Brevet FR2508000A1 — publié le 19821224

1. La présente invention concerne des structures pou- vant s'étendre, qui sont destinées à être déplacées entre un état arrimé, aplati, et un état déployé, allongé En particulier, mais non exclusivement, la présente invention concerne des structures de bâti polygonal, déployables, destinées à des applications spatiales, par exemple des structures légères de treillis destinées à être uti- lisées dans la construction de plates-formes orbitales. Selon l'un des aspects de la présente invention, on prévoit une structure de flèche à châssis ouvert, mobile entre une position arrimée, compacte, et une position éten- due, allongée, comprenant au moins trois moyens de longe- ron qui, lorsque la flèche est dans la position étendue, s'étendent sensiblement suivant sa longueur à une certaine distance les uns des autres de manière à définir au moins trois plans, une série d'éléments de châssis rigides dispo- sés sensiblement parallèlement les uns aux autres, trans- versaux au sens longitudinal de la flèche à certains en- droits de celle-ci et interconnectant les moyens de longe- ron, la partie de chaque moyen de longeron entre éléments de châssis contigus étant définie par au moins deux élé- ments allongés articulés chacun à une de leurs extrémités sur un élément de châssis et à l'autre extrémité sur l'au- tre élément allongé, respectivement, les charnières respec- 2 2508000 tives étant agencées de façon que lors d'un déplacement entre les positions déployée et arrimée, les éléments al- longés se déplacent par articulation à l'intérieur de l'un des plans, et aussi de façon que l'élément de châssis se déplace axialement par rapport à la longueur de la flèche sans rotation,un moyen de blocage bloquant de manière amo- vible chaque paire d'éléments allongés dans une position coaxiale, rectiligne. Dans l'agencement de la présente invention, les éléments allongés sont articulés dans un plan distant de l'axe longitudinal de la flèche; cela réduit grandement toute tendance qu'ont les charges de flexion s'exerçant sur la flèche étendue à provoquer une articulation par inadver- tance des éléments allongés, provoquant le repliement de la flèche De plus, le volume central défini par les trois plans peut être utilisé pour un équipement supplémentaire, par exemple pour un moyen d'entraînement Chacun des élé- ments allongés est de préférence sensiblement de la même longueur qu'un côté des éléments de châssis associés, auquel cas l'espace entre éléments de châssis contigus, dans la position étendue, est approximativement le double de la longueur d'un côté d'un élément de châssis Le moyen de verrouillage comprend commodément un agencement à ressort décentré, de sorte que les éléments allongés basculent pour prendre une configuration rectiligne. Dans un autre aspect de la présente invention, on prévoit un système de flèche à châssis ouvert, déploya- ble, comprenant la structure de flèche décrite précédemment et comportant en outre un moyen de logement dans lequel la structure de flèche peut être contenue lorsqu'elle est dans la position compacte, arrimée Le moyen de logement com- prend de préférence un-moyen d'entraînement permettant d'ef- fectuer le mouvement de la flèche de sa position compacte, arrimée, à sa position étendue, allongée Commodément, le moyen de logement comprend un élément flexible, allongé, s'étendant sensiblement coaxialement à la flèche et mobi- le dans le sens de sa longueur, et chaque élément de flèche 3, comprend des moyens d'accrochage situés sur l'axe de la flèche, ou à proximité de celui-ci, et disposés de façon que lors du déplacement de l'élément flexible respectif, les moyens d'accrochage soient en contact les uns avec les autres en séquence de manière à déplacer les éléments de châssis associés avec l'élément flexible. Le moyen de logement comprend avantageusement un moyen de déverrouillage pour déverrouiller une paire verrouillée d'éléments allongés entre éléments de châssis voisins, alors que l'élément de châssis le plus proche du moyen de logement se rapproche d'un élément suivant de châssis arrimé, ce qui permet de libérer l'autre élément de châssis pour qu'il se déplace vers le premier élément de châssis arrimé Dans le cas o le moyen de blocage com- prend un agencement à ressort décentré, il peut comprendre une pluralité d'éléments à came, associés chacun à chaque moyen de longeron, respectivement, qui peuvent fonctionner de manière à venir en contact avec chaque paire d'éléments -allongés pour vaincre la sollicitation des agencements respectifs à ressort décentré dans le but d'effectuer l'ar- ticulation des éléments. 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 perspective, avec certaines parties en crevé pour la rendre plus claire, d'une structure de flèche à châssis ouvert, pouvant s'étendre dans la position partiellement étendue; La figure 2 représente deux éléments de châssis voisins, entre la position arrimée et la position étendue; La figure 3 est une vue détaillée du moyen de blocage de la structure des figures let 2; et Les figures 4 et 5 sont des vues en coupe détail- lées du mécanisme d'entraînement représenté en figure 1. En liaison avec les dessins, on a représenté un type de structure de flèche à châssis ouvert 10 qui est mobile entre une position arrimée, aplatie, et une posi- 4 2508000 tion déployée, allongée En figure 1, la partie de la structure 10 du oôté gauche de la figure se trouve dans la position arrimée, alors que la partie du côté droit est dans la position déployée, La structure 10 dans sa position étendue com- prend trois longerons 11 s'étendant parallèlement, à une certaine distance les uns des autres, de façon à définir trois plans A, B et C. Une série d'éléments 12 de châssis ouvert, rigi- des, formant un triangle équilatéral, sont situés à cer- tains intervalles sur l'axe d'extension D de la structure , avec leurs sommets respectifs situés sur les longerons respectifs Les éléments de châssis sont parallèles les uns aux autres et transversaux au sens longitudinal de la structure. Chaque longeron 11 est défini par une série d'éléments de tige allongés 13 qui, lorsque la structure se trouve dans sa position étendue, s'étendent bout à bout sur la longueur de la structure 10, une paire d'éléments 2 Q de tige 13 se trouvant située entre chaque paire contiguë d'éléments de châssis Chaque élément 13 est articulé à l'une de ses extrémités sur un sommet d'un élément de châssis et à son autre extrémité sur un autre élément de tige 13. Les articulations sont disposées de façon que chaque paire d'éléments de tige soit contrainte de se dé- placer par articulation dans l'un des plans A, B ou C, re- présentés en figure 2; les deux autres paires d'éléments de tige étant obligées de se déplacer dans les autres plans respectifs A, B ou C. Le présent agencement signifie que pendant l'ex- tension ou l'arrimage de la structure, aucun des éléments de tige 13 n'est sensiblement en saillie dans l'espace central délimité par lesplans A, B et C De plus, les plans de flexion des éléments de tige 13 sont distants de l'axe de flexion naturelle D de la structure Cela réduit le risque qu'une charge de flexion agissant sur la struc- 5. ture ne provoque le pivotement commun des éléments de tige et ne conduise au repliage de la structure. Chaque paire d'élémients de tige 13 peut se dépla- cer entre une configuration repliée, o les deux éléments sont parallèles et côte à côte, et une configuration d'en- tretoisement o ils sont rectilignes Chaque paire d'élé- ments 13 comprend un ressort décentré 14, disposé entre éléments de façon à former un agencement de verrouillage 14 ' permettant de verrouiller de manière amovible les éléments dans la position rectiligne (figure 3). Chaque élément de chassis 12 comprend un moyen d'accrochage sous forme d'un collier d'entraînement 15, disposé concentriquement à l'axe d'extension D de la structure et ayant des pattes de commande 16 à l'un de ses côtés Des fils de tension 17 sont prévus -entre les sommets non alignés des éléments de châssis voisins 11. A l'extrémité gauche de la structure 10 en figure 1, on a prévu un logement généralement cylindrique 18 qui peut recevoir l'ensemble de la structure 10 lorsqu'elle se trouve à l'état arrimé Le logement 18 comprend également un moyen d'entraînement 19 permettant d'effectuer le dé- ploiement et l'arrimage de la structure 10 Le moyen d'en- traînement 19 a une forme similaire au moyen décrit dans- notre demande de brevet publiée N O 2 074 981 A que l'on supposera ici connue. Le moyen d'entraînement 19 comprend fondamentale- ment un pilier 20 s'étendant depuis l'extrémité fermée du logement 18, le long de l'axe d'extension D de la structu- re 10, à travers les colliers d'entraînement 15 (lorsque la structure 10 se trouve dans la position arrimée, re- pliée) Le pilier 20 comprend une rainure 21 o est monté en rotation un pignon 22 Près de l'extrémité arrière du pignon 20 se trouve une autre rainure 23, qui enferme une paire d'autres pignons 24, 25 et qui s'étend vers l'ar- rière et se fond avec un trou 26 pratiqué dans la base du pilier 20. Disposée à l'arrière de la base du pilier 20 se 6 2508000 trouve une boite 27 enfermant un mcanismm d'entraînement 28 qui comprend une boucle de chaîne 29 continue pour pi- gnon La chaîne 29 s'étend depuis la boite 27 autour du pignon 22,puis des pignons 24, 25, pour revenir dans la boîte 27 Le pignon 22 et le pignon 24 définissent la par- tie de marche du trajet de la chaîne 29, alors que le pi- gnon 25 l'éloigne du trajet devant être enfermé à l'intérieur du profil du pilier 20 Le mécanisme d'entraînement 28 comprend également unmoyen de tension 30 servant à mainte- nir la boucle de chaîne 30 sous un certain degré de ten- sion Pour rendre la description plus claire, en figure 4, tous les pignons sont représentés schématiquement comme des disques lisses, alors que la boucle de chaîne 29 est dessinée sous forme d'une seule ligne Les pignons sont cependant de forme classique, et la chaîne 29 est également une chaîne classique, mais modifiée, comme cela sera expli- qué en liaison avec la figure 5. La chaîne 29 pour pignon a une forme classique sauf que, en certains endroits de sa longueur, il y a un ou plusieurs maillons de support 31 qui comportent des par- ties 32 s'étendant transversalement au reste de la chaîne. Ces parties 32 viennent successivement en contact avec les pattes d'engagement motrices 16 prévues sur chacun des éléments de châssis 12, de façon à déplacer tour à tour cha- que élément de châssis entre sa position arrimée, à l'inté- rieur du logement, et une position étendue. Le logement 18 comprend également un mécanisme de déverrouillage capable d'effectuer le déverrouillage des éléments de tige 13 de chaque longeron à partir de la po- sition rectiligne entre éléments successifs de châssis 12 lorsqu'on souhaite faire passer la structure de l'état étendu à l'état arrimé Le mécanisme de déverrouillage com- prend une bague annulaire 34 montée de façon à tourner au- tour de l'extrémité ouverte du logement 18, qui comporte trois rouleaux de déverrouillage 35 situés à égale distan- ce les uns des autres autour de la bague et montés de ma- nière à tourner par rapport à celle-ci autour de trois axes généralement radiaux Les rouleaux de déverrouillage 35 sont sollicités suivant une direction tangentielle à la bague 34 et sont positionnés de façon que, lorsque le mécanisme de déverrouillage est actionné, chaque rouleau 35 appuie sur l'un des longerons Il interconnectant une paire d'éléments de châssis voisins 12 Alors que la structure 10 est ra- menée en arrière,les rouleaux 35 agissent pour vaincre la sollicitation de verrouillage de l'agencement à ressort -décentré 14 et par conséquent à permettre aux éléments de tige 13 d'être pliéss Le mouvement de la structure extensible 10 à par- tir de la position arrimée jusqu'à la position étendue, puis de nouveau à la position arrimée sera maintenant dé- crit, Dans l'état arrimé, les éléments de châssis 12 sont tous contenus à l'intérieur du logement 18,avec leurs bords alignés et appuyés les uns contre les autres, comme cela est représenté dans la partie gauche de la figure 1 L'élé- ment de châssis le plus à l'extérieur est placé près du pignon 24, prêt à être entraîné par la boucle de chaîne 29. Le mécanisme d'entraînement 28 est alors actionné et la bou- cle 29 déplacée dans le sens inverse des aiguilles d'une montre vu en figure 4 Lorsque, le ou l'un des maillons de support 31 passe dans le collier 15, les pattes 16 qu'il comporte entrent en contact avec le maillon 31, ce qui a pour effet d'entraîner l'élément de châssis le plus à l'ex- térieur vers sa position d'extension Alors que cet élé- ment de châssis se rapproche de sa position étendue, les agencements à ressort 14 provoqueront le "basculement"' de chaque paire d'éléments de tige 13 vers la position rectiligne. L'élément de châssis le plus à l'extérieur se trouve alors en relation rigide avec l'élément suivant de châssis le plus à l'extérieur Le mécanisme d'entraîne- ment 28 continue à tirer un peu plus vers l'extérieur l'élément de châssis le plus à l'extérieur jusqu'à ce qu'il soit libéré près du pignon 22 Lorsque cela se produit, l'élément de châssis suivant le plus à l'extérieur est sor- ti des éléments de châssis au repos restants, de sorte que 7. 8 2508000 cet élément est placé en un endroit contigu au pignon 24, prêt à être engagé par le maillon porteur 31, ou maillon suivant. Ce cycle se répète jusqu'à ce que la totalité de la structure 10 ait été étendue Le logement 18 peut alors, le cas échéant, être enlevé de la structure, laissant cel- le-ci seule Une autre structure à l'état arrimé peut alors être insérée dans le logement pour déploiement En variante, une pluralité de structures arrimées, repliées, peuvent être empilées les unes sur les autres dans le lo- gement pour un déploiement ultérieur. Lorsqu'on souhaite déplacer une structure éten- due, allongée 10 jusqu'à la position arrimée, le logement 18 est fixé à une extrémité de la structure étendue 10 et la structure est empêchée de tourner par rapport au loge- ment La bague annulaire 34 est alors mise en rotation de façQn que les rouleaux de déverrouillage 35 appuient sur les longerons entre la paire d'éléments la plus à l'inté- rieur Le mécanisme d'entraînement 28 est alors actionné dans le sens inverse de façon à arrimer la paire d'éléments de châssis 12 la plus à l'intérieur par déplacement de l'élément suivant de châssis le plus à l'intérieur à par- tir d'une position contiguë %u pignon 22 jusqu'à une posi- tion contiguë au pignon 24, Pendant que cela se produit, les trois paires d'éléments de tige 13 sont tirées au droit des rouleaux de dêverrouillage 35, et la sollicita- tion de déverrouillage provoque le déverrouillage de cha- que paire et son pliage partiel Lorsque l'élément suivant le plus à l'intérieur 12 a été tiré jusqu'à un endroit contigu au pignon 24, l'élément suivant de châssis 12 de la série est prêt pour être accroché près du pignon 22 Le cycle se répète jusqu'à ce que tous les éléments de châs- sis 12 aient été arrimés. Les paires d'éléments de tige 13 peuvent être pliées ensemble, totalement, soit par l'action de l'agen- cement à ressort décentré,soit sous l'effet du retour en arrière des éléments de châssis ultérieurs 12 à l'inté- 9, 2508000 rieur du logement 18. On coeprendra que le mode de réalisation de struc- ture extensible qui vient d'être décrit peut constituer une base excellente pour dés structures du type à bâti po- lygonal, car il est léger, rigide, compact après pliage, et relativement insensible aux effets de flexion dus à un rayonnement solaire non uniforme. Le mode de réalisation venant d'être décrit utili- se une combinaison de déploiement non rotatoire, et le mé- canisme de déploiement/arrimage peut être totalement enle- vé de la structure étendue ou arrimée, ce qui permet à un mécanisme unique d'entraînement de mettre à disposition de nombreux éléments de bâti polygonal pour constituer un grand ensemble (ou rétraction vers la position arrimée ori- ginelle). Alors qu'un type de mécanisme d'entraînement si- milaire à celqi qui est décrit dans notre demande de bre- vet publiée N O 2 074 981 A a été trouvé particulièrement bien adapté pour effectuer le déploiement et l'arrimage de la structure de-la présente invention, on appréciera na- turellement que d'autres formes de mécanisme d'entraîne- ment peuvent être utilisées sans s'éloigner du cadre de la présente invention. Alors que le mode de réalisation décrit précédem- ment est particulièrement approprié pour être utilisé dans des applications spatiales, il peut trouver d'autres ap- plication, par exemple, pour former la base d'une tour d'antenne transportable, ou constituer un dispositif d'érection pour structures temporaires. 2508000 REVENDICATIONS 1 Structure de flèche à châssis ouvert ( 10) mo- bile entre une position compacte, arrimée et une position étendue, allongée,caractérisée en ce qu'elle comprend au moins trois moyens de longeron ( 11) qui, lorsque la flè- che est dans sa position étendue, s'étendent sensiblement le long de la flèche à une certaine distance les uns des autres pour définir au moins trois plans (A, B, C), une sé- rie d'éléments rigides de châssis ( 12) disposés sensible- ment parallèlement les uns aux autres, transversaux à la longueur de la flèche à certains intervalles de celle-ci et interconnectant les moyens de longeron ( 11), la partie de chaque moyen de longeron entre des éléments de châssis contigus étant définie par au moins deux éléments allon- gés ( 13), articulés chacun à une extrémité sur un élément de châssis ( 123 et à l'autre extrémité sur l'autre élé- ment allongé ( 13), respectivement, les charnières respec- tives étant disposées de façon que, lors d'un déplacement entre les positions déployée et arrimée, les éléments allongés ( 13) pivotent à l'intérieur de l'un des plans (A, B ou C) et aussi de façon que les éléments de châssis ( 12) se déplacent axialement par rapport à la longueur de la flèche sans rotation, un moyen de verrouillage ( 14 ') ver- rouillant de manière amovible chaque paire d'éléments allon- gés ( 13) suivant une position rectiligne coaxiale. 2 Structure de flèche selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments de châssis ( 12) ont une forme triangulaire, et les éléments de longeron ( 11) sont fixés aux zones comportant leur sommet. 3 Structure de flèche selon la revendication 2, caractérisée en ce que les éléments de châssis ( 12) ont la forme de triangles équilatéraux. 4 Structure de flèche selon la revendication 3, caractérisée en ce que chacun des éléments allongés ( 13) a sensiblement la même longueur qu'un côté des éléments de châssis associés ( 12). Structure de flèche selon l'une quelconque 11 2508000 des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens de verrouillage ( 14 ') comprennent un agencement à ressort décentré ( 14). 6 Système-de flèche à châssis ouvert, déploya- ble, caractérisé en ce-qu'il comprend la structure de flè- che ( 10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, et en ce qu'il comprend en outre un moyen de logement ( 18) à l'intérieur duquel la structure de flèche ( 10) peut être contenue lorsqu'elle se trouve dans la position arrimée, compacte. 7 Système de flèche selon la revendication 6, caractérisé en ce que le royen de logement ( 18) comprend un moyen d'enregistreoent ( 19) pour effectuer un déplacement de la flèche ( 10) entre sa position arrimée, compacte et sa position étendue, allongée. 8 Système de flèche selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen de logement ( 18) comprend un élément allongé flexible ( 29) s'étendant sensiblement coaxialement par rapport à la flèche ( 10) et mobile dans le sens de sa longueur,et chaque élément de châssis ( 12) comprend un moyen d'accrochage ( 16) situé sur l'axe de la flèche,ou près de celui-ci, et disposé de façon que lors du mouvement de l'élément flexible respectif, les moyens d'accrochage soient engagés les uns après les autres en séquence de façon à déplacer les éléments de châssis as- sociés ( 12) le long de l'élément flexible ( 12). 9 Système de flèche selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé ence que le moyen de lo- gement ( 18) comprend des moyens de déverrouillage ( 34,35) pour déverrouiller une paire verrouillée d'éléments allon- gés entre éléments de châssis voisins alors que l'élément de châssis le plus proche du moyen de logement ( 18) se rapproche d'un élément suivant de châssis arrimé, d'o il résulte la libération de l'autre élément de châssis pour qu'il se déplaoe vers le premier élément arrimé de châssis. Système de flèche selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de verrouillage ( 14 ') 12 2508000 comprennent un agencement à ressort décentré ( 14) et les moyens de déverrouillage ( 34, 35) comprennent une pluralité d'éléments à came ( 35) , associés chacun à chaque moyen de longeron ( 11), respectivement, et pouvant être actionnés de façon à venir en contact avec chaque paire d'éléments al- longés ( 13) pour vaincre la sollicitation des agencements à ressort décentré respectifs ( 14) afin d'effectuer le pivotement des éléments.