, s'élève plus rapidement que le ballon auxiliaire lié à la charget Jusqu'à une altitude dh il prend en compte ladite charge.Le ballon auxiliaire devient alors gantant car il entrains des déséquilibres de l'ensemble et des effets de balancement. C'est pourquoi, tradi tionnellement il est largué 8 1 'aide d'une capsule barométrique agissant à partir d'une certaine hauteur sur un système pyrotechnique qui provoque sa séparation de l'ensemble. Cette méthode de lancement a l'avantage d'éviter, en cas de vent au décollage, que la charge soit tramée au sol ou qu'il soit nécessaire d'accompagner celle-ci ce qui constitue toujours une opération délicate et dangereuse ; en outre, dans un tel lan, cement, le choc de départ, lorsque les cibles entre ballon spatial et charge arrivent à la tension, est très réduit car la charge bénéficie déjà d'une certaine vitesse ascensionnelle qui lui est conférée par le ballon auxiliaire. Toutefois, les systèmes classiques de largage du ballon auxiliaire présentent divers inconvénients. La capsule barométrique de déclenchement du système pyrotechnique est en général réglée vers 900 millibars ce qui correspond à une hauteur comprise entre 1500 et 2000 mètres ; en effet, un réglage de déclenchement à une pression plus importante (c 'est-à-dire à une altitude plus faible) risquerait, en raison de variations des conditions atmos phériques, de produire le largage au sol. Cette servitude conduit, donc, à retenir le ballon auxiliaire au début de l'ascension jus- qu1à 1500 à 2000 mètres environ : il s 'en suit des déséquilibres et balancements de la charge qui sont, avec les systèmes classi ques, impossibles à éviter au début de l'ascension. De plus, au moment du largage il est évident que la disposition relative de la charge, du ballon principal et du ballon auxiliaire est quelconque z le largage peut donc se réaliser dans une disposition défavorable due, par exemple, à un coup de vent et provoquer des balancements importants de la charge qui rendent l'ascension irrégulière et peuvent provoquer des détériorations des divers équipements qui constituent ladite charge. Ces balancements peuvent mame entraîner des contraintes locales importantes sur l'enveloppe, créant des risques de déchirures. Notons, de plus, que la nature mbme du système de largage est à la source d'autres types d'inconvénients, tels que faible fiabilité puisque le système pyrotechnique ne peut évidemment pas btre essayé au préalable, obligation d'échanger le système après chaque explosion, servitude d'entretien après chaque largage consistant essentiellement en un nouvel étalonnage de la capsule barométrique et un contrôle de l'étant de la pile électrique qui fournit l'éner- gie etc. Au surplus, il est parfois arrivé, avec ces systèmes de largage traditionnels, que le ballon auxiliaire prenne feu sous l'effet de l1échauffement produit par l'explosion : un tel ballon en flammes qui descend pour venir s'abattre sur le sol, est une menace pour les populations et les habitations. enfin, en raison de sa faible fiabilité, le système pyro technique est de temps à autre défaillant et ne fait pas epplo- sion ; lorsque le ballon redescend au sol, ce système représente un danger pour les populations, notamment pour les enfants qui peuvent btre amenés à le manipuler par jeu. La présente invention vise à pallier ces inconvénients en fournissant un organe mécanique de largage automatique qui permet au ballon auxiliaire d'entre largué dès que le ballon principal vint se positionner adessus de la charge. De façon plus générale, l'invention se propose de décrire un organe de largage automatique susceptible d'!tre utilisé dans tous secteurs de la technique ou' il est nécessaire, à un instant donné, de libérer un câble lié à une charge pour lui substituer un autre cible.Trois câbles sont appelés à venir s'amarrer à cet organe de largage, l'un dit "cible de charge" lié à son extrémité à une charge, un autre dit câble de suspension provisoire" destiné à trie relié au cible de charge par l'entremise de l'organe de largage lorsque le troisième cible dit câble de suspension difié- rée" forme avec le cible de charge un angle inférieur à une valeur limite prédéterminée, puis à etre libéré lorsque cet angle atteint cette valeur limite, le cible de suspension différée restant, alors, seul relié au râble de charge ;; organe de largage selon l1inven- tion est constitué par - un corps doté de moyens d'accrochage du câble de charge, - un fléau articulé sur le corps précité et pourvu à une extrémité de moyens d'accrochage du cible de suspension différée et, à l'autre, d'un doigt pivotant articulé sur ledit fléau, - enfin, des moyens de butée, solidaires du corps et con- tre lesquels le doigt précité est susceptible de prendre appui dans la position doigt rabattu vers le fléau, ce doigt étant propre dans cette position, à faire office de moyens d'accrochage du cible de suspension provisoire. Les moyens de butée réalisent le verrouillage du doigt pivotant lequel est libéré auvielà de la position du fléau par rapport au corps, pour laquelle son extrémité se dégage desdits moyens de butée. Tant que cette position du fléau n'est pas atteinte, le doigt porte sur lesdits moyens de butée et ne peut se dégager de ceum-ci. Par conséquent, le cible de suspension provisoire reste accroché dans cette position à l'organe de largage, par exemple, par un anneau fixé à son extrémité et qui entoure ce doigt d'accro- chage. Selon un mode de réalisation préféré, le doigt pivotant est recourbé et présente une face externe convexe à courbure de rayon sensiblement égal à la distance séparant les moyens de butée du point d'articulation du fléau sur le corps. Ce mode de réalisation est particulièrement intéressant en raison du fait que, lorsque le fléau pivote, les moyens de butée contre lesquels est appli qué le doigt, maintiennent ce dernier dans une position relative invariable par rapport au fléau. En effet, dans un système de réf é- rence lié au fléau, le lieu de ces moyens de butée (ou plus exactement des points de contact de ces moyens avec le doigt) est évident ment une circonférence centrée au point d'articulation du fléau sur le corps et de rayon égal à la distance de ces moyens à ce point d'articulation : lorsque le doigt est appuyé contre ces moyens de butée, sa face externe convexe d'appui épouse précisément la forme de cette circonférence et, par conséquent, ce doigt est immobile dans le système de référence lié au fléau, en restant constamment en appui contre les moyens de butée lorsque le fléau pivote. Ainsi, au cours de ce pivotement, le cible de suspension provisoire n'est soumis à aucun mouvement radial et, par suite, à aucune variation de tension. Par ailleurs, la face interne concave du doigt pivotant présente, de préférence, une ligne directrice à peu près à la forme d'un arc de cercle, sensiblement centrée au point d'articulation du fléau, pour la position doigt rabattu en appui contre les moyens de butée. lorsque le fléau pivote, l'anneau d'ancrage du cible de sus- pension provisoire, glisse le long de cette surface concave sous l'effet des forces tangentielles jusqu'à ce que ces forces tangen- tielles deviennent négligeables, ctest-à-dire jusqu'à ce que les forces appliquées par le cabale sur le doigt soient perpendiculai- res à la surface de contact.Dans cette position -puisque cette surface de contact est de forme circulaire centrée au point d'articulation du fléau l'effort auquel est soumis le doigt passe à peu près par l'axe d'articulation du fléau : son moment par rapport à cet axe étant donc nul (ou tout stu moins négligeable), cet effort nla aucune influence sur la rotation du fléau qui ne dépend, par conséquent, que de la direction du cible de suspension différée aocroché à l'extrémité opposée du fléau. Notons que, la face externe convexe du doigt peut avants, geusement comporter à proximité de son extrémité libre, un méplat situé dans un plan tangent à cette face. Pour que le doigt se déca, ge des moyens de butée et, par conséquent, pour que le largage du cible de suspension provisoire se réalise, le fléau amené à pivoter par le cible de suspension différée, devra vaincre la résistance engendrée par ce méplat qui oblige le doigt, avant de pouvoir se dégager, à se déplacer légèrement dans le sens centripète c 'est-à- dire dans le sens contraire de celui de 1' effort exercé par le c - ble de suspension provisoire.Ce seuil minimum d'énergie nécessaire pour provoquer le dégagement du doigt évite que ce dégagement ne se produise pour des causes accidentelles, par exemple dans le cas de ballons, sous l'effet d'un coup de vent qui modifierait l'inclinaison du câble de suspension différée et risquerait par la rotation du fléau de produire un largage intempestif. Pour réduire les frottements en cours de pivotement du fléau et la résistance à vaincre, les moyens de butée sont, de préférence, constitués par un galet, contre le pourtour cylindrique duquel la face externe convexe du doigt est susceptible de prendre appui. Par ailleurs, le bras du fléau équipé des moyens d'accro- chage du cable de suspension différée est utilement prévu de longueur plus importante que l'autre bras sur lequel est articulé le doigt pivotant ; le rapport des longueurs peut titre choisi égal à trois. De la sorte, le fléau pivote sous l'action du cible de suspension différée avec une douceur accrue et sans à coup car les forces de résistance sont faciles à vaincre en raison du bras de levier ainsi constitué. Selon une disposition avantageuse, conférant une grande robustesse à l'organe de largage, le corps de celui-ci est formé par deux flasques longiformes, disposés parallèlement, à faible dis- tance, et assemblés en trois zones, d'une part par les moyens de butée, d'autre part par l'axe d'articulation du fléau, enfin par les moyens d'accrochage du câble de charge : le fléau est appelé à pivoter entre ces flasques. Bn outre, cet organe peut comporter une pièce de sécurité amovible, propre à assujettir le corps et le fléau dans la position doigt verrouillé, en vue de neutraliser la faculté de pivotement du fléau. Cette pièce élimine un déverrouillage intempestif au cours des manipulations précédant la mise en service de l'organe de largage ; elle est ôtée au moment de cette mise en service de façon à rendre au fléau sa faculté de pivotement. Comme on l'a indiqué, organe selon l'invention peut tout particulièrement ttre utilisé dans les opérations de lancement de ballons, pour le largage du ballon auxiliaire destiné à assurer le décollage de la charge et auquel se substitue ensuite le ballon principal. Selon cette application, le cible retenant le ballon au xiliaire est constitué par le cable désigné jusqu'à présent par gable de suspension provisoire" cependant qu'une nacelle est suspendue au cible de charge et que le ballon spatial principal est lié à 1 ?organe de largage par un cible constitué par le cable désigné par "cible de suspension différée". Dans cette application, la longueur du doigt pivotant est, de préférence, adaptée de façon que ce dernier se dégage des moyens de butée lorsque le cible de suspension différée (lié au ballon principal) forme avec le câble de charge (lié à la nacelle) un angle d'environ 1700. Des expériences ont en effet prouvé que c'est à par tir de cet angle où ces deux cibles sont proches de l'alignement, qu 'il convient de larguer le ballon auxiliaire devenu, dès lors, inutile. L'invention ayant été exposée dans sa forme générale, la description qui suit, en référence aux dessins annexés, en présente à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation relatif à son application au lancement des ballons. Cette description permettra de mieux comprendre les caractéristiques, buts et avantages de l'invention ; sur ces dessins : - la figure 1 est une vue en perspective d'un organe de largage selon l'invention ; on a représenté en pointillés sur cette figure le doigt de l'organe en position déverrouillée ainsi que l'extrémité du néau en position de départ, bloqué par une pièce de sécurité - les figures 2a, 2b, 2c et 2d schématisent quatre phases du lancement d'un ballon, cependant que les figures 3a, 3b, 30 et 3d sont des schémas montrant la disposition de 1 1organe de largage pour chacune de ces quatre phases. L'organe de largage décrit à titre d'exemple, comprend un corps 1 constitué par deux flasques en regard réunis à leur extré- mité supérieure par l'axe d'un galet 2, à leur extrémité inférieure par une bague d'accrochage intégrée 3 et entre les deux par un axe 4 autour duquel est articulé un fléau pivotant 5 ; un des bras 6 de ce fléau est de longueur égale à environ trois fois la longueur de l'autre bras 7. Â l'extrémité de ce bras 7 est articulé autour d'un axe 8 un doigt courbe 9 ; la face 10 située du côté externe convexe du doigt 9 présente une forme cylindrique de directrice circulaire à rayon égal à la distance des axes d'articulation 4 et 8. Ce doigt est susceptible de prendre appui, comme le représente la figure l, contre le galet 2 ; la zone d'appui de ce dernier est située à une distance de l'articulation 4 égale au rayon de la directrice de la face cylindrique 10. De plus, cette face 10 présente à l'extrémité libre du doigt, un méplat 11, situé dans un plan tangent à cette face et prolongé par une courte partie cylindrique 12, Par ailleurs, des anneaux d'amarrage de cibles peuvent autre accrochés dans des lumières 13 et 14 que présentent respectivement la bague d'accrochage 3 et l'extrémité du bras 6. De même, un anneau d'amafiage 15 d'un autre cable peut btre accroché au doigt 9 lorsque ce dernier se trouve verrouillé par le galet 2. Notons que la face interne concave de ce doigt est également cylin drique et présente une directrice circulaire centrée, lorsque le doigt est en appui contre le galet 2, sur l'ase d'articulation du fléau. 3enfin une pièce de blocage 16 est assujettie au corps 1 par un axe 17 et peut Qtre assujettie à l'extrémité du bras 6 lors- que celui-ci se trouve en position basse (telle que représentée en pointillés sur la figure) par une goupille 18. La structure de l'organe selon l'invention étant exposée, on va maintenant expliquer son mode de fonctionnement, dans le cas où cet organe est appliqué au lancement de ballons. On aperçoit sur la figure 2a la première phase d'une opération de lancement s 'exécutant au moyen d'un ballon auxiliaire 19 qui, en l'exemple, peut avoir un volume de 300 à 400 mètres cubes environ ; ce ballon est relié à l'organe de largage schématisé en 20, au moyen dtun câble 21, cependant qutune nacelle 22 est reliée à cet organe 20 par un cible 23. Le ballon spatial principal 24 est attaché à cet organe de largage par un câble 25 ; ce ballon est ancré au sol en un point fixe 26 pendant son gonflage, au cours duquel un cible 27 retient le ballon auxiliaire et sa charge, à basse altitude. La figure 3a présente l'organe de largage dans une position correspondant à la figure 2a ; on voit que le cible 23 lié à la nacelle est attaché à l'extrémité du corps I de cet organe par la lumière 13 ménagée dans celui-ci et que le cAble 25 lié au ballon principal est attaché au bras 6 du fléau par la lumière 14 que comporte celui-ct ; le câble 21 lié au ballon auxiliaire 19 est maintenu par le doigt 9. Dans cette position, le câble 25 et le cible 23 font un angle aigu de quelques dizaines de degrés et le doigt 9 est verrouillé par le galet 2. La figure 2b schématise une phase ultérieure du lancement le cible 27 de retenue a été libéré et le ballon principal 24 lachi On voit sur la figure 3b (qui présente l'organe de largage ds la position correspondant à cette figure 2b) que le cible 25 a soulevé le fléau de l'organe de largage jusqu'à un angle proche de 900 par rapport au corps. Dans cette position, comme on le voit sur cette figure, le doigt 9 reste toujours verrouillé par le galet 2. Â la figure 2c le ballon spatial 24 est venu se position, ner presque à l'aplomb de la nacelle 22 ; cette figure correspond à la position de largage du ballon auxiliaire 19. Dana cette position les câbles 23 et 25 liés respectivement à la nacelle et au ballon 24 font un angle d'environ 1700 ; comme on le voit sur la figure 3c le doigt, après avoir franchi le méplat 11, se trouve en appui sur le galet 2 par son extrémité. Comme on peut le concevoir, dans cette position, ce doigt est sur le point de se dégager. À la figure 2d le ballon auxiliaire 19 vient d'trie largué en raison du dégagement du doigt pivotant et le ballon principal 24 est seul lié à la nacelle 22 située auviessous à l'aplomb de celui-ci. On voit sur la figure 3d que le fléau 5 a entièrement pivoté, son bras 6 se trouvant dans l'alignement du corps 1. Les deux cibles 25 et 23 sont bien entendu alignés. On conçoit donc l'intért d'un tel organe qui permet le largage da ballon auxiliaire dès que le ballon principal se trouve en position appropriée au-dessus de la nacelle. Un tel organeéli- mine toutes les servitudes des systèmes de largage à capsule barométrique et charge pyrotechnique, qui, en particulier, ne permettent de réaliser le largage qu'à une hauteur de 1500 à 2000 mètres. L'invention ayant maintenant été exposée et son intérêt justifié sur un exemple détaillé, le demandeur s'en réserve 1 'ex- clusivité pendant toute la durée du brevet sans limitation autre que celle des termes des revendications ci-après. RSVEXDICX2ICES 1 - Organe de largage automatique, auquel sont appelés à venir s'amarrer trois câbles, l'un dit "cible de charge" lié à son extré- mité à une charge, l'autre dit "cible de suspension provisoire" destiné à entre relié au cable de charge par l'entremise de 1 'orga- ne de largage lorsque le troisième cible dit câble de suspension différée" forme avec le cible de charge un angle inférieur à une valeur limite prédéterminée et à être libéré lorsque cet angle atteint cette valeur limite, le cible de suspension différée restant, alors, seul relié au cible de charge, ledit organe de largage étant caractérisé en ce qu'il est constitué par un corps doté de moyens d'accrochage du cible de charge, par un fléau, articulé sur le corps précité et pourvu à une extrémité de moyens d'accrochage du cable de suspension différée et, à l'autre, d'un doigt pivotant articulé sur ledit fléau, enfin par des moyens de butée, solidaires du corps et contre lesquels le doigt pivotant est susceptible de prendre appui dans la position doigt rabattu vers le fléau, ledit doigt étant propre, dans cette position, à faire office de moyens d'accrochage du câble de suspension provisoire, les moyens de butée réalisant le verrouillage de ce doigt lequel est libéré au-delà de la position du fléau par rapport au corps, pour laquelle 1 'extrémité dudit doigt se dégage desdits moyens de butée. 2 - Organe de largage selon la revendication 1 caractérisé en ce que le doigt pivotant est recourbé et présente une face externe convexe à courbure de rayon sensiblement égal à la distance séparant les moyens de butée du point d'articulation du fléau sur le corps. 3 - Organe de largage selon la revendication 2 caractérisé en ce que la face interne concave du doigt pivotant présente une ligne directrice à peu près à la forme a d'un arc de cercle, sensiblement centrée au point d'articulation du fléau, pour la position doigt rabattu en appui contre les moyens de butée. 4 - Organe de largage selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la face externe convexe du doigt comporte, à proximité de son extrémité libre, un méplat situé dans un plan tangent à cette face. 5 - Organe de largage selon 1 'une des revendications 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens de butée sont constitués par un galet, contre le pourtour cylindrique duquel la face externe convexe du doigt est susceptible de prendre appui. 6 - Organe de largage selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que le bras de fléau équipé des moyens d'aocrochage du câble de suspension différée est prévu de longueur ap proimntivement égale à trois fois celle du bras de fléau sur lequel est articulé le doigt pivotant. 7 - Organe de largage selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce çle le corps est formé par deux flasques longiformes, disposés parallèlement à faible distance et assemblés en trois zones, par les moyens de butée, par l'axe d'articulation du fléau et par les moyens d'accrochage du câble de charge, le fléau étant appelé à pivoter entre ces flasques. 8 - Organe de largage selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé en ce qutil comporte une pièce de sécurité amovible, propre à assujettir le corps et le fléau dans la position doigt verrouillé, en vue de neutraliser la faculté de pivotement du fléau. 9 - Application d'un organe de largage selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, ladite application étant caractérisée en ce que ledit organe est utilisé dans les opérations de lancement de ballons pour le largage d'un ballon auxiliaire, destiné à assurer le décollage et lié au cible de suspension provisoire, cependant qu'une nacelle est suspendue au cable de charge et que le ballon spatial principal est lié au faible de suspension différée. 10- Application selon la revendication 9, caractérisée en ce que la longueur du doigt pivotant est adaptée de façon que ce dernier se dégage des moyens de butée lorsque le câble de suspension différée lié au ballon principal forme avec le cible de charge lié à la nacelle un angle d'environ 1700.