Brevet FR2544520A1 — publié le 19841019

Cette invention concerne l'équilibrage ou la stabilisation statique et dynamique d'un engin tournant sur lui-même dans l'espace ou dans l'air et plus particulièrement la correction de déséquilibres après le lancement de l'engin. Il est souhaitable de prévoir un dispositif quelconque pour permettre à un engin spatial ou, de manière générale, à un mobile volant, d'adapter ses propriétés massiques de manière à équilibrer automatiquement l'engin sans que cela demande l'inter- vention d'une commande terrestre ou d'un système de commande actif prévu à bord Il est également souhaitable qu'un tel dispositif soit passif Au cas o l'engin est déséquilibré dynamiquement, son axe de rotation réel aura une orientation qui diffère de son orientation nominale Au cas o l'engin est déséquilibré dynamiquement, l'axe de rotation réel sera décalé linéairement ou parallèlement de sa position nominale Ceci diffère donc de la nutation, o l'axe de rotation d'un satellite par exemple effectue une nutation ou un balancement autour du vecteur de moment angulaire. Selon un mode de réalisation de l'inventions un dispositif pour équilibrer statiquement et dynamiquement un engin tournant sur lui-même dans l'espace et dont l'axe de rotation nominal coïncide avec l'axe nominal de moment d'inertie de masse minimal est caractérisé en ce qu'il comprend deux anneaux circu- laires creux de taille et de forme identiques et qui sont chacun remplis partiellement d'un même matériau qui se laisse répartir. Les anneaux sont montés de manière que le plan de chacun d'eux soit perpendiculaire à l'axe de rotation nominal de l'engin et que l'axe de rotation passe par le centre des anneaux Les anneaux sont montés à la même distance de part et d'autre du centre nominal de masse de l'engin. D'autres caractéristiques de l'invention ressor- tiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que du dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une représentation schématique, en perspective, d'un satellite équipé de deux anneaux d'équilibrage dynamique et statique selon un mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une représentation schématique servant à illustrer l'équilibrage dynamique au moyen des anneaux de figure 1; et la figure 3 est une représentation schématique servant à illustrer l'équilibrage statique au moyen des anneaux de figure 1. La figure 1 représente un satellite 10 qui tourne autour d'un axe de rotation nominal 11 et qui comporte deux tubes ou anneaux creux circulaires 13, 15 qui sont fermés en eux- mêmes et identiques L'axe de rotation nominal Il est l'axe nominal de moment d'inertie de masse minimal du satellite Les anneaux 13 et 14 possèdent le même rayon r Ils sont disposés à la même dis- tance d de part et d'autre du centre nominal de masse 17 du satel- lite 10 Les anneaux 13 et 15 sont montés dans l'engin de manière que le plan de chacun d'eux soit perpendiculaire à l'axe de rotation nominal Il de l'engin 10 et de manière que cet axe passe par le centre de chaque anneau Le rayon r des anneaux et la distance d sont choisis en vue de l'obtention de l'efficacité maximale. Les anneaux 13 et 15 sont partiellement remplis de quantités égales d'un matériau qui se laisse facilement répartir, un fluide par exemple Il est également possible de remplir les anneaux partiellement d'une certaine quantité de petits objets solides (des billes de roulements à billes par exemple) Le volume intérieur restant de chaque anneau est occupé par un milieu d'amor- tissement (un liquide ou un gaz par exemple). Si l'engin est déséquilibré dynamiquement, l'axe de rotation réel sera dévié par rapport à l'orientation nominale de cet axe (voir figure 2) Comme les points "A" sur la figure 2 sont les points des tubes qui sont lesplus éloignés de l'axe de rotation dévié, la force centrifuge produira le rassemblement du fluide dans les tubes autour des points A Le rassemblement du fluide, ou d'un autre matériau se laissant répartir, autour de ces points introduit un produit d'inertie exerçant une action correc- trice de la déviation de l'axe de rotation Le déplacement de la masse fluide à l'intérieur des anneaux vers les points A engendre un produit d'inertie qui s'oppose à ou neutralise le produit d'inertie associé à l'axe de rotation dévié, tendant ainsi à ramener le satellite à sa rotation autour de l'axe de rotation nominal, lequel n'a pratiquement pas de produit d'inertie En-raison de la disposition et de l'orientation symétriques des tubes, le déplacement de la masse fluide à l'intérieur ne produit globalement aucun déplacement du centre de masse de l'engin. Il n'est cependant pas possible de corriger complètement le défaut d'orientation de l'axe de rotation Lorsque l'engin tourne autour de son axe de rotation nominal, le fluide n'a pas de position préférée et s'étalera uniformément sur les tubes Dans ce cas, le produit d'inertie correcteur sera éliminé. Donc, dans la pratique 3 on obtient un équilibre o l'axe de rotation final est incliné dans le sens de la déviation initiale mais avec un angle de déviation réduit. Comme le fluide est toujours mobile, le produit d'inertie correcteur s'ajustera pour correspondre à des changements dans les propriétés massiques de l'engin pendant la mission En raison de la nature autoajustante du système, une surcompensation n'est pas possible. Si l'engin est déséquilibré statiquement, l'axe de rotation réel sera déplacé linéairement ou parallèlement de sa position nominale (voir figure 3) Les points désignés par A sur la figure 3 sont les points des tubes qui sont le plus éloignés de l'axe de rotation décalé La force centrifuge produira par conséquent le rassemblement du fluide dans les tubes autour des points A Ce rassemblement provoque un décalage du centre de masse ayant une action correctrice sur le décalage initial du centre de masse Comme lestubes sont disposés symétriquement autour de l'axe nominal de rotation et du centre nominal de masse, le déplacement de la masse fluide dans les tubes ne donnera pas de produits d'inertie indésirés. Comme dans le cas de l'équilibrage dynamique, une correction complète n'est pas possible car celle-ci éliminerait la force produisant le rassemblement du fluide aux points A Dans la pratique, on obtiendra un équilibre o l'axe de rotation final est plus près de l'axe de rotation nominal, sans toutefois coïncider avec lui. Bien que la description qui précède traite l'équilibrage dynamique et l'équilibrage statique séparément, le fluide se placera de lui-même dans les tubes de manière à corriger simultanément les deux types de déséquilibres. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'équilibrage ou de stabilisation statique et dynamique d'un engin ( 10) tournant sur lui-même dans l'espace ou dans l'air et dont l'axe de rotation ( 11) coïncide avec un axe nominal de moment d'inertie de masse minimal de l'engin, caractérisé en ce qu'il comprend deux anneaux circulaires creux ( 13, 15) qui sont chacun fermés en soi, possèdent la même taille et la même forme et sont chacun remplis partiellement d'une même quantité de matériau se laissant répartir, les anneaux étant montés de manière que le plan de chacun d'eux soit perpendiculaire à l'axe de rotation nominal ( 11) de l'engin et que cet axe passe par les centres des anneaux ( 13, 15), lesquels sont montés à la même dis- tance(d) de part et d'autre du centre de masse nominal ( 17) de l'engin. 2 Dispositif selon la revendication 1, o le matériau se laissant répartir est un fluide. 3 Dispositif selon la revendication 1, o le matériau se laissant répartir est constitué de petits objets solides. 4 Dispositif selon la revendication 3, o le volume restant de chacun des anneaux est rempli d'un fluide. 5 Dispositif selon la revendication 3, o le volume restant de chacun des anneaux est rempli d'un gaz.