Brevet FR2729724A1 — publié le 19960726

La présente invention concerne un palier pour élément d'astronef et un procédé d'absorption de la surcharge due aux vibrations et, en particulier, un palier pour élément d'astronef comprenant un piston amortisseur d'arbre de roue ou volant à inertie muni d'un dispositif d'actionnement à soufflet. L'élément d'astronef de l'art antérieur comprend un stator doté d'un axe oblong et comportant des moyens formant enroulement, un volant ou roue à inertie doté de moyens en forme d'électroaimants, un arbre supporté par le stator et supportant le volant à inertie, une cartouche de palier inférieur flottant, une cartouche de palier supérieur fixe et un bloc ou ensemble d'amortissement actionné par des moyens pyrotechniques. Un problème posé par l'élément d'astronef de l'art antérieur est que, pendant le lancement de l'astronef et de l'élément, la cartouche de palier supérieur fixe peut être endommagée par suite de la surcharge axiale due aux vibrations. La charge normale à l'axe est absorbée par les deux cartouches de paliers. La charge axiale n'est absorbée que par la cartouche de palier supérieur fixe. Les niveaux de vibration sont relativement élevés pendant le lancement et sont relativement faibles après la combustion. La pression ascensionnelle baisse et varie, de la pression ambiante au niveau du sol, de 10,27 bars (14,7 psi), jusqu'au vide poussé régnant dans l'espace. Un autre problème de l'élément d'astronef de l'art antérieur est que l'ensemble amortisseur actionné par des moyens pyrotechniques produit une quantité importante de débris et l'environnement dû à la charge de choc qu'il produit est susceptible de détériorer les paliers fabriqués avec des tolérances très strictes ainsi que les éléments sensibles situés dans les zones entourant les moyens pyrotechniques. Selon l'invention, il est prévu un élément de vaisseau spatial ou astronef-. -Cet Célément comprend un stator pourvu "4 i axe oblonq -et mi= - -a -moYens formant enroulement, un volant à inertie muni de moyens en forme d'électroaimants, un arbre supporté par le stator et supportant le volant à inertie, une première cartouche de palier inférieur flottant, une seconde cartouche de palier supérieur fixe, et des moyens formant amortisseur, actionnés par un soufflet, comprenant un piston amortisseur d'arbre et un soufflet d'actionnement du piston. On peut éviter le problème de la surcharge due aux vibrations grâce au piston amortisseur de l'arbre et au soufflet d'actionnement du piston, de même que le problème de détérioration des paliers provoqué par les débris produits par l'ensemble formant amortisseur. Selon la présente invention, il est prévu un procédé d'absorption de la surcharge due aux vibrations de l'arbre d'un ensemble de volant à inertie pour élément d'astronef pendant le lancement. Ce procédé comprend les étapes de montage d'un ensemble de palier fixe monté sur un stator de l'élément d'astronef et tourillonnant coaxialement sur un arbre de stator le long d'un axe commun, le montage d'un piston amortisseur, monté glissant sur le stator et venant en prise sur l'arbre de stator, le montage d'un couvercle placé sur l'ensemble de palier fixe et le piston amortisseur et relié au stator, le montage d'un soufflet sur l'ouverture du couvercle et soumis à une pression différentielle entre les côtés intérieur et extérieur du stator, et le montage de l'extrémité extérieure radiale du piston sur l'ensemble de soufflet, de manière que la baisse de pression exercée sur le côté extérieur du couvercle et le soufflet après le lancement écarte le piston de l'arbre de stator de manière à permettre la rotation de l'arbre de stator par rapport au stator et le retrait par le piston du support de l'arbre de stator. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisatiin de l'irweti, fait-e a titre non limitatif et en regard des dessins annexés, dans lesquels: Fig.1 est une vue en coupe d'un élément d'astronef selon la présente invention; Fig.2 est une vue agrandie d'une partie de la Fig.l; et Fig.3 est une vue en coupe, en plan, prise suivant la ligne 3-3 de la Fig.2. Comme représenté sur la Fig.l, il est prévu un élément d'astronef ou roue à réaction 10. L'élément 10 comprend un ensemble de palier 12, muni d'un axe 14, un stator ou boîtier 16 muni d'éléments supérieur et inférieur formant enroulements 18, 20, un volant à inertie 22 muni d'éléments électromagnétiques inférieur et supérieur 24, 26 et un arbre 28 sur lequel est monté l'ensemble de palier 12. L'ensemble de palier 12 comprend une cartouche 30 de palier inférieur flottant, à double chemin de roulement et une cartouche 32 de palier supérieur fixe à double chemin de roulement, ainsi qu'un ensemble amortisseur 34. La cartouche inférieure 30 est une cartouche classique. Comme représenté plus clairement sur la Fig.2, la cartouche supérieure 32 comprend une paroi périphérique 36, une paroi de fond 38, reliée à la paroi périphérique 36, et une paroi supérieure 40, reliée à la paroi périphérique 36. La cartouche supérieure 32 comprend également une cage de roulement inférieure 42 et une cage de roulement supérieure 44, disposées entre l'arbre 28 et la paroi périphérique 36. L'ensemble amortisseur 34 comprend un rotor amortisseur 48, monté rigidement sur l'arbre 28 et, comme représenté sur la Fig.3, comporte trois éléments amortisseurs 50, 52, 54. Le rotor amortisseur 48 comporte une surface évidée 56 d'amortisseur annulaire. Les éléments amortisseurs 50, 52, 54 sont disposés avec un espacement de 120 degrés entre eux. L'élément amortisseur 50 qui est un élément type et qui est identique aux éléments 52 et 54, comprend un piston d'actionnement 58 comprenant une surface 27amortlssemënt--60, - in zoitlú=r d'actionnement 62 dans lequel le piston 58 est monté glissant, ainsi qu'un porte- boitier 64. L'élément amortisseur 50 comprend également un soufflet intérieur 66 de forme cylindrique, raccordé au boîtier 62, et comporte un flasque d'extrémité 68, relié au soufflet intérieur 66. L'élément amortisseur 50 comprend également un soufflet extérieur 70 de forme cylindrique, dont une extrémité est reliée au couvercle 72 et l'autre extrémité est reliée au flasque 68, de manière à actionner le piston 58. Le flasque 68 est relié au piston 58. Le couvercle 72 est relié au stator 16 et comporte un joint d'étanchéité annulaire 74 monté en position intermédiaire. L'élément amortisseur 50 comprend un clapet de retenue 76, muni d'un orifice d'évacuation axial 78, ainsi qu'un boîtier de soupape 80, monté sur le couvercle 72. Le piston 58 et le clapet de retenue 76 sont séparés par un jeu 82. En service, le soufflet 70, constitué par un soufflet standard produit par électroformage, est exposé à l'extérieur à la pression ambiante et, à l'intérieur, au vide. Le soufflet 70 actionne le piston 58. La face du piston 60 vient en prise sur la surface annulaire du rotor 56 en trois emplacements circonférentiels uniformément espacés des éléments amortisseurs 50, 52, 54. Le rotor de l'amortisseur 48 qui dépasse du joint labyrinthe 46 à l'extrémité de la cartouche fixe 32 est monté à force sur l'arbre 28. Le soufflet intérieur 66 et le soufflet extérieur 70 sont soudés par bombardement électronique ou faisceau d'électrons sur les surfaces venant en appui, de manière à former un joint étanche entre les deux. Le boîtier de dispositif d'actionnement 62 et le support 64 forment un guide, traversé par le piston 58. Dans ce mode de réalisation, la course du dispositif d'actionnement correspond à environ 1,651 mm (65 millièmes de pouce) à la pression différentielle existante. Dans ce mode de réaliation, Le. palier supérieuz fixe 32 présente une détoriaIttvs dce wr'rie de. plu4eurs- certames Je MiLLmèLte soui - dne zha-rgqe -égale à 80 % de sa capacité om4i.-- 5Le--jeu -a!lh-iiaire piston/amortisseur maximal, déterminé à partir de la tolérance d'empilage, est inférieur à cette déformation du palier pour s'assurer que le piston amortisseur 58 supporte la charge avant que le palier 32 n'atteigne 80 % de sa capacité de charge. La charge axiale supplémentaire produite au delà de ce point d'amortissement est ensuite répartie sous forme d'un trajet de charge parallèle entre le palier 32 et le piston amortisseur 58. Le premier trajet de charge parallèle passe par l'arbre 28 pour traverser ensuite les bagues de palier 42, 44 et ensuite le stator 16. Le deuxième trajet de charge parallèle traverse l'arbre 28, puis le rotor d'amortisseur 48 et, ensuite, le piston 58, le boîtier 62 et le support 64 de chaque élément d'amortisseur 50, 52, 54, pour traverser ensuite le stator 16. Le rotor d'amortisseur 48 et le piston d'amortisseur 58 sont réalisés à partir du même matériau pour assurer des propriétés thermiques similaires. Il peut arriver que la pression ascensionnelle baisse assez rapidement pour provoquer un débrayage avant l'atténuation ou la réduction des niveaux de vibration. Pour éviter que ce débrayage ne se produise avant la combustion totale du propulseur d'accélération, le boîtier de clapet de retenue 80 constitue une enceinte entourant le soufflet intérieur 66 et le soufflet extérieur 70. La pression de déclenchement du clapet de retenue 76 est réglée à la pression appropriée, de manière que la purge du boîtier de soupape 80 qui provoque le débrayage, survienne après la chute du niveau de vibration. De plus, le clapet de retenue 76 et son orifice d'évacuation 78 permettent la purge du boîtier 80 pour assurer le débrayage du dispositif d'actionnement au cours de l'essai au sol. Les avantages de l'élément 10 sont détaillés ci- dessous: ( (A) L/insamble amQtissaur 34 réduit passivement l'amplitue te vibratiea 4u vol.a à inertie 22, de l'arbre 28 et des cartouches de palier 30, 32, ce qui réduit ainsi les charges de poussee. (B) L'ensemble amortisseur 34 ne nécessite pas de source d'énergie pour son fonctionnement. (C) L'ensemble amortisseur 34 peut être utilisé dans différents types d'éléments, tels qu'un gyroscope de position, un gyroscope de moment de commande ou un élément équipé d'un ensemble de roue à réaction. (D) L'ensemble amortisseur 34 ne produit pas de débris à l'intérieur de l'élément 10, tels que des débris pyrotechniques produits par l'élément amortisseur pyrotechnique de l'art antérieur. (E) L'ensemble amortisseur 34 est actionné par les conditions normales de l'environnement de lancement. (F) La fiabilité de l'élément 10 est supérieure à celle de l'élément de l'art antérieur équipé d'un ensemble amortisseur à commande pyrotechnique. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. Par exemple, dans le cas o l'élément est équipé de paliers de diamètre relativement réduit, dont la déformation est notablement inférieure lorsqu'ils sont charges à leur limite de capacité, on peut utiliser un montage souple pour fixer la cartouche de palier fixe 32 sur le boîtier 16. Ceci permet l'abaissement du piston 58 sans sollicitation des paliers. Le montage souple peut être constitué par un ressort de forme ondulée ou un tampon d'entretoisement en matériau élastomère. A titre d'exemple supplémentaire, à la place du soufflet intérieurSE, on__peut utiliser un autre type de A dispositif d'actionnement à piston, tel qu'un élément à soléno-'de ou un moteur pas-à-pas ou analogue. REVENDICATIONS 1. Un élément d'astronef comprenant: un stator à axe oblong (16); une première cartouche (30) de palier supportée par le stator (16); une deuxième cartouche (32) de palier, espacée axialement par rapport à la première cartouche (30) de palier et supportée par le stator (16); un arbre (28) supporté par les première et deuxième cartouches (30, 32) de palier, assurant la rotation de l'arbre; un volant à inertie (22) supporté par l'arbre (28); et un élément amortisseur (34) comprenant un piston, muni d'une face ou portée de piston venant en prise sur l'arbre (28) et doté d'un dispositif d'actionnement à piston. 2. L'élément selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'actionnement du piston (58) comprend un boîtier (62) supportant le piston, monté glissant, et des moyens formant soufflet (66, 70) pour déplacer le piston par rapport à l'arbre dans une direction radiale. 3. L'élément selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens formant soufflet comprennent un soufflet intérieur (66), relié par l'extrémité intérieure radiale au support de piston et muni d'une paroi d'extrémité reliée à une extrémité extérieure radiale du soufflet intérieur (66) et dont le couvercle (72) est fixé sur le stator (16), avec une ouverture dans le couvercle traversée par le soufflet intérieur (66), et comprenant un soufflet extérieur (70) relié par son extrémité intérieure radiale au couvercle et relié par l'extrémité extérieure radiale au support de piston. 4. L'élément selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator (16) comprend des moyens formant enroulements d'entraîneúmnt (18, 20) et le volant à inertie (22) comprend des wbmoyens en fQrme d'électroaimants (24, 26) agissant solidairement pour entraîner le volant à inertie (22) à rotation. 5. L'élément selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'arbre est pourvu d'un rotor (48) muni d'une surface radiale extérieure venant en prise sur la face du piston amortisseur, en ce que la première cartouche (30) de palier est une cartouche flottante à double chemin de roulement et la deuxième cartouche (32) de palier est une cartouche fixe à double chemin de roulement, et en ce que la cartouche fixe comprend un joint labyrinthe (46) monté adjacent à l'élément amortisseur. 6. L'élément selon la revendication 1, comprenant un deuxième élément amortisseur (52) et un troisième élément amortisseur (54), chacun d'eux espacés périphériquement de 120 degrés par rapport à l'élément amortisseur et la structure de chacun d'eux étant identique à celle de l'élément amortisseur. 7. L'élément selon la revendication 5, caractérisé en ce que le couvercle (72) comprend un boîtier de soupape (80) muni d'une soupape de retenue dotée d'un orifice d'évacuation pour maintenir la pression du sol dans le boîtier et sur le soufflet intérieur (66) et pour maintenir la face du piston en contact avec la surface extérieure radiale du rotor jusqu'à la fin du lancement. 8. Un procédé d'absorption de la surcharge due aux vibrations sur un arbre d'ensemble de roue d'élément d'astronef pendant le lancement, comprenant les étapes: d'agencement d'un ensemble de palier fixe monté sur le stator de l'élément d'astronef et tourillonnant sur un arbre de stator disposé coaxialement à l'axe commun; d'agencement d'un piston amortisseur monté glissant sur le stator et venant en prise sur l'arbre de rotor; d'agencement d'un couvercle disposé sur l'ensemble de palier fixe et le piston amortisseur et fixé sur le stator; d'agencement d'un élément formant soufflet, monté sur le couvercle, sur une puverrure-du couverte, -et -seums -a une Esct a jdittffeLàitiii entreL-e -1sc côtés intérieur et extérieur du couvercle; le montage du piston, à son extrémité extérieure radiale, sur l'élément formant soufflet; de manière que la chute de pression sur le côté extérieur du couvercle et du soufflet après le lancement, rétracte le piston de l'arbre de stator pour permettre la rotation de l'arbre de rotor par rapport au stator et le retrait, par le piston, du support de l'arbre de rotor.