Brevet FR2668803A1 — publié le 19920507

DISPOSITIF DE PROTECTION CONTRE LES ECLATS PRODUITS PAR UN BOULON A RUPTURE COMMANDEE L'invention concerne un dispositif de protection contre les éclats produits par un boulon à rupture commandée, du type utilisable en particulier dans des mécanismes de maintien et de largage d'antennes ou d'instruments équipant des satellites ou des engins spatiaux. Dans ces engins, les équipements à structure déployable, tels que des antennes, des supports de capteurs, des panneaux solaires, etc, qui sont relativement fragiles et encombrants, doivent être fixés à l'état replié ou rétracté sur des structures rigides pour être protégés pendant la phase de lancement des engins. A l'issue de cette phase, lorsque le satellite ou l'engin spatial est mis sur orbite, ces équipements doivent être libérés et déployés pour remplir leurs fonctions. Les boulons à rupture commandée, en général par mise à feu d'une charge pyrotechnique, sont les moyens les plus communément utilisés dans ces mécanismes pour fixer des éléments mobiles sur des éléments fixes. Ces boulons sont du type pré-contraint ou à zone de fragilisation et produisent lors de leur rupture des éclats ou des fragments métalliques à haute énergie cinétique qui sont susceptibles de provoquer des dégâts divers, tels que des court-circuits, des blocages de mécanisme, des détériorations de guides d'ondes, etc... Pour tenter de pallier ces inconvénients, on a déjà proposé de remplacer ces boulons par des câbles métalliques à torons, éventuellement pourvus d'un revêtement extérieur en matière plastique. La rupture de ces câbles produit des fragments qui sont de plus petite taille que dans le cas de la rupture des boulons métalliques mais qui sont toujours en quantité importante. De plus, les contraintes mécaniques liées à l'utilisation de ces câbles relativement flexibles limitent leurs possibilités d'utilisation. On a également proposé d'utiliser des boulons en matière synthétique, qui peuvent être coupés par fusion au moyen d'un fil conducteur chauffé par effet Joule. Cette coupe ne produit pas d'éclats ou de fragments de matière, mais provoque la vaporisation de composés organiques qui sont une cause de pollution non admissible dans un satellite ou dans un engin spatial et qui risquent notamment de se déposer sur des composants optiques. L'invention a pour but d'éviter tous les inconvénients liés dans la technique antérieure à l'utilisation de boulons à rupture commandée. Elle a pour objet un dispositif de protection contre les éclats produits par un boulon métallique à rupture commandée en particulier du type pyrotechnique, qui permette de piéger dans un espace restreint tous les éclats, fragments et débris métalliques produits par un boulon lors de sa rupture. Elle a également pour objet un dispositif de ce type, qui puisse être utilisé avec une fiabilité très élevée dans les satellites ou engins spatiaux. Elle propose, à cet effet, un dispositif de protection contre les éclats produits par un boulon à rupture commandée, du type utilisable en particulier dans des mécanismes de maintien et de largage d'antennes ou d'instruments équipant des satellites ou des engins spatiaux, et dans lesquels un élément mobile est maintenu sur un élément fixe par un boulon dont la tige traverse des moyens de rupture à commande pyrotechnique par exemple, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte de confinement entourant la tige de boulon à sa sortie des moyens de rupture et comportant des moyens élastiquement déformables dans lesquels est formé un passage traversé de façon sensiblement étanche par la tige de boulon et susceptible de s'obturer automatiquement quand la tige de boulon en sort, de façon à piéger dans l'enceinte de confinement les éclats produits par la rupture du boulon. Cette enceinte de confinement peut être formée d'une douille ou bague qui entoure la tige de boulon et qui est solidaire à sa base d'un boîtier renfermant les moyens de rupture tandis que son extrémité opposée à ce boîtier comporte les moyens élastiquement déformables précités. Une telle enceinte peut donc avoir un encombrement faible, compatible avec l'espace disponible pour son installation en liaison avec des mécanismes de maintien et de largage d'instruments sur des satellites ou des engins spatiaux. Elle permet par ailleurs d'utiliser des boulons métalliques à rupture commandée d'un type traditionnel éprouvé, tout en évitant les inconvénients liés à l'utilisation de ces boulons dans la technique antérieure. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens élastiquement déformables précités comprennent un empilement de plusieurs membranes ou diaphragmes traversés en leur centre par la tige de boulon et retenus à leur périphérie sur une paroi environnante de ladite enceinte. Ces membranes comprennent en leur centre des fentes de longueur limitée formant le passage précité, ces fentes étant par exemple au nombre de quatre et espacées de 90 les unes des autres. De préférence, ces fentes sont décalées angulairement d'une membrane à l'autre, pour améliorer l'étanchéité vis-à-vis des éclats ou fragments métalliques produits par la rupture de la tige de boulon. La matière de ces membranes élastiquement déformable est déterminée en fonction de ses conditions d'utilisation. Dans le cas des satellites ou des engins spatiaux, cette matière peut être un caoutchouc silicone ré pondant à un certain nombre de caractéristiques déterminées. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci appa raîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif selon l'invention, associé à un boulon à rupture commandée; la figure 2 est une vue en plan d'une membrane faisant partie du dispositif selon l'invention. Dans l'exemple de la figure 1, un élément mobile 10 est retenu rigidement sur une structure fixe 12 au moyen d'un boulon métallique 14 associé à des moyens de rupture comprenant par exemple une lame ou un ciseau de coupe 16 guidé perpendiculairement à l'axe du boulon 14 dans un boîtier 18 solidaire de la structure fixe 12. De façon bien connue, la mise à feu d'un charge pyrotechnique provoque le déplacement du ciseau 16 dans sa position représentée en figure 1 et la rupture de la tige du boulon 14 en deux parties dont l'une 20 reste reliée à l'élément mobile 10 qui est ainsi libéré, et dont l'autre 22 reste du côté intérieur de la structure fixe 12. La rupture du boulon métallique 14 par le ciseau produit une quantité d'éclats ou de fragments métalliques à énergie cinétique élevée, qui sont susceptibles d'être éjectés à l'extérieur du boîtier 18 et qui risquent de provoquer des dégâts divers, comme indiqué plus haut. L'invention prévoit de piéger ces éclats et fragments métalliques, au moyen d'une enceinte de confinement 24 qui entoure la tige du boulon 14 à sa sortie du boîtier 18 comprenant les moyens de rupture. Dans l'exemple représenté, cette enceinte de confinement 24 comprend une douille ou bague métallique 26 de forme cylindrique, qui est coaxiale à la tige de boulon 14 et dont la base est solidaire du boîtier 18, tandis que son extrémité opposée peut former appui de l'élément mobile 10 lorsque celui-ci est retenu par le boulon 14. L'enceinte de confinement 24 est fermée, du côté opposé au boîtier 18, par une série de membranes 28 élastiquement déformables comprenant chacune une ouverture de passage de la partie 20 de la tige de boulon reliée à l'élément mobile 10. Comme on le voit mieux en figure 2, chaque membrane 28 est de forme circulaire et comprend des fentes radiales 30, partant de son centre 32 et ayant une longueur qui est fonction du rayon de la tige de boulon 14 de telle sorte que cette tige puisse traverser sensiblement à étanchéité chaque membrane 28, sans la déchirer, et sans que la membrane gêne le déplacement de la partie 20 de la tige du boulon lors du largage et du déploiement de l'équipement dont fait partie l'élément mobile 10. Dans l'exemple représenté en figure 2, les fentes 30 sont au nombre de quatre et sont espacées angulairement de 90 les unes des autres. Les membranes 28 ont un diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre interne de la douille ou bague 26 et sont empilées à l'intérieur de celle-ci en étant séparées les unes des autres par des entretoises annulaires 34 d'épaisseur appropriée. L'empilement de membranes 28 et d'entretoises 34 est positionné à l'intérieur de la douille ou bague 26 entre deux rondelles élastiques fendues 36 d'un type classique qui sont engagées dans des gorges de la paroi cylindrique interne de la douille ou bague 26. Ce dispositif fonctionne de la façon suivante: lorsque l'élément mobile 10 est retenu sur l'élément fixe 12 par le boulon 14, les parties centrales des membranes 28 délimitées par les fentes 30 sont flé chies le long de la tige de boulon en direction du boîtier 18 comme représenté en figure 1. La distance entre la base de la douille 26 et la rondelle inférieure 36 est suffisante pour ne pas gêner la flexion de la partie centrale de la membrane inférieure 28. Dans cette position, les parties centrales des membranes sont traversées de façon à peu près étanche par la partie 20 de la tige du boulon. Par mise à feu de la charge pyrotechnique, le ciseau 16 vient couper la tige de boulon et libère l'élément mobile 10. Les éclats et fragments métalliques qui sont produits lors de la rupture de la tige de boulon sont piégés à l'intérieur de l'enceinte 24 par les membranes 28, aussi bien lorsque la partie 20 de la tige de boulon est encore engagée dans les fentes de ces membranes, que lorsqu'elle en est extraite, ces membranes se refermant automatiquement par élasticité dès qu'elles sont libérées par la tige de boulon. De préférence, les membranes 28 sont décalées angulairement les unes par rapport aux autres autour de l'axe de la douille ou bague 26 de telle sorte que leurs fentes ne soient pas alignées d'une membrane à l'autre. Les membranes 28 sont réalisées par exemple en un caoutchouc silicone ayant une élasticité élevée et un faible coefficient de friction sur la tige de boulon, pour ne pas gêner le mouvement de celle-ci. Lorsque des dispositifs selon 1 invention sont utilisés dans des satellites ou des engins spatiaux, la matière des membranes est choisie pour satisfaire à un certain nombre de critères - les membranes doivent pouvoir rester dans un état de déformation élastique (correspondant au passage de la tige de boulon à travers elles) pendant une durée relativement importante qui peut atteindre un an, sans détérioration de leurs caractéristiques, - elles doivent pouvoir être utilisées à des températures très basses (jusqu'à -50 C environ), - leurs caractéristiques mécaniques et leur comportement en friction doivent être compatibles avec les caractéristiques de fonctionnement des mécanismes de largage, - elles ne doivent pas produire ou libérer par dégazage des composés condensables susceptibles de polluer l'environnement (par dépôt sur des composants optiques par exemple), - elles doivent être compatibles avec les autres matières avec lesquelles elles sont en contact (notamment pas de corrosion ou d'interaction chimique avec le métal du boulon). Des tests systématiques ont révélé qu'une matière particulièrement adaptée à l'usage de ces membranes dans l'industrie aérospatiale est le caoutchouc silicone commercialisé sous la dénomination ERIKA. La capacité de dégazage de cette matière peut être réduite par passage dans une étuve à 200 C pendant vingt-quatre heures environ. Des essais dans des conditions extrêmes de température et de pression ont permis de vérifier le bon fonctionnement et la fiabilité du dispositif selon l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection contre les éclats produits par un boulon à rupture commandée, du type utilisable en particulier dans des mécanismes de maintien et de largage d'antennes ou d'instruments équipant des satellites ou des engins spatiaux, et dans lesquels un élément mobile (10) est maintenu sur un élément fixe (12) par un boulon dont la tige traverse des moyens (18) de rupture du type à commande pyrotechnique par exemple, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte de confinement (24) entourant la tige de boulon à sa sortie des moyens de rupture (18) et comportant des moyens (28) élastiquement déformables dans lesquels est formé un passage traversé de façon sensiblement étanche par la tige de boulon et susceptible de s'obturer automatiquement quand la tige de boulon en sort, de façon à piéger dans l'enceinte de confinement (24) les éclats produits par la rupture du boulon (14). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens élastiquement déformables comprennent un empilement de plusieurs membranes ou diaphragmes (28) traversés en leur centre par la tige de boulon et retenus à leur périphérie sur une paroi environnante de ladite enceinte. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les membranes (28) comprennent en leur centre des fentes (30) de longueur limitée formant le passage précité, ces fentes étant par exemple au nombre de quatre et espacées de 90 les unes par rapport aux autres. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les fentes des membranes (28) sont décalées angulairement d'une membrane à l'autre. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les membranes (28) sont séparées les unes des autres à leur périphérie par des entre toises (34). 6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'empilement de membranes est maintenu entre des rondelles élastiques fendues (36) engagées dans des gorges de la paroi environnante précitée de l'enceinte (24). 7. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les membranes (28) sont en caoutchouc silicone à élasticité élevée et à coefficient de frottement faible sur la tige de boulon (14). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enceinte de confinement (24) est formée d'une douille ou bague (26) qui entoure la tige de boulon (14) et qui est solidaire à sa base d'un boîtier (18) contenant les moyens de rupture (16), tandis que son extrémité opposée à ce boîtier comporte les moyens élastiquement déformables (28) précités.