Brevet FR2466652A1 — publié le 19810410

1. La présente invention concerne des flèches télesco- - piques, et plus particulièrement, mais sans que cela soit li- mitatif,une flèche télescopique d'un type utilisé dans le but de déployer une structure telle qu'un panneau solaire d'engin spatial. On sait déployer un panneau solaire plié sur un en- gin spatial au moyen d'une flèche télescopique comportant une pluralité de sections tubulaires reposant à l'origine les unes à l'intérieur des autres. Pour déployer le panneau, du gaz comprimé est admis à l'intérieur de la flèche de façon que les sections reposant les unes dans les autres soient sorties de leur positionde repos. On notera qu'un engin spatial doit être aussi léger que possible. Par conséquent, une flèche té- lescopique et l'équipement déployé doivent être conçus de fa- çon à être aussi légers que possible, ce qui signifie qu'ils peuvent être relativement fragiles. Si la flèche est déployée de façon non contrôlée, les sections auront tendance à se dé- placer par saccades; elles pourront se cambrer, en particulier les unes par rapport aux autres, et se coincer, et pourront souffrir de chocs au moment o elles atteignent les limites de leur course dans la section à l'intérieur de laquelle elles reposaient. En dehors des dégâts pouvant être causés à la flè- che elle-même, les effets précédents peuvent provoquer l'en- 2. dommagement du dispositif déployé. Selon la présente invention,on prévoit une flèche télescopique comprenant une pluralité de sections tubulaires creuses disposées de façon que l'une d'elles puisse être sortie d'une autre section pour déployer la flèche, et un moyen de commande du mouvement jusqu'à la position déployée, le moyen de caunande de mouvement comprenant - un organe flexible allongé s'étendant à l'intérieur de la flèche et comprenant une extrémité fixée à la flèche en un endroit au moins proche de l'extrémité extérieure de la flèche lorsque celle-ci est déployée; - des moyens d'entretoise montés à l'intérieur de la flèche pour guider l'organe flexible allongé distants des parois intérieures de la flèche, et une combinaison, pouvant être actionnéed'un moyen de stockage et d'un moyen de régula- tion de vitesse de sortie montée au moins près de l'extrémi- té intérieure de la flèche, le moyen de stockage pouvant être actionné pour stocker initialement l'organe flexible allongé et pour sortir cet organe et permettre à la flèche de se dé- ployer et le moyen de régulation de la vitesse de sortie pou- vant être actionné pour réguler la vitesse avec laquelle l'or- gane allongé est sorti du moyen de stockage. Les moyens d'entretoise peuvent ccnorendre une plurali- de bagues d'espacement montés respectivement aux extrémités intérieures des sections tubulaires. Avantageusement, le moyen de stockage comprend une bobine,ou tambour, sur laquelle l'organe allongé flexible est enroulé et qui peut tourner de façon à permettre à l'organe allongé d'être déroulé. Entre temps, le moyen derégulation de la vitesse de sortie peut comprendre un dispositif tel qu'un mécanisme d'échappement accouplé à la bobine et pouvant fonctionner de façon à freiner sa rotation par application d'une force retardatrice fonction de la vitesse. A la place d'un mécanisme d'échappement le moyen de régulation peut comprendre un autre moyen d'application de force dépendant de la vitesse, par exemple un amortisseur à fluide visqueux ro- tatif, un amortisseur à friction rotatif, une dynamo élec- 3. trique ou une pompe à gaz ou à liquide rotative ou alterna- tive. Avantageusement, des moyens sont prévus pour tirer sur l'organe flexible allongé afin de rétracter la flèche à partir de sa position déployée. Par exemple,dans le cas o le moyen de stockage comprend la bobine citée ci-dessus, on pourrait prévoir un moteur mettant la bobine en rotation - dans le sens d'enroulement de l'organe flexible allongé. Dans le cas o le moyen de régulation comprend une dynamo io électrique ou une pompe à gaz ou à liquide,les fonctions de régulation de la vitesse de sortie de l'organe allongé et d'enroulement de cet organe pourraient être exécutées par le même élément, c'est-à-dire qu'on pourrait prévoir une source appropriée d'énergie pouvant être adaptée à une dynamo ou à une pompe de construction appropriée de façon à faire fonc- tionner la dynamo ou la pompe en moteur. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci- joints dans lesquels: La figure 1 est une vue en plan d'une partie d'un engin spatial comportant un panneau solaire déployé depuis l'engin par une flèche télescopique; La figure 2 est une vue en perspective, en partie en coupe, de la flèche télescopique de la figure 1; - La figure 3 est une vue fragmentaire en coupe d'une partie d'un corps d'entretoise utilisé dans la flèche téles- copique; Les figures 4 et 5 sont deux vues en perspective d'au- tres formes de corps d'entretoise utilisables dans la flèche télescopique; La figure 6 est une vue en plan en-coupe d'une bobine de câble et d'un mécanisme à échappement; La figure 7 est une vue en coupe prise le long de la ligne IV-IV de la figure 3;et La figure 8 est une représentation schématique d'une partie d'une autre flèche télescopique et d'un moyen de régu- lation de sa vitesse de déploiement. - 2466652 4. Un engin spatial 1 représenté en figure 1 comprend un panneau solaire 2, représenté déployé. Le panneau solaire comprend un châssis rigide 3 constituant un logement creux de profondeur relativement petite. Le châssis 3 pivote sur l'engin 1 par l'intermédiaire d'un étrier 4. L'étrier est re- lié à l'engin spatial 1 par une charnière ayant un axe de pivotement 5 et à une extrémité du châssis 3 par des charniè- res ayant des axes de pivotement 6. Avantd 'être déployé, le panneau 3 est appliqué contre la paroi de l'engin 1, puis se déplace dans la position de déploiement, représentée en figure 1, par suite du pivotement dans une certaine direction de l'étrier 4 autour de l'axe 5 et du pivotement du panneau 3 par rapport à l'étrier autour des axes 6 dans la direction oppo- sée. A l'intérieur du panneau 3 est monté un tube de base fi- xe 7 d'une flèche télescopique 8 qui comprend une pluralité d'autres sections tubulaires 9. Avant déploiement, les sections tubulaires 9 reposent les unes dans les autres et à l'intérieur du tube de base 7. Ces sections sont sorties les unes des au- tres pour permettre le déploiement du panneau après admission d'un gaz comprimé provenant de bouteilles 10 qui sont montées à l'extrémité du panneau 3, côté étrier, l'admission du gaz se faisant par l'intermédiaire d'un clapet de commande 11 et d'une conduite 12 et le gaz se dirigeant vers l'intérieur de la flè- che. A certains intervalles, la flèche 8 comporte des tra- verses 13 situées dans le plan du panneau 3 et, entre le pan- neau 3 et la première traverse et entre chaque paire de traver- ses, sont tendues des paires de couvertures 14 de cellules so- laires. Avant déploiement,ces couvertures sont pliées en accor- déon le long de lignes 15, de sorte qu'elles sont toutes re- pliées contre l'extrémité extérieure du panneau 3. Les oouver- tures supportent des jeux de cellules solaires 16 et, d'autre part, ces cellules sont également montées sur le panneau 3 comme cela est représenté. En liaison également avec la figure 2, chaque sec- tion tubulaire 7 et 9, de la flèche télescopique comprend un tube léger à paroi de faible épaisseur, réalisé en métal lé- ger ou en matériau composite tel qu'en fibre de verre et en 5. résine, et à l'extrémité de chaque tube se trouve un flas- que 17. Les flasques 17 peuvent contenir des moyens (non re- présentés) permettant le déploiement en séquence de la flè- che, c'est-à-dire que, lorsque le gaz sous pression est introduit, les sections tubulaires se déplacent une à la fois plutôt qu'au hasard en fonction de l'endroit o la ré- sistance de frottement est la plus faible à un instant par- ticulier. Un moyen de déplacement séquentiel approprié a fait l'objet de la demande de brevet anglais no 8.006.751 au nom de la demanderesse. Une description de ce brevet ne sera pas donnée ici, étant donné que ce moyen ne constitue pas une caractéristique essentielle de la présente invention et que sa connaissance n'est pas indispensable à la compréhension de la présente invention. Chaque tube est relié de façon étanche au tube suivant de plus grand diamètre par une bague tubulai- re coulissante 18,par exemple par un joint torique en élasto- mère recouvert d'une bande en polytétrafluoroéthylène. Monté juste à l'extrémité intérieure de chaque sec- tion tubulaire 9 se trouve un corps formant entretoise 19. Cha- que corps 19 comprend un élément arrondi en forme de croix en polytétrafluoroéthylène qui comporte un trou central 20. Près de l'extrémité de chaque bras de l'élément, des fentes superposées 21 sont formées à partir des côtés opposés du bras comme cela est représenté en figure 3. Les longueurs des bras de chaque élément sont légèrement surdimensionnées par rapport au diamètre intérieur de la section tubulaire appropriée, mais par suite de la présence des fentes 21, un effet de ressort est créé qui permet aux éléments de se con- tracter pour se monter dans les sections tubulaires et d'y rester en position pendant le durcissement d'une colle utili- sée pour lier les éléments aux parois de tube. Les corps for- mant entretoises pourraient être modifiés, par exemple, comme cela est représenté en figure 4 pour prendre la forme d'un disque 22 comportant de préférence des trous 23 afin d'en réduire le poids ainsi que des pattes 24 s'étendant dans le sens axial, ou, comme cela est représenté en figure 5,d'un corps 25 de nouveau cruciforme mais comportant des bras de 6. section plus faible de façon à l'alléger. A l'extrémité de chaque bras, une semelle 26 est formée qui constitue une sur- face de contact suffisante pour permettre son collage aux sections tubulaires. L'extrémité intérieure du tube de base 7 est fermée par une plaque 27 comportant un orifice 28 recevant la con- duite 12 d'alimentation en gaz et un petit trou central 29 à travers lequel entre dans la flèche un câble 31 provenant d'un tambour d'enroulement 30. Le jeu entre le câble et la paroi du trou 29 est rendu étanche par un gland 32 constitué d'un matériau à faible coefficient de frottement, tel que le polytétrafluoroéthylène. Le câble s'étend le long de l'inté- rieur de la flèche dans les trous centraux des corps 19 for- mant entretoise, jusqu'à l'extrémité extérieure de la section tubulaire 9 qui est le plus à l'extérieur lorsque la flèche est déployée, extrémité à laquelle il est fixé. Le tambour 30 est monté en rotation sur la paroi du panneau 3 de sorte que, dans la position de déploiement de la flèche, le câble peut se dérouler pour tenir compte de ce déploiement. Cependant, le tambour incorpore un mécanisme à échappement qui applique à la rotation du tambour une force retardatrice dépendant de la vitesse, ce qui a pour effet de réguler la vitesse à la- quelle le câble se déroule et par conséquent la vitesse à la- quelle la flèche se déploie. Comme cela est représenté dans les figures 6 et 7,le tambour comprend un logement 33 en forme de bobine creuse, comportant des encoches 34 dans ses parois afin d'en réduire le poids. Le logement est monté en rotation par des roulements sur un arbre 36 dont une extrémité 37 s'étend de façon à permettre sa fixation sur la paroi du panneau 3 par l'inter- médiaire d'une bague de fixation 38. Une roue à engrenage fi- xe 39 est fixée à l'arbre 36 à l'intérieur du logement 33 et cette roue est en prise avec un petit pignon 40 fixé à un arbre 41 qui est monté en rotation dans des roulements 42 si- tués dans les parois latérales du logement 33, en un endroit distant de l'axe de rotation du logement. L'arbre 41 porte également une roue dentée relativement grande 43, qui est en 7. prise avec un petit pignon 44 fixé à un arbre 45. L'arbre est, comme l'arbre 36, monté en rotation dans des roule- ments 46 situés dans les parois opposées du logement 33. L'ar- bre 45 porte également une roue dentée relativement grande 47. Cette roue est en prise avec un organe d'échappement 48 monté de façon à pouvoir osciller sur un arbre 49 supporté par des roulements 50. L'organe 48 a la forme d'un segment de disque diamétral comportant une encoche rectangulaire 51 à une ex- trémité afin de définir deux dents 52 distantes l'une de l'autre venant s'engager dans les engrenages. La forme et la position de l'organe 48 et la forme des dents de la roue 47 sont telles que, pendant la rotation de la roue 47,celle-ci vient d'abord en contact avec l'une des dents 52 puis avec l'autre d'une façon déphasée, et, lors du contact avec une dent 52, l'organe 48 est déplacé de sorte que l'autre dent 52 arrive à une position o elle est engagée. Ainsi, pendant la rotation de l'engrenage 47,1'organe 48 est amené à osciller par engagement avec l'engrenage 47, et en même temps, par son oscillation, permet à l'engrenage 47 de tourner. La rota- tion de l'engrenage 47 autour de son axe est transmise par l'intermédiaire des engrenages 39 et 43 et des petits pignons et 44 pour se traduire pour une rotation à vitesse réduite de la totalité du tambour autour de l'arbre 36. Le fonctionnement d'ensemble est tel que, pour que le tambour 30 tourne, l'organe d'échappement 48 doit osciller à une vitesse relativement élevée, et, par conséquent, par suite de l'inertie de cet organe 48,une force retardatrice dépendant beaucoup de la vitesse est appliquée au tambour. Ainsi, cette force permet de maintenir une vitesse raisonnablement réguliè- re et constante de déroulement du câble 31. Au lieu du mécanisme d'échappement représenté, un autre type de mécanisme permettant d'appliquer une force retar- datrice fonction de la vitesse pourrait être accouplé ou com- biné au tambour 30. Par exemple, le tambour pourrait être accouplé à une dynamo électrique (non représentée) qui serait connectée à une charge électrique appropriée de façon que, pen- dant la rotation du tambour, l'énergie dissipée dans la charge 8. apparaisse sous forme de force retardatrice agissant sur le tambour. Comme autre variante (non représentée), on pourrait utiliser un amortisseur rotatif à fluide visqueux ou à frottement, ou une pompe à fluide ou à gaz rotative ou alter- native. Tout au moins jusqu'à maintenant,l'aptitude à rétrac- ter un panneau solaire à partir de sa position de déploiement sur un engin spatial n'est généralement pas nécessaire. Ce- pendant, pour d'autres applications de flèches télescopiques 1O et parfois pour des engins spatiaux, en particulier pour les engins spatiaux de l'avenir, une telle possibilité de retour en arrière peut être souhaitable. Cela peut être obtenu dans le mode de réalisation représenté en accouplant le tambour 30 à un moteur approprié, par exemple à un moteur électrique, de façon que, lorsque le panneau doit être rétracté, le tam- bour 30 avec son mécanisme d'échappement tourne dans le sens inverse pour enrouler le câble 31.La.pression de gaz à l'in- térieur de la flèche qui est appliquée pour la déployer aura probablement une valeur réduite par suite des fuites se pro- duisant au moment o le panneau doit être rétracté. Cependant, par sécurité, la pression pourrait être éliminée, par exemple, dès que le panneau est totalement déployé, au moyen d'orifi- ces d'échappement formés dans la flèche et disposés de façon à s'ouvrir lorsqu'elle est totalement déployée. Si, comme cela peut être le cas, la flèche comprend des dispositifs d'enclen- chement qui la verrouille dans sa position de déploiement, des moyens de déclenchement appropriés sont prévus pour la déverrouiller, par exemple des solénoïdes électriques dispo- sés de façon à libérer les dispositifs d'enclenchement au moment o cela est nécessaire. Dans le cas o le moyen d'application d'une force régulatrice pendant la rotation du tambour comprend la dyna- mo électrique ou la pompe citée ci-dessus,les moyens de ré- traction de la flèche peuvent avoir la forme d'une source d'énergie provoquant l'entraînement de la dynamo ou de la pompe en moteur. Par exemple, comme cela est représenté en figure 8, le tambour 30 pourrait se présenter sous la forme 9. du rotor d'une machine électrodynamique 53 pouvant fonction- ner soit comme dynamo soit comme moteurs et qui serait cou- plée par un câble 54 à un commutateur inverseur 55 situé dans le logement de l'engin spatial. Sous la commande de signaux provenant du système de télécommande (non représenté) de l'engin spatial, la machine 53 pourrait être accouplée à une charge 56 de façon à fonctionner en dynamo ou à une source d'énergie électrique 57 pour fonctionner en moteur. A titre d'exemple, le panneau de cellules solaires représenté en figure 1 pourrait avoir une longueur d'environ mètres après déploiement et la flèche télescopique pourrait comprendre disons dix-huit sections tubulaires ayant chacune une longueur d'environ 1,5 mètre. A la place du câble 31, une autre forme d'élément allongé flexible pourrait être utilisée, par exemple une bande ou une chaîne d'une certaine longueur. Au lieu d'être disposé à l'extérieur de l'extrémité intérieure du tube de base 7, le rouleau de câble et le mé- canisme d'échappement pourraient être dimensionnés de façon à être logés à l'intérieur de la flèche ce qui rendrait inuti- les le trou 29 et le gland 32. A la place d'air comprimé, le déploiement pourrait être réalisé hydrauliquement.De plus, entre chacune de deux sections tubulaires, on pourrait prévoir des orifices de commande appropriés pour le passage de gaz ou de fluide hydraulique, par exemple, pour permettre le déploiement sé- quentiel de la flèche. En particulier pour un engin spatial, on peut prévoir plusieurs flèches télescopiques. Par exemple, plusieurs pan- neaux solaires identiques à celui qui est représenté en figure 1 peuvent être utilisés, ou bien il peut y avoir plusieurs panneaux semblables à celui de la figure 1 sauf toutefois, qu'à la place de l'agencement constitué par la flèche unique et les couvertures s'étendant depuis l'extrémité extérieure du panneau comme cela est représenté, il peut y avoir deux flèches et deux agencements correspondants de couvertures s'étendant dans des directions opposées A et B à partir des 10. bords-latéraux du panneau. Dans ce dernier cas, le déploie- ment des deux flèches peut être synchronisé en ayant les câ- bles respectifs enroulés sur des parties respectives du même tambour. Dans le cas o cela ne serait pas commode, le synchro- nisme du déploiement de deux ou de plusieurs flèches peut en- core être exécuté par accouplement mécanique des tambours ou, en particulier dans le cas o le moyen de régulation de vitesse comprend une dynamo, au moyen de circuits électriques appropriés. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au con- traire susceptible de variantes et de modifications qui appa- raitront à l'homme de l'art. 11. REVEND ICAT IONS 1 - Flèche télescopique comprenant une pluralité de sections tubulaires creuses (7, 8) pouvant sortir l'une de l'autre de façon à déployer la flèche et un moyen de commande de mouvement pour commander le mouvement jusqu'à la position déployée, caractérisée en ce que le moyen de commande de mou- vement comprend: - un organe flexible allongé (31) s'étendant à l'in- térieur de la flèche et comportant une extrémité fixée à celle- 1o ci; - unnDyen d'entretoise (19) monté à l'intérieur de la flèche pour guider l'organe flexible allongé situé à une certaine distance des parois de la flèche; - un moyen de stockage (30) monté de façon à stocker l'organe flexible allongé et à sortir cet élément afin de per- mettre le déploiement de la flèche; et - un moyen de régulation de la vitesse de sortie (figures 6 et 7; 53) accouplé à l'organe allongé flexible et pouvant fonctionner pour réguler la vitesse à laquelle cet organe sort du moyen de stockage. 2 - Flèche selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen d'entretoise comprend une pluralité d'organes d'entretoise, montés dans des sections respectives des sec- tions tubulaires et comportantdes parties définissant un trou (20) pour guider l'organe allongé flexible distant des parois des sections tubulaires. 3 - Flèche selon la revendication 2,caractérisée en ce que chaque organe d'entretoise comprend un corps en maté- riau plastique à faible coefficient de frottement et compor- tant une partie centrale o se trouve le trou et des parties formant bras qui s'étendent depuis la partie centrale vers les parois de la section tubulaire auxquelles elles sont fixées par une colle. 4 - Flèche télescopique selon la revendication 3, ca- ractérisée en ce que les parties formant bras sont déformables élastiquement de façon à diminuer leur longueur. - Flèche selon la revendication 1, caractérisée en 12. ce que le moyen de stockage comprend un tambour (30) d'en- roulement monté en rotation pour que l'organe flexible allon- gé soit enroulé dessus et en ce que le moyen de régulation- de la vitesse de sortie est accouplé au tambour pour lui ap- pliquer une force retardatrice fonction de la vitesse pen- dant sa rotation. 6 - Flèche télescopique selon la revendication 5, caractérisée en ce que le moyen de régulation de la vitesse de sortie comprend un mécanisme d'échappement incorporant un système de tranmission augmentant la vitesse de rotation (39-47) et un -organe oscillant générateur d'inertie (48) accouplé au système de transmission pour réguler, par l'in- termédiaire du système de transmission, la vitesse de rotation du tambour. 7 - Flèche télescopique selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'elle comprend unnoyen d'entraînement accouplé au tambour pour en provoquer la rotation et per- mettre le réenroulement de l'organe flexible allongé, et par conséquent la rétraction de la flèche à partir de sa posi- tion déployée. 8 - Flèche télescopique selon la revendication 7, caractérisée en ce que le moyen d'entraînement comprend une source d'énergie accouplée par l'intermédiaire du moyen de commande au moyen de régulation de la vitesse de sortie, et en ce que le moyen de régulation de la vitesse de sortie peut fonctionner soit comme une charge pour appliquer une force retardatrice fonction de lavitesse au tambour en rota- tion, soit, lorsqu'il est relié à la source d'énergie par l'intermédiaire du moyen de commande, en moteur pour mettre le tambour en rotation et réenrouler l'organe allongé fle- xible. 9 - Flèche télescopique selon la revendication-B, caractérisée en ce que le moyen de régulationde la vitesse de sortie comprend une machine électrodynamique (53) pouvant fonctionner en dynamo ou en moteur et accouplée par l'in- termédiaire d'un moyen de commutateur sélecteur (55) à une charge électrique (56) et à une source d'énergie électrique 13. (57) - Engin spatial comportant un panneau solaire qui comprend des moyens de support (3, 4) reliés à l'engin (1) et pouvant fonctionner de façon à supporter le panneau solaire, au moins un organe en feuille pouvant se plier en accordéon (14) relié à une extrémité aux moyens de support, et une flèche télescopique placée entre les moyens de support et l'extrémité opposée d'aum oins ledit organe en feuille et pouvant fonctionner pour être déployée de façon à déplier l'organe en feuille, caractérisé en ce que la flèche télesco- pique comprend: - une pluralité de sections tubulaires creuses (7,9) pouvant s'extraire l'une de l'autre de façon à déployer la flèche; - un moyen d'application de pression de fluide (10, 11) relié à la flèche pour y appliquer la pression de fluide et extraire les sections tubulaires l'une de l'autre, comme indiqué précédemment; - un organe flexible allongé (31) dont une extrémité est reliée à la pointe de la flèche et qui s'étend le long de celle-ci; - un moyen de stockage (30) supporté par les moyens de support près de l'extrémité intérieure de la flèche et pouvant être actionné pour emmagasiner l'organe flexible allongé et pour faire sortir cet organe et permettre le déploie- ment de la flèche; et - un moyen de régulation de vitesse de sortie accou- plé au moyen de stockage pour exercer une résistance dépendant de la vitesse à la sortie de l'organe allongé, et par consé- quent réguler le déploiement de la flèche.