Brevet FR2711765A1 — publié le 19950505

DISPOSITIF DE SUSPENSION POUR UN SYSTEME DESTINE A ETRE PLACE EN IMPESANTEUR La présente invention concerne le domaine technique de la filtration, de l'absorption ou de l'amortissement des vibrations créées par divers équipements ou appareillages d'un satellite artificiel au sens général. L'invention vise, plus particulièrement, les moyens de filtration, d'absorption ou d'amortissement des vibrations, agissant lorsque le satellite artificiel est placé en état d'impesanteur. Les satellites sont équipés de systèmes de volants d'inertie adaptés pour créer des impulsions de couple sur les satellites en vue d'ajuster leur orientation vers la terre. De tels systèmes tournent en permanence à vitesse variable et créent des impulsions de couple par une accélération ou un freinage du rotor. Il s'ensuit qu'un tel rotor génère des vibrations, en particulier, de balourd s'exerçant principalement dans le plan perpendiculaire à l'axe de rotation. De telles vibrations, même de faible intensité, suffisent à perturber les divers équipements et appareillages installés sur le satellite, tels que notamment les instruments d'observation extrêmement précis. I1 a été ainsi constaté que les niveaux de vibrations en orbite dépassent les niveaux jugés comme tolérables pour les instruments d'observation les plus résolvants, de sorte que la performance effective des satellites d'observation est réduite. Pour tenter de remédier à ce problème, il est envisagé d'introduire, entre le système de volants d'inertie et la structure du satellite, une suspension très souple dans le plan perpendiculaire à l'axe de rotation. La mise en oeuvre d'une telle suspension a pour effet, aussi, de filtrer les variations du couple giratoire. I1 convient donc de disposer d'une suspension assez raide pour transmettre les couples requis, ce qui rend ces suspensions peu efficaces pour atténuer les vibrations de balourd. Il a été proposé, également, par la demande de brevet européen EP 0 538 811 un dispositif d'amortissement réalisé sous la forme de plots associés chacun à un ressort et à une capacité de fluide communiquant entre-eux. Une telle solution s'avère relativement complexe à réaliser et constitue un équipement lourd et encombrant pour assurer le filtrage des vibrations à basse fréquence. I1 apparaît donc le besoin de pouvoir disposer de dispositifs de suspension adaptés pour filtrer les vibrations créées par une ou plusieurs sources, afin de protéger les divers équipements ou appareillages sensibles aux vibrations, de tels dispositifs devant, d'une part, présenter une taille réduite même pour filtrer des fréquences basses et, d'autre part, assurer conjointement une filtration des vibrations dans certaines directions d'excitation préférentielles et un positionnement précis dans les autres directions. La présente invention vise donc à satisfaire le besoin exprimé ci-dessus en proposant un dispositif de suspension pour, en état d'impesanteur, isoler un équipement générant des vibrations ou protéger des vibrations un système, le dispositif permettant de filtrer sélectivement les vibrations tout en présentant un encombrement réduit et un fort amortissement. La présente invention vise, également, à proposer un dispositif de suspension capable de filtrer les vibrations, tout en permettant la transmission d'un couple moteur important. Pour atteindre les objectifs ci-dessus, le dispositif de suspension comporte une structure d'amortissement des vibrations, interposée entre une source de vibrations et un système à protéger des vibrations, l'ensemble constitué par le dispositif, la source de vibrations et le système étant destiné à être placé en impesanteur. Selon l'invention, le dispositif comporte - une structure assurant un amortissement et un découplage des vibrations, constituée par au moins une première glissière en élastomère permettant de filtrer les vibrations selon un plan privilégié et composée d'au moins deux paires de lamelles, les lamelles étant réalisées en élastomère en étant parallèles entre-elles et au plan privilégié et disposées, dans chacune des paires, symétriquement par rapport au plan privilégié, - et un dispositif de verrouillage de la structure de découplage et d'amortissement, interposé entre la source de vibrations et le système, et adapté pour être déverrouillé lorsque l'ensemble est placé en impesanteur, afin de permettre à la glissière d'assurer sa fonction de filtration des vibrations. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La Fig. 1 est une vue schématique en perspective montrant une première variante de réalisation d'un dispositif de suspension selon l'invention. La Fig. 2 est une vue en coupe transversale montrant un détail caractéristique de l'invention. La Fig. 3 est une vue schématique en perspective montrant une autre variante de réalisation de l'invention. La Fig. 1 illustre un dispositif de suspension conforme à l'invention, comportant une structure 1 d'amortissement des vibrations, interposée entre une source de vibrations 2 et un système 3 à protéger des vibrations. La source de vibrations 2 et le système 3 font partie d'un satellite artificiel au sens général. Dans l'exemple illustré à la Fig. 1, la source 2 présente la caractéristique de générer des vibrations selon un axe privilégié x et peut être constituée, par exemple, par un organe moteur linéaire, tandis que le système à protéger peut constituer divers appareils ou appareillages équipant un satellite artificiel et pour lesquels un fonctionnement optimum nécessite une absence de vibrations. La structure d'amortissement 1 selon l'invention est constituée, dans l'exemple illustré à la Fig. 1, par une glissière 4 de filtration des vibrations selon le plan xoz, composée d'au moins quatre patins ou lamelles 51 à 54 réalisés en un matériau élastomère. Dans l'exemple illustré, chaque lamelle 5 se présente sous la forme d'un volume parallélépipèdique d'épaisseur e présentant deux faces principales Sa, 5b opposées parallèles, de largeur 1 et de longueur L. Bien entendu, il peut être envisagé que les lamelles présentent des formes différentes. D'une manière générale, il doit être considéré que chaque lamelle présente un caractère souple et une petite taille, car la lamelle n'a pas à supporter le poids de la source de vibration. D'une manière préférée, l'épaisseur~ de chaque lamelle 5 est choisie de manière que le rapport de la plus faible mesure de sa face principale Sa, 5b sur son épaisseur e est supérieur ou égal à 4. A titre d'exemple, il peut être prévu que l'épaisseur e se trouve comprise entre 0,5 et 3 mm et, de préférence, de l'ordre de 1 mm, tandis que la largeur se trouve comprise entre 2 et 10 mm et, de préférence, de l'ordre de 5 mm. De préférence, les lamelles 5 sont réalisées en élastomère silicone, peu sensible aux variations de température et aux rayonnements extra-atmosphériques et choisi pour son fort amortissement aux fréquences en jeu. Les lamelles 5 à 54 sont groupées par paires et sont disposées de manière que les deux lamelles 51-52 et 53-54 d'une même paire sont antagonistes l'une par rapport à l'autre. Les lamelles 5, à 54 sont disposées parallèlement entre-elles et au plan xoz. Les faces Sa et 5b des lamelles s'étendent ainsi parallèlement au plan xoz. Les lamelles 51-52 et 53-54 d'une même paire se trouvent disposées symétriquement par rapport au plan xoz. Par ailleurs, les lamelles 51-52 et 53-54, dans chacune des paires, sont écartées d'une mesure identique. Les lamelles 5 se trouvent fixées par tous moyens appropriés par leur face principale 5a sur une surface complémentaire présentée par le système 3, tandis que la face opposée 5b des lamelles est fixée sur une surface complémentaire aménagée sur la source 2. Sous l'effet des vibrations s'exerçant selon le plan xoz, les lamelles 5 travaillent en cisaillement et se trouvent animées de mouvements alternatifs de faible amplitude. Ces lamelles forment en quelque sorte une glissière assurant l'absorption des vibrations suivant le plan xoz tout en assurant, dans les autres directions, un positionnement précis relatif du système par rapport à la source (2). Les lamelles 5 cumulent ainsi les fonctions de découplage et d'amortissement et présentent une relative faible taille, même pour assurer les filtrations des vibrations à basses fréquences, puisqu'elles n'ont pas à supporter le poids de la source. La petite taille des lamelles 5 minimise les risques de pollution des appareils environnants du fait du dégazage de l'élastomère. Il est à noter, également, que la disposition des lamelles 5 antagonistes par paires permet de leur appliquer une précontrainte statique, en vue de déplacer leur point de fonctionnement dans un domaine où leur comportement dynamique est optimal. Cette précontrainte entraîne une variation des caractéristiques dynamiques, telles que la raideur et le coefficient de surtension du dispositif suivant les différents dégrés de liberté. Le dispositif d'amortissement selon l'invention comporte, également, un dispositif 8 de verrouillage de la glissière d'amortissement 4. Le dispositif de verrouillage 8 est interposé entre la source de vibrations 2 et le système 3 et se trouve adapté pour être déverrouillé uniquement lorsque le satellite est placé en impesanteur. Le système de verrouillage 8 permet ainsi d'éviter aux lamelles 5 de travailler, lorsque le satellite est placé en état de pesanteur. Par exemple, le dispositif de verrouillage 8 peut être déverrouillé par l'explosion d'une charge pyrotechnique entraînant la désolidarisation directe de la source 2 par rapport au système 3, une fois le satellite placé en orbite et qu'il n'est plus nécessaire de protéger les lamelles de la surcharge imposée par le poids de la source de vibrations. Selon une caractéristique avantageuse, illustrée plus précisément à la Fig. 2, chaque lamelle 5 est associée à des moyens de butée 9 assurant un appui direct entre le système 3 et la source de vibrations 2, en cas de rupture d'une lamelle 5 correspondante. Les moyens de butée 9 sont formés, par exemple, par l'intermédiaire de semelles de butée 10 ménagées sur la source 2 et s'établissant de part et d'autre d'une semelle dans le plan xoz pour venir surplomber chacune une surface d'appui 1 1 aménagée sur le système 3. Les moyens de butée 9 peuvent être revêtus eux-mêmes d'élastomère pour amortir les chocs en cas d'avarie. Dans une forme préférée de réalisation illustrée à la Fig. 3, le dispositif d'amortissement selon l'invention est destiné à assurer la filtration des vibrations apparaissant selon le plan xoz et un plan privilégié yoz perpendiculaire au plan xoz. Selon cette variante, la structure d'amortissement 1 selon l'invention comporte une deuxième glissière 12 en élastomère présentant les mêmes caractéristiques que la première glissière 4, mais disposée de manière à amortir les vibrations dans un plan perpendiculaire. Aussi, cette seconde glissière 12 comporte au moins quatre lamelles 13l à 134 réalisées en un matériau élastomère. Les lamelles 13 sont groupées par paires et sont disposées de manière que les deux lamelles 13la132 et 133-134 de chaque paire sont antagonistes l'une par rapport à l'autre. Les lamelles 13l à 134 sont disposées parallèlement entre-elles et au plan xoz. Les lamelles 13la132 et 133-134 d'une même paire sont disposées symétriquement par rapport au plan yoz. Par ailleurs, les lamelles 13la132 et 133-134, dans chacune des paires, sont écartées d'une mesure identique. Les lamelles 13 se trouvent fixées, par l'une de leur face principale, sur une surface complémentaire aménagée sur la source de vibrations 2 et, par leur face principale opposée, sur une pièce intermédiaire 14. Cette pièce 14 est destinée à être reliée au système 3 par l'intermédiaire des lamelles 5 disposées comme expliqué précédemment. Les lamelles 13 travaillent en cisaillement afin de filtrer les vibrations selon le plan yoz. Cette variante de réalisation illustrée à la Fig. 3, permet de disposer d'un dispositif d'amortissement formé de deux glissières élastomériques disposées en série, travaillant chacune dans un plan privilégié. Il est ainsi possible, dans le cas où la source 2 constitue le système à volants d'inertie, d'assurer un filtrage efficace et symétrique, dans le plan de pose xoy du satellite, des vibrations créées par le système 2. Par ailleurs, la mise en oeuvre d'une pièce intermédiaire 14, qui présente une grande rigidité relativement à la souplesse de l'élastomère, permet de relier ensemble les glissières orthogonales 4 et 12 autorisant ainsi une bonne transmission des couples moteurs créés par le système 2. Dans le même sens, l'utilisation de lamelles 5 et 13 de petite taille crée, outre l'effet sélectif du filtrage des vibrations de translation et de bonne transmission des variations de couple du volant, un effet non linéaire qui permet de raidir le dispositif pour la transmission des couples les plus importants. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Dispositif de suspension comportant une structure (1) d'amortissement des vibrations, interposée entre une source de vibrations (2) et un système (3) à protéger des vibrations, l'ensemble constitué par la structure (1), la source de vibration (2) et le système (3) étant destiné à être placé en impesanteur caractérisé en ce qu'il comporte - une structure (1) assurant un amortissement et un découplage des vibrations, constituée par au moins une première glissière (4) en élastomère permettant de filtrer les vibrations selon un plan privilégié (xoz) et composée d'au moins deux paires de lamelles (51 à 54), les lamelles étant réalisées en élastomère en étant parallèles entre-elles et au plan privilégié (xoz) et disposées, dans chacune des paires, symétriquement par rapport au plan privilégié, - et un dispositif (8) de verrouillage de la structure de découplage et d'amortissement (1), interposé entre la source de vibrations (2) et le système (3), et adapté pour être déverrouillé lorsque l'ensemble est placé en impesanteur, afin de permettre à la glissière d'assurer sa fonction de filtration des vibrations. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure d'amortissement (1) comporte une deuxième glissière (12) en élastomère de filtration des vibrations, selon un deuxième plan privilégié (yoz) perpendiculaire au plan (xoz), selon lequel agit la première glissière (4), la deuxième glissière (12) étant composée d'au moins quatre lamelles (13l à 134) formant deux paires et réalisées en élastomère en s'étendant parallèlement entre-elles et au deuxième plan et disposées, dans chacune des paires, symétriquement par rapport au deuxième plan privilégié. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les lamelles (5 ou 13) de l'une des glissières sont interposées entre le système (3) et une pièce intermédiaire (14), tandis que les lamelles (13 ou 5) de l'autre des glissières sont interposées entre la pièce intermédiaire (14) et la source de vibration (2). 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pièce intermédiaire présente une grande rigidité par rapport à la souplesse présentée par es lamelles en élastomère. 5 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les lamelles (51-52, 53-54, 13la132, 133-134), dans chacune des paires, sont écartées d'une mesure identique. 6 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque lamelle (5, 13) présente un caractère souple et une taille correspondant à une épaisseur O comprise entre 0,5 et 3 mm et une largeur (X) comprise entre 2 et 10 mm. 7 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque lamelle (5, 13) présente une épaisseur telle que le rapport de sa plus faible mesure de sa face principale sur son épaisseur est supérieur ou égal à 4. 8 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque lamelle (5, 13) est associée à des moyens de butée (9) assurant un appui direct entre le système (3) et la source (2), en cas de rupture d'une lamelle correspondante. 9 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les lamelles (5, 13) sont réalisées en un élastomère, par exemple de la famille des silicones, adapté pour être fortement amortissant et relativement peu sensible aux variations de température et aux rayonnements extra-atmosphériques. 10 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les lamelles (5, 13) sont soumises à une précontrainte statique, en vue de déplacer leur point de fonctionnement dans un domaine où leur comportement dynamique est optimal.