Brevet FR2565564A1 — publié le 19851213

La présente invention concerne un dispositif permettant de maîtriser les déplacements d'un liquide dans un réservoir; en particulier, l'invention concerne un amortisseur de liquide à effet variable, pour un reservoir de liquide d'un satellite spatial. Avec les réservoirs à effet positif d'expulsion de combustible et d'agent oxydant, qu'on utilise par exemple dans des satellites spatiaux, on doit résoudre des problèmes très délicats, au stade de la conception comme pour la mise en oeuvre, à tel point qu'on a tendance actuellement à prévoir des réservoirs à paroi libre pour ce genre d'utilisation. Mais les réservoirs à paroi libre posent deux problèmes très importants. Le premier problème a trait à la mise sous pression du courant gazeux dans la canalisation d'arrivée du propergol. Une solution à ce problème semble consister à prévoir un système de réception du propergol, comportant des filtres à tension de surface. Le second problème, potentiellement plus grave, se rapporte au comportement incontrôlé de la masse du liquide dans le réservoir, avec les conséquences qui peuvent en résulter pour la distribution du fluide en cause, pour la structure concer.née, et pour le système de commande de position du satellite. Quand on déplace le satellite, en lui faisant effectuer une manoeuvre transitoire de changement de posi- tion dans l'espace, le liquide du réservoir est mis en mouvement, sous l'effet des forces de pression qui sont normales à la surface du réservoir, et aussi sous l'effet des contraintes de cisaillement agissant en régime visqueux du fait du mouvement relatif du liquide par rapport a la paroi du réservoir. Après une manoeuvre de changement de position, le liquide reste en mouvement, jusqu'au mo- ment o l'on a pu amortir son mouvement par rapport à II paroi du reservoir. Le mouvement du liquide est essentiellement un mouvement de rotation, avec écoulement sur la surface interne du réservoir, circulation à travers des filtres ou écrans perforés disposés dans le réservoir, et effet de flottement transversal. Quand il n'y a pas d'amortissement, le réservoir continue à subir des efforts en raison des trajets courbes du liquide. En outre, des forces dues à l'écoulement visqueux du liquide par rapport au réservoir s'exercent sur le réservoir, ainsi que sur le liquide. L'effet net de ces couples et de ces efforts sur l'orientation du satellite, au cours d'une manoeuvre de changement de position, doit être compensé par des couples produits délibérément au moyen du système de commande du satellite. Dans le cas d'un réservoir qui comporte inté- rieurement de simples déflecteurs, d'un genre connu, on augmente le couplage entre le liquide et le réservoir, et par conséquent on augmente le taux d'atténuation des effets d'inertie du liquide. Mais, pendant la manoeuvre de changement de position, cette augmentation du couplage a pour effet de mettre en jeu une partie. plus importante de la masse de liquide. Et juste après la manoeuvre, les couples résiduels exercés par le liquide sur le réservoir à déflecteurs internes seront plus importants que dans le cas d'un réservoir sans déflecteur. En raison de la différence du taux d'atténuation dans les deux cas, il y a sensiblement égalité, à un certain instant, entre les couples en jeu dans les deux types de réservoirs considérés. Mais ensuite, c'est dans le réservoir à déflecteurs qu'il y aura les couples les plus faibles. L'un des buts de l'invention est d'assurer la liberté de rotation du liquide dans un reservoir, au cours d'un déplacement initial de celui-ci, mais en assurant ensuite un amortissement rapide du mouvement du liquide lorsque le reservoir a cessé de se déplacer. L'invention a également pour but de réaliser dans un reservoir un dispositif interne d'amortissement, libre de tourner dans le réservoir, mais conçu de maniere à pouvoir être immobilisé à la demande dans une position fixe par rapport au réservoir. Voici- un expose sommaire des particularités de l'invention. La presente invention vise un dispositif d'amortissement à effet réglable, pour amortir le mouvement de rotation d'un liquide, par rapport à un reservoir ou ce liquide est contenu. De préférence, le dispositif d'amortissement conforme à l'invention est de forme sphé- rique, et constitué par des alvéoles, qui ont de préfé- rence une forme hexagonale. Ce dispositif de forme sphé- rique est place à l'intérieur du reservoir considéré. Les alvéoles ont chacun deux faces de base ouvertes, et sont orientés de maniere a présenter chacun ces faces de base ouvertes dans la direction des rayons de la sphère. En outre, les alvéoles présentent des trous dans leurs faces orientées radialement, pour permettre au liquide contenu dans le reservoir de circuler à travers la sphère. On pourrait aussi confectionner celle-ci dans un bloc de matiere, en y pratiquant des séries de trous orientés radia]ement et autrement, pour obtenir une structure sphérique analogue à celle qui est formée par des alvéoles de forme hexagonale, et que l'on vient juste de decrire. La surface extérieure de la sphère d'amortis- sement est adjacente en certains endroits à la surface de profil circulaire du réservoir considéré dont elle épouse la forme, puisqu'il s'agit de reservoirs de forme sphérique ou cylindrique. Des plots de freinage, dont l'un est mobile alors qu'au moins un de ces plots est fixe, sont disposés sur la face interne de la paroi du réservoir, de manière que la face de freinage de chacun des plots fixes soit dans le prolongement de la face précitée. La sphère est ainsi libre en rotation. Mais l'un des plots de freinage peut être mis en saillie, vers l'intérieur du réservoir, de maniere a exercer un effort d'appui sur la spilere. Celle-ci peut ainsi frotter par exemple sur trois plots de freinage, qui arretent rapidement la rota- tion d1 e la sphère. En arrêtant la rotation de la sphère, on amortit rapidement la rotation du liquide à l'intérieur du reser- voir. Ainsi, ce type de dispositif permet d'obtenir une efficacité optimale pour l'amortissement des mouvements du liquide dans le réservoir, . à la suite d'une manoeuvre transitoire de changement de position, en réduisant autant que possible la durée de la période o intervient l'effet de l'inertie de rotation, pendant le mouvement du- reservoir, tout en assurant ensuite un taux d'atténuation maximum du mouvement du liquide, après l'arrêt du mou- vement du réservoir. D'autres particularités et avantages de l'in- vention ressortiront de la description détaillée suivante, présentée à titre illustratif et nullement limitatif, en regard des dessins annexes sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation de l'invention, avec arrachement partiel'; - la figure 2 représente schématiquement des alvéoles en nid d'abeilles qui constituent la sphère d'amortissement utilisée dans l'invention; - la figure 3 montre schématiquement la dispo- sition de la sphère d'amortissement dans un réservoir cylindrique; et - la figure 4 est une coupe schématique d'un amortisseur de forme cylindrique. Dans ces différentes figures, on a bien entendu utilisé les mêmes indices de repérage pour indiquer les mêmes éléments. Dans le mode de réalisation de la figure 1, le réservoir 10, prévu pour contenir un liquide, comporte une paroi 12 de forme sensiblement sphérique.-Un amortis- seur 14, constitué par une structure sphérique creuse, est disposé à l'intérieur du réservoir sphérique 10, à proximité de la face intere de la paroi 12 du réservoir , dans lequel c.et amortisseur sphérique 14 est libre de tourner dans n'importe quelle direction. Plusieurs Lampons ou plots de freinage 16 et 18 sont disposes en divers endroits de la paroi 12 du réservoir, dans des logements prévus à cet effet, avec un montage tel que la face courbe de chaque plot, en regard de l'intérieur du réservoir, coïncide avec le prolongement de la face interne courbe de la paroi 12. Tous les plots de freinage sont fixes, comme c'est le cas pour le plot 18, à l'exceptiun du seul plot 16, qui peut être déplacé radialement,vers l'intérieur du réservoir, pour être mis en appui sur la surface extérieure de l'amortisseur sphérique 14. On peut utiliser divers systèmes pour commander le plot mobile 16. Par exemple, on peut prévoir a cet effet un moteur piézoélectrique 20, comportant une pile de pastilles piézoélectriques, excitées à la demande au moyen d'une tension électrique appropriée, par l'intermé- diaire d'un bloc de commande 22. On peut aussi prévoir d'autres système d'actionnement, hydrauliques ou pneuma- tiques. De préférence, la structure sphérique de l'amor- tisseur 14 comporte un certain nombre d'alvéoles à six faces latérales, accolés ensemble pour réaliser une structure en nid d'abeilles. On a schématisé deux de ces alvéoles 24 sur la figure 2. Les alvéoles 24 sont disposés de manière à orienter chacun de leurs axes longitudinaux suivant un rayon de la sphère d'amortis- sement, en laissant ouvertes les deux faces extrêmes de chaque alvéole dans le sens radial. Des trous 26 de direction radiale ou autre sont en outre prévus dans les faces latérales des alvéoles 24, pour que le liquide contenu dans le réservoir 10 puisse circuler à travers l'amortisseur sphérique 14, bien que les trous 26 offrent une certaine résistance au passage du liquide. On peut confectionner les alvéoles hexagonaux 24 et les plots de freinage 16; 18, en divers matériaux, chimiquement inertes à l'égard du liquidecontenu dans le réservoir; par exemple, on peut réaliser en titane ou ren aluminium la structure alvéolée de l'amortisseur, et réaliser en amiante les plots de freinage. Pour expliquer le fonctionnement de l'amortis- seur conforme à l'invention on suppose que le reservoir 10 se trouve à bord d'un satellite spatial, et que ce satel- lite effectue une manoeuvre de changement de position. Au début de cette manoeuvre du satellite, l'amortisseur 14 ne s'oppose pas au mouvement du liquide dans le reser- voir 10, mais accompagne ce mouvement de rotation. Par contre, lorsque la manoeuvre du satellite s'arrête, un signal approprié fait intervenir le bloc de commande 22, pour actionner le moteur de commande 20 du' plot 16 de freinage mobile. Sous l'action de son moteur 20, le plot 16 de freinage vient en appui sur la surface exté- rieure de l'amortisseur sphérique 14, obligeant celui-ci à s'appuyer sur les plots 18 de freinage fixes, et arrêtant ainsi la rotation de l'amortisseur spherique. La résistance offerte par l'amortisseur 14, dont les trous internes 26 freinent l'écoulement du liquide cherchant à les traverser, arrête rapidement le mouvement de rotation du liquide. On precise bien qu'il suffit de prévoir un seul plot 18 de freinage fixe, si celui-ci est diamétra- lement opposé au plot mobile 16. Mais en général, il est préférable d'utiliser deux ou trois plots de freinage fixes, disposés à égale distance l'un de l'autre, dans l'hémisphère oppose a celui ou se trouve le plot 16 de freinage mobile. Tout ingenieur compétent en mécanique est facilement à même de déterminer les emplacements des plots de freinage, et on n'en dira donc pas plus ce sujet. La figure 3 montre comment un amortisseur sphérique 14 pourrait être disposé dans un réservoir cylindrique 10. Pour empêcher un déplacement axial de l'amortisseur 14, qui pourrait rouler dans le réservoir, on a prévu des bossages d'arrêt 30, de profil arrondi, sur la face interne de la paroi du reservoir, en des endroits appropriés pour maintenir l'amortisseur 14 dans la position voulue. Dans les modes de réalisation que l'on vient de décrire, on a prévu, pour amortir les mouvements du liquide dans le reservoir, un amortisseur de forme sphérique. Mais 1il est également possible de réaliser un mniortisseur de forme cylindrique, tel que schématisé sur la figure 4, o cet amortisseur cylindrique 14' est disposé dans un réservoir cylindrique 10, contenant un liquide dont il s'agit d'amortir les mouvements. En ce cas, l'amortisseur 14' peut avoir un profil épousant celui du réservoir 10, et il ne peut tourner que suivant l'axe de roulis, par rapport à l'axe longitudinal du réservoir 10, c'est-a-dire transversalement par rapport à l'axe longitudinal de la section cylindrique du réser- voir 10. Une telle disposition est interessante, par exemple, dans le cas d'un réservoir 10 monté à bord d'un navire, pour arrêter les mouvements de rotation du liquide du réservoir, correspondant au roulis du navire. On peut alors prévoir deux plots 16 de freinage mobiles, d'un côté du réservoir 10, et deux plots 18 de freinage fixes, diamétralement opposes auxplots mobiles. Là encore, on réalise de préférence en nid d'abeilles la structure creuse de l'amortisseur 14', avec des alvéoles hexagonaux ayant chacun une base ouverte dirigée vers l'une des extrémités bombées du réservoir 10. Ainsi, l'axe de chacun des alvéoles en question, qui passe par le centre de la base de cet alvéole, est paral- lèle à l'axe longitudinal du corps cylindrique du réser- voir 10. Les parois des alvéoles sont accolées deux à deux, et présentent des trous de passage. La matière formant les extrémités constituant la base des alvéoles est également unie, par exemple par des joints de collage ou par tout mode de liaison approprie. Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'amortisseur de liquide décrit et représenté. REVENDICATIONS 1. Amortisseur de liquide, pour un réservoir qui contient un liquide et qui comporte une paroi. de section circulaire, amortisseur caractérisé en ce qu'il comporte.: une sphère creuse (14) ayant une paroi dont la surface extérieure est adjacente à la face interne de la paroi (12) de section circulaire du reservoir (10); la paroi de la sphère (14) étant percée de trous (26) orientés aussi bien radialement -que dans d'autres directions, et qui sont disposés de manière à permettre au liquide de passer à travers la sphère (14) la sphère (14) étant libre de tourner dans n'importe quelle;direction, à l'intérieur de la paroi (12) de section circulaire du réservoir (10); et un système de freinage étant prévu, pour arrêter le mouvement de rotation de la sphère (14), lorsqu'on veut arrêter ce mouvement. 2. Amortisseur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la paroi de la sphere (14) est constituée par un certain nombre d'alvéoles (24) accolés l'un à l'autre, et présentent des parois latérales qui sont orientées radialement par rapport à la sphère (14), les faces terminales' des alvéoles (24) dans le sens radial étant ouvertes; et les parois latérales de ces alvéoles (24) étant percées de trous (26). 3. Amortisseur selon la revendication 1, caracté- rise en ce que le système de freinage comporte un certain nombre de plots (16, 18) de freinage, disposés au niveau de la paroi de section circulaire du réservoir (10), ces plots présentant des faces de freinage situées dans le prolongement de la face interne de la paroi (12) du réservoir (10); l'un (16) des plots de freinage etant mobile dans le sens radial, et pouvant être commande pour se déplacer vers l'intérieur du réservoir (10), afin que sa face de freinage vienne en appui sur la surface extérieure de la. sphere (14). 4. Amortisseur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que les alvéoles (24) ont une f;rme hexagonale, et présentent des bases ouvertes. 5. Amortisseur selon la revendication 4, caracté- risé en ce que le système de freinage comporte plusieurs plots (16, 18) de freinage, montés dans la paroi (12) de section circulaire du réservoir (10); ces plots de freinage présentant des faces de freinage qui sont dans le prolongement de la face interne de la paroi (12) du réservoir (10) ; l'un (16) des plots de freinage étant associé un dispositif (20, 22) de commande, qui permet de mettre en saillie ce plots (16), dans le sens radial vers l'intérieur du réservoir (10), pour amener la face de freinage de ce plot (16) en appui sur la surface exté- rieure de la sphère (14). 6. Amortisseur de liquide, pour un réservoir qui contient un liquide et qui comporte une paroi de section circulaire, caractérisé en ce qu'il comporte: un corps creux (14, 14') adjacent à la paroi de sec- tion circulaire du réservoir (10), et présentant un profil qui épouse le profil de cette paroi; ce corps creux (14, 14') ayant une paroi qui est percée de trous; ce corps creux (14,]41) étant libre de tourner transversalement, par rapport à un axe du réservoir (10); et un système de freinage étant prévu, pour arrêter le mouvement de rotation du corps creux 14,14'), lorsqu'on veut arrêter ce mouvement. 7. Amortisseur selon la revendication 6, carac- térisé en ce que: le réservoir (10) comporte une partie cylin- drique, le corps creux (14') étant lui aussi de forme cylindrique, et logé d l'intérieur de la partie cylin- drique du réservoir (10), le corps creux etant libre de tourner trans- versalement par rapport à l'axe longitudinal de la partie cylindrique du réservoir. 8. Amortisseur selon la revendication 7, carac- térisé en ce que la paroi du corps creux (14) est consti- tuée d'un certain nombre d'alvéoles accolés l'un à l'autre. 9. Amortisseur selon la revendication 8, caracté- risé en ce que les alvéoles sont de forme hexagonale, et présentent des faces terminales ouvertes dans le sens radial; et en ce qu'un axe traversant l'une quel- conque des faces terminales des alvéoles précités est parallèle à l'axe longitudinal de la partie cylindrique du réservoir.