Brevet FR2627150A1 — publié le 19890818

Articulation pour le déploiement en deux étapes d'un.panneau solaire L'invention concerne une articulation pour le déploiement partiel et le déploiement complet du panneau solaire extérieur d'un générateur solaire composé de plusieurs panneaux articulés, disposé sur un engin spatial, dont le déploiement est commandé de manière forcée par des câbles en boucle fermée, le panneau extérieur étant maintenu avant le déploiement par des dispositifs 1 0 de maintien primaires, les autres panneaux intérieurs étant maintenus à l'état partiellement déployé du panneau extérieur par au moins un dispositif de maintien secondaire, cette articulation comprenant une première demi-articulation reliée au panneau extérieur, une deuxième demi-articulation reliée au panneau 1 5 intérieur suivant, un axe reliant les demi-articulations de manière à leur permettre de pivoter, ainsi qu'une poulie de câble montée tournante sur l'axe. Pour des raisons de place et de résistance, les générateurs solaires montés sur les engins spatiaux sont en règle générale repliés en forme de paquet jusqu'à leur utilisation, au moins un dispositif de maintien maintenant le générateur en passant sur le panneau extérieur. Dans le vide il est souvent nécessaire de ne disposer d'abord que d'une partie de l'énergie solaire maximale susceptible d'être produite. Dans de tels cas il est courant de ne 2 5 déployer d'abord partiellement que le panneau extérieur d'environ et de l'orienter sur le soleil. Dans le cas d'une mise en service complète, le panneau extérieur extérieur est complètement déployé de 90 supplémentaires, les panneaux solaires intérieurs, encore inactifs jusque là étant alors complètement déployés en une étape, d'environ 180 les uns par rapport aux autres. Pour synchroniser les mouvements de panneaux, à l'exception du panneau partiellement déployable, on utilise souvent le principe de'la boucle fermée de câble ("Closed Cable Loop", ou CCL), qui agit comme une transmission positive ou desmodromique dans le cas de frottement suffisant. Ce principe est par exemple utilisé pour le 1 0 générateur solaire qui est décrit dans l'article "The Retractable Ultra-lightweight (ULP) Solar Array for Retrievable Space Platforms" du périodique anglais "Aircraft Engineering" de Janvier 1984, aux pages 2 à 5. Sur ce générateur, on utilise des câbles supplémentaires pour l'entraînement du panneau. Par la demande de brevet DE 36 15 264, on connait un dispositif pour le déploiement partiel et total d'une aile de générateur solaire, qui est de construction particulièrement simple et ne nécessite pas de pièces mobiles. Il comprend des dispositifs de maintien primaires, et secondaires, indépendants les uns des autres, qui permettent la libération sélective des parties d'aile extérieure et intérieure. Le panneau le plus à l'intérieur de la partie d'aile extérieure est par exemple déployé au moyen de ressorts précontraints et se trouve à l'état partiellement déployé d'un côté en appui sur une butée mécanique. Lors de l'ouverture des dispositifs de maintien secondaires, c'est-à-dire lors du déploiement de la partie d'aile intérieure, 26 2 7 1 5 0 le panneau partiellement déployé se dégage de la butée et est complètement déployé contre une autre butée, non décrite. Il est désavantageux que dans le cas du déploiement par des accumulateurs d'énergie élastiques les mouvements de la partie d'aile extérieure ne soient pas commandés lors du déploiement partiel et complet. L'action unilatérale des butées a pour conséquence que la partie d'aile extérieure rebondit une ou plusieurs fois jusqu'à ce qu'elle demeure dans sa position souhaitée. Ceci peut mener à des sollicitations extrêmement i 0 critiques de l'ensemble de la structure du générateur. Même dans le cas de mouvements de correction du satellite, il peut se produire des mouvements de pivotement de la partie extérieure d'aile. Par le brevet DE 32 15 434, on connait un mécanisme de verrouillage qui établit une liaison par complémentarité de forme 1 5 entre panneaux voisins à l'état complètement déployé et empêche ainsi un rebondissement. Un levier chargé par un ressort, un ressort de flexion, est utilisé comme élément de verrouillage. Un déploiement par degrés n'est pas possible avec ce dispositif, du fait que le verrouillage ne peut être supprimé sans organes d'actionnement supplémentaires. Eu égard à l'état de la technique, la présente invention à pour objet une articulation pour le déploiement partiel et le déploiement complet du panneau extérieur d'un générateur solaire composé de plusieurs panneaux, qui garantisse un verrouillage sûr par complémentarité de forme et provoque un couplage- du panneau 2 6 2 7 1 5 0 extérieur à la commande par câble en boucle fermée lors du passage de l'état partiellement déployé à l'état complètement déployé. Ce problème est résolu avec une articulation du type défini ci-dessous, en ce que deux éléments de verrouillage élastiques ou sollicités par ressort (levier de verrouillage, broche de verrouillage) sont montés dans la première demi-articulation, en ce que la deuxième demi-articulation présente plusieurs surfaces de butée, dont l'une est opposée côté arrière (verrou d'arrêt) à la partie de butée du premier élément de verrouillage 1 0 (levier de verrouillage) à l'état partiellement déployé, dont deux fixent la partie de butée par complémentarité de forme, à l'état complètement déployé, et dont l'une bloque à l'état partiellement déployé le deuxième élémenf de verrouillage (broche de verrouillage) dans le sens du déploiement, 1 5 en ce que la deuxième demi-articulation possède une surface qui maintient cet élément de verrouillage en position inefficace jusqu'à ce que soit atteint l'état partiellement déployé, en ce que la poulie de câble présente une surface d'appui pour le deuxième élément de verrouillage (broche de verrouillage) à l'état partiellement déployé, en ce que la poulie de câble est pourvue d'un évidement qui reçoit par complémentarité de forme cet élément de verrouillage (broche de verrouillage) lors du passage de l'état partiellement déployé à l'état complètement déployé ainsi qu'ensuite, et en ce que qu'elle présente par rapport à l'autre poulie de câble qui y est reliée un rapport de diamètre qui provoque lors du déploiement complet des panneaux intérieurs (180 ) une rotation de la poulie de câble, d'un angle qui est supérieur de la valeur d'un angle d'avance (a), à l'angle de rotation du panneau extérieur depuis le déploiement partiel jusqu'au déploiement complet. L'articulation travaille avec deux éléments de verrouillage indépendants, parmi lesquels l'un sert à titre primaire au verrouillage à l'état complètement déployé, l'autre à titre primaire au couplage à la commande par câble. Les deux éléments de verrouillage coopèrent lors du verrouillage à l'état partiellement déployé, chacun limitant le mouvement dans une direction. Suivant un mode de réalisation préféré de l'articulation selon l'invention: le premier élément de verrouillage est réalisé sous forme de I 5 levier de verrouillage pivotant avec un axe de pivotement (boulon à excentrique) parallèle à l'axe d'articulation (boulon d'axe) et avec une broche cylindrique servant de partie de butée, l'élément de verrouillage étant précontraint élastiquement (couple M) en direction de l'axe d'articulation, 2 0 le deuxième élément de verrouillage est réalisé sous forme d'une broche de verrouillage mobile longitudinalement, parallèle à l'axe, présentant un épaulement de butée à sa tête qui est précontrainte élastiquement (ressort) vers la poulie de câble, les surfaces de butée pour la broche sont orientées axialement et approximativement radialement et sont adaptées dans leur contour à la forme et au mouvement de pivotement de la broche, la broche étant soutenue radialement devant la surface de butée et entre les surfaces de butée par des pistes de glissement cylindriques, la surface de butée latérale pour la tête de la broche de verrouillage est réalisée sous forme d'.un trou de diamètre très légèrement plus grand que ce de ladite broche, le trou forme une extrémité d'une boutonnière dans laquelle se déplace la tige de la broche de verrouillage lors du déploiement partiel, et 1 0 l'évidement prévu dans la poulie de câble pour la broche de verrouillage est réalisé sous forme d'un.trou d'un diamètre très légèrement plus grand que le diamètre de tige de la broche. Suivant un eautre caractéristique, l'axe de pivotement du levier de verrouillage est réalisé sous forme de boulon à i 5 excentrique et est réglable angulairement par rapport à la première demi-articulation (tête à quatre pans) et susceptible d'être fixé dans la position angulaire (écrou), et les demi-articulations sont reliées par une articulation à rotule. L'invention est expliquée ci-dessous en détail à l'aide de l'exemple de réalisation représenté sur les dessins montrant dans une représentation simplifiée: En Fig. 1 une coupe à angle droit par rapport à l'axe 2 5 d'articulation, à travers l'articulation à rotule reliant les demi-articulations, 2627 1 5 0 en Fig. 2 une coupe selon B-B de la Fig. 1. Dans les Fig. 1 et 2, les demi-articulations 2,3 de l'articulation i sont reliées ensemble par une articulation à rotule 6 ( 3 degrés de liberté, mouvements de rotation autour de tous les axes d'un système de coordonnées orthogonales). Pour déterminer maintenant un axe de pivotement défini ( un degré de liberté, mouvement de rotation autour d'un axe) entre le panneau extérieur 36 et le panneau intérieur suivant, non représenté, il est nécessaire de disposer à distance axiale de l'articulation 1 1 0 représentée, au moins une articulation à rotule supplémentaire ne devant présenter ni un mécanisme de verrouillage, ni une commande par cAble. L'utisilation d'une articulation à rotule présente l'avantage de ce que l'on peut dans une large mesure éviter des efforts ou contraintes sur les structures à relier, par suite de 1 5 défauts de fabrication ou de montage, de déformations etc, en particulier dans le cas de montages isostatiques ( 1 appui fixe, 1 appui libre). Les Figures 1 et 2 représentent l'état partiellement déployé du panneau extérieur 36, c'est-à-dire que les demi-articulations 2,3 forment approximativement un angle droit (voir Fig. 1). Pour obtenir l'état représenté, il est nécessaire que le panneau extérieur 36, reposant à l'origine à plat sur les autres panneaux intérieurs du générateur solaire, soit libéré par-le ou les dispositif(s) de maintien primaire(s) et amené par pivotement dans 2 5 la' position partiellement déployée, au moyen d'accumulateurs d'énergie élastiques ou de la force d'un moteur. Ce déploiement 26 2 7 1 5 0 partiel s'effectue de préférence au moyen de ressorts situés dans les articulations de liaison, par exemple dans l'articulation 1 (ressort non représenté). La commande par câble en boucle fermée (CCL) n'entre alors pas encore en action. Le verrouillage à l'état partiellement déployé s'effectue au moyen de deux éléments, à savoir le levier de verrouillage 7 et la broche de verrouillage 14. Le levier de verrouillage 7 est pivotant autour d'un axe qui est réalisé sous forme de boulon à excentrique 9, pour des raisons d'aptitude au réglage. Le réglage s'effectue par rotation du 1 0 boulon à excentrique 9 par rapport à la demi-articulation 2, par action sur la tête à quatre pans 10. En position correcte (verrouillage sans jeu), le boulon à excentrique 9 est fixé bloqué en rotation par serrage de l'écrou 11 sur la rondelle 12, contre la demi-articulation 2. Pour des raisons de fabrication ( mêmes diamètres d'alésage), le boulon à excentrique 9 est monté sur le plus petit diamètre dans une douille 13. Le levier de verrouillage 7 possède comme élément fonctionnel un boulon cylindrique 8 et est par exemple précontraint avec un ressort ( non représenté) en direction de l'axe d'articulation. Cette sollicitation élastique est symboliquement indiquée sur la Fig. 1 par la flèche représentative d'un couple M. La broche de verrouillage 14 possède une tête 15 avec un épaulement de butée 16, ainsi qu'une tige 17 de plus petit diamètre. Elle est montée mobile longitudinalement dans la demi-articulation 2, ainsi que dans le support de poulie 5 rigidement relié à la demi-articulation, et précontrainte en direction de la poulie de cable 4 au moyen du ressort 18. La 26 2 7 1 5 0 transmission de la force du ressort 18 à la tige 17 s'effectue par une rondelle 19 et un jonc d'arrêt 20. A l'état replié des panneaux, ainsi qu'au passage à l'état partiellement déployé, la broche de verrouillage 14 se trouve en position inefficace, sa tige se déplace dans la boutonnière 27 de la demi-articulation 3, sa tête 15 est retenue sur l'épaulement de butée 16 et glisse sur la surface 28, des deux côtés de la boutonnière 27. Le ressort 18 est alors précontraint au maximum. Lorsque l'on atteint la position partiellement déployée, la tête de broche 15 tombe dans le trou 26 de la demi-articulation 3, l'extrémité bombée- de la tige porte contre la surface de butée 35 de la poulie-de câble 4. La tête de broche 15, en coopérant avec le trou 26 contre lequel elle appuie d'un côté,- empêche ainsi un déploiement supplémentaire. La broche 8 du levier de verrouillage 7 glisse, lors du passage à l'état partiellement déployé, sur la piste de glissement 24 cylindrique et tombe devant la surface de butée 21 réalisée sous forme de gradin. On empêche de cette manière un rebondissement de la demi-articulation 2 avec le panneau extérieur 36 ( verrou anti-retour). Les pièces 8, 21, 15 et 26 forment ainsi dans les deux sens de pivotement un verrouillage par complémentarité de forme, qui peut être réglé sans jeu au moyen du boulon à excentrique 9. Pour pousuivre le déploiement, il est nécessaire que les panneaux intérieurs encore repliés soient libérés par le ou les dispositif(s) de maintien secondaire(s) et actionnés à l'aide d'un entrainement. De ce fait, la commande par câble en boucle fermée (CCL) entre également en action, son élément extérieur étant la poulie de câble 4 sur l'articulation 1. La poulie de câble 4 est montée tournante sur le support de poulie 5, qui forme en même temps une butée axiale unilatérale. La rondelle 32 forme la contre-butée correspondante. La poulie de câble 4 est réunie en une unité rigide avec la demi-articulation 2, y compris la rotule de l'articulation à rotule 6, au moyen du boulon d'axe 30, de la douille d'écartement 33, de la rondelle d'écartement 34, de l'écrou 31, ainsi que de l'assemblage par vis sous forme de boulon 1 0 & excentrique 9. Lors du déploiement du panneau intérieur, la poulie de câble 4 est tournée de l'angle d'avance a par rapport à l'articulation 1 partiellement déployée, jusqu'à ce que le trou 29 situé dans la poulie de câble 4 soit aligné avec la tige 17 de la broche de verrouillage 14. Du fait du ressort 18 demeurant encore précontraint, la tige 17 est poussée dans le trou 29 légèrement plus grandi la tête de broche 15 se libérant du tour 26 de la demi-articulation 3. De ce fait, la demi-articulation 2 est reliée par complémentarité de forme à la poulie de câble 4, le déploiement complet du panneau extérieur 36 s'effectuant ainsi de manière contrôlée par la commande par câble. La broche 8 du levier de verrouillage 7 se déplace Alors sur la piste de glissement 25 et tombe & l'état complètement déployé - en étant sollicité par ressort - entre les surfaces de butée 22 et 23. De cette manière, 2 5 l'articulation 1 est à nouveau verrouillée par complémentarité de forme, à l'état complètement déployé, allongé. Le diamètre efficace de la poulie de câble 4 est accordé à celui de la poulie de câble reliée à celle-ci, disposée sur un panneau intérieur, de sorte que le déploiement complet relatif d'environ 180 provoque une rotation de la poulie de câble 4 d'environ 90 (angle compris entre déploiement partiel et déploiement complet) + l'angle d'avance a, qui s'élève à cette occasion par exemple à environ 20 . 2 6 2 7 1 5 0 REVENDICATIONS 1. Articulation pour le déploiement partiel et le déploiement complet du panneau solaire extérieur d'un générateur solaire composé de plusieurs panneaux articulés, disposé sur un engin spatial, dont le déploiement est commandé de manière forcée par des câbles en boucle fermée, le panneau extérieur étant maintenu avant le déploiement par des dispositifs de maintien primaires, les autres panneaux intérieurs étant maintenus à l'état partiellement déployé du panneau extérieur par au moins un dispositif de maintien secondaire, cette articulation comprenant une première demi-articulation reliée au panneau extérieur, une deuxième demiarticulation reliée au panneau intérieur suivant, un 1 5 axe reliant les demi-articulations de manière à leur permettre de pivoter, ainsi qu'une poulie de câble montée tournante sur l'axe, et étant caractérisée en ce que deux éléments de verrouillage élastiques ou sollicités par ressort (levier de verrouillage 7, broche de verrouillage 14) sont montés dans la première demi-articulation (2), en ce que la deuxième demi-articulation (3) présente plusieurs surfaces de butée (21,22,23, trou 26), dont l'une (21) est opposée côté arrière (verrou d'arrêt) à la partie de butée (broche 8) du premier élément de verrouillage (levier de verrouillage 7) à l'état partiellement déployé, dont deux (22,23) fixent la partie de butée (broche 8) par complémentarité de forme, à l'état complètement déployé, et dont l'une (trou 26) bloque à l'état partiellement déployé le deuxième élément de verrouillage (broche de verrouillage 14) dans le sens du déploiement, en ce que la deuxième demi-articulation (3) possède une surface (28) qui maintient cet élément de verrouillage en position inefficace jusqu'à ce que soit atteint l'état partiellement déployé, en ce que la poulie de câble (4) présente une surface d'appui 1 0 (35) pour le deuxième élément de verrouillage (broche de verrouillage 14) à l'état partiellement déployé, en ce que la poulie de câble (4) est pourvue d'un évidement (trou 29) qui reçoit par complémentarité de forme cet élément de verrouillage (broche de verrouillage 14) lors du passage de l'état partiellement déployé à l'état complètement.déployé ainsi qu'ensuite, et en ce que qu'elle présente par rapport à l'autre poulie de câble qui y est reliée un rapport de diamètre qui provoque lors du déploiement complet des panneaux intérieurs (180 ) une rotation de la poulie de cable (4), d'un angle qui est supérieur de la valeur d'un angle d'avance (a), à l'angle de rotation du pannieau extérieur (36) depuis le déploiement partiel jusqu'au déploiement complet. 2. Articulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier élément de verrouillage est réalisé sous forme de levier de verrouillage (7) pivotant avec un axe de 26 2 7 1 5 0 pivotement (boulon à excentrique 9) parallèle à l'axe d'articulation (boulon d'axe 30) et avec une broche cylindrique (8) servant de partie de butée, l'élément de verrouillage (7) étant précontraint élastiquement (couple M) en direction de l'axe d'articulation, en ce que le deuxième élément de verrouillage est réalisé sous forme d'une broche de verrouillage (14) mobile longitudinalement, parallèle à l'axe, présentant un épaulement de butée (16) à sa tête (15) qui est précontrainte élastiquement (ressort 18) vers la poulie de câble (4), en ce que les surfaces de butée (21,22,23) pour la broche (8) sont orientées axialement et approximativement radialement et sont adaptées dans leur contour à la forme et au mouvement de pivotement de la broche (8), la broche (8) étant soutenue 1 5 radialement devant la surface de butée (21) et entre les surfaces de butée (21,22) par des pistes de glissement (24,25) cylindriques, en ce que la surface de butée latérale pour la tête (15) de la broche de verrouillage (14) est réalisée sous forme d'un trou (26) de diamètre très légèrement plus grand que ce de ladite broche, en ce que le trou (26) forme une extrémité d'une boutonnière (27) dans laquelle se déplace la tige (17) de la broche de verrouillage (14) lors du déploiement partiel, et en ce que l'évidement prévu dans la poulie de câble (4) pour la broche de verrouillage (14) est réalisé sous forme d'un 2627 1 50 trou (29) d'un diamètre très légèrement plus grand que le diamètre de tige de la broche. 3. Articulation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'axe de pivotement du levier de verrouillage (27) est réalisé sous forme de boulon à excentrique (9) et est réglable angulairement par rapport à la première demi-articulation (2) (tête à quatre pans 10) et susceptible d'être fixé dans la position angulaire ( écrou 11), et en ce que les demiarticulations (2,3) sont reliées par une articulation à rotule (6).