Brevet FR2587548A1 — publié le 19870320

REFLECTEUR D'ANTENNE DEPLOYABLE ET REPLIABLE. La présente invention concerne un réflecteur d'antenne déployable et repliable, comportant des branches porteuses articulées sur un support, écartées de ce dernier à peu près radialement à l'état déployé, portant un réseau réflecteur ou une feuille réflectrice et pivotables vers le haut pour le repliage. On connaît un tel réflecteur d'antenne par la demande de brevet allemand DE-OS 33 38 937. Il s'agit là d'un réflecteur d'antenne à utiliser de préférence en astro- nautique et devant être repliable à-un petit volume pour être transporté dans l'espace d'arrimage de la fusée porteuse. Ledit réflecteur d'antenne se compose par consé- quent essentiellement d'un support central sur lequel sont articulées des branches porteuses rigides dirigées radiale- ment vers l'extérieur à l'état déployé, lesquelles peuvent pivoter vers le haut lors du repliage, de manière à être finalement à peu près parallèles entre elles. Un réseau réflecteur métallique que l'on peut amener à l'aide de dispositifs d'ajustage à la forme, généralement parabolique, voulue à l'état-déployé est fixé aux branches porteuses. Au lieu d'un réseau réflecteur, on peut bien entendu utiliser en principe aussi dans un tel réflecteur d'antenne une feuille réflectrice métallique ou métallisée, bien qu'on l'évite la plupart du temps pour des raisons de poids. Il ne sera donc plus parle par la suite que de réseaux réflecteurs en comprenant aussi sous ce nom les feuilles réflectrices. Dans un récepteur d'antenne connu du genre annoncé, on se heurte souvent à la difficulté de loger, lors du repliage à partir de l'état déployé, le réseau réflecteur dans le très faible espace subsistant encore entre les branches porteuses. Il est à remarquer en même temps que de tels réflecteurs d'antenne peuvent présenter à l'état déployé des diamètres considérables, si bien qu'il faut employer des réseaux d'antenne de grande surface correspondante. L'arri- mage en bon ordre de ces réseaux d'antenne entre les branches porteuses pivotant vers le haut pose de grandes difficultés, S notamment en cas d'exécution manuelle. Il faut finalement replier sur un petit volume le réseau réflecteur entre les branches porteuses d'une manière telle qu'il ne reste pas accroché aux branches porteuses ou aux éléments d'ajustage et que l'on puisse à tout moment le redéployer impeccablement Ce problème n'a jusqu'à présent pas été résolu de façon satisfaisante. L'invention a en conséquence pour objet de créer un réflecteur d'antenne du genre annoncé dans lequel on puisse plier dans un état aussi ordonné que possible le réseau réflecteur ou la feuille réflectrice en sorte que soit à tout moment possible un déploiement et repliement exempts de toute perturbation. Ce réflecteur d'antenne selon l'invention est caractérisé par le fait qu'entre des branches porteuses voisines sont disposés des éléments de pliage essentiellement transversaux à celles-ci et fixés à intervalles pré-sélec- tionnables au réseau réflecteur ou à la feuille réflectrice, le repliage s'effectuant sous raccourcissement successif des intervalles entre les points de fixation. Si, à l'intérieur d'un secteur formé à l'état déployé du réflecteur d'antenne par deux branches porteuses voisines, on dispose au moins un ou de préférence plusieurs tels éléments de pliage, le réseau réflecteur se replie de façon ordonnée à l'intérieur de ce secteur lors du repliage. Cela est dû avant tout au fait que le réseau réflecteur est relié aux éléments de pliage à des intervalles de préfé- rence réguliers et que l'on peut raccourcir lesdits inter- valles simultanément au cours du repliage, ce qui impose au réseau réflecteur un pliage en quelque sorte ordonné entre les points de fixation. Si, à l'intérieur d'un secteur, on dispose à certains intervalles radiaux mutuels plusieurs tels éléments de pliage de direction essentiellement trans- versale par rapport aux branches porteuses, il est recom- mandé de prévoir pour chaque élément de pliage le même nombre de points de fixation bien que les intervalles entre les branches porteuses aillent en croissant vers l'extérieur. On obtient de la sorte dans le réseau réflecteur un nombre de plis restant constant de l'intérieur vers l'extérieur. Les éléments de pliage utilisables ont ceci en commun qu'à certains intervalles ils sont reliés de préfé- rence à la face inférieure du réseau réflecteur en direction essentiellement transversale aux branches porteuses et que, par suite de leur structure particulière, ils sont en mesure de raccourcir, lors du repliage du réflecteur d'antenne, ces intervalles d'une façon telle que le réseau réflecteur se plisse en des plis ordonnés. On peut utiliser diffé- rentes formes de réalisation des éléments de pliage. Peuvent ainsi servir d'éléments de pliage des ressorts spiraux étirables en direction essentiellement transversale aux branches porteuses. Ces ressorts peuvent être fixés aux branches porteuses voisines, ainsi qu'à des points de fixation intermédiaires sur le réseau récepteur, en sorte qu'ils soient détendus à l'état replié et que lors du déploiement, ils soient étirés par rapport à eux mêmes et placés ainsi sous tension. Cette tension sera généralement établie relativement faible, cela avant tout pour éviter que soient exercées sur le réseau réflecteur des forces supplémentaires qui pourraient nuire à sa forme de surface pré-ajustée. Il est en outre possible d'utiliser, comme élé- ments de pliage, des structures repliables en accordéon se composant chaque fois d'un certain nombre de plaquettes, bar- rettes ou languettes articulées entre elles et repliables sur elles-mêmes dans leur totalité. Dans le cas de plaquettes par exemple rectangulaires, celles-ci peuvent être reliées entre elles sur leurs petits côtés chaque fois par des charnières dont une sur deux est tournée vers la face infé- rieure du réseau réflecteur et est assujettie à ce dernier aux points de fixation. Lors du repliage du réflecteur d'antenne, ou réseau réflecteur, ces structures repliables constituées par des plaquettes, barrettes ou languettes sont assemblées par translation ou pliage, par les branches porteuses se rapprochant entre elles dans leur pivotement vers le haut. On impose ici aussi au réseau réflecteur un pliage ordonné prédéterminé par les points de fixation des charnières ou articulations. Il est opportun de stabiliser chaque fois en sa position par rapport au réseau réflecteur la structure repliable, composée par exemple de plaquettes, au moyen d'un câble guide. Celui-ci peut passer à travers des forages correspondants des plaquettes, arêtes ou languettes, d'un élément de pliage et suivre un cours essen- tiellement transversal aux branches porteuses et parallèle à la surface réflectrice, cela par dessous, c'est-à-dire sur le verso du réseau réflecteur. On peut aussi utiliser des plaquettes tissées à partir de fibres aramides ou de rubans de fibres de carbone et renforcées de résine synthétique, par exemple époxy, cela excepté sur les zones de pliage, ou articulations. Comme autre possibilité de réalisation des éléments de pliage, on peut citer ici encore des rubans élastiques courbés en forme d'ondulation à l'état déployé du réflecteur d'antenne et stabilisés chaque fois dans leur position par un câble guide. De tels rubans doivent se laisser facilement rassembler sur eux-mêmes lors du repliage tout en étant en même temps soumis alors à une faible tension. Les trois formes de réalisation concrètes préci- tées d'éléments de pliage ne représentent pas une énumération définitive. On peut au contraire concevoir encore d'autres variantes d'éléments de pliage à ranger également sous le principe conforme à l'invention. Suivant d'autres particularités avantageuses possibles de l'invention, des rubans élastiques sous pré- contrainte à l'état déployé sont disposés, entre les points de fixation, du côté du réseau réflecteur tourné vers les éléments de pliage; le réflecteur comporte, sur les branches porteuses ou sur le support, des mécanismes d'envidage embra- quant les câbles guides lors du repliage. L'invention offre un grand nombre d'avantages. Elle permet une utilisation optimale du volume d'arrimage très limité qui est réservé au réflecteur d'antenne pendant le transport. Elle facilite le déploiement et repliage répété et reproductible à des fins d'épreuve et d'essai, que ce soit encore au sol ou dans l'espace. Le réseau réflecteur ne peut pas se coincer lors du repliage, il est protégé des détériorations, n'a pas tendance à se froisser et se plie toujours en ordre comme prévu et de façon repro- ductible. Un déploiement non perturbé est chaque fois assuré. En cas de déploiement et repliage répété, il intervient, notamment au sol, cette circonstance défavorable que la pesanteur agit sur le réseau d'antenne en sorte qu'il se produit en dehors de l'utilisation des mesures conformes à l'invention un pliage désordonné. Dans le réflecteur d'une antenne offset au diamètre d'environ 5,3 m ainsi qu'au nombre de branches porteuses de dix, la largeur maximale d'un secteur compris entre deux branches porteuses déployées est d'environ 170 cm. Lors du repliage à la configuration de départ, cette largeur se réduit à environ 8 cm. Cela donne une idée des masses de réseau réflecteur, y compris les éléments d'ajustage fixes à ce dernier en répartition superficielle rêgulière,qu'il faut loger dans le faible volume résiduel compris entre deux branches porteuses repliées en pivotant vers le haut. Ce problème s'aggrave encore dans le cas de branches pliables à deux éléments rigides dont celui de l'extérieurest pivoté vers l'intérieur à l'état replié du réflecteur. L'invention apporte ici aussi une solution praticable. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs et illustrés schématiquement par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une vue de dessus à l'état déployé d'un secteur d'un réflecteur d'antenne selon ladite inven- tion muni d'éléments de pliage; les figures 2a et 2b sont des vues en élévation latérale prises en deux positions différentes, d'un élément de pliage formé de plaquettes articulées entre elles; la figure 3 représente un élément de pliage formé d'un ruban élastique ondulé; la figure 4 représente un élément de pliage formé d'un ressort spiral étirable. Sur la figure 1, on voit en vue de dessus à l'état déployé un secteur 14 d'un réflecteur d'antenne 1. Sur un support central 4 sont articulées des branches porteuses 3 qui sont pivotables vers le haut autour d'axes 15 pour revenir à l'état plié. En cet état plié, les branches por- teuses 3 sont approximativement perpendiculaires vers le haut au plan de la figure et orientées ainsi à peu près parallèlement entre elles. Un réseau réflecteur 2, composé ou bien de fils métalliques ou bien de fils artificiels métallisés, est fixé aux branches porteuses 3. A l'état déployé et ajusté, la surface du réseau réflecteur 2 est généralement courbée sous forme, en bonne approximation, parabolique. Le réseauriéflecteur 2 peut être fixé à la face supérieure des branches porteuses 3, éventuellement courbées aussi, au moyen d'entretoises non représentées. D'autres éléments d'ajustage également non représentés peuvent être fixés à la face inférieure du réseau réflecteur 2 et être attelés par leur autre extrémité à des fils de tension particuliersou à un réseau d'ajustage spécial, eux-mêmes reliés à la face inférieure des branches porteuses 3. On voit par la figure qu'après le pivotement vers le haut l'espace disponible pour le réseau réflecteur 2 se trouve nettement diminué. Pour permettre de resserrer dans des plis définis et ordonnés le réseau réflecteur 2 pendant le pivo- tement vers le haut à partir de l'état déployé dans lequel il est sous tension, trois éléments de pliage 5 s'étendant essentiellement en direction transversale aux branches porteuses 3 sont prévus entre les branches porteuses 3 à l'intérieur du secteur 14 représenté. Ces éléments de pliage sont reliés, chacun en sept points de fixation 6, au réseau réflecteur 2 depuis la face inférieure de celui-ci; ils sont ainsi établis qu'ils présentent en répétition périodique leurs points les plus élevés aux points de fixation 6 et se poursuivent entre ceux-ci au-dessous du réseau réflecteur 2. Ces éléments de pliage 5 ont en outre la propriété de pouvoir se rassembler en translation, ou pliage, lors du pivotement vers le haut, des branches porteuses 3, en sorte que les intervalles a entre leurs points de fixation 6 diminuent successivement. Il en résulte que, pendant le repliage du réflecteur d'antenne 1, le réseau réflecteur 2 se plisse entre les points de fixation 6 en des plis de direction radiale comme celui que l'on a représenté par une droite en trait discontinu 16. Ces plis se courbent vers le haut par rapport au plan du dessin. Les éléments de pliage 5 imposent de la sorte au réseau réflecteur 2 un mouvement de pliage ordonné. Les figures 2a et 2b représentent une forme de réalisation dans laquelle l'élément de pliage 5 est cons- titué par des plaquettes 9 reliées entre elles par des arti- culations 18. Les plaquettes ont une forme rectangulaire allongée et sont représentées vues de côté sur les figures 2a, 2b. Sur les articulations 18 tournées vers l'envers du réseau réflecteur 2, l'élément de pliage 5 est relié au réseau réflecteur 2 en les points de fixation 6. Au-dessous est fixé aux articulations 18 un ruban protecteur plastique 17 qui est précontraint dans l'état déployé selon la figure 2a du réseau réflecteur. Un câble guide 8 traverse des perçages 11 des plaquettes 9. Pendant le pivotement vers le haut des branches porteuses 3, les plaquettes 9 sont rassem- blées en translation par celles-ci comme représenté par la figure 2b et, en même temps, le câble guide 8 est embra- qué et ainsi maintenu tendu par des mécanismes d'envidage non représentés qui sont fixés aux branches porteuses 3 ou au support 4. De plus, le ruban protecteur 17 perd sa pré- contrainte pendant le pliage et empêche en même temps le réseau réflecteur 2 de se plier par accident en direction de l'élément de pliage 5. L'état plié du réseau réflecteur 2, tel qu'il est représenté sur la figure 2b, est donc stric- tement prédéterminé par le rassemblement en translation de l'élément de pliage 5. Les plaquettes 9 peuvent par exemple être constituées par du tissu CFK ou Kevlar renforcé de résine synthétique et moins volontiers, pour des raisons de poids et des considérations thermiques, par des métaux, par exemple par de l'aluminium. Le câble guide 8 peut être constitué par de l'acier inoxydable ou des fibres Kevlar (aramides); de même le ruban protecteur 17 peut être constitué par du tissu Kevlar ou par le même tissu que le réseau réflecteur. La figure 3 représente une autre forme de réalisa- tion possible d'un élément de pliage 5. Ledit élément de pliage 5 est constitué essentiellement par un ruban élas- tique 13 courbé à peu près périodiquement qui est stabilisé également dans sa position au moyen d'un câble guide 8 traversant des alésages correspondants. Le réseau réflecteur 2 est relié aux ondulations orientées vers son envers du ruban élastique 13 en des points de fixation 6. Ledit ruban élastique 13 peut par exemple être constitué par une matière plastique renforcée de fibres de carbone, par du Kevlar ou par un métal. La figure 3 représente l'état déployé du réseau réflecteur 2, état dans lequel le ruban élastique 13 présente par suite de son ondulation périodique une précontrainte déjà très faible. Lors du pivotement vers le haut des branches porteuses 3 et du repli simultané du réseau réflecteur 2 entre Ies points de fixation 6, le ruban élastique 13 est encore davantage comprimé sans que sa limite d'élasticité soit à vrai dire déplacée. Ici aussi l'onembraque, et maintient ainsi sous tension, le cable guide 8 pendant le pliage. Comme autres variantes, non exclusives, d'éléments de pliage 5, la figure 4 fait voir un ressort spiral 7, par exemple en cuivre-béryllium. Le réseau réflecteur 2 est représenté à l'état déployé. Le ressort spiral 7 est relié à la face de dessous du réseau réflecteur 2 en des points de fixation 6. Comme dans le cas de la figure 3, il peut ici aussi exister un ruban protecteur élastique (cf. 2a, b), à vrai dire non représenté, pour assurer au réseau réflecteur 2 la direction de pliage voulue entre les points de fixation 6. Dans l'état déployé selon la figure 4 du réseau réflec- teur 2, le ressort spiral 7 est étiré jusqu'à un certain point et est donc soumis à une tension, si faible soit-elle. Il faut en tout cas veiller à ce que, tout comme les éléments de pliage 5 représentés ci-dessus, un tel ressort spiral 7 ne perturbe pas à l'état déployé la forme de surface pré-ajustée du réseau réflecteur 2. bEVENDICATIONS 1. Réflecteur d'antenne déployable et repliable comportant des branches porteuses articulées sur un support, écartées de celui-ci à peu près radialement à l'état déployé, portant un réseau réflecteur ou une feuille réflec- trice et pivotables vers le haut pour le repliage, carac- térisé par le fait qu'entre des branches porteuses (3) voisines sont disposés des éléments de pliage (S) essentiel- lement transversaux à celles-ci et fixés à intervalles (a) présélectionnables au réseau réflecteur (2) ou à la feuille réflectrice, le repliage s'effectuant sous raccour- cissement successif des intervalles (a) entre les points de fixation (6). 2. Réflecteur d'antenne selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les éléments de pliage (5) sont des ressorts spiraux (7) étirables en direction essentiel- lement transversale aux branches porteuses (3). 3. Réflecteur d'antenne selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les éléments de pliage (5) se composent d'un certain nombre de plaquettes (9), barrettes ou languettes articulées entre elles et repliables ensemble dans leur totalité, ces plaquettes pouvant être aussi des plaquettes de tissu réalisées à partir de fibres aramides ou de rubans de fibres de carbone et renforcées de résine synthétique, abstraction faite des zones de pliage. 4. Réflecteur d'antenne selon la revendication 3 caractérisé par le fait qu'il comporte des câbles guides (8) - passant-p-ar-des-çerages1-(-l) dans les plaquettes (9), barrettes ou languettes d'un élément de pliage (5) et suivant un cours essentiellement transversal aux branches porteuses (3) et parallèle par en-dessous à la surface réflectrice. 5. Réflecteur d'antenne selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les éléments de pliage (5) sont des rubans élastiques (13) stabilisés chaque fois dans leur position par un câble guide (8) et courbés en forme ondulée à l'état déployé du réflecteur d'antenne (1). e. Réflecteur d'antenne selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que des rubans élastiques (17) précontraints à l'état déployé sont disposés entre les points de fixation (6), du côté du réseau réflecteur (2) tourné vers les éléments de pliage. 7. Réflecteur d'antenne selon l'une des revendications 3 à 6 caractérisé par le fait qu'il comporte, sur les branches porteuses (3) ou sur le support (4), des mécanismes d'envidage embraquant les câbles guides (8) lors du repliage.