Brevet FR2518494A1 — publié le 19830624

-1- Mécanisme de dépliage et de repliage d'une structure pliante La présenté invention concerne un mécanisme de dé- pliage et repliage d'une structure pliante montée sur un corps central et composée de plusieurs éléments de struc- ture reliés entre eux de façon articulée, les éléments de structure voisins pouvant tourner en sens inverse autour d'axes de rotation communs. Un tel mécanisme est déjà connu par le brevet al- lemand 20 21 580, qui décrit des bras de déploiement pli- ables pour cellules solaires, destinées à un satellite. Ces bras se composent de plusieurs panneaux ou plaques juxtaposés, deux panneaux voisins tournant toujours autour d'un axe de rotation commun, et ce toujours en sens inver- se par rapport à l'axe de rotation associé Un tel bras de déploiement de cellules solaires constitue donc une structure pliante montée sur le satellite en tant que corps central, les différents panneaux ou plaques représentant les éléments de structure reliés entre eux de façon articu- lée Chacune des barres de torsion, autour de l'axe longi- tudinal desquelles chacun des panneaux peut pivoter, est rigidement reliée, par l'une de ses extrémités, à l'un des panneaux associés, et, par l'autre extrémité, à l'autre panneau Le dispositif est réalisé de telle façon que les barres de torsion ne soient pas sous contrainte lorsque le dispositif est déplié, mais soient de plus en plus tor- dues autour de leur axe longitudinal lorsqu'on replie la structure pliante Avant le dépliage, l'ensemble des pan- neaux superposés et repliés se trouve donc sous une pré- contrainte bien-définie qui peut être utilisée pour le processus de dépliage Pour que ce processus de dépliage soit uniforme, on a, de plus, prévu des transmissions par élément de traction, montées en série Chacune de ces transmissions se compose de deux disques circulaires ri- gides, ainsi que d'un câble fermé, relié de façon fixe aux -2 - disques circulaires Lesdits disques circulaires sont fi- xés de façon rigide, d'une part sur les extrémités supé- rieures des barres de torsion, et d'autre part aux angles inférieurs des panneaux Le mode opératoire de ces trans- missions par éléments de traction est tel que le mouvement de rotation d'un panneau quelconque est-transmis à tous les autres panneaux, ce qui a pour résultat que la struc- ture pliante se replie ou se déplie en accordéon. Le mécanisme connu n'est pas réalisé de façon sy- métrique en ce qui concerne le processus de pliage et le processus de dépliage de la structure pliante C'est ainsi que le dépliage est favorisée par le fait que les barres de torsion se trouvent sous contrainte à l'état replié. Par ailleurs, le matériau des barres de torsion subit des sollicitations considérables Tandis que le dépliage s'ef- fectue principalement-à l'aide des barres de torsion, la présence d'un moteur est indispensable pour replier la structure pliante, ce moteur assurant l'exécution du pro- cessus de pliage à l'aide des transmissions par éléments de traction Cependant, pendant ce processus, la résis- tance des barres de torsion élastiques doit être surmon- tée. La présente invention a pour objet de proposer un mécanisme du type défini ci-dessus, qui permette, de fa- gon simple et fiable, de déplier et replier dans les mêmes conditions la structure pliante, les processus de mouve- ment devant être à tout moment contrôlables en vitesse et en position La présente invention doit notamment permet- tre d'éviter l'utilisation des barres de torsion du type connu. La présente invention permet de résoudre ce pro- blème par le fait que le mécanisme comprend des câbles, qui peuvent être commandés à partir du corps central et passent sur des poulies montées folles autour desdits axes de rotation des éléments de structure, ces câbles changeant de côté d'une poulie à l'autre et étant fixés -3- à l'élément de structure le plus éloigné du corps central appliqué au bras de déploiement de cellules solaires déjà connu et précédemment décrit, cela signifie que des trans- missions à câble sont prévues au moins au bord supérieur, et avantageusement également au bord inférieur des pan- neaux juxtaposés qui constituent les éléments de structure. Les barres de torsion élastiques du mécanisme connu sont à présent remplacées par des axes de rotation rigides autour desquels chacun des panneaux ou plaques peut tourner et sur lesquels les poulies sont montées folles Ces poulies servent à guider les câbles, dont l'un au moins est affec- té à la fonction de dépliage et l'un au moins à la fonc- tion de repliage. Grâce aux poulies folles, et grâce au fait que cha- cun des câbles attaque l'élément de structure le plus éloigné du corps central, la transmission des forces-est assurée de façon impeccable et très directe Les transmis- sions à câble peuvent être actionnés en commun par un mo- teur assujetti sur le corps central. Pour obtenir un guidage impeccable des câbleset pour que ceux-ci soient maintenus tendus à tout instant, il est proposé que lesdits câbles fassent-toujours un tour complet autour de chacune des poulies, de sorte qu'ils ne puissent pas perdre contact avec lesdites poulies, et il est également prévu que les câbles passent sur des ten- deurs de câble fixés sur le corps central. La présente invention met par conséquent à disposi- tion un mécanisme qui permet de déplier et replier de fa- çon répétitive la structure pliante, et ce impeccablement et en toute sûreté Le nombre d'éléments de structure pou- vant être juxtaposés n'est en principe pas limité Les processus de mouvement peuvent être contrôlés en vitesse et en position des éléments de strucbxte-, un arrêt étant possible à tout moment Pendant ces mouvements, des cou- ples de dépliage et de repliage identiques interviennent sur tous les axes de rotation Un autre avantage est l'ab- -4- sence de toute influence, sur la précision des processus de mouvement, des phénomènes-de dilatation thermique qui affectent les composants Dans son ensemble, le mode de construction n'est pas compliqué, et les composants né- cessaires sont simples et relativement peu nombreux La consommation d'énergie requise pour l'exécution des pro- cessus de mouvement est, elle aussi, relativement faible, et peut encore être considérablement réduite si l'on choi- sit une durée de dépliage ou de repliage prolongée Il ne - se produit ni pointes de puissance ni chocs d'encliqueta- ge. Le mécanisme est de préférence utilisé dans le cas de bras de déploiement de cellules solaires pour satelli- tes, les éléments de structure étant alors des supports de cellules solaires bidimensionnelles Cependant, son ap- plication ne se limite absolument pas à cette utilisation. C'est ainsi que les éléments de structure qui constituent la structure pliante peuvent aussi être des supports pour les éléments émetteurs bidimensionnels d'une antenne La possibilité d'application du mécanisme ne dépend nullement de la nature des éléments fonctionnels que doivent porter les éléments de structure La présente invention est ap- plicable aux structures pliantes les plus diverses, qui sont pliées en accordéon et dans le cas desquelles, par conséquent, aucun couple n'esttransmis au corps central, ou du moins seulement un couple très faible. Une caractéristique additionnelle de la présente invention prévoit qu'un moteur soit monté à l'intérieur du corps central ou sur celui-ci, moteur dont l'arbre por- te deux tambours à câble décalés l'un par rapport à l'au- tre dans le sens de l'axe, le ou les câbles destinés au dépliage de la structure pliante étant enroulés dans un sens sur l'un des tambours à câble, et le ou les câbles destinés au repliage étant enroulés dans l'autre sens sur l'autre tambour à câble. La présente invention sera mieux comprise à l'aide -5 - de la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré par le dessin an- nexé, dont l'unique figure est une représentation schéma- tique d'une structure pliante. La structure pliante 2 représentée se compose, pour l'essentiel, de trois éléments de structure en forme de panneau ou de plaque 3, 4, 5 Des cellules solaires bidi- mensionnelles (non représentées) sont placées sur lesdits éléments de structure La structure pliante est montée sur un corps central 1 de façon à pouvoir tourner Les éléments de structure 3 et 4 ainsi que 4 et 5 peuvent tourner res- pectivement autour d'un axe de rotation commun 9, 9 ', et ce en sens inverse l'un par rapport à l'autre Cela signi- fie que, dans la position représentée, l'élément de struc- ture 3 peut tourner dans le sens contraire des aiguilles d'une montre et l'élément de structure 4 dans le sens des aiguilles autour de l'axe de rotation 9 Autour de l'axe de rotation 9 ', l'élément de structure 4 peut tourner dans le sens des aiguilles d'une montre et l'élément de struc- ture 5 dans le sens contraire des aiguilles La structure pliante 2 est montée sur le corps central l par l'inter- médiaire d'un axe de rotation 9 '' Les axes de rotation 9, 9 ' et 9 '' portent chacun deux poulies 10, 11, ainsi que ', 11 ' et 10 '', il'', qui sont montées folles de façon à pouvoir tourner indépendamment les unes des autres Deux câbles 7, 8, dont le premier est affecté à la fonction de dépliage et le second à la fonction de repliage, sont fi- xés à un élément de fixation 6 assujetti à l'élément de structure 3 le plus éloigné du corps central 1 Le câble 7 passe dans une gorge de guidage périphérique des poulies , 10 ' ainsi que 10 '', et ce de façon à faire un tour complet autour de chacune de ces poulies De la même ma- nière, les poulies 11, il' ainsi que il'' sont affectées au câble 8 Deux transmissions à câble correspondantes s'étendentau bord inférieur de la structure pliante 2. Un moteur 14 est monté à l'intérieur du corps cen- -6- tral 1 Son arbre 15 porte deux tambours à câble 16, 17 montés l'un derrière l'autre Les deux câbles 7, 8 passent, par l'intermédiaire de deux tendeurs de câble 13, 12, mon- tés eux aussi dans le corps central sur les tambours à câble 17, 16 Lesdits câbles 7, 8 sont enroulés en sens inverse sur lesdits tambours à câble 17, 16 auxquels ils sont fixés Lorsque l'arbre 15 tourne, par exemple, dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, le câble 8 se tend et le câble 7 se détend dans une mesure corres- pondante Le raccourcissement du câble 8 entraîne un pli- age en accordéon de la structure pliante 2, par, suite de la rotation des éléments de structure 3, 4, 5 autour des axes de rotation associés 9, 9 ' ainsi que 9 ' ' L'importan- ce des couples engendrés pendant ce mouvementzest unique- ment déterminée par la force de traction et par les rayons des poulies Le diamètre des tambours à câble 16, 17, ainsi que la longueur et la force des éléments élastiques des tendeurs de câble 12, 13, sont accordés de telle ma- nière que les deux cables 7, 8 soient toujours bien ten- dus, bien que, pendant le mouvement de rotation de l'ar- bre 15 du moteur 14, l'un des deux câbles soit toujours soumis à une traction et l'autre détendu Ce qui vient d'être dit s'applique, de façon correspondante, aux deux transmissions à câble situées au bord inférieur de la structure pliante 2. Deux transmissions par élément de traction, telles qu'elles ont été mentionnées au début de la présente de mande lors de la discussion de l'état de la technique, sont en outre représentées sur la figure Chacune de ces transmissions se compose de deux disques circulaires qui sont reliés entre eux par un câble fermé fixé sur chacun d'eux Au bord supérieur de la structure pliante 2, cette transmission par élément de traction se compose de deux disques circulaires 18 et 19, ainsi que d'un câble fermé -35 20 (représenté en traits mixtes) Le câble fermé 20 peut être mis et maintenu en tension à l'aide d'un tendeur 21. -7- Une transmission correspondante est esquissée au bord in- férieur de la structure pliante 2, au-dessous de l'élé- ment-de structure 4 Les transmissions par élément de traction sont destinées à assurer l'uniformité angulaire du mouvementde dépliage et de repliage Lorsque la sturc- ture pliante 2 est complètement dépliée, le même couple produit par la transmission à câble par rapport à chaque axe de rotation, est disponible en tant que couple de maintien Le câble est suffisamment tendu pour que la ri- gidité d'ensemble de la structure pliante dépliée ne soit- pas affectée Un avantage particulier-est la répartition uniforme de la tension des câbles sur toute leur longueur, et ce en raison de la libre rotation des poulies sur les axes de rotation Des variations de la longueur des câbles ou de différents tronçons de câbles, dues à la températu- re, peuvent être compensées par le tendeur de câble asso- cié L'énergie requise pour le dépliage et le repliage est très uniformément-répartie sur les différents éléments de structure. Il est en principe possible d'actionner à l'aide des tendeurs de câble, en fonction de la température, un commutateur qui commande l'adaptation de la marche du mo- teur 14 Pour bloquer le câble après l'arrêt du moteur, il est nécessaire de prévoir un frein ou une transmission irréversible La vitesse de dépliage et de repliage est donnée par la vitesse de rotation du moteur 14 et peut être adaptée aux besoins dans une large mesure. 8 - REVENDICATIONS 1. Mécanisme de dépliage et de repliage d'une structure pliante montée sur un corps central et composée de plusieurs éléments de structure reliés entre eux de fa- çon articulée, les éléments de structure voisins pouvant tourner en sens inverse autour d'un axe de rotation commun, caractérisé en ce qu'il comprend des câbles ( 7, 8), qui peuvent être commandés à partir du corps central ( 1) et passent sur des poulies ( 10, 11; 10 ', il'; 10 ", 11 i") montées folles autour des axes de rotation ( 9, 9 ', 9 ''), ces câbles changeant de côté de poulie d'une poulie à l'au- tre et étant fixés à l'élément de structure ( 3) le plus éloigné du corps central. 2. Mécanisme selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que deux poulies ( 10, 11) sont montées folles sur chaque axe de rotation ( 9)1, l'une de ces poulies portant le cable destiné au dépliage de la structure pliante ( 2) et l'autre le Cèâble destiné au repliage. 3. Mécanisme selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que les câbles ( 7, 8) font un tour complet autour de chacune des poulies à câble. 4. Mécanisme selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que les câbles passent sur des tendeurs de câble ( 12, 13) fixés sur le corps cen- tral ( 1). 5. Mécanisme selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce qu'un moteur ( 14) est monté à l'intérieur du corps central ( 1) ou sur celui-ci, moteur dont l'arbre ( 15) porte deux tambours à câble ( 16, I 7) décalés l'un par rapport à l'autre dans le sens de l'axe, le ou les câbles ( 7) de dépliage de la'structure pliante ( 2) étant enroulés dans un sens sur l'un ( 17) des tambours à câble, et le ou les câbles ( 8) de repliage étant enroulés dans l'autre sens sur l'autre tambour à ca- bie ( 16). 251 î 8494 -9- 6. Mécanisme selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que les éléments de structure ( 3, 4, 5) sont des supports de cellules solaires bidimensionnelles.