Brevet FR2535480A1 — publié le 19840504

Actuateur à amortissement, notamment pour satellite La présente invention a pour objet un actuateur- à amortissement, permettant de déplacer un organe et de fixer sa position de façon précise et, en même temps, d'amortir de façon passive les phénomènes oscillatoires auxquels il est soumis. L'actuateur trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, dans le domaine de l'espace, notamment sur les satellites où il peut être utilisé pour ajuster de façon précise la position ou l'orientation d'un organe. Dans ce cadre, plusieurs actuateurs suivant l'invention peuvent être associés pour commander l'orientation de l'axe d'un volant cinétique assurant le pilotage passif à court terme par sa stabilité gyroscopique. Sur un satellite de télécommunication en orbite géostationnaire par exemple, on place fréquemment un volant cinétique suivant l'axe Nord-Sud pour assurer une stabilité gyroscopique à court terme et on l'associe avec un amortisseur de nutation. Cette solution a l'inconvénient d'être lourde et encombrante, l'amortisseur de nutation constituant un composant qui s'ajoute au volant. L'invention vise à fournir un actuateur à amortissement répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il constitue un ensemble étanche fiable, dont la lubrification est assurée de façon satisfaisante dans toutes les conditions d'utilisation, notamment sous vide et à température très basse Dans ce but, l'invention propose notamment un actuateur à amortissement comprenant une enceinte de volume sensiblement constant, remplie d'un liquide ayant des propriétés lubrifiantes, délimitée par deux parois terminales rigides et par une paroi latérale déformable, séparée par une cloison de séparation mobile reliée à la paroi latérale en deux compartiments communiquant par un passage de faible section et comprenant au moins un moteur placé dans l'un des comparti ments, ayant deux éléments déplaçables l'un par rapport à l'autre, liés l'un à la cloison transversale et l'autre à l'une des parois terminales, l'une au moins des liaisons étant réalisée par des moyens élastiques tarés. En général, une seule des liaisons est réalisée par des moyens élastiques, l'autre étant rigide. Des capteurs de déplacement peuvent être prévus pour fournir une indication sur la position de la cloison mobile. On peut également, notamment dans la mesure où le tarage des moyens élastiques est suffisamment précis, utiliser une commande en boucle ouverte. Le moteur devra être de type irréversible. En général, on utilisera un moteur électrique à commande pas à pas-. Un jeu de trois actuateurs du genre ci-dessus défini (ou deux jeux si l'on souhaite assurer une redondance) peut être utilisé pour commander le pointage d'un organe par r-apport à une structure fixe, telle que la structure d'un satellite. Cet organe peut notamment être un volant cinétique de pilotage. Cette disposition permet de faire contribuer le volant cinétique au pilotage actif du satellite et, de plus, de lui donner un rôle d'amortisseur de nutation, ce qui procure un gain de poids, autorise une standardisation du matéreil (car le même amortisseur convient pour satellites légers et pour satellites lourds) et permet de supprimer un ou plusieurs volants ou roues de pilotage. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère au dessin qui l'accompagne, dans lequel - la figure 1 est un schéma de principe d'un actuateur, en coupe suivant un plan passant par son axe, - la figure 2 est un schéma montrant une installation à volant cinétique orientable à l'aide d'actuateurs du genre montré en figure 1, - les figures 3 et 4 sont des schémas de principe montrant des montages redondants d'actuateurs du genre illustré en figure 1. L'actuateur 10 montré en figure 1 comporte une enceinte remplie d'un liquide ayant des propriétés de lubrification, qui sera généralement une huile au silicone dont la viscosité varie peu avec, la température. Cette enceinte est délimitée par deux parois terminales 12 et 14 rigides et par une paroi latérale souple 16. Les parois terminales sont destinées à être fixées de façon rigide à des éléments de structure, dont l'écartement est donc constant. La paroi latérale 16 pourra notamment être constituée par un soufflet en bronze au berysium, capable de supporter sans rupture de nombreuses flexions alternées.. L'enceinte est séparée par une cloison transversale 18, dont la périphérie est fixée au. soufflet 16 en deux-compartiments 20 et 22 qui communiquent par un passage calibré, tel que des trous 24 de faible diamètre, prévus dans la cloi son 18.On voit que la déformabilité du soufflet -16 permet à la cloison 18 de se déplacer dans les deux directions indi tuées par des flèches sur la figure 1, en diminuant le volume d'un des compartiments 20 et 22 et en augmentant corrélative~ ment le volume de 1.' autre, de sorte que le volume total de l'enceinte reste constant. Les déplacements de la cloison 18 sont commandés par un moteur 26 irréversible. Dans le mode de réalisation illustré, le moteur 26 est un moteur électrique rotatif pas-à-pas dont l'arbre de sortie 28 est couplé, par une liaison visécrou, à la cloison 18. Le boîtier du moteur 26 est relié à la paroi terminale 14 par des moyens élastiques tels qu'un ressort taré 32. Cette disposition peut être inversée et on peut même, bien que cette solution ne soit généralement pas justifiée, interposer une liaison élastique entre chacun des éléments du moteur 26 et la paroi ou cloison correspondante. Dans le mode de réalisation ilLustré, l'actuateur est muni d'un capteur 30, généralement un capteur électrique ana logique ou numérique classique, qui fournit une mesure de la distance entre l'une des parois terminales et la cloison 18. - On voit que l'actuateur 10 permet d'ajuster la position des la cloison 18 par rapport aux parois terminales et donc par rapport à la structure et permet donc de commander la position ou ltorientation d'un organe extérieur.L'une des liaisons du moteur 26 comportant des moyens élastiques (ressort 28 dans le mode de réalisation illustré), la cloison 18 peut prendre un léger débattement sous l'action de sollicitations alternatives ou permanentes, avec un amortissement dû à l'étranglement de l'huile qui traverse les orifices 24 et qui peut être ajusté par un choix approprié de la dimension de ses orifices. Si l'actuateur doit fonctionner dans une plage de températures telle que la viscosité de I'huile varie fortement, on peut compenser cette variation en munissant certains des orifices 24 d'un obturateur à commande thermostatique, schématisé sur la figure 1 par une aiguille portée par un bilame 34. On a montré sur la figure 2 une installation mettant en oeuvre des actuateurs à amortissement qui peuvent être du type montré en figure 1. L'installation, destinée au pilotage et à l'amortissement de la nutation d'un satellite, comporte un volant cinétique 36 porté par un jeu de trois actuateurs 10. Diverses solutions peuvent-être utilisées pour assurer la redondance requise, pour des raisons de sécurité, dans une installation du genre montré en figure 2. La cloison mobile 18 de chaque actuateur 10 n'est pas directement fixée à l'organe à commander (boîtier du volant 36). Elle est fixée soit aux parois terminales d'un second actuateur 38 (figure 3), soit à la cloison 40 de cet actuateur supplémentaire (figure 4). L'autre élément de l'actuateur 38 (cloison dans le cas de la figure 3,parois terminales dans le cas de la figure 4) est relié à l'organe à commander. Initialement, on utilise un seul des deux actuateurs de chaque jeu (par exemple l'actuateur 10), l'autre étant en attente. En cas de panne d'un actuateur dans un jeu, on utilise le second qui doit évidemment avoir un débattement suffisant pour rattraper le biais créé éventuellement par le nremier dans l'état où il se trouve bloqué. L'actuateur qui a été décrit est susceptible de nom breuses variantes encore de réalisation et de nombreuses applications autres que le positionnement d'un volant cinétique. Il peut en particulier être utilisé comme support de montage et de pointage de tout instrument qui doit être orienté de façon précise. En cas d'utilisation sur un satellite ou, plus généralement, sur tout ensemble soumis, lors d'une période de lancement, à des visbrations violentes, il est nécessaire de prévoir un dispositif d'immobilisation provisoire des composants du dispositif l'un par rapport à l'autre. On peut utiliser n'importe lequel des dispositifs bien connus pour les appareils utilisés dans l'espace, par exemple un jeu d'ergots s'engageant dans des trous et maintenus au cours du lancement par un fil qui est ensuite cisaillé. On voit que dans tous les cas l'actuateur constitue un ensemble scellé et donc sans évaporation, assurant une lubrification satisfaisante du moteur qu'il contient, d'un emploi très souple, peu sujet à des phénomènes de vieillissement, pouvant être intégré dans d.es chaînes de commande en boucle ouverte ou fermée sans difficulté. REVENDICATIONS 1. Actuateur à amortissement, caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison, une enceinte de volume sensiblement constant, remplie de liquide ayant des propriétés lubrifiantes, délimitée par deux parois terminales rigides (12, 14) et une paroi latérale déformable (13), séparée par une cloison (18) de séparation mobile reliée à la paroi latérale (13) en deux compartiments (20, 22) communiquant par un passage (24) de faible section, et comprenant au moins un moteur (26) placé dans l'un des compartiments, ayant deux éléments déplaçables l'un par rapport à l'autre, liés l'un à la cloison transversale et l'autre à l'une des parois terminales, l'une au moins des liaisons étant réalisée par des moyens élastiques tarés (28). 2. Actuateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit passage (24) est muni de moyens thermostatiques de variation de section en fonction de la température. 3. Actuateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la paroi latérale (16) est constituée par un soufflet en bronze au beryllium. 4. Actuateur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur (30) de mesure de la position de la cloison (18) par rapport aux parois terminales (12, 14). 5. Ac-tuateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur est du type électrique pas-à-pas et a un premier élément couplé par des moyens élastiques, tels qu'un ressort (32), à une paroi terminale (12, 14) ou à la cloison (18) et un second élément mobile par rapport au premier relié par une liaison positive à la cloison (18) ou aux parois terminales (12, 14). 6. Installation de réglage de la position d'un organe (36) sur un satellite, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un jeu de trois actuateurs (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que chacun des actionneurs (10) est doublé par un second actionneur (-38) de redondance. 8. Installation selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de verrouillage relatif provisoire des divers éléments des actuateurs en vue du lancement. 9. Installation selon t'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que ledit organe est un volant cinétique, de sorte que l'installation assure les fonctions de pilotage et d'amortissement de la nutation.