Brevet FR2794102A1 — publié le 20001201

La présente invention se rapporte à un joint d'assemblage destiné à maintenir ensemble des parties séparables d'un véhicule spatial de préférence au cours de son lancement. Plus particulièrement, la présente invention a trait à un joint d'assemblage qui comporte plusieurs crampons repoussés, au moyen d'une sangle qui les enveloppe, contre des brides qui s'étendent autour des pourtours d'anneaux adaptateurs respectifs situés sur chacune des parties séparables, ce joint d'assemblage ayant pour tâche de maintenir ensemble lesdits anneaux adaptateurs tout en étant en mesure d'absorber les forces qui agissent pour séparer les parties séparables et d'absorber des forces de torsion et de flexion qui agissent entre les parties séparables, durant la période pendant laquelle lejoint d'assemblage est en service. Les dispositifs d'assemblage permettant de maintenir ensemble des parties séparables d'un véhicule spatial, telles qu'un lanceur et un satellite, constituent des unités structurelles importantes destinées à absorber les forces qui agissent entre lesdites parties au cours du lancement du véhicule. De tels dispositifs d'assemblage doivent être d'un faible poids et doivent être étudiés de façon à présenter une très grande fiabilité, en raison des coûts très élevés qu'implique un lancement et en raison, en même temps, du fait qu'il est impossible de remédier à des défauts pouvant se manifester une fois que le véhicule a quitté le sol. Au cours des dernières décennies, des joints d'assemblage ont été mis au point et perfectionnés dans ce domaine technique, afin de minimaliser les risques de voir une partie quelconque du joint d'assemblage devenir défaillante sur la partie de la trajectoire de la fusée, pour laquelle le joint d'assemblage est appelé à remplir sa fonction. Les parties séparables d'un véhicule spatial seront exemplifiées, dans la présente description, par un lanceur portant un satellite, monté sur le lanceur au moyen d'un joint d'assemblage. Un exemple d'un joint d'assemblage de ce type est donné dans le document de brevet américain US 5 649 680. Ce document montre un adaptateur situé à la partie supérieure d'un lanceur, qui est aménagé de façon à recevoir un anneau monté sur un satellite et conçu pour s'emboîter sur l'adaptateur. -A son extrémité supérieure, l'adaptateur est muni, sur son pourtour, d'une bride d'adaptateur. La base du satellite est munie d'une manière similaire, comme cela a été mentionné, d'un anneau qui est également muni, sur son pourtour, d'une bride, dénommée ici la bride de satellite. Le satellite et l'adaptateur du lanceur viennent en contact l'un avec l'autre dans un plan de contact, la bride d'adaptateur et la bride de satellite venant elles aussi en contact l'une avec l'autre dans un plan de contact. Plusieurs crampons sont disposés tout autour du plan de contact, dans des secteurs uniformément répartis, afin de pouvoir être placés, par leurs ouvertures, en contact avec et par-dessus les deux brides mentionnées et de pouvoir repousser fermement ces brides l'une contre l'autre quand une sangle de tension, -disposée à l'extérieur des crampons et autour de l'ensemble de ces derniers, tend les crampons contre les brides, lorsque la sangle de tension est serrée. Un joint d'assemblage de ce type est désigné, par la suite, sous le terme de "jonction par crampons".- Sur leur surface qui est tournée à l'opposé du plan de contact, c'est-à- dire la surface qui est serrée par les crampons, dans des jonctions par crampons du type que l'on a décrit, les brides sont configurées de manière à présenter un angle de dégagement, également appelé ici angle de serrage, qui est supérieur à l'ordre de grandeur de 9' à 11'. Les becs de serrage des crampons, c'est-à-dire leurs mors, sont également configurés de manière à présenter un anale correspondant de dégagement sur leurs surfaces intérieures, c'est-à-dire sur la surface des crampons qui vient en contact avec une bride. Un angle minimum de dégagement de l'ordre de grandeur indiqué est nécessaire, dans des joints d'assemblage de ce type, pour que les crampons puissent s'échapper par glissement des brides, lorsqu'ils sont libérés, afin que le satellite et le lanceur puissent, de cette façon, se séparer l'un de l'autre en toute sécurité. Si l'angle de dégagement est inférieur à cet ordre de grandeur, il apparaît un risque d'auto-blocage, en ce sens que les brides du satellite et du lanceur peuvent ne pas "se séparer à cause d'un blocage des crampons contre les brides, occasionné par le frottement contre les becs de serrage des crampons. Par exemple, si les angles de dégagement des brides et des crampons sont de zéro degré, aucune force de séparation ne se développe lorsque le joint d'assemblage est libéré. Les satellites, de nos jours, portent des charges de plus en plus élevées, ceci signifiant que les forces qui agissent sur une jonction par crampons sont de plus en plus grandes. Ces forces incluent des forces qui s'exercent dans la direction axiale du lanceur et qui agissent ainsi pour séparer le satellite du lanceur, ce qui fait que des forces croissantes apparaissent au niveau du joint d'assemblage. Les forces de séparation sont transmises à la sangle de tension en raison du fait que l'angle de dégagement est important. Il est donc souhaitable de réduire cet angle autant que possible, de préférence jusqu'à zéro degré. Cependant, il apparaît, dans ce cas, des difficultés tenant au fait qu'un auto-blocage peut survenir, ce qui signifie qu'il n'est pas possible, avec la technologie actuellement disponible, de réduire l'angle de dégagement dans une mesure importante. Une autre méthode pour résoudre les problèmes liés à l'absorption de charges plus élevées consiste à aucyrnenter la tension dans la sangle de tension. Naturellement, cette alternative peut se heurter à une limite supérieure. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients évoqués ci-dessus et, pour ce faire, elle a pour objet un joint d'assemblage destiné à être mis en place dans un véhicule spatial pour maintenir ensemble une première partie du véhicule spatial et une seconde partie du véhicule spatial. qui peut être séparée de la première partie, ce joint d'assemblage comportant un premier élément formant bride solidaire de la première partie dut véhicule spatial, un second élément formant bride solidaire de la seconde partie du véhicule spatial et plusieurs crampons répartis sur le pourtour des éléments formant bride et munis de deux becs de serrage qui transfèrent des forces radiales, exercées par un moyen de tension disposé autour des crampons, aux deux éléments formant bride, afin de les repousser fermement l'un contre l'autre, des éléments de roulement étant en plus disposés entre au moins l'un des becs de serrage des crampons respectifs et celui des premier et second éléments formant bride, auquel il est associé. Des joints d'assemblage, conformes à la description donnée ci-dessus, se rencontrent normalement lorsque la première partie du véhicule est constituée par un lanceur, alors que la seconde partie du véhicule est constituée par un satellite, mais il est parfaitement possible que la première partie du véhicule soit un satellite et que la seconde partie du véhicule soit une sonde, d'autres exemples de combinaisons de parties de véhicules étant encore possibles. Le joint d'assemblage a pour tâche d'absorber des forces qui agissent en vue de séparer les parties de véhicule, au cours du lancement du véhicule spatial et pendant qu'il évolue sur une trajectoire. Lorsque la seconde partie du véhicule est appelée à être séparée de la première, le joint d'assemblage est libéré par un relâchement du moyen de tension, la disposition prévue par l'invention étant alors telle que les crampons se dégagent des brides en roulant, sans qu'il se produise un frottement important entre les brides et les becs de serrage des crampons. Un avantage essentiel est obtenu grâce à cette disposition, tenant au fait qu'il est ainsi possible de donner aux brides un angle de dégagement pouvant allerjusqu'à zéro degré, ce qui signifie que des forces de serrage nettement plus intenses, c'est-à-dire des forces qui repoussent fermement les brides l'une contre l'autre, peuvent être transférées du moyen de tension aux brides sans le risque d'être confronté à un auto- blocage au cours de la libération du joint d'assemblage. Les crampons sont disposés et répartis sur le pourtour des brides, qui sont fermement repoussées l'une contre l'autre, et sont munis chacun de deux becs de serrage qui pincent les deux brides lorsque le moyen de tension repousse les crampons contre les brides. Les crampons possèdent une certaine longueur le long de la circonférence des brides et, de cette manière, chacun d'eux occupe un secteur de ladite circonférence. Le moyen de tension consiste normalement en une sangle de tension qui entoure et enserre les crampons. Les crampons sont ainsi repoussés radialement vers l'intérieur, en direction des brides, par la mise en tension de la sangle de tension. Lorsque lejoint d'assemblage est appelé à être libéré, l'action de la force exercée sur la sanale de tension est relâchée, grâce à quoi les crampons se détachent des brides et les parties du véhicule peuvent se séparer l'une de Fautre.- Les éléments de roulement conformes à l'invention peuvent être constitués par des rouleaux ou des billes. Ces éléments de roulement sont alors disposés soit entre les surfaces extérieures respectives des brides et les becs de serrage, adjacents à celles-ci, des crampons, soit uniquement entre la surface extérieure de l'une des brides et les becs de serrage, adjacents à celle- ci, des crampons, c'est-à-dire, dans ce dernier cas, uniquement par exemple sur la bride de satellite ou sur la bride d'adaptateur. Lorsque les éléments de roulement sont constitués par des rouleaux, ceux-ci présentent la forme de cylindres, la notion de cylindre devant ici être comprise dans son sens le plus large, c'est-à-dire un corps dont la section transversale est délimitée par une courbe fermée. Le cylindre peut être circulaire, mais la section transversale du cylindre est, de préférence, une ellipse symétrique présentant sa plus grande dimension le long d'un grand axe et une dimension un peu plus courte le long d'un petit axe. Au moyen d'une telle forme elliptique des éléments de roulement, il est possible, sous l'effet de la force de serrage de la sangle de tension, d'obtenir une puissance de serrage augmentant fortement au fur et à mesure que l'angle entre le grand axe d'un rouleau et la direction axiale du véhicule se rapproche de zéro degré. - Dans des cas ordinaires, le joint d'assemblage est destiné à être utilisé avec des angles de serrage qui sont proches de zéro degré, mais dans des cas speciaux, on peut admettre que l'angle de serrage dépasse zéro degré, auquel cas un auto-blocage (basculement au-delà du point mort) se produit lorsque le joint d'assemblage est sous pression, sans qu'il en résulte des difficultés pour parvenir à une séparation des parties du véhicule ou pour parvenir à une pression de contact élevée entre les parties du véhicule, dans la mesure où le joint d'assemblage peut toujours être libéré avec un frottement très faible entre les brides et les éléments du joint. Si les rouleaux sont des cylindres de section circulaire, on peut obtenir le même effet que celui qui vient d'être décrit en aménageant la surface des brides qui est tournée vers l'extérieur, en direction des becs de serrage, d'une façon telle que les rouleaux soient contraints de rouler en suivant un prof-il déterminé sur la surface des brides. L'effet recherché peut être obtenu par une configuration appropriée de ce profil (le profil n'a pas besoin d'être le même sur la bride et sur le bec de serrage). Dans ce mode de réalisation, la partie extérieure des becs de serrage peut être pour-vue d'une griffe qui empêche le rouleau d'être expulsé de l'espace compris entre la bride et le bec de serrage. Une variante de réalisation consiste à mettre en place un cylindre de section circulaire sur l'une des brides et un cylindre de section elliptique sur l'autre bride, afin d'obtenir une force de serrage croissant progressivement. Les éléments de roulement peuvent, en variante, être constitués par des billes. Dans ce mode de réalisation, la conception du joint d'assemblage sera, pour le reste, identique à celle qu'il a dans le cas où des cylindres de section circulaire sont utilisés comme éléments de roulement. Un avantage important du dispositif décrit, qui découle de la mise en #uvre de l'invention, est qu'il devient possible d'obtenir une augmentation considérable de la force de serrage dans le joint d'assemblage, pour une tension donnée dans la sangle, par rapport à celle que l'on peut obtenir sur la base de la technologie actuellement disponible. Plusieurs modes de réalisation de la présente invention vont maintenant être décrits plus en détail, niais uniquement à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement, en vue de côté, une coupe transversale partielle du joint d'assemblage conforme à l'invention, dans lequel deux rouleaux de section elliptique sont disposés entre les becs de serrage d'un crampon afin de repousser l'une contre l'autre des brides qui appartiennent à deux parties différentes d'un véhicule; la figure 2 montre schématiquement, selon une vue de côté, une coupe transversale partielle d'un joint d'assemblage dans lequel des rouleaux de section circulaire ou des billes sphériques sont utilisés comme éléments de roulement entre les becs de serrage et les brides, une griffe étant dans ce cas présente sur la partie la plus extérieure des becs de serrage afin de retenir les éléments de roulement, la figure 3 représente, en vue en plan, une coupe transversale partielle des éléments de roulement du joint d'assemblage; la figure 4 représente un chemin profilé de roulement, avec un profil de roulement sur l'une des surfaces extérieures des brides et un profil identique de roulement sur la surface intérieure d'un bec de serrage; et la figure 5 représente un joint d'assemblage dans lequel des types différents d'élément de roulement sont disposés des deux côtés du plan de division du joint. La figure 1 montre une coupe transversale d'une jonction par crampon, conforme à la présente invention. Les parties du véhicule sont ici représentées par un lanceur et un satellite, un adaptateur situé au sommet du lanceur comportant alors une bride désignée par 1. Le satellite est, d'une façon similaire, muni d'une bride 2 à sa base. Le joint d'assemblage a pour tâche de maintenir ensemble la bride 2 du satellite et la bride 1 de l'adaptateur au ras d'un plan de division, durant des man#uvres sur une trajectoire de fusée. Afin d'ajuster le positionnement mutuel des brides et d'absorber les contraintes de cisaillement s'exerçant sur les joints d'assemblage, les brides sont munies d'un guide 3. Les efforts de cisaillement peuvent également être absorbés à l'aide de ce que l'on appelle des goupilles de cisaillement, comme cela se fait habituellement dans les joints d'assemblage les plus courants. Selon le présent exemple, les brides 1, 2 sont circulaires, comme cela est représenté sur la figure 3, laquelle montre une partie de la bride circulaire 2. Les brides 1, 2 entourent respectivement le satellite et l'adaptateur et sont situées sur l'extérieur de ceux-ci. Plusieurs crampons 4 sont disposés le long du pourtour des brides 1, 2. Les crampons 4 sont placés autour du joint d'assemblage et chacun d'eux cou,%.#re un secteur angulaire déterminé de la circonférence du cercle que le joint forme. Les crampons 4 sont en outre munis de becs de serrage 5, 6 qui sont destinés à s'agripper autour des brides 1, 2, lorsque les crampons sont engagés par-dessus les brides. Une sangle de tension 7 est disposée autour du joint d'assemblage complet, en enserrant l'ensemble des crampons. Les crampons sont repoussés radialement vers l'intérieur, en direction des brides 1, 2, sous l'effet de l'application d'une force sur la sangle de tension 7. Conformément à la technologie antérieurement connue, la force agissant radialement, qui émane des crampons, est transférée, en une force de compression, sur les brides, grâce au fait que les deux becs de serrage et les surfaces extérieures des brides présentent des angles de dégagement qui s'inclinent vers l'extérieur. Dans la présente invention, le transfert de la force des crampons aux brides est obtenu par la mise en place de rouleaux 8 entre les becs de serrage 5, 6 et les brides 1, 2. Dans l'exemple conforme à la figure 1, les rouleaux sont constitués par des cylindres dont les sections transversales sont elliptiques et symétriques par rapport à un grand axe 9. Dans le cas qui est le plus préféré, lesdites sections transversales elliptiques sont délimitées par une courbe fermée qui est formée par un rectanerle dans lequel deux côtés opposés ont été remplacés par deux arcs semi-circulaires. Lorsque la sangle de tension 7 est tirée, les becs de serrage 5, 6 roulent le long du rouleau 8, de sorte que le crampon est entraîné radialement vers l'intérieur, tandis que le grand axe 9 du rouleau 8 vient de plus en plus près d'une position axiale. "Axiale" est ici utilisé dans le sens d'axiale par rapport au véhicule, c'est-à-dire perpendiculaire au plan de division du joint d'assemblage. Les becs de serrage 5, 6 soumettront ainsi les brides à une force axiale de compression toujours croissante. Cette force de compression atteint son maximum lorsque le rouleau 8, conforme à l'exemple, est positionné en ayant son grand axe 9 orienté dans la direction axiale (verticale sur la figure 1). Le basculement au-delà du point mort ou l'auto-blocage, que l'on a évoqué plus haut, se produit dans cette position, c'est-à-dire lorsque le grand axe 9 d'un rouleau de section elliptique 8 occupe une position axiale, et, dans cette situation, plus aucune force n'agit en direction radiale vers l'extérieur sur les crampons 4. Une variante de réalisation est représentée sur la figure 2, sur laquelle les brides 1, 2 ont été configurées de manière à présenter un angle de dégagement plus grand que zéro, les becs de serrage 5, 6 des crampons 4 ayant, de même, été configurés de manière à présenter un angle identique. Dans cet exemple, des rouleaux 8 ayant une section transversale circulaire ont été disposés entre les brides 1, 2 et les becs de serrage. Des billes peuvent également être utilisées comme éléments de roulement dans cette variante. Grâce à cette disposition, les becs de serrage peuvent rouler sur les brides 1, 2 avec un faible frottement, durant la compression du joint d'assemblage au moyen de la sangle de tension 7. On peut utiliser ici des becs de serrage dotés d'anales inférieurs auxdits 9' environ, et même des valeurs allant jusqu'à zéro, sans aucun risque de voir le joint d'assemblage se bloquer (par cisaillement ou d'une façon similaire). Les becs de serrage 5, 6 sont, sur leur partie extérieure, munis de griffes 11 recourbées vers l'intérieur en direction des brides adjacentes 1, 2, afin de retenir les rouleaux de section circulaire ou les billes, si elles sont utilisées. Il est également possible dans ce cas, avec des éléments de roulement ayant une section transversale circulaire, d'obtenir une force de serrage croissant progressivement, ce qui est réalisé en dotant d'une confi-uration appropriée la surface de la bride ou la surface des becs de serrage qui s'applique contre les éléments de roulement. Un exemple d'une telle surface est représenté sur la figure 4, sur laquelle la surface de la bride présente une configuration incurvée (12, 1), avec un angle de serrage quia diminue progressivement. L'extension des crampons 4 dans le sens de la circonférence est représentée sur la figure 3. Comme le montre la figure 3, la paroi intérieure des crampons appliquée contre le rouleau 8 peut être droite. De cette manière, le crampon 4 sera, par sa paroi intérieure, en contact avec le rouleau 8 sur toute la longueur de ce dernier, tandis que le rouleau 8 n'a qu'un point de contact contre la paroi 10 de la bride. Des billes peuvent naturellement être utilisées comme rouleaux, auquel cas plusieurs points de contact contre la paroi 10 de la bride s'établiront. En variante, la bride 1 de l'adaptateur et la bride 2 du satellite peuvent être configurées de manière à être droites sur l'étendue de la partie où la bride respective s'applique contre un rouleau 8, ce qui procure une meilleure distribution de force entre le rouleau 8 et les brides 1,2. Le joint d'assemblage conforme à l'invention peut être modifié de plusieurs manières différentes. Selon une modification que l'on peut signaler, il est parfaitement possible d'utiliser des éléments de roulement 8 sous la forme de rouleaux ou de billes uniquement sur les brides situées d'un côté du plan de division, c'est-à-dire uniquement entre un bec de serrage et la bride, par exemple la bride 2 du satellite, qui est adjacente audit bec de serrage. Conformément à une autre variante, il est parfaitement possible d'utiliser des types différents de rouleau 8 des deux côtés du plan de division du joint d'assemblage et, par exemple, des rouleaux cylindriques de section circulaire peuvent être utilisés d'un côté du plan de division, tandis que des cylindres de section transversale elliptique peuvent être utilisés de l'autre côté du plan de division. Un tel agencement est représenté sur la figure 5. REVENDICATIONS 1 . Joint d'assemblage destiné, dans un véhicule spatial, à maintenir ensen-ible une première partie du véhicule et une seconde partie du véhicule qui peut être séparée de la première partie, ce joint d'assemblage comportant un premier élément formant bride (1) solidaire de la première partie du véhicule, un second élément formant bride (2) solidaire de la seconde partie du véhicule et, répartis sur le pourtour des éléments formant bride (1, 2), plusieurs crampons (4) munis de deux becs de serrage (5, 6) qui transfèrent des forces radiales, exercées par un moyen de tension (7) disposé autour des crampons (4), aux deux éléments formant bride (1, 2), afin de les repousser fermement l'un contre l'autre, caractérisé en ce que des éléments de roulement (8) sont disposés entre au moins l'un des becs de serrage (5, 6) des crampons respectifs (4) et celui des premier (1) et second (2) élément formant bride, qui en est voisin. 2. Joint d'assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de roulement (8) sont constitués par des corps de forme cylindrique. 3. Joint d'assemblage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de roulement (8), de forme cylindrique, présentent une section transversale qui est elliptique et symétrique par rapport à un grand axe (9). 4. Joint d'assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de roulement (8), de forme cylindrique, présentent une section transversale dont la courbe de délimitation consiste en un rectangle dans lequel deux côtés opposés ont été remplacés par des courbes en forme d'arc. 5. Joint d'assemblage selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'un auto-blocage du joint d'assemblage est obtenu par une action amenant le grand axe (9) des éléments de roulement à basculer jusqu'à être orienté dans une direction qui est perpendiculaire au plan de division du joint d'assemblage. 6. Joint d'assemblage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de roulement (8), de forme cylindrique, présentent une section transversale circulaire. 7. Joint d'assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de roulement (8) sont constitués par des billes sphériques ou en ce que les éléments de roulement sont constitués par des billes sphériques, sur une bride (1, 2), et par des corps de forme cylindrique sur l'autre bride (1, 2). 8. Joint d'assemblage selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les becs de serrage comportent, sur leurs bords, des griffes (11) destinées à retenir les éléments de roulement (8) entre les brides (1, 2) et les becs de serrage (5, 6). 9. Joint d'assemblage selon la revendication 6, 7 ou 8, caractérisé en ce qu'une force de serrage croissant fortement est obtenue, dans le joint d'assemblage, grâce au fait que les brides (1, 2) ont une surface incurvée (12, 13) au contact de l'élément de roulement (8) et/ou du bec de serrage (5, 6). 10. Joint d'assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première partie du véhicule est constituée par un lanceur et en ce que la seconde partie du véhicule est constituée par un satellite.