Brevet FR2778027A1 — publié le 19991029

l La présente invention concerne un procédé de fa- brication d'un réflecteur. Les réflecteurs ou réflecteurs d'antenne s'uti- lisent fréquemment dans l'espace pour des applications de communication ou de transmission. Ils ont une surface corres- pondant au profil d'une hyperbole ou d'une parabole, c'est-à- dire une surface à double courbure. Pour un fonctionnement précis et efficace, il faut que la surface soit courbée ou cintrée aussi exactement que possible ou inversement que les10 imprécisions soient aussi faibles que possible. Les réflecteurs connus ont une structure de filet formée de matière composite à base de fibre constituant la surface du réflecteur. De manière usuelle, on fabrique les surfaces des réflecteurs en disposant un fil pour former une structure de filet. La répartition se fait sur un support par exemple à l'aide d'un robot de positionnement. Puis, on ré- alise le cintrage de la structure ainsi fabriqué sur une sur- face de contour par exemple sous la forme parabolique, c'est- à-dire avec une double courbure. Le procédé de fabrication connu présente néan- moins l'inconvénient qu'en transposant la structure préfabri- quée sur un support plan ou sur un support ayant une courbure simple, par exemple une broche d'enroulement, lorsqu'on transfère sur une surface de contour à double courbure, cela25 entraîne une déformation de la structure. Les contraintes qui en découlent sont induites dans la structure et provoquent la déformation de la surface du filet. Même dans le cas d'une préfabrication de la structure du filet sur une broche d'enroulement, puis du transfert sur la surface de contour, cela induit une distorsion dans la structure du filet ou une déformation de cette structure. Le procédé de fabrication connu présente néan- moins l'inconvénient qu'en transférant la structure préfabri- quée en passant d'un support plan ou d'un support à courbure simple par exemple une broche d'enroulement sur une surface de contour à double courbure, cela produit une déformation de la structure. De plus, cela induit des contraintes dans la structure et provoque la déformation de la surface du filet. Même dans le cas d'une préfabrication de la structure du fi- let sur une broche d'enroulement puis transfert à la surface de contour, on déforme la structure du filet. Les surfaces de réflecteur réalisées à l'aide des procédés de fabrication connus ont de ce fait un contour imprécis qui diffère de la forme idéale. De plus, cela peut se traduire par des bosses engendrées par les tensions dans la surface du réflecteur. En particulier, dans le cas de réflecteurs qui sont pliés pour être transportés en orbite, lorsque ces ré- flecteurs arrivent en position d'utilisation dans l'espace pour être déployés, on rencontre la difficulté que du fait de la forte courbure, différente dans les diverses zones de la surface déployée des réflecteurs, on induit des tensions sup- plémentaires. Cela se traduit par d'autres déformations de la surface du filet en particulier pour des utilisations sur des périodes longues. La présente invention a ainsi pour but de déve- lopper un procédé et un dispositif de fabrication d'un ré- flecteur permettant d'augmenter la précision de la surface du réflecteur et d'éviter des tensions et des déformations de cette surface. L'invention se propose également de réaliser une structure de filet servant de surface de réflecteur, li- bre de contrainte ou avec des tensions réduites. A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé par les étapes suivantes: - enroulement d'un fil sur une broche d'enroulement pour ob- tenir une structure de fil ou de filet, la broche d'enrou- lement ayant des segments de contour à sa surface, segments dont le contour correspond chaque fois au contour d'un seg- ment d'une surface de réflecteur à réaliser, - durcissement de la structure de fil ou de filet sur la bro- che d'enroulement, - division de la structure de fil ou de filet en segments sé- parés, - composition des différents segments à partir d'un réflec- teur. L'invention concerne également un dispositif pour la fabrication d'un réflecteur caractérisé par un corps cen- tral, de forme allongée, ayant sur l'une de ses surfaces su- périeures, un ou plusieurs segments de contour amovibles dont le contour correspond au contour d'un segment d'une surface de réflecteur. Enfin, l'invention concerne une structure de fi- let pour des réflecteurs, caractérisée par un tracé de fil de filet qui varie au moins dans une direction de dépose et/ou un angle de dépose pour que la structure de filet possède dans les différentes zones, une rigidité différente, choisie. Suivant d'autres caractéristiques de l'inven- tion: * les segments séparés de la structure de fil ou de filet est en contact lors de l'assemblage avec des segments de contour de la broche d'enroulement, * sur la structure de fil ou de filet, on applique une structure de rigidification, notamment sous la forme de nervures pendant que la structure de fil ou de filet se trouve sur la broche d'enroulement. Le procédé selon l'invention crée un réflecteur ayant une surface de réflecteur très largement libérée de contrainte en position d'utilisation et ayant un contour ex- trêmement précis. De manière avantageuse, après division de la structure de fil ou de filet, on sépare les segments de contour de la broche d'enroulement, ces segments corres- pondant chaque fois à un segment séparé de structure de fil ou de filet. De manière préférentielle, les segments séparés des structures de fil ou de filet correspondent à la composi- tion en contact avec les segments de contour de la broche d'enroulement ou sont portés par cette broche. Cela signifie que les différents segments du réflecteur conservent leur forme initiale entre la fabrication et le montage final. De manière préférentielle, lorsqu'on enroule le fil sur la broche d'enroulement, on modifie l'angle de dépose du fil. Cela permet d'adapter la rigidité des différents seg- ments aux exigences locales. De manière préférentielle, lors- qu'on enroule, on règle la tension du fil ce qui permet d'obtenir une tension de filet suffisante pour les exigences imposées. Sur la structure de fil ou de filet, on peut ap- pliquer une structure de rigidification, notamment sous la forme de nervures lorsque la structure de fil ou de filet se trouve sur la broche d'enroulement. Cela permet de stabiliser de manière complémentaire la surface du réflecteur. De ma- nière préférentielle, le fil est formé de fibres de carbone et/ou de fibres très réfractaires. Ainsi, sous l'effet de va- riations de températures il n'y aura qu'une faible variation de contour ou pas de variation du tout et le module d'élasticité E, plus réduit, permet ou facilite le cintrage. La fibre peut être imprégnée et mouillée dans de la résine synthétique avant d'être enroulée. Lorsqu'on enroule, on peut juxtaposer dans la di- rection longitudinale, plusieurs broches d'enroulement. Cela permet une fabrication particulièrement rationnelle des ré- flecteurs puisque cela minimise les pôles d'inversion. Le dispositif selon l'invention pour la fabrica- tion d'un réflecteur comprend un corps central de forme al- longée ayant à sa surface un ou plusieurs segments de contour amovibles dont le contour correspond chaque fois au contour d'un segment d'une surface de réflecteur à réaliser. Cela permet d'appliquer le procédé selon l'invention avec un degré d'automatisation élevé et une grande précision. De manière préférentielle, les segments de contour ont une surface à double courbure, notamment une sur- face parabolique. Les segments de contour sont disposés de manière avantageuse radialement, de façon périphérique. En particulier, on peut prévoir des éléments de positionnement par exemple sous la forme de broches pour garantir un posi- tionnement précis des segments de la surface du réflecteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, on obtient une structure de filet pour des réflecteurs, no- tamment pour des antennes spatiales avec un tracé de fil de filet qui varie au moins dans la direction de dépose et/ou suivant l'angle de dépose pour que la structure de filet pré- sente dans les différentes zones, une rigidité différente, sélectionnée. Cela permet de compenser les tensions ou contraintes de flexion induites par les différentes condi- tions de dépose pour des réflecteurs pliants, et qui se déve- loppent dans des zones différentes du réflecteur sous l'effet des rayons de courbure différents. De manière avantageuse, la structure de filet se- lon l'invention est un segment de la surface du réflecteur. De ce fait, la fabrication convient tout particulièrement pour un réflecteur dépliant, de grande précision. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un procédé ou d'un mode de réalisation particulier selon les dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 montre une broche d'enroulement représentée de manière schématique, et sur laquelle est enroulé un fil pour donner une structure de filet, cette structure étant divisée en segments, - la figure 2 montre un réflecteur dépliant ayant une struc- ture de filet selon l'invention sous la forme de segments. La figure 1 montre un dispositif selon l'invention avec une broche d'enroulement 1 ayant à sa sur- face, les segments de contour 2, amovibles. La surface exté- rieure ou de contour des segments 2 correspond au contour d'un segment d'une surface de réflecteur à fabriquer. Les segments de contour 2 sont tenus chaque fois entre deux en- tretoises 3a, 3b ou 3b, 3c s'étendant dans la direction lon- gitudinale de la broche d'enroulement et faisant partie d'un corps central ou d'un dispositif de fixation destiné à tenir les segments de contour. Dans le mode de réalisation préférentiel présenté ici, on a quatre segments de contour 2 disposés radialement de manière périphérique. Sur chaque segment de contour 2, il y a des broches de positionnement 4 permettant de positionner de manière précise les différents segments lorsqu'ils sont réunis pour former une surface de réflecteur. Les segments contour 2 ont une surface parabolique ou à double courbure dont le contour est choisi en fonction des conditions parti- culières de la surface de réflecteur à réaliser. Les éléments de contour amovibles 2 peuvent être facilement échangés ce qui adapte facilement le dispositif aux conditions corres- pondant à la surface de réflecteur à réaliser. Les branches longitudinales 3a, 3b, 3c, 3d du corps central 3 sont reliées par des traverses prévues entre les faces frontales de la broche d'enroulement. Ainsi, chaque élément de contour ou segments de contour 2 est tenu par un châssis essentiellement rectangulaire ou trapézoïdal formé d'une paire de traverses 5 et d'une paire de longerons 3a-3d. La broche d'enroulement 1 est montée à rotation sur un arbre 6 pour enrouler un fil 7 lorsqu'on fait tourner la broche 1. L'axe de rotation A passe par le centre de la broche d'enroulement 1 suivant sa direction longitudinale. La fabrication d'un réflecteur 9 telle que repré- sentée à la figure 2 sera décrite ci-après à l'aide de la fi- gure 1. Tout d'abord, on enroule un fil 7 sur la broche d'enroulement 2. Cette rotation fait tourner la broche 1 au- tour de son axe longitudinal A et d'un distributeur de fil non représenté pour dévider suivant la longueur (1) de la broche d'enroulement 1 selon un mouvement de va et vient. On obtient ainsi une structure de filet à la surface de la bro- che d'enroulement 1. Le film 9 est en fibre de carbone ayant une stabilité thermique très poussée; en d'autres termes, sous l'effet de variations de températures, ce film ne pré- sente pas ou pratiquement pas de déformation. En utilisant une fibre très réfractaire, on peut obtenir une très bonne courbure du fait du faible module d'élasticité E. Pour augmenter la conductivité, on peut compléter l'enroulement avec un fil de cuivre ou appliquer directement une maille sur la surface de la broche. Le mouvement d'avance du distributeur de fil le long de la broche d'enroulement 1 est commandé pour varier l'angle de dépose a du fil 7 sur le segment de contour 2. Ce- la s'obtient par des vitesses différentes de l'avance de fil. En modifiant l'angle de dépose a du fil 7, la structure de filet présente une rigidité variable en différents endroits. La rigidité est choisie pour que lorsqu'on atteint une forte courbure, elle soit plus faible que lorsqu'on atteint une faible courbure. Cela tient également compte de la courbure nécessaire lorsqu'on replie la structure de filet, si cette structure de filet est utilisée comme surface de couverture d'un réflecteur pliant. La tension du fil se règle également lors de l'enroulement pour obtenir pour la tension du filet, une va- leur de tension, de base stable ou régulière. Les noeuds du fil peuvent être collés ou pour compacter encore plus on peut disposer ou enrouler une feuille sur la structure de filet qui se trouve sur la broche d'enroulement 1. Après l'enroulement, on fait durcir la structure du filet sur la broche d'enroulement 1. Pour cela, on imprè- gne ou on mouille les fils 7 avant l'enroulement, dans de la résine synthétique et on fait prendre la résine synthétique après l'enroulement. Le durcissement se fait par chauffage de l'ensemble de la broche d'enroulement 1 avec le fil enroulé 7. On peut également utiliser d'autres procédés de durcisse- ment par exemple, en appliquant une matrice d'une matière thermodurcissable sur la structure de filet qui se trouve sur la broche d'enroulement 1. Après le durcissement de la structure de filet sur la broche d'enroulement 1, on monte des structures sup- plémentaires pour le réflecteur. Des structures supplémentai- res dans le cas d'un réflecteur simple sont des nervures 11 (voir figure 2) qui se forment le long des segments de ré- flecteur sur le côté extérieur par rapport au sens du réflec- teur 9, radialement vers l'extérieur. Ces structures servent par exemple à soutenir la surface du réflecteur terminée 9. La surface de filet ou la structure de filet co- hérente jusqu'alors, est alors divisée en segments, notamment en segments séparés et la séparation se fait le long des lon- gerons 3 de la broche d'enroulement 1. Les segments séparés de la structure de filet ainsi obtenue sont alors combinés à la forme d'origine ou au support sur lesquels ils se trouvent, pour former un réflec- teur global. La composition se fait sur un anneau de montage non représenté. Cela signifie que les différents segments ou segments séparés de la surface de réflecteur à fabriquer re- présentent entre la fabrication de la structure de filet jus- qu'au montage final de l'ensemble du réflecteur, en contact avec les segments de contour 2 de la broche 1, ces éléments dans leur forme d'origine. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, les nervures 11 évoquées ci-dessus ou des struc- tures supplémentaires appliquées après la prise de la surface supérieure sont reliées aux segments de la structure de filet par des articulations formées par des feuilles. Lors de la combinaison, les différents segments tenus chaque fois par les articulations de feuille entre les nervures 11 sont re- liés par deux nervures 11, adjacentes, de sorte que les seg- ments séparés constituent une surface de réflecteur, cohérente. Les broches de positionnement 4 prévues sur les éléments de contour, servent à positionner de manière précise les différents segments de la structure de filet ainsi que les segments de contour 2 sur l'anneau de montage. Cela per- met un assemblage précis aboutissant à une précision de sur- face très élevée du réflecteur 1 que l'on veut fabriquer. Selon un autre mode de réalisation préférentiel non représenté, on aligne plusieurs broches d'enroulement 1 dans la direction longitudinale. On peut ainsi fabriquer de manière rationnelle un nombre quelconque de segments de sur- face d'une surface de réflecteur et cela avec un degré d'automatisation poussé. Dans ce cas, lorsqu'on enroule, le distributeur de fil se déplace le long de toute une série de broches d'enroulement 1 placées l'une à la suite de l'autre. La structure de filet réalisée selon le procédé de l'invention, convient tout particulièrement pour réaliser des réflecteurs, notamment des réflecteurs d'antenne destinés à une utilisation spatiale. La structure de filet peut égale- ment s'utiliser comme miroir par exemple pour récupérer de l'énergie. La structure de filet peut présenter en surface un revêtement convenant pour l'application respective. Le tracé du fil 7 varie dans la structure de filet dans au moins une direction, c'est-à-dire que ce tracé est aligné suivant dif- férents angles de dépose a par rapport à un bord de segment. Par cette variation, la structure de filet présente une rigi- dité différente dans certaines zones, rigidité définie par l'angle de dépose ou la direction de dépose et elle est choi- sie selon les exigences respectives posées à la structure de filet. Dans le mode de réalisation non décrit ici, le segment séparé, ainsi formé de la structure de filet est un segment de surface superficielle de réflecteur, relié à d'autres seg- ments pour former une surface réfléchissante globale. La figure 2 montre un réflecteur 9 réalisé selon le procédé de l'invention et avec le dispositif de l'inven- tion. Ce réflecteur présente sur sa face arrière, une struc- ture supplémentaire formée d'une partie centrale 10, rigide et de nervures 11 s'étendant radialement vers l'extérieur. La surface du réflecteur se replie en forme de parapluie et les nervures 11 à l'état replié, sont parallèles entre elles en partant du bord de la partie centrale 11, étant dirigées dans une certaine direction. La surface de réflecteur est subdivisée en vingt quatre segments séparés 13 et elle est soutenue par la struc- ture en nervures prévue sur le côté arrière de la surface du réflecteur, cette structure étant en forme d'étoile. La sur- face du réflecteur, à l'état déplié ne présente pas de contrainte et dans différentes zones, les courbures sont for- tement différentes. La rigidité de la surface du réflecteur est adaptée aux exigences respectives qui découlent du rayon de courbure ou de l'opération de pliage ou de dépliage. Pour former un réflecteur de grande dimension, on dispose différents réflecteurs dépliables 9, en forme de pa- rapluie, de manière radiale par rapport à un réflecteur cen- tral. Dans le cas d'un tel réflecteur, on arrive à des conditions particulières concernant la précision des diffé- rents segments des réflecteurs auxiliaires. De plus, la structure superficielle des différents segments doit être conçue pour donner une surface de réflecteur précise pour le réflecteur globale. Les différents segments ou réflecteurs ont la structure de filet selon l'invention et se fabriquent selon le procédé de l'invention décrit ci-dessus. A côté des avantages décrits ci-dessus, le procé- dé selon l'invention et le dispositif offrent une bonne ca- ractéristique de reproduction des différents segments 13 ou de la surface du réflecteur pour un degré d'automatisation et de précision même pour des grands réflecteurs ou de grandes antennes destinés à des applications spatiales. La simplicité des manipulations permet l'économie de temps et de coût. La structure de filet offre une surface de ré- flecteur très précise, sans contrainte et fiable. Il R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Procédé de fabrication d'un réflecteur, caractérisé par les étapes suivantes: - enroulement d'un fil (7) sur une broche d'enroulement (1) pour obtenir une structure de fil ou de filet, la broche d'enroulement (1) ayant des segments de contour (2) à sa surface, segments dont le contour correspond chaque fois au contour d'un segment d'une surface de réflecteur à réali- ser, - durcissement de la structure de fil ou de filet sur la bro- che d'enroulement (1), - division de la structure de fil ou de filet en segments sé- parés, - composition des différents segments à partir d'un réflec- teur (9). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' après division de la structure de fil ou de filet, par rap- port à la broche d'enroulement (1), les segments de contour (2) portent chaque fois un segment séparé. 3 ) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les segments séparés de la structure de fil ou de filet est en contact lors de l'assemblage avec des segments de contour de la broche d'enroulement (1). 4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lors de l'enroulement, on modifie l'angle de dépose a et/ou on régule la tension d'enroulement. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que sur la structure de fil ou de filet, on applique une struc- ture de rigidification (11), notamment sous la forme de ner- vures pendant que la structure de fil ou de filet se trouve sur la broche d'enroulement (1). 6 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu' on réalise le fil (7) avec des fibres de carbone et/ou des fibres réfractaires et on imprègne de préférence dans la ré- sine synthétique. 7 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que lors de l'enroulement, on dispose les unes à la suite des au- tres plusieurs broches d'enroulement (1). ) Dispositif notamment broche d'enroulement pour fabriquer un réflecteur (9), caractérisé par un corps central (3), de forme allongée, ayant sur l'une de ses surfaces supérieures, un ou plusieurs segments de contour (2) amovibles dont le contour correspond au contour d'un seg- ment d'une surface de réflecteur. 9 ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les segments de contour (2) ont une surface à double cour- bure, notamment une surface parabolique. 10 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que les segments de contour (2) ont une courbure radiale périphé- rique. 11 ) Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé par des éléments de positionnement (4) pour positionner les seg- ments de la surface du réflecteur. 12 ) Structure de filet pour réflecteur, notamment pour des antennes destinées à des applications spatiales, caractérisée par un tracé de fil de filet qui varie au moins dans une direc- tion de dépose et/ou un angle de dépose pour que la structure de filet possède dans les différentes zones, une rigidité10 différente, choisie. 13 ) Structure de filet selon la revendication 12, caractérisée par un segment qui est une surface de réflecteur.