Brevet FR2520323A1 — publié le 19830729

On sait que les engins spatiaux utilisent des appendices tels que générateurs solaires, réflecteurs d'antennes, mat qu'il convient de stocker sur le véhi- cule pendant la phase de lancement. 5 Pendant le lancement les appendices en question sont maintenus sur le satellite par un dispositif de ger- bage pouvant comporter un ou plusieurs points de fixation temporaire ou points de gerbage. Les dimensions importantes de tels appendices 10 exigent leur repliement pour pouvoir être stockés dans le volume alloué par les lanceurs. Cette configuration de lancement ou gerbée répond à des exigences multiples parmi lesquelles on peut citer: . le volume du lanceur limité; 15 ; les dimensions géométriques déterminées en fonc- tion de l'interface avec le satellite; . le fonctionnement devant permettre la libéra- tion de l'appendice pour son déploiement; . la tenue mécanique aux accélérations dues au 20 lanceur; . la rigidité qui a pour but d'effectuer un découplage de fréquence entre le lanceur, le satellite et les appendices, ceci dans le but de limiter les char- ges et donc, de permettre la réalisation des structures 25 avec la masse minimum; l'obligation impérative de multiplier les points de gerbage pour tenir compte des dimensions des éléments et des fréquences exigées. La présente invention concerne un dispositif 30 permettant d'assurer avantageusement, dans le cadre rappelé ci-dessus, un verrouillage temporaire qui tout à la fois: limite les efforts de maintien nécessaires dans le système de libération, autorise la multiplication des points de gerbage , verrouillés et libérés par un seul 35 câble de gerbage, et permet de s'affranchir des problè- mes de dilatation différentielle entre les câbles de gerbage et la structure du satellite sur laquelle ils sont 2 fixés. Le dispositif de verrouillage multiple, insen- sible aux variations thermiques selon l'invention se carac- térise, pour chaque point de gerbage, par la combinaison 5 des moyens suivants: . une gâchette articulée sur le pied du point de gerbage, cette gâchette assurant l'immobilisation tempo- raire de l'élément à verrouiller du point de gerbage; . un palonnier articulé d'une part, sur la 10 gâchette et lié, d'autre part, au câble de gerbage; et . une biellette élastique articulée, d'une part, sur le pied du point de gerbage et, d'autre part, sur le palonnier de façon telle que ladite biellette élastique exerce sur le palonnier une force contraire au moment de 15 maintien qu'exerce sur lui le cible de gerbage; grâce à quoi l'immobilisation temporaire de l'élément-à verrouiller du point de gerbage est assurée par le câble de gerbage qui, par l'intermédiaire du palonnier et de la biellette élastique, maintient la 20 gachette en position verrouillée, aussi longtemps que le dispositif de sectionnement du c Able de gerbage n'est pas mis en oeuvre. D'autres caractéristiques, avantages et particularités de la présente invention ressortiront de la 25 description qui en est donnée ci-après en référence aux dessins annexés représentant, schématiquement et simple- ment à titre d'exemple, une forme de réalisation possible de ladite invention. Sur ces dessins: 30 la figure 1 est une vue en perspective d'un point de gerbage de générateur solaire, susceptible d'être intégré dans un dispositif de verrouillage multi- ple conforme à l'invention; . la figure 2 est un schéma explicatif du montage d'un dispositif de gerbage pour un générateur solaire maintenu par quatre points de gerbage; . la figure 3 est une vue en coupe verticale du 3 point de gerbage de générateur solaire du type de la figure 1, immobilisé en configuration de lancement par un dispositif de verrouillage conforme à l'invention; . la figure 4 est une vue schématique en plan 5 du mécanisme de verrouillage proprement dit de la figure 3 ; . les figures 5, 6 et 7 sont des vues schémati- ques, à plus petite échelle, du même mécanisme de verrouil- lage représenté respectivement: en position verrouillée nominale; en position verrouillée avec compensation en cas 10 de raccourcissement du céble de gerbage; et en position verrouillée avec compensation en cas d'allongement du cable; . la figure 8 est un schéma explicatif du fonc- tioninement du mécanisme de verrouillage, après le section- 15 nement du cable de gerbage, amenant la libération de l'élément verrouillé; et . la figure 9 est une vue en coupe verticale du point de gerbage de générateur solaire de la figure 3, tel qu'il se présente lorsque, après libération du dispositif 20 de verrouillage, le déploiement de l'appendice est autorisé. Le point de gerbage de générateur solaire repré- senté à titre d'exemple sur les figures 1, 3 et 9, qui ne fait pas l'objet de la présente invention, se caractérise par les éléments constitutifs suivants: 25 un étrier de gerbage 1 qui assure l'effort de maintien des volets 2, sur le pied de gerbage 3, lui-même fixé rigidement à la structure 4 du satellite, étant à -noter que l'extrémité supérieure 1 A de l'étrier s'arti- cule en 5, sur le volet externe et est soumis à l'action 30 d'un ressort de rappel 5 A; . une biellette 6 articulée en 7 sur le pied 3 et sur laquelle vient s'accrocher l'extrémité inférieure B de l'étrier 1 ; . une gâchette, désignée par la référence géné- 35 rale 8, articulée également en 9 sur le pied 3, qui empêche, comme on le verra en détail plus loin, la rota- tion de la biellette 6 et la libération de l'étrier 1. 4 Cette biellette 6 est maintenue en position d'auto libéra- tion, c'est-à-dire que l'effort de tension de l'étrier 1, agissant comme un ressort grâce à une vis de mise en ten- sion 10, provoque la rotation de la biellette 6, en cas 5 d'effacement de la gâchette 8 ; . un câble de gerbage 11 qui maintient la gâchette 8 en position verrouillée de lancement, contre l'action d'un ressort de rappel 12. La libération du générateur solaire pour son 10 déploiement est assurée par le sectionnement du câble de gerbage 11, qui provoque: . l'effacement de la gâchette 8 sous l'action de son ressort de rappel; . la rotation de la biellette 6 ; 15 la rotation de l'étrier 1 sous l'action de son ressort de rappel 5 A' Il apparaît immédiatement que le dispositif de gerbage proprement dit d'un appendice de véhicule spatial peut être constitué d'un certain nombre de points de ger- 20 bage tels que celui décrit ci-dessus. D'autre part, les exigences de fiabilité impo- sent d'effectuer la libération de tous les points de ger- bage avec une seule cisaille pyrotechnique qui, par l'in- termédiaire d'un câble de gerbage commun ou navette, 25 assure le déverrouillage simultané de tous les points de gerbage. La figure 2 montre à titre d'exemple le schéma de principe d'un dispositif de gerbage pour un générateur solaire maintenu par quatre points de gerbage 3 A' 3 B' 3 C et 30 3 D dont les gâchettes respectives 8 A' 8 B' 8 c et 8 D sont maintenues en position de verrouillage par un câble de gerbage commun 11 Sur ce câble est inséré en un endroit approprié une cisaille pyrotechnique 13 d'un type quelcon- que connu, tandis que deux ressorts de rappel 12 A et 12 C 35 sont fixés, respectivement entre les deux extrémités libres du câble de gerbage 11 et deux points fixes 14 et 14 B solidaires des points de gerbage 3 A et 3 B en l'occurence. 5 Des poulies de renvoi 15 B, 15 D assurent une parfaite orientation du c&ble 11 pour maintenir les gêchettes 8 A' 8 B' 8 C et 8 D en position de verrouillage. Il est bien entendu que pour chacun des appen- 5 dices d'un véhicule spatial autre que les générateurs solaires, ainsi d'ailleurs que pour chacun desdits géné- rateurs, sera aménagé un dispositif de verrouillage. Il est par ailleurs apparent que pour chacun des dispositifs de verrouillage la multiplication du nom- 10 bre des points de gerbage, pouvant atteindre par exemple 6, 8, 10 et même plus, ainsi que l'utilisation d'un cable de gerbage unique reliant toutes les g&chettes entre elles présentent les deux inconvénients suivants: . l'addition des efforts de maintien des gàchet- 15 tes dans le câble de gerbage unique, qui entraîne une limitation du nombre de points de gerbage en fonction de la résistance du câbie; * la dilatation différentielle du corps du satellite et du cable provenant des variations de tempé- 20 rature, tant du corps de satellite que du cable de ger- bage. Ces dilatations différenteilles peuvent provo- quer deux effets: a) Cas d'augmentation de température. 25 Il se produit une diminution de la tension du càble entraînant une chute de l'effort de serrage des points de gerbage; b) Cas de diminution de température. Il se produit une augmentation de la tension 30 du câble pouvant entraîner une rupture intempestive de ce dernier. Ce problème de dilatation différenteille est très aggravé dans ses conséquences sur les satellites géostationnaires dont les séquences de lancement compor- 35 tent une phase de transfert durant laquelle le satellite est stabilisé selon trois de ses axes. Comme cela est décrit dans le brevet français 6 81 09 066 au nom de la Demanderesse, le véhicule spatial, pour répondre à l'exigence de mission, présente toujours la même face au soleil. Il s'avère que dans ces conditions de vol, la 5 gamme des températures du câble de gerbage s'étend de + 260 à -1700 C par rapport à la température ambiante, et que la solution au problème de dilatation différentielle présente une très grande impor- tance. 10 C'est ainsi que dans les conditions de températures précitées, un câble de gerbage de coefficient de dilatation 17 x 1 O-6 rmn/0 C et d'une laogeur de 2000 mm, va dans un cas s'allon- ger de 9 mm, et dans l'autre cas se raccourcir de 6 mm. La présente invention concerne un dispositif de 15 verrouillage multiple, insensible aux variations thermi- ques permettant de résoudre d'une façon particulièrement simple et efficace les problèmes précités en ce qu'il pré- sente la double possibilité: . de s'affranchir des dilations différentielles 20 en agissant comme compensateur de longueur et de tension; . d'autoriser la multiplication des points de gerbage grâce à une diminution de l'effort de maintien nécessaire pour immobiliser les gâchettes. En d'autres termes, et, comme cela sera décrit en 25 détail plus loin, le dispositif de verrouillage suivant l'invention permet d'assurer, en chaque point de gerbage de l'appendice: . le maintien d'un élément verrou ou gâchette dans une position qui assure le gerbage de l'appendice, 30 en l'occurence le maintien de la gàchette 8 en position d'immobilisation de la biellette 6 sur laquelle vient prendre appui et s'accrocher l'extrémité 1 B de l'étrier 1 ; . la compensation des effets de la dilatation différentielle du câble Il en garantissant la fonction 35 verrouillage de la gâchette 8 dans la gamme de tempéra- ture exigée; . la démultiplication de l'effort nécessaire 7 pour maintenir la gâchette 8 en position verrouillée; . la libération de l'élément à verrouiller 6, par sectionnement du câble de gerbage 11 ; . une probabilité de fonctionnement très élevée. 5 En se reportant plus particulièrement aux figures 3 et 4, on voit que le mécanisme de verrouillage de chaque point de gerbage se caractérise par la combinaison des moyens suivants: . une gâchette 8 articulée en 9 sur le pied 3, 10 qui assure l'immobilisation de l'extrémité libre 6 A de la biellette 6 constituant l'élément à verrouiller, par exem- ple au moyen d'une encoche appropriée 16 ; . un palonnier portant la référence générale 17, articulé en 18, à l'une de ses extrémités, sur l'extrémité 15 libre de la gâchette 8, d'une part, et, d'autre part, lié en 19, à son autre extrémité, au câble de gerbage 11 ; . une biellette élastique désignée par la référence générale 20 qui est articulée, d'une part, en 21 sur le pied 3, d'autre part, en 22 sur le palonnier 17 qui est 20 pourvu à cet effet d'un doigt 17 A' L'immobilisation de l'élément 6 A est assurée par le câble de gerbage 11 qui, par l'intermédiaire du palon- nier 17 et de la biellette élastique 20, maintient la gâchette 8 en position verrouillée et ce,aussi longtemps 25 que le dispositif de sectionnement 13 du câble n'a pas été mis en oeuvre. Il est bien évident que pour obtenir le verrouil- lage tel que décrit ci-dessus, la biellette élastique 20 doit exercer, dans la position de verrouillage de la figure 30 4, une force de poussée dans le sens de la flèche F 1 sur le doigt 17 A du palonnier 17 Cette force produit un moment contraire au moment de maintien qu'exerce le câble Il sur le palonnier 17. On a vu précédemment que la présente invention autorisait la multiplication des points de gerbage grâce à 35 une diminution de l'effort de maintien nécessaire à l'immo- bilisation des gâchettes Si l'on se réfère de nouveau à la figure 4, on 8 constate immédiatement que la fonction de démultiplication d'effort est assurée par le rapport des distances entre: d'une part, la distance d 1 entre l'axe d'articulation 18 du palonnier 17 et l'axe longitudinal XX' de la biellette 5 élastique 20 et, d'autre part, la distance d 2 entre l'axe d'articulation 18 du palonnier 17 et le câble 11. Il est important de noter que 'l'on peut réduire considérablement, jusqu'à l'annuler, la tension dans le cable 11, en réduisant la distance d 1 entre l'axe d'arti10 culation 18 du palonnier 17 et l'axe XX de la biellette élastique 20. Toutefois pour des raisons de fiabilité, il est souhaitable, dans la pratique, de conserver à la distance dlune valeur suffisante pour assurer dans tous les cas 15 l'auto libération du système sous l'effort du ressort 20 A de la biellette élastique 20. Il apparaît de ce qui précède que le dispositif de verrouillage selon l'invention présente l'avantage de pouvoir réaliser aisément une démultiplication importante 20 entre l'effort de tension de l'étrier 1 et l'effort qu'il y a lieu d'assurer dans le câble 11-. Si l'on se réfère aux figures 3 et 4, on peut en effet dans la pratique, réaliser des rapports de réduc- tion exposés ci-après en ce qui concerne les divers élé- 25 ments constitutifs: . pour la biellette 6 articulée sur le pied 3 d (figure 3) le rapport de réduction peut être X 5 ; . pour la gâchette 8 (figure 4) le rapport de réduction d 4 peut être X, 5 ; '-5 30 . pour l'ensemble palonnier 17-biellette élas- tique 20, le rapport de réduction _ peut être % 10, soit un rapport de réduction global X 1 , ce qui signifie que pour un effort de serrage de 250 35 l'étrier de 10 000 N on arrive à une tension nominale du câble 11 de 40 N, par point de gerbage. 9 Le dispositif de verrouillage conforme à l'in- vention apparaît donc particulièrement avantageux pour assurer le maintien d'appendice nécessitant plusieurs points d'immobilisation, ce qui est le cas des appendices 5 de satellite du genre générateur solaire, réflecteur d'antennes, mâts, etc. On a vu précédemment que la présente invention garantissait par ailleurs la fonction verrouillage de la gâchette 8 dans la gamme de température exigée par la com- 10 pensation des effets de la dilatation différentielle. On va décrire maintenant, en se référant aux figures 5, 6 et 7, comment le mécanisme de verrouillage va assurer la compensation des effets de dilatation par rapport à la position verrouillée nominale telle que repré- 15 sentée sur la figure 5, successivement dans le cas de raccourcissement du câble (figure 6) puis dans le cas de l'allongement du câble (figure 7). Dans la position verrouillée nominale telle que représentée sur la figure 5 et qui correspond à celle que 20 l'on trouve au sol et durant la configuration de lancement du satellite les différents réglages de positionnement et de tension sont déterminés de façon que les éléments consti- tutifs du mécanisme de verrouillage occupent les positions relatives représentées sur ladite figure 5, à savoir 25 entre autres que la gâchette 8 étant en appui sur la biel- lette à verrouiller 6 A' le positionnement de l'articula- tion 19 du palonnier 17 (déterminé par exemple par la distance Mi, entre ladite articulation 19 et le carter du dispositif de sectionnement 13) soit tel que la longueur 30 2 de la biellette élastique 20, entre ses deux articula- tions 21 et 22, corresponde à la valeur moyenne de l'ef- fort F 1 du ressort 20 Si l'on passe maintenant au cas du raccourcisse- ment du câble 11 tel que représenté sur la figure 6, on 35 voit que la gâchette 8 restant en appui sur la biellette à verrouiller 6 A' ledit raccourcissement à , du câble 11 provoque la rotation du palonnier 17 dans le sens de la 10 flèche F 2, ce qui entraîne: une très faible diminution 2-A 2 de la lon- gueur de la biellette élastique 20 ; ; une légère augmentation de l'effort de traction 5 F 1 +AF 1 de cette biellette par suite de la compression du ressort 20 A; . une diminution du petit bras de levier dl qui devient d 1-Adl, d'o une diminution de la tension dans le câble; et 10 une augmentation de la force de maintien du mécanisme sur la biellette 6 A' due au fait que la force F 1 +AF 1 de la biellette élastique 20 devient plus proche de la perpendiculaire à l'axe longitudinale Y-Y de la gachette 8. 15 Si l'on passe ensuite au cas de l'allongement du c&ble 11 tel que représenté sur la figure 7, on voit que la gâchette 8 restant en appui sur la biellette à verrouil- ler 6 A' ledit allongement X +AlI du câble 11 provoque la rotation du palonnier 17 dans le sens de la flèche F 3, ce 20 qui entraîne: . un très faible allongement 2 +A 2 de la longueur de la biellette élastique 20 ; une légère diminution de l'effort de traction F -A Fl de cette biellette par suite de l'allongement du 25 ressort 20 A' lequel effort reste toujours suffisant pour éviter la rotation de la biellette, ceci par la détermina- tion adéquate de la valeur minimum du ressort; . une augmentation du petit bras de levier d 1 qui devient d +Ad,, d'o une augmentation de la tension 30 dans le câble; et . une diminution de la force de maintien du mécanisme sur la biellette 6 A' due au fait que la force F -AF 1 de la biellette élastique 20 devient plus oblique par rapport à l'axe longitudinal Y Yde la gachette 8. 35 Il ressort de ce qui précède que le dispositif de verrouillage conforme à l'invention apporte une garan- tie d'assurer un bon verrouillage, et ce même avec des dilatations différentielles importantes entre le corps du véhicule spatial et le câble de gerbage ou navette. On a vu précédemment comment il était possible de déterminer les différents rapports de réduction concer- 5 nant les différents éléments constitutifs biellette 6 articulée sur le pied 3 ; gâchette 8 ; sous-ensemble palon- nier 7 biellette élastique 20, pour obtenir un rapport de réduction important entre l'effort de tension de l'étrier 1 et l'effort dans le câble 11. 10 Il est possible d'extrapoler ce même dispositif de verrouillage en fonction de conditions ther- miques spécifiées, et des cotes des éléments constitutifs, rappelés ci-dessus. On a vu précédemment l'importance que pouvait 15 prendre le problème apporté par les dilatations différen- tielles, plus spécialement dans le cas d'un satellite stabilisé selon trois de ses axes. Là encore, le dispositif de verrouillage conforme à l'invention apparaît particulièrement avantageux dans le 20 cas d'application à l'immobilisation d'appendices de satel- lite nécessitant plusieurs points d'immobilisation du genre générateur solaire, réflecteur d'antennes, mâts, etc On va maintenant décrire, en se référant plus particulièrement aux figures 4, 8 et 9, comment s'opère 25 la libération de l'élément verrouillé, à savoir l'extré- mité 6 A de la biellette 6, par le simple sectionnement du câble de gerbage 11 au moyen du dispositif 13. A supposer que le mécanisme de verrouillage se trouve dans la position initiale de-la figure 4, on voit 30 que dès l'instant o le dispositif 13 est actionné et sectionne le câble 11, l'action conjuguée du ressort 20 A et du ressort de rappel 12 du câble 11, provoque: la rota- tion du palonnier 17 autour de son axe d'articulation 18, dans un premier temps; puis la rotation de la gâchette 8, 35 lorsque la biellette élastique 20 n'assure plus l'effort de maintien, dans un second temps; et enfin, i'effacement complet de la gâchette 8, assuré par le palonnier 17 et 12 la biellette élastique 20 dont le ressort de mise en ten- sion 20 A est alors en butée interne et dont l'axe longitu- dinal XX est alors pratiquement parallèle à l'axe longitu- dinal YY, de la gâchette 8 Ces divers mouvements d'efface- 5 ment complet de la gâchette 8 sont indiqués par des flè- ches`sur la figure 8. En se référant à la figure 9, on voit immédia- tement que dès l'instant o le mécanisme de verrouillage a fonctionné comme on vient de le décrire et provoqué` 10 l'effacement complet de la gâchette 8, la biellette 6 se trouve libre de pivoter sous l'action de l'étrier 1 qui agit comme un ressort grâce à la vis de mise en tension 10 et du fait que la biellette 6 est elle-même agencée pour en assurer l'auto libération grâce à un décalage entre 15 l'axe 7 de ladite biellette et l'axe 1 B de l'étrier 1 venant en appui sur cette biellette, dans la configuration de lancement et comme cela apparaît distinctement sur la figure 3 L'étrier 1 est amené à sa position supérieure sous l'action du ressort de rappel 5 A monté sur l'axe 20 d'articulation 5, étant à noter qu'un ressort supplémen- taire 23 est prévu pour maintenir l'étrier 1 en position haute et en assurer la motorisation au cas o le ressort de rappel 5 ne fonctionnerait pas. A Il est-bien évident que l'ensemble des points de 25 gerbage, tels que ceux schématisés sur la figure 2 sont déverrouillés simultanément, et que l'appendice qui était maintenu par les points de gerbage, en l'occurrence le générateur solaire, se trouve libéré et qu'on peut alors procéder à son déploiement. 30 Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif et qu'on pourra apporter des équivalen- ces techniques dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de ladite invention, lequel est 35 défini dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1 Dispositif de verrouillage multiple insensi- ble aux variations thermiques permettant d'assurer le verrouillage temporaire des points de gerbage d'un appen- 5 dice de véhicule spatial au moyen d'un seul câble de ger- bage qui est sectionné lorsque l'on veut procéder au déploiement de l'appendice, caractérisé en ce que, pour chaque point de gerbage considéré, il comporte en combinai- son: 10 une gâchette ( 8) articulée sur le pied ( 3) du point de gerbage, cette gâchette assurant l'immobilisation temporaire de l'élément à verrouiller ( 6 A) du point de gerbage; . un palonnier ( 17) articulé ( 18), d'une part, 15 sur la gâchette et lié ( 19), d'autre part, au cable de gerbage ( 11); et . une biellette élastique ( 20) articulée ( 21), d'une part, sur le pied ( 3) du point de gerbage et, d'autre part, ( 22) sur le palonnier ( 17) de façon telle que cette 20 biellette élastique ( 20) exerce sur le palonnier une force (F 1) équilibrant la force de maintien qu'exerce sur lui le cable de gerbage ( 11); grâce à quoi l'immobilisation temporaire de l'élément à verrouiller ( 6 A) du point de gerbage est assu- 25 rée par le cable de gerbage ( 11) qui, par l'intermédiaire du palonnier ( 17) et de la biellette élastique ( 20), main- tient la gachette ( 8) en position verrouillée, aussi long- temps que le dispositif de sectionnement ( 13) du câble de gerbage ( 11) n'est pas mis en oeuvre. 2 Dispositif de verrouillage selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la palonnier ( 17) comporte un doigt ( 17 A) sur lequel vient s'articuler ( 22) la biellette élastique ( 20), la tension de maintien exercée dans le câble de gerbage ( 11) étant réduite à la valeur minimum 35 que l'on désire en diminuant l'importance de la distance (d 1), entre l'axe d'articulation ( 18) du palonnier ( 17) sur la gâchette ( 8) et l'axe longitudinal (XX) de la biellette élastique ( 20). 3 Dispositif de verrouillage selon l'une quel- conque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la biellette élastique ( 20) comporte un ressort intermé- 5 diaire ( 20 A) dont la valeur moyenne de la force nominale (F 1) qu'il exerce entre les deux points d'articulation ( 21,22) de la biellette est déterminée pour assurer la compensation automatique des effets de la dilatation différentielle par rapport à cette, valeur moyenne nominale 10 en ce sens que le raccourcissement du câble de gerbage ( 11) provoque un raccourcissement (Q 2-Ae) de la biellette ( 20) et une augmentation compensatoire (F 1 +AF 1) de l'effort exercé par le ressort ( 20 A) tandis que l'allongement du c Able de gerbage ( 11) provoque un allongement ( 2 +A 2) 15 de la biellette ( 20) et une diminution compensatoire (F -AF) de l'effort exercé par le ressort ( 20 A). 1 ~~~~~~~~~~A