Brevet FR2615586A1 — publié le 19881125

La présente invention se rapporte à un raccord pour accoupler et désaccoupler des unités modulaires à une structure de plate-forme. La possibilité d'exécuter des opérations d'entretien sur des satellites en orbite, afin d'accroître leur longévité et d'améliorer ou de modifier leurs fonctions, a été démontrée par le remplacement d'une partie du véhicule spatial Solar Nax par des astronautes opérant dans la baie de la navette spatiale. Dans l'avenir, des équipements assurant des fonctions majeures de véhicules spatiaux pourront être logés dans des modules, communément appelés Unités de Remplacement Orbitales ]0 (URO), qui pourront être fixés et enlevés, selon les besoins. De tels équipements comportent, entre autres, des capteurs, des enregistreurs à bande, des calculateurs, des répondeurs, et des batteries. La souplesse et la rentabilité du processus de remplacement de modules sont améliorées en le rendant totalement autonome par utilisation de mécanismes tels que le système télémanipulateur actuellement utilisé sur la navette spatiale, et le système intégré de - maintenance en orbite qui est en cours de développement Cpour le centre américain de vol spatial dit "Xarshall Space Flight Center", de la NASA) en tant que partie du projet d'un véhicule orbital manoeuvrable (orbital maneuvering vehicle, OXV). L'évolution vers le recours aux activités robotisées plutôt qu'aux activités d'astronautes impose des exigences rigoureuses aux mécanismes reliant les modules aux structures qui les portent. Par exemple, le mécanisme de liaison doit coopérer avec un bras de robot pour assurer l'alignement, fournir une monture stable pour des instruments délicats, et assurer la fonction de transmission de flux d'électricité, de données et de fluides, tout en préservant la simplicité de fonctionnement. Cette interface doit être une partie standard de l'unité de remplacement orbitale (URO), satisfaisant aux différents impératifs de divers instruments et équipements. La présente invention prévoit un raccord pour monter une unité sur une unité réceptrice, le raccord comportant une structure de raccordement active et une structure de raccordement passive conjuguée. La structure de raccordement active comporte un support de connecteur(s) avec au moins une moitié de coupleur s'étendant depuis le support de connecteur(s), et une vis s'étendant au travers dudit support de connecteur(s) et contre celui-ci. Une partie filetée et un bout conique de la vis traversent ledit support de connecteur(s) dont ils dépassent. La structure de raccordement active comporte des broches d'alignement qui s'étendent parallèlement les unes aux autres et de chaque côté de ladite vis. La structure de raccordement passive comporte un écrou flottant adpaté pour recevoir ladite vis, une moitié de coupleur conjuguée, apte à être couplée à la première moitié de coupleur, et des parties réceptrices a profil convergent aptes à recevoir lesdites broches d'alignement. La vis et les broches d'alignement guident l'accouplement des moitiés de coupleur et, lorsqu'on fait tourner la vis, les moitiés de coupleur sont amenées l'une contre l'autre. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus complètement dans la description présentée dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux dessins annexés dont les figures représentent: - la figure 1, une représentation "explosée d'une Unité de Remplacement Orbitale (URO) avec structure de raccordement active et structure de raccordement passive avec plate-forme, selon une première forme de réalisation préférée de la présente invention; - la figure 2, un détail montrant le mécanisme de rappel du support de connecteurs selon la figure 1; - la figure 3, une représentation éclatée montrant l'ensemble vis et tige-poussoir de la figure 1; - la figure 4, une vue partielle agrandie montrant le montage de l'ensemble à vis dans le carter-poutre répartiteur de charge représenté 'sur la figure 1; - la figure 5, une représentation détaillée de l'étrier et de l'organe de liaison de l'ensemble à tige-poussoir de la figure 3; -la figure 6, la structure de raccordement passive contenue dans la plate-forme de la figure 1; - la figure 7, une vue en perspective de la partie réceptrice ou douille de la figure 1; - la figure 8, cette même partie réceptrice vue en coupe faite selon 0-6 de la ligure Y; - la fligure 9, une vue en bout d'une deuxieme lorme de realisation de la présente invention; et - la figure 10, une vue de dessus d'une troisième forme de réalisation de la présente invention. Sur la figure 1, on a représenté une vue en perspective explosée de l'Unité de Remplacement Orbitale (URO) 10 et une partie de la plate-forme conjuguée 13. L'URO 10 est montée sur une plaque de base 11. Un carter-poutre 15 de répartition de charge est fixé à une extrémité lla de la plaque de base 11 et à l'URO 10. Le carter-poutre répartiteur de charge possède une plaque de carter inférieure rectangulaire 15b qui s'adapte à une demi-auge supérieure retournée a. La profondeur de l'auge est maximale au centre et diminue vers les extrémités. La partie centrale supérieure 15c de la moitié supérieure 15a est plate et possède une ouverture 15d qui la traverse. Le carter-poutre de répartition de charge 15 enferme un support de connecteur Le support de connecteurs 17 possède, montés sur lui, des connecteurs électriques màles 17a, 17b et 17c (moitiés de coupleurs). Le support 17 possède une ouverture centrale 17d. Des ouvertures d'alignement 17e et 17f sont situées à proximité de chacune des extrémités du support 17. Des broches d'alignement 19 sont fixées à des points situés prés d'extrémités opposées de]a plaque de carter inférieure 15b, points o ces broches font saillie. Les broches d'alignement 19 s'étendent au travers d'ouvertures 17e et 17f du support 17. Des ressorts hélicoidaux 22 (non représentés sur la figure 1) sont disposés par-dessus les broches 19, comme représenté sur le croquis de la figure 2, entre le support de connecteurs 17 et la plaque inférieure de carter 15b. Les broches 19 ont une tête 19a située par- dessus le support de connecteurs 17, pour monter ce support 17 sur le carter. L'ouverture centrale 17d du support de connecteurs 17 est alignée sur l'ouverture centrale 15d de la moitié supérieure 15a, et sur une ouverture 20 dans la plaque l5b, de manière qu'une vis 21 de l'ensemble de vissage la traverse. L'ensemble de vissage comporte la vis 21 ayant une extrémité à 2615 5 8 6 tête hexagonale 21a qui s'étend au-dessus du carter-poutre répartiteur de charge superieur 15 et entre dans un tube 31 de prolongement de poignée. L'extrémité supérieure ou tête de la vis 21 est représentée sectionnée sur la figure 1. La vis isolée est représentée sur la figure 3. La vis 21, lorsqu'elle est assemblée dans le carter 15, a sa partie tête 21a qui s'étend au-dessus de la moitié de carter supérieure 15a, voir figure 4. La vis possède une première partie 21b à diamètre réduit, qui reçoit les moities de manchon ou collier 41a et 41b. La vis 21 possède une deuxième partie 21c a diamètre réduit, qui s'adapte à ]0 l'intérieur d'un palier a manchon 44 à l'intérieur de l'ouverture 17d du support 17 de connecteurs. Un collet 21e est formé entre les parties 21b et 21c. La partie inférieure 21d de la vis 21 comporte des filets hélicoïdaux ACKE, et un embout de broche conique qui s'étend au travers de l'ouverture 20 et en- dessous de la plaque inférieure 15b. La vis 21 peut tourner librement dans les moitiés de manchon 41a et 41b et à l'intérieur du manchon- coussinet 44. Un ensemble tige-poussoir 50 est couplé aux moitiés de manchon 41a et 41b. L'ensemble à tige-poussoir 50 représenté sur la figure 1 comporte un étrier 51, un organe de liaison 57, une broche de poussée 63, un support à angle droit 61, une tige-poussoir 53 montée, par des montures-paliers de tige 55, sur le côté dessous de la plaque de base 11, et un support 65 de broche de poussée, également monté sur le côté dessous de la plaque de base 11. Le côté dessous de la plaque de base 11 possède un creux llb (figure 1) centré sur la longeur de celle-ci, pour recevoir la tigepoussoir 53. La tige-poussoir est couplée, via l'organe de liaison 57, à l'étrier 51. L'étrier 51 est en forme de U, avec une aile centrale l51a, représentée sur la figure 5, qui s'adapte entre les branches 57b et 57c du petit organe de liaison 57 en forme de U doté, à l'extrémité opposée 57a, d'une douille circulaire apte à recevoir l'extrémité à diamètre réduit 53a de la tige 53. Une broche 52 traverse des ouvertures dans les branches de l'organe de liaison 57 et dans l'extrémité saillante 51a de l'étrier 51. En utilisant des boulons et des écrous noyés, les moitiés de manchon 41a et 41b sont assemblées autour de la vis 21, par-dessus la partie à diamètre réduit 21b et au-dessus du collet 21e. Les branches 51b et 51c d l'étrier 51 sont montées a pivotement par des boulons à ecrous noyes dans les moitiés de manchon 41a et 41b. L'extrémité opposée de la tige 53 est fixée à une extrémité du support a angle droit 61 dont la fonction est d'amener en dessous de la plaque de base 11 un mécanisme de verrouillage éloigné. La broche de poussee 63 est fixée & l'extrémité opposée du support 61 et s'étend parallèlement à la tige 53, mais en dessous de la plaque de base 11. Le support 65 de broche de poussée est fixé, en une extrémité 65a, au côté dessous de la plaque de base et est en saillie sur celle-ci, pour recevoir la broche de poussée 63 qui ]0 passe librement, mais en en etant guidée, au travers d'une ouverture b dans le support 65. La broche de poussée déborde du support pour venir en condition d'engagement avec une partie Réceptrice 8? dans la plate-forme conjuguée 13. Une broche 80 de retenue selon deux axes et une broche 81 de retenue selon trois axes s'étendent, depuis des extrémités opposées de la plaque de carter inférieure 15b, comme représenté sur la figure 1. La broche 80 pour créer une retenue selon deux axes possède un em- bout en forme de V et la broche 81 possède un embout en forme d'ar- rondi sphérique. Dans la plate-forme conjuguée 13 représentée sur les figures 1 et 6, on a disposé à une extrémité 13a une plaque conjuguée 70 munie d'un écrou flottant 71 apte à recevoir la vis 21 à filetage ACRE, et dotée de parties receptrices 73 et 75 à profil convergent qui sont aptes à recevoir les broches d'alignement 80 et 81, et de moitiés de connecteurs conjuguées 71a, 'lb et 71c ("moitiés de coupleurs"). L'écrou flottant ?1 est situé entre les moitiés de connecteurs conjuguées 71b et 71c. L'écrou 71 est captif dans une cavité centrale 72 dans la plaque 70. L'écrou 71 possède des filets s'adaptant aux filets ACXE de la vis 21. La partie réceptrice à profil convergent 73 est un creux en V, pour recevoir la broche 80 en forme de V, et la partie réceptrice est un creux en forme de bol pour adaptation de l'embout sphérique de la broche 81. Un évidement 85 dans la surface 14 de conjugaison de la plate- forme est disposé à distance (approximativement égale à la longueur de l'URO ou de l'ensemble à tige-poussoir) de l'évidement pour l'écrou 2615 5 8 6 flottant '1 (voir figure 1). L'evidement 85 est suffisant pour recevoir une extrémité du support 61, la broche de poussée 63 et le support 65 de broche de poussée, et pour permettre à la broche de poussée et au support 61 de glisser le long de l'évidement pour entrer dans une partie réceptrice 87 pour retenue selon un seul axe, aménagée dans l'évidement et fixée à la plate-forme 13. Sur les figures 7 et 8, on peut voir que la partie réceptrice 87 comporte un logement 89 fixé à la plate-forme, une plaque 91 de retenue de palier fixée au logement, et une douille circulaire à billes 93 qui est retenue, tout en étant flottante, dans une plaque 91. L'URO 10 peut être de hauteur variable et est située sur la plaque de base 11. Un tube prolongateur 31 représenté sur la figure 1 s'étend le long du côté de l'URO 10, depuis la partie centrale 15c de la moitié supérieure 15a de la poutre répartitrice de charge. L'extrémité inférieure du tube 31 entoure la tête 21a de la vis 21. La tête de cette vis est adjacente au sommet de la poutre de répartition de charge 15. L'extrémité opposée du tube 31 possède une bride 31a à laquelle est fixée, par exemple, une manette ou poignée 32 pour robot. Lors du fonctionement du système décrit, un robot (par exemple) saisit la poignée 32 qui est fixée au tube 31 fixé à l'URO 10, et amène celle- ci, avec la plaque de base 11, sur la plate-forme 13. La broche 80 pour retenue selon deux axes et la broche 81 pour retenue selon trois axes, l'extrémité conique de la vis 21 et la cavité 85 alignent l'URO et la plaque de base sur la plate-forme 13. Une fois cet alignement réalisé, une clé de téléservice" (longue clé à douille) est déployée depuis le bras de robot, au travers du tube 31, et est amenée sur la tête 21a de la vis 21. Lorsque la vis 21 est tournée en direction du sommet de la poutre 15 de répartition de charge, le filetage ACKE vient en prise dans l'écrou flottant 71. La rotation de la vis 21 se poursuivant, cette vis 21 tourne sur sa partie évidée 21b et exerce une traction vers le bas, autrement dit dans l'écrou flottant 71. Au cours de ce processus, les moitiés de manchon 41a et 41b et le support 17 sont tirés vers le bas, ce qui a pour effet que, via l'étrier 51 et l'organe de liaison 57, la tige-poussoir 53 se déploie et provoque l'accouplement des connecteurs l7a, 17b et 17c avec les moitiés de connecteurs conjuguées 71a, 71b et l71c. Le déploiement de la tige 53 a pour effet que la broche de poussée 63 s'étend dans la douille circulaire à billes 93 de la partie réceptrice 87. En outre, lorsqu'elle est entraînée vers le bas, la vis 21, étant contre la poutre de ré- partition de charge, transfère une charge aux broches 80 et 81 et aux parties réceptrices 73 et 75.. Bien que ce soient des moitiés de connecteurs électriques lIa, 17b et 17c et des moitiés de connecteurs conjuguées l71a, l71b et ?lc qui sont représentées sur les figures 1 à 6, ces moitiés de connecteurs pourraient être d'autres types de coupleurs, tels que des coupleurs ou raccords pour fluide ou des connecteurs pour haute fréquence, de manière à permettre le passage de fluides et de signaux de micro-ondes, tout aussi bien que d'énergie électique, entre unités et plate-forme. La forme de réalisation préférée montre l'ensemble tige-poussoir et vis conçu pour réaliser l'opération de couplage par manoeuvre d'une seule vis. Dans une deuxième forme de réalisation, un deuxième ensemble à vis, poutre de répartition de charge et support de connecteurs peut être disposé à l'extrémité opposée de l'URO, comme représenté sur la figure 9, à la place de l'ensemble à tige-poussoir. Le couplage et le raccordement se feraient alors par un processus en deux étapes. Des ensembles à vis pourrait aussi être disposés aux quatre coins, comme représenté sur la figure 10. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention. REYENDICATIONS 1. Raccord d'interface pour raccorder une première unité (11) à une deuxième unité (13), caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison: une structure de raccordement active couplée à ladite première unité et comprenant un support de connecteur conjuguée ( 2. Raccord d'interface pour raccorder une première unité (11) à une deuxième unité (13), caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison: une structure de raccordement active couplée à la première unité et comportant à une extrémite un support de connecteur(s) (17) avec au moins une moitié de coupieur conjuguée (17a, 17b, 17c) s'étendant depuis ledit support de connecteurs (17), une poutre de répartition de charge (15), cette poutre comportant des broches d'alignement (80, 81) formant saillie prés d'extrémités opposées de ladite poutre, une vis (21) traversant le centre de la poutre de répartition de charge (15) et ledit support de connecteur(s) (17), cette vis ayant un bout conique et une partie filetée (21d) qui débordent dudit support de connecteur(s) (17) et de ladite poutre de répartition (15), ladite vis (21) ayant une extrémité à. tête élargie (21a) qui s'étend au-dessus de ladite poutre de répartition et qui est trop grande pour traverser celle-ci; et une structure de raccordement passive sur la deuxième unité, comprenant un écrou flottant (71) apte à recevoir le bout conique de la vis (21), une moitié de coupleur conjuguée (71a, 71b 71c) apte a se conjuguer à ladite première moitié de coupleur (17a, 17b, 17c), et des parties réceptrices (73, 75) aptes à recevoir lesdites broches d'alignement (80, 81), cela de façon telle que, lorsque ladite première unité (11) est placée sur ladite deuxième unité (13), le bout conique de la vis (21) traverse l'écrou flottant (71), et lesdites broches broches, pour réaliser une structure raccordée rigidement. 3. Raccord selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison: un ensemble'à tige-poussoir (53, 55, 61) couplé à ladite vis (21) et s'étendant Jusqu'à un point proche d'une extrémité éloignée de ladite première unité (11), depuis ladite vis, 2 6 1 5 5 8 6 pour venir en condition d'engagement avec une partie réceptrice éloignée (87) dans ladite deuxième unité (13), en un endroit éloigné dudit écrou flottant (71), ledit ensemble à tige-poussoir étant couplé à ladite vis (21) pour être sensible au fait qu'elle est entraînée dans ledit écrou flottant (71), pour étendre ladite tige-poussoir dans ladite partie réceptrice éloignée (87). 4. Raccord selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une surface inférieure de ladite première unité (11) comporte un creux en forme d'auge (11b) pour recevoir ledit ensemble à tige-poussoir (53, ]0 55, 61). 5. Raccord selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit ensemble à tige-poussoir (53, 55, 61) comporte une broche de poussée (63) à l'une de ses extrémités, et en ce que la deuxième unité (13) comporte ladite partie réceptrice éloignée (87) située dans un ]15 évidement (85) apte à recevoir ladite broche de poussée (63) s'étendant depuis ledit ensemble à tige-poussoir (53, 55, 61), ledit évidement (85) étant apte à permettre un mouvement longitudinal de la broche de poussée dans ladite partie réceptrice éloignée (87) et hors de celle-ci. 6. Raccord selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite partie réceptrice éloignée (87) comporte un anneau avec une douille à billes (93). 7. Raccord selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite moitié de coupleur conjuguée (la, 17b, 17c) comporte un connecteur électrique (la). 8. Raccord selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'une (81) desdites broches d'alignement (80, 81) possède un embout sphérique et l'une (75) desdites parties réceptrices, dotée d'un profil convergent, est un creux en forme de bol. 9. Raccord selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'une (80) desdites broches possède un profil en forme de V et l'une (73) des parties réceptrices, dotée d'un profil convergent, est un creux à profil en V. 10. Raccord selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'une (81) desdites broches et l'une (75) desdites parties réceptrices créent ]] une retenue selon trois axes et en ce que l'autre broche (80) et l'autre partie réceptrice (73) créent une retenue selon deux axes. 11. Raccord pour raccorder une unité (11) à une plate-forme (13), caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison: une structure de raccordement active couplée à l'unité (11), comprenant à une extrémité un support de connecteur(s) (17> avec au moins une première moitié de coupleur conjuguée (17a, 17b, 17c) s'étendant depuis ledit support de connecteur(s) (17), une poutre de répartition de charge (15), laquelle comporte des broches d'alignement en saillie (80, 81) prés d'extrémités opposées de ladite poutre, une vis (21) ayant une partie à diamètre réduit (21c), une partie filetée (21d) et une partie embout conique, cette vis traversant le centre de ladite poutre de répartition de charge (15) et ledit support de connecteur(s) (17), cela à l'endroit de sa partie à diamètre réduit (21c), la parte filetée (21d) et la partie embout conique débordant en faisant saillie depuis ledit support de connecteur(s) (17) et ladite poutre de répartition (15). ladite vis traversant ledit support de connecteur(s (17) par sa partie à diamètre réduit (21c) d'une manière permettant à cette vis de tourner en étant couplée au support de connecteur(s) (17), cette vis ayant une extrémité tête (21a) élargie qui s'étend au-dessus de ladite poutre de répartition (15) et qui est trop large pour traverser celle-ci; et une structure de racordement passive (13a) sur la plate-forme (13), incluant un écrou flottant (71) apte à recevoir l'extrémité conique et le filetage de ladite vis (21), une moitié de coupleur conjuguée (71a, l71b, 71c) apte à se conjuguer à ladite première moitié de coupleur (17a, 17b, l7c), et des parties réceptrices (73, 75) aptes à recevoir lesdites broches d'alignement (80, 81), cela ayant pour effet que, lorsque ladite première unité (11) est placée sur ladite plate-forme (13), ledit embout conique de la vis est rentré dans l'écrou flottant éloignée (87).