Brevet FR2724712A1 — publié le 19960322

La présente invention est relative à un dispositif de support d'un objet mobile parallèlement à un plan et, plus particulièrement, à un tel dispositif du type qui comprend un patin à coussin d'air conçu pour glisser sur le plan de base et un vérin pneumatique monté sur le patin coaxialement à celui-ci et perpendiculairement au plan de base pour supporter l'objet. Les satellites artificiels comprennent classiquement des organes tels que des antennes ou des générateurs d'énergie électrique à partir de l'énergie solaire. Lors du lancement, ces organes sont repliés pour limiter l'encombrement du satellite sous la coiffe du lanceur. Après mise sur orbite, on commande le déploiement des organes pour les placer dans la configuration où ils sont opérationnels. Bien entendu ce déploiement doit être simulé au sol, en particulier sur des maquettes, pour vérifier la validité des solutions techniques choisies. Dans le cas d'un générateur d'énergie électrique dit "solaire", classiquement constitué de panneaux de cellules photoélectriques articulés les uns sur les autres, la simulation au sol doit tenir compte des effets aérodynamiques et de la pesanteur, qui n'interviennent pas dans l'espace. Pour simuler sur maquette le déploiement d'un tel générateur dans un espace sans gravité, les panneaux ou autres organes articulés de la maquette sont, suivant un procédé connu, suspendus à des ressorts qui annulent les effets de la gravité terrestre sur ces panneaux ou organes. Cette solution, qui s'est avérée satisfaisante pour des maquettes de simulation du déploiement d'un générateur solaire équipé d'articulations à motorisation puissante et de freins centrifuges pour assurer un déploiement séquentiel et régulier des organes de la maquette, n'est plus utilisable avec des générateurs solaires d'une nouvelle conception comptant un moins grand nombre de pièces, plus légers et comprenant des articulations moins puissamment motorisées. Les lignes d'action des efforts exercés par les ressorts sur de telles structures plus légères subissent en effet des déflexions par rapport à la verticale. Lors du déploiement, ces déflexions empêchent une simulation correcte d'un espace sans gravité. La présente invention a donc pour but de réaliser un dispositif de support d'un objet mobile, tel qu'un élément de maquette pour la simulation du déploiement d'un générateur solaire de satellite artificiel, qui ne présente pas les inconvénients des dispositifs de support à ressort utilisés à cet effet dans la technique antérieure. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un dispositif de support d'un objet mobile parallèlement à un plan de base sensiblement horizontal, du type qui comprend un patin à coussin d'air conçu pour glisser sur le plan de base et un vérin pneumatique monté sur le patin coaxialement à celui-ci et perpendiculairement au plan de base pour supporter l'objet, ce dispositif étant remarquable en ce qu'il comprend des moyens sensibles aux variations des efforts subis par l'objet supporté pour maintenir l'équilibrage des forces de pesanteur agissant sur ledit objet par la contre-poussée du patin sur le plan de base. Comme on le verra plus loin, la régulation de la contre-poussée du patin à coussin d'air permet de maintenir l'attitude de l'objet transporté en présence de perturbations telles que des accidents de la surface sur laquelle le patin glisse lors des déplacements de l'objet, ou des efforts transitoires subis par l'objet en plus des forces de pesanteur. Lorsque l'objet transporté est un élément mobile de maquette de simulation du déploiement d'un générateur solaire, la contre-poussée du patin assure ainsi une parfaite simulation d'un espace sans gravité. Suivant un mode de réalisation préféré du dispositif selon l'invention, les moyens sensibles aux variations des efforts subis par l'objet comprennent au moins un capteur d'effort sensible aux contraintes supportées par une colonnette de montage d'une platine porte-objet sur le vérin. Le dispositif comprend en outre une source d'air comprimé alimentant le vérin et, à travers ce dernier, le patin à coussin d'air, une servovalve de commande de l'alimentation du vérin et du patin et des moyens de commande de ladite servovalve, sensibles au signal délivré par le capteur pour réguler l'effort mesuré autour d'une valeur de consigne. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel la figure unique représente une vue en élévation, avec des coupes axiales partielles, du dispositif de support selon l'invention. Sur cette figure, il apparaît que ce dispositif 1 repose sur une surface 2 sensiblement plane et horizontale sur laquelle il doit être mobile pour déplacer, parallèlement à cette surface, un objet 3 porté par le dispositif. Dans l'application décrite en préambule de la présente description, cet objet 3 prend la forme d'une poutre formant partie d'une maquette d'étude du déploiement des panneaux d'un générateur solaire. La poutre présente une surface réduite par rapport à celle d'un panneau de manière à rendre négligeable les effets aérodynamiques qu'elle subit au sol. Ainsi le comportement de cette poutre sur terre, pendant les essais, peut-il être assimilé à celui d'un panneau dans le vide de l'espace, du point de vue de l'absence de ces effets aérodynamiques. Le dispositif de support 1 comprend essentiellement un patin à coussin d'air 4, à semelle circulaire par exemple, un vérin 5,6 monté sur le patin 4 coaxialement à celui-ci sur l'axe vertical X du patin, une platine porte-objet 7, montée sur le vérin, des moyens d'alimentation en air du vérin et du patin et, suivant la présente invention, des moyens sensibles aux variations des efforts subis par l'objet porté par la platine 7 pour réguler la contrepoussée du patin sur la surface de base 2. Le patin 4 prend la forme d'un disque muni d'un moyeu central 8 et d'une pluralité de buses 9 de soufflage d'air, distribuées en couronne sur la semelle du patin. L'alimentation en air de ces buses 9 est assurée par autant de canaux 10 débouchant d'un côté dans une chambre 11 interne au moyeu 8 et, de l'autre côté, sur la périphérie du patin. Un bouchon 12 ferme chaque canal au niveau de cette périphérie. Le vérin 5, 6 est constitué d'une cloche 5 et d'une bride 6 circulaires, assemblées concentriquement l'une sur l'autre et montées sur le patin 4 grâce à une rotule centrale 13 fixée sur la cloche 5 et pénétrant dans un alésage central du patin défini par un écrou épaulé 14 vissé sur le patin 4. Une membrane souple 15 pincée entre la cloche 5 et la bride 6 du vérin d'une part, et entre une autre bride 16 et le moyeu 8 du patin 4, d'autre part, délimite avec la cloche 5 et la bride 6 une chambre 17 dans le vérin, en communication avec la chambre 11 du patin. C'est ainsi que le vérin et le patin sont simultanément alimentés en air sous pression à travers un coupleur axial 18 et des canaux 19 traversant la cloche 5. La cloche 5 supporte, par l'intermédiaire d'un jeu d'au moins trois colonnettes telles que 201, 202, des équerres 211, 212 et des profilés 221, 222, 231, 232 qui portent des moyens d'alimentation en air du vérin et du patin, et de réglage de la pression de l'air injecté dans ceux-ci. Les moyens d'alimentation comprennent essentiellement un réservoir 24 d'air comprimé, à 300 bars par exemple, qui alimente, par l'intermédiaire d'un conduit schématisé en 25, un détendeur haute pression 26, placé en série avec une électrovanne 27, un détendeur basse pression 28 équipé d'un manomètre de contrôle 28' et une servovalve 29 raccordée au coupleur 18 du vérin. On comprend qu'en faisant varier la pression d'air dans la chambre 17 du vérin, on fait varier la position verticale de la cloche, guidée par le jeu de la rotule 13 dans l'écrou épaulé 14. Grâce aux moyens d'alimentation en air embarqués sur le dispositif, celui-ci est autonome et peut donc se déplacer sans être raccordé à une source d'air comprimé extérieure. Cette caractéristique est avantageuse notamment dans l'application décrite ci-dessus, car elle permet de s'affranchir des couples résistants importants ramenés par les tuyauteries flexibles de raccordement à une telle source extérieure d'air comprimé. En effet, lors du déploiement d'une maquette de générateur solaire dont les éléments articulés sont supportés par plusieurs dispositifs suivant l'invention, certains dispositifs doivent se déplacer de plusieurs mètres, voire d'une dizaine de mètres pour atteindre la position de déploiement complet. Néanmoins, le dispositif comprend en outre un coupleur 30 autorisant son raccordement à une source d'air comprimé extérieure, par exemple après déploiement de la maquette, de manière à ne pas épuiser trop rapidement le réservoir 24. I1 faut alors isoler le conduit 25 en commandant la fermeture de l'électrovanne de coupure 27. Lors du déploiement d'une telle maquette, plusieurs perturbations peuvent affecter l'équilibrage du poids de ses éléments par la contre-poussée des patins des dispositifs qui les supportent, et donc la précision de la simulation d'un espace sans gravité. D'une part, les dispositifs de support devant se déplacer sur de grandes distances, la surface 2 ne peut être réalisée à l'aide d'un marbre monobloc. I1 faut assembler plusieurs marbres, de 2 mètres de longueur par exemple, pour réaliser l'ensemble de la surface 2. Ces marbres sont raccordés les uns aux autres par des joints qui, malgré le soin apporté à leur réalisation, introduisent cependant des discontinuités dans la surface 2. Au passage sur une telle discontinuité, un patin à coussin d'air alimenté à pression constante peut talonner sur la surface du marbre, ce qui rompt l'équilibre entre le poids des pièces supportées par ce patin et la contre-poussée appliquée par celui-ci au marbre.Incidemment, on notera que la rotule d'articulation 13 du patin 4 sur le vérin 5, 6 permet d'absorber une inclinaison éventuelle sur l'horizontale de la surface 2 du marbre. L'objet 3 porté par la platine porte-objet 7 peut luimême être soumis à des efforts susceptibles de perturber l'équilibre mentionné ci-dessus. En effet, comme on l'a vu plus haut, l'objet 3 est articulé sur un autre objet grâce à une articulation d'axe perpendiculaire à la surface 2. I1 se déplace autour de cette articulation depuis une position de repli jusqu'à une position de déploiement finale dans laquelle il s'arrête. Au moment du blocage dans cette position finale, l'objet à tendance à basculer sous l'effet de son inertie en écartant du même coup son axe d'articulation de la verticale du plan 2, ce qui peut encore faire talonner le patin sur le marbre.Egalement, au cours du déploiement, l'axe d'articulation peut s'écarter de la verticale pour d'autres raisons, en particulier du fait de défauts de planéité du marbre dont il résulte des porte-àfaux de certains éléments de la maquette, les dispositifs de support de ces éléments s'écartant alors de la surface du marbre d'une distance supérieure à l'épaisseur nominale du film d'air de sustentation du patin, qui est de l'ordre de 50 pm par exemple pour assurer un très faible frottement visqueux entre le dispositif et le marbre, comme il est bien connu. Suivant la présente invention, on supprime les effets des perturbations explicitées ci-dessus en asservissant le poids apparent de l'objet à une valeur de consigne, par correction de la pression d'air d'alimentation du vérin et du patin. Pour ce faire, la platine porte-objet 7 est montée sur la cloche (5) du vérin (5, 6) par l'intermédiaire d'un jeu d'au moins trois colonnettes dont deux (311, 312) sont visibles sur la figure. Chaque colonnette est fixée par ses extrémités à la platine porte-objet 7 et à la cloche 5, par des vis 33, 34 respectivement. Au moins l'une des colonnettes, et de préférence les trois, est équipée d'un capteur 321, 322, 323 sensible à l'effort transmis par la colonnette.L'objet 3 est fixé par au moins un boulon 35 à écrou entre deux équerres 361, 362 elles-mêmes fixées sur la platine porte-objet 7. Les capteurs d'effort peuvent être constitués, à titre d'exemple non limitatif, par des jauges de contrainte bien connues de l'homme de métier. Les signaux délivrés par les trois capteurs sont combinés pour fournir un signal représentatif de la somme des efforts transmis par les colonnettes 311, 312, 313 et ce signal est délivré à un boîtier électronique 37 (délimité en trait interrompu pour la clarté de la figure) fixé sur les moyens de support des moyens d'alimentation en air du dispositif suivant l'invention. On remarquera que les capteurs d'effort sont montés sur des colonnettes qui ne supportent que la platine porte-objet 7 et l'objet 3 lui-même, à l'exclusion des autres organes du dispositif suivant l'invention. On accroît ainsi la sensibilité des capteurs aux seuls efforts, permanents ou transitoires, subis par l'objet et susceptibles de déstabiliser celui-ci. Le boîtier 37 contient une électronique classique de régulation des efforts subis par les colonnettes 311, 312, 313 pour asservir ces efforts à une valeur de consigne. Celle-ci est éventuellement programmable à l'aide de moyens bien connus de l'homme de métier, internes ou externes au boîtier 37. La valeur de consigne est fixe et correspond à l'effort qui doit être mesuré sur les colonnettes, en l'absence de toute perturbation, comme résultant de la contre-poussée développée par le patin à coussin d'air pour supporter le dispositif et l'objet sur la surface 2, sans frottement sensible. Cet effort correspond donc au poids de l'ensemble, mesuré en régime statique. Si les capteurs détectent un effort inférieur à cet effort de consigne, c'est que la contre-poussée développée par le patin a diminué du fait d'un décollement du patin résultant d'efforts perturbateurs développés sur ce patin ou sur l'objet. L'électronique de régulation commande alors une ouverture plus grande de la servovalve de manière à accroître la pression de l'air dans la chambre 17 du vérin et donc l'élongation du vérin, pour accroître la contrepoussée qu'il développe sur la surface 2 du marbre, jusqu'au retour de cette contre-poussée à la valeur de consigne. L'attitude nominale de l'objet au-dessus de cette surface est alors rétablie par accroissement de l'élongation du vérin. En sens inverse, si les capteurs détectent un effort supérieur à l'effort de consigne, la pression d'alimentation du vérin est diminuée pour réduire la contre-poussée du patin jusqu'à sa valeur de consigne. Ainsi assure-t'on l'équilibrage des forces de pesanteur agissant sur l'objet, même en présence de perturbations, de manière à simuler correctement le comportement dynamique de l'objet dans un espace sans pesanteur, conformément à l'objet essentiel de la présente invention. Pour éviter de soumettre le dispositif à des couples de basculement parasites, on remarquera que la rotule 13 d'articulation du patin 4 sur le vérin (5, 6) est placée très bas, sensiblement au niveau du centre de gravité du patin. De même, des boutonnières verticales 381, 382, sont prévues dans les équerres 361, 362 respectivement, pour permettre de fixer l'objet 3 sur ces équerres de manière que son centre de gravité coïncide avec celui de l'ensemble du dispositif. En l'absence d'injection d'air dans le vérin et le patin, le dispositif a tendance à s'affaisser du fait de son poids. Trois verrous tels que le verrou 39, distribués à 120 e les uns par rapport aux autres, permettent de définir une ou plusieurs hauteurs d'appui fixe pour la cloche 5, définissant des positions de repos ou d'attente par exemple. Le verrou 39 peut être tourné manuellement autour d'un axe vertical pour amener au moins une encoche 40 autour d'un doigt 41 solidaire de la cloche, dont la position verticale est alors fixée par celle de l'encoche. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. De même, l'invention n'est pas limitée à son utilisation à la simulation du déploiement d'un équipement de satellite et le dispositif suivant l'invention pourrait être utilisé avantageusement pour supporter des objets très divers à déplacer sur un plan sensiblement horizontal, comme c'est le cas par exemple dans le transport de marchandises sur coussin d'air. REVENDICATIONS 1. Dispositif de support d'un objet (3) mobile parallèlement à un plan de base (2) sensiblement horizontal, du type qui comprend un patin (4) à coussin d'air conçu pour glisser sur le plan de base (2) et un vérin pneumatique (5,6) monté sur le patin (4) coaxialement à celui-ci et perpendiculairement au plan de base (2) pour supporter l'objet, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (321, 322, 323, 37) sensibles aux variations des efforts subis par l'objet (3) supporté pour maintenir l'équilibrage de forces de pesanteur agissant sur ledit objet (3) par la contrepoussée du patin (4) sur le plan de base (2). 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent au moins un capteur d'effort (321, 322, 323) sensible aux contraintes supportées par une colonnette (311, 312, 313) de montage d'une platine porte-objet (7) sur le vérin (5, 6). 3. Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une source d'air comprimé (24) alimentant le vérin (5, 6) et, à travers ce dernier, le patin (4) à coussin d'air, une servovalve (29) de commande de l'alimentation du vérin (5, 6) et du patin (4) et des moyens de commande (37) de ladite servovalve (29) sensibles au signal délivré par le capteur (321, 322, 323) pour réguler l'effort mesuré autour d'une valeur de consigne. 4. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que ladite source d'air comprimé (24) et ladite servovalve (29) sont montés directement sur le vérin (5, 6). 5. Dispositif conforme à la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (30) de connexion sélective à une source d'air comprimé extérieure au dispositif. 6. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le vérin (5, 6) est monté sur le patin (4) par l'intermédiaire d'une rotule (13) mobile suivant l'axe du patin (4). 7. Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que le centre de ladite rotule (13) est sensiblement confondu avec le centre de gravité du patin (4). 8. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un verrou de blocage (39) de la position verticale du vérin (5, 6) quand son alimentation en air est coupée. 9. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (35; 381,382) pour régler la position de l'objet (3) sur la platine (7) porte-objet de manière que le centre de gravité de l'objet (3) coïncide avec celui du dispositif. 10. Utilisation d'au moins un dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, pour supporter des éléments d'une maquette de simulation du déploiement dans l'espace d'un équipement d'un satellite artificiel. 11. Utilisation conforme à la revendication 10, dans laquelle l'équipement fait partie du groupe constitué par : un générateur solaire, une antenne.