Brevet FR2625809A1 — publié le 19890713

DISPOSITIF POUR ANNULER LES FORCES AERODYNAMIQUES SUR UN CORPS EN ROTATION, ET APPLICATION A L'EQUILIBRAGE DYNAMIQUE DESCRIPTION La présente invention a pour objet un dispositif conçu pour annuler les forces aérodynamiques s'exerçant sur un corps non symétrique en rotation autour d'un axe fixe avec pour application principale l'équilibrage dynamique des- satellites artificiels. L'équilibrage dynamique d'un corps en rotation autour d'un axe consiste à modifier la répartition des masses dans ce corps afin, soit d'annuler les efforts alternatifs sur les paliers de l'axe si celui-ci est matérialisé (Moteur électrique, gyroscope, turbine), soit de rendre sa rotation libre, stable autour de cet axe (toupie, satellite). Cette modification de la répartition des masses se fait par retrait de matière (moteur électrique, gyroscope) ou ajout de masses d'équilibrage (satellite). Un corps est stable en rotation autour de ses axes d'inertie principaux extremum. L'équilibrage dynamique a pour objectif d'amener en concordance un axe donné du corps et un des axes principaux d'inertie. L'équilibrage dynamique a pour corollaire obligé l'équilibrage statique. La caractérisation d'un corps en rotation autour d'un axe est effectuée au moyen d'une machine à équilibrer composée d'un arbre tournant lié d'une part rigidement au corps à caractériser et, d'autre part, au moyen de capteurs de force à une structure infiniment rigide et stable. Les informations issues de cescapteurs de force permettent de mesurer les forces générées par le corps en rotation autour d'un axe obligé. Ces valeurs d'efforts associées aux paramètres de vitesse angulaire et géométrique du corps permettent de localiser et de quantifier les masses à enlever ou à ajouter au corps pour l'équilibrer, c'est-à-dire annuler les efforts mesurés par la machine à équiLibrer. Les efforts engendrés par un corps en rotation étant proportionnels au carré de la vitesse de rotation, les mesures doivent être effectuées à la vitesse maximale compatible avec. la rigidité et la tenue mécanique du corps en rotation. L'équilibrage dynamique des satellites est une activité spécifique caractérisée par l'utilisation d'une machine à équilibrer à axe vertical, une vitesse de rotation faible (30 à tours/min) et une précision de mesure importante. Les satellites actuels se caractérisent par une forme extérieure comportant de nombreuses excroissances (antennes, réflecteurs, sources) engendrant en rotation des forces aérodynamiques importantes prises en compte par la machine à équilibrer comme des masses fictives faussant les mesures et interdisant, de ce fait, un équilibrage correct de ces satellites. La méthode habituelle pour résoudre ce problème consiste à effectuer les mesures dans le vide, ce qui nécessite une cloche étanche entourant l'ensemble machine à équilibrer et satellite, et l'installation de pompage associée. La présente invention qui offre une solution à ce problème, permet d'effectuer l'équilibrage dynamique des satellites non symétriques par mise en rotation synchrone de l'air au moyen d'une enceinte à symétrie axiale d'axe confondu avec l'axe de rotation du satellite et tournant en synchronisme avec lui. Le dispositif faisant l'objet de la présente invention comprend donc essentiellement une cloche entourant le corps en rotation, la cloche tournant concentriquement à l'axe fixe autour duquel le corps tourne. La cloche peut consister en une structure de révolution liée à un cadre circulaire mobile reposant sur un cadre circulaire fixe par l'intermédiaire d'éléments roulants. Un dispositif permet d'entraîner en rotation ce cadre mobile en synchronisme avec l'axe de la machine à équilibrer. La synchronisation peut être électrique par moteur asservi ou mécanique par liaison avec Le moteur de la machine à équilibrer. La cloche peut avantageusement être munie, à sa périphérie interne, d'ailettes radiales qui entraînent L'air de l'enceinte que la cLoche délimite. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non.Limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente une vue générale de l'invention et les figures 2 et 3 représentent deux détails correspondant à deux réalisations distinctes. Sur la figure 1, on note en I une machine à équilibrer à axe de rotation vertical 2 entraîné par un moteur électrique 5 et un corps à équilibrer 3 fixé sur le plateau 4. La machine à équilibrer 1 est liée rigidement au sol 6. Un cadre circulaire 7 lié rigidement au sol 6 concentriquement à l'axe 2 porte une série de galets 8 d'axes 22 horizontaux et radiaux et une série de galets 9 d'axes 23 verticaux destinés à maintenir un cadre mobile 10 horizontal et concentrique à l'axe 2. Le cadre mobile 10 est entraîné en rotation au moyen d'un moteur électrique asservi 11 qui entraîne au moins un galet horizontal moteur 8' dont l'axe 22' correspond à l'arbre de sortie du moteur 11. Les autres galets horizontaux 8 sont des galets porteurs du cadre mobile 10. On peut également envisager, en alternative, de supprimer le moteur 11 et d'entraîner le cadre mobile 10 à l'aide d'une barre horizontale 12 reliée au moteur 5 de la machine à équilibrer 1 et à l'axe vertical 2 par un renvoi d'angle à pignons coniques 24 sous le moteur 5. La barre 12 est alors- couplée à l'axe 22' du galet moteur 8'. Les figures 2 et 3 représentent mieux ces deux solutions. Au cadre 10 est lié rigidement un cylindre 13 portant au niveau du plateau 4 un disque 14 Laissant, entre son trou central et le bord du plateau 4, le jeu minimum compatible avec le bon fonctionnement de l'ensemble. Sur le disque 14 repose, avec interposition d'un joint d'étanchéité 17, un cylindre supérieur 15 axé sur 2 et obturé à sa partie supérieure par un disque 16. La liaison mécanique entre les cylindres 13, 15 et le disque 14 est effectuée au moyen d'une série de boulons 18. Le cylindre 15 comporte sur sa périphérie interne une série d'ailettes 19 disposées verticalement et radialement destinées à entraîner l'air contenu dans l'enceinte 20 délimitée par les pièces 14, 15 et 16 et contenant le satellite 3. La mise en rotation simultanée et en synchronisme du satellite 3 et de l'ensemble de la cloche 21 essentiellement constituée par le cylindre supérieur 15, le disque 14 et le disque 16, aboutit à la mise en rotation de l'ensemble de l'air contenu dans l'enceinte 20, donc à l'annulation de la vitesse relative entre le satellite et l'air ambiant et des forces aérodynamiques correspondantes. Une variante consiste à avoir une cloche fixe de surface interne lisse, donc sans les ailettes 19, et à confier la mise en rotation de l'air dans l'enceinte 20 uniquement au satellite. La cloche 21 est alors simplement utilisée pour découpler l'air extérieur de l'air contenu dans l'enceinte 20 en confinant ce dernier. REVENDICATIONS 1. Dispositif conçu pour annuler des forces aérodynamiques s'exerçant sur un corps (3) en rotation autour d'un axe fixe (2) sous l'action d'un dispositif moteur (5), caractérisé en ce qu'il comprend une cloche (21) entourant le corps en rotation, la cloche tournant concentriquement à l'axe fixe. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cloche est une structure de révolution liée à un cadre tirculaire mobile (10) reposant sur un cadre circulaire fixe (7) par l'intermédiaire d'éléments roulants (8). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la cloche est mue par un moteur électrique (11) à une vitesse angulaire proche de la vitesse de rotation de l'objet (3). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la cloche et l'objet sont mus en rotation par un moteur unique (5) par l'intermédiaire de deux liaisons mécaniques (2, 12). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la cloche comporte des ailettes radiales internes. 6. Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes à l'équilibrage dynamique. 7. Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes à l'équilibrage dynamique d'un satellite artificiel.