Brevet FR2531032A1 — publié le 19840203

L'invention se rapporte 3 ux dispositifs de maintien, en position de stockage sur une structure, d'un appendice dé- ployable autour d'un axe d'articu 12 tion Elle s'applique tout particulièrement aux appendices déplojables montés sur les véhicules spatiaux De tels véhicules utilisent des appendices (générateurs solaires, réflecteurs, m Ats, éléments de télécom- munications, etc) qu'il convient de stocker sur le corps même des véhicules pendant la phase de lancement. les dimensions importantes de ces appendices exigent leur repliement pour entrer dans le volume alloué par les lan- ceurs. Pendant le lancement, ces objets sont maintenus sur le corps du véhicule par plusieurs points de fixation tempo- raire, auxquels viennent s'ajouter le ou les points de liaison de l'appendice au véhicule qui subsistent après le déploiement de ces appendices Ces points de liaison permanents-comportent en général des mécanismes d'orientation ou de positionnement des appendices pour leur permettre de remplir leur mission sur orbite. Cétte configuration de lancement répond aux exigences suivantes volume (lanceur) dimensions géométriques (interface avec le satellite) fonctionnement (déploiement de l'appendice) tenue mécanique rigidité. L'exigence de rigidité a pour but d'assurer un décou- plage de-fréquence entre le lanceur, le satellite et les appen- dices, ceci afin de limiter les charges et donc de permettre la réalisation d'éléments de massé minimale. Compte tenu des dimensions des -éléments et des fré- quences exigées, il est impératif de multiplier les points de maintien Il est donc nécessaire que le point de liaison perma- nent de l'appendice sur le satellite soit un point de maintien capable de supporter les charges induites par le lancement. Ces dernières sont plus importantes que les char-res vues par ces points lorsque le satellite est en orbite Il faut donc dimrensionner aussi le mécanisme d'orientation pour les charges de lancement ce qui entrene Inévitablement une perte considérable de masse et de volume utile dans le véhicule. Il existe à l'heure actuelle divers 'écanismes d'orientation dans lesquels un mécanisme de blocage ou de ver- rouillage est intégré, la commande de d éverrouillage s'effec- tuant sur ordre pyrotechnique apr->s d Aploiement de l'appendice. On connaît, par exemple, un dispositif de verrouillage temporaire pour un élément rotatif par rapport à une structure fixe, tel que décrit dans le brevet FR N 2 452 695 ( 79/08 015) de la Demanderesse, relatif à l'application à un volant à inertie, qui nécessite cependant un ordre de fonctionnement particulier et dont le blocage est intégré au dispositif de pivotement. On connaît également des dispositifs de maintien de conteneur de stockage de panneaux solaires déployables et orientables; par exemple une solution décrite dans le brevet FR N 2 470 727 ( 79/29 681) de la Demanderesse consiste à ver- rouiller chaque articulation d'un bras déployable, ce qui mul- tiplie le nombre d'ordres à donner pour libérer le dispositif de déploiement et ne fournit pas une rigidité optimale. L'invention a pour but de pallier ces inconvénients et vise en particulier à préserver au maximum les mécanismes de commande (orientation et/ou positionnement) en dérivant tout ou partie des efforts temporaires subis par les appendices lors des phases de lancement, directement dans la structure du véhi- cule, sans les faire passer par le mécanisme de commande comme dans l'art antérieur. Dans le cadre des applications spatiales l'invention propose ainsi un dispositif de dérivation d'effort temporaire pour maintien en position de stockage sur une structure de véhicule spatial d'un appendice déployable autour d'un axe d'articulation sous l'action d'un mécanisme de commande, des- tiné à soulager mécaniquement ce dernier, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de maintien, extérieurs au mécanisme de commande, adaptés à appliquer A l'appendice, en ladite posi- tion de stockage, des précontraintes de flexion longitudinale, se réduisant au niveau de l'axe d'articulation à un couple pur de précontrain te tendant à provocuer le déploiement de l'appel dice. L'invention propose plus particulièrement un dispo- sitif de dérivation d'effort tem-Doraire du genre brécité, caractérisé en ce qu E les moyens ne maintien de l'a Dpendice comportent un premier Groupe de butées, solidaires de la stru( ture, un second groupe de butées, solidaires de l'appendice, et au moins un moyen de verrouzilljge temporaire reliant l'ap- pendice et la structure A distance de l'axe d'articulation, ces butées étant disoosées de meîeère à ce que, en position d E stockage de l'appendice, lors du verrouillage desdits moyens, chacune des butées du premier groupe, réparties en deux sous- groupes disposés le long de l'axe d'articulation de part et d'autre du mécanisme de commande, soit pressée contre une des butées du second groupe, réparties de même en deux sous-group e disposés le long de l'axe d'articulation de part et d'autre dl mécanisme de commande. Dans un mode préféré de réalisation, un tel dispo- itif comprend deux butees dans chaque sous-roupe, diamétra- lement opposées par rapport à l'axe d'articulation Les sur- l faces d'affrontement entre butées sont par exemple planes et coplanaires, transmettant les efforts tangentiels de l'appen- dice vers la structure, soit par frottement sec, soit par cisaillement ou encastrèment partiel de celles-ci, le centrag E des butées par rapport à l'axe d'articulation pouvant être assuré par des rebords, ou des éléments de révolution soli- daires des butées, symétriques par rapport audit axe d'articu- lation. Compte tenu î 3 e ce que les moyens de maintien sont extérieurs au mécanisme de comm-iande et qu'ils ne provoquent qu'un couple pur dans les suppôrts des butées fixes, ils con- duisent à une forte réduction, sinon une suppre Esion, des efforts subis par ce dernier l de la phase de an ie plus, la rande sili,é_ du d ispositiif, puisqu'il est essentiellement statique, lui conf 7-re une fiabilité éleve; il n'y a eas de' com: 'nd e re 'ille a r or ' ' ' des butées, donc de l'axe d'&articulation pui Lsque 'e S buitées affrohéts se 5 épareht lors du d 4 ploiernt lde 1 appendice laissent à l'appendice un débattement sngulaire d'autant plus important que le nombre de butdes:st faible Le déverroaillage peut désormais être obtenu en réponse à un seul ordre donné aux moyens complémentaires de verrouillage précités, par un phénomène pyrotechnique par exemple Lorsque les butées sont toutes situées dans un plan, le déploiement de l'appendice au- torise le fonctionnement du mécanisme de commande d'orientation. Il faut remarquer que l'invention confère en outre une grande rigidité a l'appendice stocké. l O De plus, l'invention permet de mieux "standardiser" les mécanismes de commande, le choix de ces derniers ne néces- sitant plus l'étude préalable des charges temporaires que ceux- ci auraient à subir lors (lu lancement. D'autres caractéristiques et avantages ressortent de la description qui suit d'un dispositif de dérivation d'effort temporaire, donnée à titre d'exemple non limitatif en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue latérale schématique d'un appendice en position repliée, équipé d'un dispositif selon l'invention; la figure 2 est une vue latérale schématique de l'appendice de la figure 1 en position déployée; la figure 3 est une vue en perspective d'un appendice en position repliée, équipé d'un dispositif selon l'invention; les figures 4 et 5 sont des vues en perspective d'une autre forme de réalisation d'un dispositif selon l'invention en positions verrouillée et déverrouillée respectivement; la figure 6 est une vue latérale de détail d'une autre forme de réalisation (en coupe); les figures 7 et 8 sont des vues en perspective d'une autre forme encore de réalisation d'un dispositif selon l'in- vention, en positions verrouillée et déverrouillée respective- ment; la figure 9 est une vue en perspective d'un détail d'un dispositif selon une autre forme de réalisation de l'in- vention; et les figures l Oa, l Ob, l Oc sont des variantes schéma- tiques de disposition de butées. Dans les divers exemples de réalisation illustrés par les figures l à 5, 7 et 8, un appendice déployable i est articulé autour d'un axe d'articulation 10 sous l'action d'un mécanisme de commande 2 recouvert par une chape Compte tenu du trièdre de référence (X, Y, Z) fixe choisi, l'axe d'arti- culation 10 est, en position de stockage de l'appendice, paral- lèle à l'axe Z Cet axe d'articulation est, de plus, mais cela n'est pas forcément le cas pour tous les appendices auxquels peut s'appliquer l'invention, monté tournant autour d'un axe de rotation 11, sensiblement parallèle à l'axe de pivotement d'orientation Y, sous le contrôle du mécanisme de commande 2. Ainsi qu'il apparaît sur les figures de principe 1 et 2, on distingue deux groupes de butées, selon qu'elles sont fixes ou mobiles Des butées fixes 4 (représentées par des flèches),formant un premier groupe, pont solidaires d'une structure 5, parallèlement à laquelle est replié l'appendice 1 en position de stockage, au moyen de montants 80 Ces butées 4 sont réparties en deux sous-groupes disposés le long de l'axe d'articulation 10 de part et d'autre du mécanisme de commande 2. Des butées mobiles 3, formant un second groupe, sont solidaires de l'appendice 1 et sont disposées de part et d'autre de ce dernier, et du mécanisme de commande, le long de l'axe d'arti- culation 10. Dans l'exemple de réalisation illustré par ces figu- res 1 et 2, les butées de chaque sous-groupe sont au nombre de deux, sont de plus planes, et, en outre, radiales, coplanaires, et diamétralement opposées Nous verrons plus loin qu'il n'en est pas nécessairement toujours ainsi, malgré les avantages que présente une telle configuration. En condition de stockage (figure 1), les butées fixes 4 et mobiles 5 sont appliquées les unes contre les autres. Le positionnement de ces butées est adapté à provoquer, lors de la mise en oeuvre du moyen complémentaire de verrouillage temporaire 9 assurant la fixation temporaire de l'appendice 1 sur une embase 6 solidaire-de la structure 5 du véhicule, l'ap- parition de précontraintes de flexion longitudinale, dans le plan XY, qui se réduisent, au niveau de l'axe d'articulation 10, à un couple pur de précontrainte tendant à provoquer le déploie- 253103 Z ment de l'appendice En effet, i'essentiel des contraintes existant dans l'appendice l su voisinage de l'axe d'articula- tion sont des contraintes de traction-compression qui sont équilibrées par les réactions des butées fixes 4 La contrainte de cisaillement est transmise aux butées fixes 4 par contact avec les butées mobiles 5 Elle n'induit donc, pour l'axe, aucun effort radial L'axe d'articulation ne court donc pas le risque de se trouver faussé ou de fausser le mécanisme de com- mande 2 auquel il est lié. Le moyen de verrouillage 9 n'est pas détaillé, sa nature ne faisant pas l'objet de la présente demande Il s'agit par exemple de moyens pyrotechniques classiques disposés paral- lèlement à l'axe Z entre l'appendice 1 et l'embase 6, cette dernière présentant alors des flancs remontant de part et d'autre de l'appendice pour servir d'appui auxdits moyens. La mise à feu de tels moyens pyrotechniques ou le déverrouil- lage de l'organe 9 assure automatiquement la séparation des butées fixes et mobiles qui ne nécessitent donc pas d'éléments propres de déverrouillage. La figure 2 représente l'appendice 1 en position dépliée Il a subi, par rapport à sa position sur la figure 2, une rotation de 90 et se trouve parallèle à l'axe Y du trièdre de référence Quoiqu'avantageuse puisqu'elle amène l'extrémité libre la de-l'appendice à une distance maximale de la struc- ture 5, il est évident que cette configuration ne correspond pas à l'unique position de service moyenne que peut adopter un appendice dans le cadre de l'invention. Du fait de la rotation de 90 de l'appendice l, le plan commun des butées mobiles 5 a lui aussi subi une rotation de 90 autour de l'axe d'articulation 10 et se trouve perpen- diculaire à l'axe de rotation il Les butées fixes 4 et mobi- les 3 ne peuvent donc pas, dans cette configuration, venir en contact réciproque lors de la rotation de l'appendice 1 autour de l'axe de rotation 11, qui ne se trouve de ce fait limitée que par les possibilités du mécanisme de commande 2 Cette con- figuration autorise des rotations de l'appendice autour de l'axe Y grâce à l'absence de butées fixes dans le volume déve- loppé par les butées mobiles lors de ces rotations Cette re- marque se généralise à un nombre quelconque de butées dans chaque sousgroupe De telles possibilités de rotation sont particulièrement avantageuses dans les applications relatives aux panneaux solaires de satellites En effet, lesdits pan- neaux doivent être orientés face au soleil, alors que le corps du satellite, sur lequel ils sont maintenus par leur mécanisme d'orientation, doit être orienté vers la terre pour permettre les communications On voit que le dispositif décrit plus haut permet effectivement de réaliser le mouvement nécessaire, dès lors que l'axe Y est approximativement confondu avec l'axé de rotation du mécanisme d'orientation 2. Dans la configuration de stockage (figure 1), les efforts induits au sein de l'appendice, du fait de son inertie en particulier, sont transmis, le plus souvent en quasi-tota- lité si la disposition et le dimensionnement des butées est approprié, directement à la structure 5 par l'intermédiaire des butées fixes 4 et mobiles 3, et leurs montants 8 Le dimen- sionnement, la disposition et le nombre de ces montant sont quelconques, sous réserve qu'ils s'avèrent capables de trans- mettre les efforts temporaires. La pression d'affrontement (face to face joining) entre butées doit correspondre aux efforts maxima qui risquent d'apparaître, sous peine de diminuer la qualité des dérivations d'efforts parallèles au plan YZ, qui se réalisent dans le plan d'affrontement des butées Si P est la force appliquée à l'ap- pendice au niveau de l'organe complémentaire de verrouillage temporaire 9, si l est l'écart entre l'embase 6 et l'axe d'ar- ticulation 10, et si d est la distance moyenne entre butées d'un même sous roupe, la pression d'affrontement entre butées est liée à P. La dérivation des efforts Fyz parallèles au plan YZ peut être assurée de plusieurs manières, le plus souvent par frottement sec ou par encastrements réciproques des butées affrontées, ainsi que cela est indiqué plus loin à propos des exemples de réalisation illustrés par les figures 3 à 10 Sur tous ces exemples, les butées fixes 4 sont portées par deux montants 8 disposés de part et d'autre du mécanisme de com- mande 2, mais il est rappelé que ce nombre est quelconque. Le mode de réalisation illustré par la figure 3 correspond à une dérivation des efforts temporaires Fyz paral- lèles au plan YZ par frottement sec Si Cf est le coefficient de frottement entre butées, ces efforts sont correctement dé- rivés vers la structure à condition qu'ils vérifient l'inéga- lité: Fy Z fort coefficient de frottement, ou de leur appliquer un revê- tement approprié. Les butées sont représentées comme de simples ex- croissances des montants 8 et de l'appendice 1 parallèlement à l'axe d'articulation 10 Il est à noter que les butées mobiles 5 d'un même côté de l'appendice ne sont pas différen- ciées, étant formées d'une portion de plaque, perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'appendice, et prolongeant l'axe d'articulation 10. Les figures 4 et 5 illustrent une structure de main- tien d'appendice assez analogue à la précédente De nombreuses variantes de forme ont été apportées Il est à noter en parti- culier que les butées fixes 4 sont ici formées par la tête plate d'organes rapportés, tels que des vis 7, traversant des excroissances 4 a parallèles à l'axe Z, analogue à celles qui constituent les butées fixes de la figure 3. La figure 6 illustre, à titre d'exemple, quelques moyens périphériques optionnels, adaptés à assurer un calage des butées entre elles, sans glissement intempestif de l'une par rapport à l'autre Dans le cas d'une immobilisation qui n'est pas assurée par friction, on peut prévoir avantageusement des plaquettes 20, réglables au moyen de vis calantes 7 et 22, comportant des rebords 21 permettant le Maintien en butée sans glissement de l'appendice par rapport à la structure Il est impératif de choisir pour une telle plaquette 20 un matériau qui ne soit passusceptible de se souder par diffusion sous vide avec les autres éléments en contact Sa surface tournée vers les butées mobiles 5 peut en outre être en contact avec la tranche supérieure de ces butées, et/ou constituer une por- tion de cylindre centrée sur l'axe 10 adaptée à assurer un dé- but de guidage lors du déploiement. Les figures 7 et 8 illustrent un mode de réalisation de dérivation selon l'invention qui diffère essentiellement de celui des figures 4 et 5 par le fait que le réglage des surfaces d'affrontement de butées associées est assuré au moyen de vis 17 rapportées non pas aux montants fixes 8 mais à l'ap- pendice 1 Les surfaces d'affrontement sont les têtes plates 3 a des vis 17 et les butées 4. La figure 9 illustre un mode de réalisation selon l'invention o la dérivation des efforts parallèles au plan YZ est assurée, non plus uniquement par des phénomènes de frotte- ment sec, mais aussi grâce à la résistance au cisaillement de pions 27 portés par l'une des butées, mobile dans l'exemple proposé, adaptés à s'encastrer temporairement dans des cavités ou canaux 37 de forme complémentaire; un réglage de position du pion 27, ou de la cavité 37 dans un plan parallèle à YZ est bien sûr avantageux pour tirer un parti maximum de ces éléments encastrables. La figure 10 schématise quelques variantes possibles de disposition des butées mobiles 3 liées à l'appendice 1. Sur la figure l Oa, les butées sont au nombre de deux; leurs surfaces d'affrontement avec des butées fixes 4 sont coplanaires avec l'axe d'articulation 10 selon un plan dont l'inclinaison par rapport au plan YZ est avantageusement choisie de manière à ce que les efforts temporaires maxima à dériver soient per- pendiculaires auxdites surfaces d'affrontement La figures l Ob présente une disposition à au moins 3 butées radiales par sous- groupe; la dérivation des efforts est en outre obtenue par frottement sec, les surfaces d'affrontement n'étant pas copla- naires; cette dérivation est en outre facilitée en raison du nombre accru de butées La figure l Oc propose une disposition à deux butées non radiales mais parallèles Il est à noter que la multiplication des butées ne facilite pas l'obtention d'une rotation de l'appendice autour de son axe après le déploiement sans limitation par contact de butées fixes et mobiles On peut vérifier que dans chacune de ces figures l Oa à l Oc, la mise sous flexion de l'appendice induit un couple pur au voisinage de l'axe d'articulation 10. Il est bien entendu que de nombreuses variantes de disposition, de nombre, et de nature de butées peuvent être proposées, par combinaison ou non des précédentes, sans sortir du cadre de l'invention Les surfaces d'affrontement pourraient ainsi ne pas être planes, présentant par exemple des reliefs complémentaires (telles que des pyramides, etc) répartis de manière périodique ou non Elles peuvent être inclinées par - rapport à chacun des trois axes Elles peuvent avoir des formes courbes telles que portions de surfaces de révolution (sphères, cônes) dont les axes sont parallèles aux réactions d'appui sur les butées. La dérivation obtenue grâce à-un dispositif selon l'invention est bien entendu d'autant plus effective que les butées sont liées plus rigidement à l'appendice et à la struc- ture. Par ailleurs, le nombre d'embases de fixation est quelconque. Il va de soi que la présente invention n'a été dé- crite et représentée qu'à titre purement explicatif et nulle- ment limitatif et qu'on pourra apporter des équivalences tech- niques dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de ladite invention, lequel est défini dans les reven- dications annexées. 2 25310322 REVENDICATIONS 1 Dispositif de dérivation d'effort temporaire pour maintien en position de stockage sur une structure ( 5) de véhi- cule spatial, d'un appendice ( 1) déployable autour d'un axe d'articulation ( 10) sous l'action d'un mécanisme de commande ( 2), destiné à soulager mécaniquement ce dernier, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de maintien ( 3, 4, 9), exté- rieurs au mécanisme de commande, adaptés à appliquer à l'appen- dice ( 1), en ladite position de stockage, des précontraintes de flexion longitudinale, se réduisant au niveau de l'axe d'articulation ( 10) à un couple pur de précontrainte tendant à provoquer le déploiement de l'appendice. 2 Dispositif de dérivation d'effort temporaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de main- tien de l'appendice comportent un premier groupe de butées ( 4), solidaires de la structure, un second groupe de butées ( 3), solidaires de l'appendice, et au moins un moyen de verrouillage temporaire ( 9) reliant l'appendice ( 1) et la structure ( 5) à distance de l'axe d'articulation ( 10), ces butées ( 3, 4) étant disposées de manière à ce que, en position de stockage de l'appendice, lors du verrouillage, chacune des butées ( 4) du premier groupe, réparties en deux sous-groupes disposés le long de l'axe d'articulation ( 10) de part et d'autre du mécanisme de commande ( 2), soit pressée contre une des butées ( 3) du second groupe, réparties de même en deux sous-groupes disposés le long de l'axe d'articulation de part et d'autre du mécanisme de commande ( 2). 3 Dispositif de dérivation d'effort temporaire selon la revendication 2, dans lequel l'axe d'articulation ( 10) est lui-même mobile autour d'un axe de rotation ( 11) qui lui est perpendiculaire, caractérisé en ce qu'en outre, la disposition géométrique des butées ( 3, 4) et leur nombre sont tels que, en condition d'alignement avec ledit axe de rotation, l'appendice ( 1) soit adapté à tourner autour de lui-même sans que des bu- tées ( 3 ou 4) d'un groupe ne vienne buter contre une butée ( 3 ou 4) de l'autre groupe. 4 Dispositif de dérivation d'effort temporaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des sous-grou- pes comporte deux butées diamétralement opposées par rapport à l'axe d'articulation. Dispositif de dérivation d'effort temporaire selon la revendication 3, dans lequel, en position de stockage, l'ap- pendice est perpendiculaire à l'axe de rotation, caractérisé en ce que chacun des sous-groupes comporte deux butées diamé- tralement opposées par rapport à l'axe d'articulation ( 10), et situées dans un même plan perpendiculaire à l'appendice ( 1) en position de stockage. 6 Dispositif de dérivation d'effort temporaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par une valeur élevée du coefficient de frottement des surfaces d'af- frontement d'une partie au moins des butées ( 3, 4). 7 Dispositif de dérivation d'effort temporaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé par la planéité des surfaces d'affrontement des butées ( 3, 4). 8 Dispositif de dérivation d'effort temporaire selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'axe d'articulation est coplanaire avec les surfaces d'affrontement d'une partie au moins des butées. 9 Dispositif de dérivation d'effort temporaire selon la revendication 7, caractérisé en ce que les surfaces d'af- frontement des butées sont parallèles, leur inclinaison étant déterminée en fonction de l'orientation des efforts à dériver. 10 Dispositif de dérivation d'effort temporaire selon la revendication 7, caractérisé en ce que les surfaces d'af- frontement d'au moins trois butées sont radiales à l'axe d'ar- ticulation et à frottement sec. 11 Dispositif de dérivation d'effort temporaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que deux au moins des butées destinées à s'affronter comportent des moyens complémentaires d'encastrement ( 27, 37), tels que des pions dans des canaux. 12 Dispositif de dérivation d'effort temporaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que certaines au moins des butées comportent des organes péri- phériques de calage tels que rebords, adaptés à empêcher tout glissement entre leurs surfaces d'affrontement. 13 Dispositif de dérivation d'effort temporaire selon l'une'quelconque des revendications 2 à 11, caractérisé en ce qu'une au moins des butées ( 3 ou 4) comporte des moyens de réglage ( 7, 17) à l'encontre de la butée ( 5 ou 4) à laquelle elle est affrontée en position de stockage.