Brevet FR2802300A1 — publié le 20010615

La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif d'application de chocs à une structure mécanique, pour l'essai de la résistance de ladite structure aux chocs. Plus particulièrement, l'invention est relative à un tel procédé et à un tel dispositif, appliqués à l'essai de structures destinées à être embarquées sur un lanceur spatial. Les matériels embarqués sur un lanceur spatial, tels que cases à équipements, satellites à mettre sur orbite, etc., sont soumis lors du vol du lanceur à des chocs, notamment pendant des phases de séparation d'étages du lanceur, ou de dégagement d'une coiffe protégeant le ou les satellites. I1 convient donc de procéder, au sol, à des essais permettant de vérifier la résistance de ces matériels à de tels chocs, notamment leur capacité à rester opérationnels après avoir subi ces chocs. Selon la technique actuelle, on utilise couramment pour ce faire un support vibrant, connu sous le nom de "pot de vibrations" sur lequel on monte la structure à essayer : appareil, satellite, cases à équipements, etc. Les niveaux d'accélération que l'on peut appliquer à la structure à l'aide de tels pots sont cependant limités. On connaît également un générateur de chocs prenant la forme d'un cylindre creux qu'on fixe sur la structure à essayer. Le cylindre comprend un matériau pyrotechnique qui, après allumage, provoque le détachement brusque d'une masse interne au cylindre, qui percute alors le fond du cylindre avec pour conséquence la transmission d'un choc ponctuel à la structure adjacente à essayer. L'utilisation de tels générateurs de chocs ponctuels s'est avérée satisfaisante pour l'essai de petites structures, équipements ou satellites, d'un poids de 50 à 100 kilos par exemple. Pour l'essai de plus grosses structures, telles que les satellites ou la case à équipements embarqués dans un lanceur tel qu'Ariane 5, ces générateurs de chocs ponctuels n'ont pas permis d'atteindre le niveau de choc élevé, nécessaire pour respecter un spectre de réponse aux chocs fixé par le cahier des charges. Plus précisément, on a reconnu que l'énergie développée par les chocs obtenus à l'aide de tels générateurs se distribuait essentiellement dans les très hautes fréquences du spectre, autour de 100 000 Hz et que l'énergie distribuée dans les basses fréquences de ce spectre (de 100 à 10 000 Hz environ) était inférieure au niveau d'énergie spécifié dans le cahier des charges. Par ailleurs, la répartition des chocs appliqués à une structure par de tels générateurs de chocs ponctuels n'est évidemment pas homogène. Quand la structure à essayer est elle-même montée sur un support présentant une base d'interface à surface continue, comme c'est le cas par exemple des adaptateurs de charge utile tronconiques utilisés pour supporter des satellites dans les lanceurs, il est préférable que le choc appliqué pendant l'essai soit lui-même réparti de manière homogène tout au long d'une base circulaire de l'adaptateur, comme dans une situation de choc réelle, et non seulement en des points discrets de cette base. La présente invention a donc pour but de fournir un procédé d'application de chocs à une structure mécanique, qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci- dessus et qui en particulier assure, à la fois, l'application à cette structure d'un choc d'une énergie suffisante, aussi bien dans les basses que dans les hautes fréquences du spectre de réponse aux chocs, et l'application à la structure d'un choc délocalisé, distribué continûment et non ponctuellement. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé d'application de chocs à une structure mécanique, pour l'essai de la résistance de ladite structure aux chocs, ce procédé étant remarquable en ce que a) on fixe sur une surface allongée de ladite structure au moins un support rigide coextensif creusé d'un logement également coextensif et muni d'un tube expansible garni d'un cordeau en un matériau pyrotechnique, et b) on allume ledit cordeau pour provoquer, par l'expansion brusque de la section droite du tube qui s'ensuit, l'application à la structure, par ledit support allongé, attenant d'un choc transmis tout au long d'une surface allongée de contact entre ledit support et ladite structure. Comme on le verra plus loin en détail l'utilisation, selon le procédé suivant l'invention, d'un support allongé garni d'un tube expansible permet d'appliquer à la structure à essayer un choc distribué sur une surface continue étendue, pour simuler ainsi correctement une situation de choc réelle. Suivant une autre caractéristique du procédé selon l'invention, l'expansion du tube détache du support une partie de celui-ci. Cette disposition permet de relever le niveau d'énergie du choc, dans les basses fréquences du spectre de réponse évoqué ci-dessus, et d'atteindre le niveau spécifié pour les équipements lourds montés sur de gros lanceurs. Suivant encore une autre caractéristique du procédé selon l'invention, on forme une ligne de faiblesse sur le support pour aider au détachement dudit morceau. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'invention fournit un dispositif qui comprend a) au moins un support rigide allongé creusé d'un logement coextensif, ledit support comprenant une surface allongée et des moyens pour fixer ledit support de manière que ladite surface allongée soit accolée et liée rigidement à une surface allongée correspondante de la structure à essayer, b) un tube expansible installé dans ledit logement et garni d'un cordeau pyrotechnique et c) des moyens pour commander l'allumage dudit cordeau et l'expansion dudit tube. Suivant d'autres caractéristiques du dispositif selon l'invention, le logement du support prend la forme d'une fente allongée de largeur prédéterminée, la section droite du tube étant écrasée et d'épaisseur égale à cette largeur prédéterminée de manière à s'inscrire dans la section droite de la fente. Le support est conformé de manière à présenter au moins une zone de faiblesse allongée, adjacente au fond de ladite fente. La zone de faiblesse est constituée par une rainure creusée dans une surface extérieure du support, parallèlement et à proximité du fond de la fente. Des moyens de retenue sont fixés au support et passent autour de la partie de celui- ci qui s'en détache après rupture du support sur la ligne de faiblesse, pour retenir cette partie au voisinage dudit support. 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 - les figures 1 et 2 sont des vues en plan et en coupe suivant le trait II de la figure 1, respectivement, d'un premier mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, - les figures 3A et 3B sont des vues en coupe analogues à celles de la figure 2, d'un deuxième mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, avant et après fonctionnement de ce dispositif, - les figures 4 et 5 sont des vues partielles en plan de deux agencements de dispositifs suivant l'invention, adaptés à l'application de chocs à une surface annulaire d'une structure à essayer, - les figures 6A à 6E représentent schématiquement diverses variantes des dispositifs des figures 1 à 3B, - les figures 7A et 7B représentent un autre mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, avant et après fonctionnement de ce dispositif, et - les figures 8A et 8B sont des vues en coupe suivant le trait VIII des figures 7A et 7B, respectivement. On se réfère aux figures 1 et 2 du dessin annexé où l'on a représenté un premier mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, conçu pour étudier la résistance à des chocs d'une structure constituée par un satellite monté sur un lanceur spatial par l'intermédiaire d'un adaptateur prenant la forme d'une jupe tronconique 1 de révolution. Le dispositif est conformé pour pouvoir être monté sur la grande base 2 de cette jupe 1 (voir figure 2) et comprend donc un support rigide allongé 3 s'étendant selon le contour circulaire de cette base 2, comme cela apparaît sur la vue en plan de la figure 1. Ce support 3 peut alors être allongé selon le contour d'un cercle ou d'un arc de cercle, par exemple d'un arc de cercle de 90 d'angle au centre, comme représenté à la figure 1. On comprend qu'avec quatre tels dispositifs on peut alors couvrir la grande base 2 de la jupe 1 sur toute sa longueur, comme illustré aux figures 4 et 5 qui seront décrites plus loin en détail. Des organes de fixation tels que des vis 4, distribués régulièrement sur la base 2 de la jupe, permettent d'assembler le dispositif 3 à la jupe, en accolant une surface 5 du support 3, allongée en forme de cercle, à la base 2, conforme, de la jupe. Comme représenté sur la figure 2, le support 3 est creusé d'un logement 6 coextensif en forme de fente, s'ouvrant vers le centre de courbure C du support 3 et S'étendant radialement dans le support 3 sur une profondeur prédéterminée, avec une largeur axiale prédéterminée. Un tube expansible 7, écrasé de manière à présenter une section transversale s'inscrivant dans celle du logement 6, et donc d'une épaisseur égale à la largeur de ce dernier, est installé dans ce logement, d'un bout à l'autre de celui-ci. Le tube est garni d'un cordeau pyrotechnique, comme les tubes expansibles incorporés aux séparateurs pyrotechniques utilisés dans les lanceurs spatiaux pour commander le largage d'une coiffe de protection de charge utile, ou la séparation de deux étages d'un lanceur, par exemple. On a représenté schématiquement à la figure 4, quatre tels tubes 71,72,73,79 conformes chacun à celui représenté à la figure 2, les supports de ces tubes étant enlevés pour la clarté du dessin. Chaque tube 7i (i = 4) est fermé par un bouchon 8i à une extrémité et raccordé par son autre extrémité à une ligne pyrotechnique 9i. Les quatre lignes 91 sont raccordées à un même relais multivoies 10 lui-même connecté à un détonateur pyrotechnique 11 dont l'allumage est commandé par des moyens 12. Ces derniers ont pour fonction d'alimenter le détonateur 11 avec une impulsion de courant de durée prédéterminée propre à allumer le détonateur. On comprend que les supports incurvés des tubes 7i sont montés sur la surface de base annulaire 2 de la jupe 1, de manière à suivre le contour circulaire de cette surface sur toute sa longueur. Le dispositif suivant l'invention fonctionne alors comme suit pour appliquer un choc d'essai à un satellite monté sur la jupe tronconique 1 par exemple. On actionne les moyens de commande 12 (voir figure 4) pour allumer successivement le détonateur 11, les lignes pyrotechniques 9i et les cordeaux pyrotechniques contenus dans les tubes 7i, l'allumage synchrone de ces cordeaux provoquant une brutale expansion des tubes 7i, bloquée cependant par les parois des logements qui les accueillent (voir le logement 6 de la figure 2), ces parois subissant alors un choc transmis par les supports des tubes, tout au long de ces supports, à la grande base 2 de la jupe 1 et, de là, au satellite (non représenté) porté par cette jupe. Des capteurs de divers types (non représentés) sont montés sur le satellite et, éventuellement, sur la jupe, pour mesurer les effets de ce choc sur les divers composants du satellite et sur la jupe. Il apparaît maintenant que l'invention permet bien d'atteindre un des buts annoncés, à savoir assurer avantageusement une complète délocalisation des chocs appliqués à la structure essayée, grâce à la coextensivité des tubes 7i et de la base 2 de la jupe 3. Selon un autre mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, représenté aux figures 3A et 3B du dessin annexé, où des références identiques à des références utilisées sur les figures 1 et 2 repèrent des éléments ou organes identiques ou similaires, le support 3 du dispositif suivant l'invention comprend une zone de faiblesse 13 allongée, adjacente au fond de la fente 6. Sur la figure 3A, il apparaît que cette zone 13 prend la forme d'une rainure creusée dans une surface externe 14 du support, opposée à la surface 2, parallèlement et à proximité du fond de la fente 6. La surface 14 est adjacente et perpendiculaire à la surface 15 du support 3 sur laquelle débouche la fente 6. La section droite de la rainure prend de préférence la forme d'un V. Ainsi, la rainure 13 empêche la partie 16 du support 3 (voir figure 3B) délimitée par la fente 6 et cette rainure, de résister à la pression exercée sur elle lors de l'expansion du tube 7. Cette partie 16 se détache alors brusquement du support 3 du fait de la rupture de celui-ci au long de la rainure 13, avec transmission par contrecoup d'un choc à la structure à essayer, d'un niveau d'énergie que l'on peut ajuster à une valeur convenable, satisfaisant aux prescriptions d'un cahier des charges, quant à l'établissement du spectre de réponse aux chocs de la structure dans le domaine des basses fréquences de ce spectre, ceci conformément à un autre but poursuivi par la présente invention. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus, qui n'ont été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que l'expansion des tubes 7i du dispositif de la figure 4 pourrait être à commande électrique plutôt que pyrotechnique. On a représenté à cet égard à la figure 5 un tel dispositif, dans lequel chacun des tubes 7i est équipé, outre d'un bouchon 8i à l'une de ses extrémités, d'un détonateur particulier 17i à son autre extrémité, le fonctionnement synchrone de ces détonateurs étant commandé par les moyens 12, par l'intermédiaire de lignes électriques 18i. C'est ainsi encore que la fente 6 du support 3 représenté aux figures 2 et 3A,3B pourrait être orientée différemment, comme représenté aux figures 6A à 6E. A la figure 6A, la fente est orientée perpendiculairement à la surface 5 du support 3 qui s'accole à la base de la structure à tester, l'axe X étant celui d'une des vis 4 de fixation du support 3 sur ladite structure. Ce support est dépourvu de rainures, tout comme celui de la figure 2. Le support de la figure 6B est du type de celui des figures 3A,3B et s'en distingue par l'orientation de la fente 6, identique à celle de la figure 6A. Le support de la figure 6C est une variante de celui de la figure 6B et présente une symétrie par rapport à un plan passant par les axes X des vis 4, avec deux rainures 13a,13b, au lieu d'une. Aux figures 6D et 6E, la fente 6 est orientée à 45 de la surface 5, suivant deux angles orientés de signes différents. On comprend que les ébranlements ainsi communiqués à la structure à essayer, montée sur la surface 5 du support 3, se propagent différemment notamment longitudinalement et radialement suivant la direction donnée à la fente 2. On a représenté aux figures 7A à 8B un autre mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, perfectionné par l'addition de moyens de retenue des parties qui se détachent du support du tube expansible, au moment de l'expansion de celui-ci. Comme représenté à la figure 3B, le tube expansible 7 et la partie 16 du support sont alors projetés violemment dans l'environnement, ce qui peut être dangereux et/ou polluant. Pour éviter cela, l'invention propose de monter, de place en place sur le support 3 (voir figures 7A et 7B) des étriers 191,192,193, ... en forme de U, passant sous les parties qui sont destinées à se détacher du support 3, celui-ci étant percé d'alésages traversés par des boulons de retenue 201,202,... permettant de fixer ces étriers sur le support. Après expansion du tube 7 et détachement de la partie 16, les étriers retiennent ceux- ci auprès du support 3 (voir figures 7B,8B) conformément à l'objectif annoncé ci-dessus. L'invention s'étend évidemment à tout dispositif du type décrit ci-dessus, dans lequel le support du tube expansible prend une forme autre que circulaire ou en arc de cercle, pour s'adapter à telle ou telle configuration particulière de l'interface entre le support et une structure à soumettre à un essai de choc. REVENDICATIONS 1. Procédé d'application de chocs à une structure mécanique, pour l'essai de la résistance de ladite structure aux chocs, caractérisé en ce que a) on fixe sur une surface allongée (2) de ladite structure au moins un support rigide (3) coextensif creusé d'un logement (6) également coextensif et muni d'un tube expansible (7) garni d'un cordeau en un matériau pyrotechnique, et b) on allume ledit cordeau pour provoquer, par l'expansion brusque de la section droite du tube (7) qui s'ensuit, l'application à la structure par ledit support allongé (3) attenant, d'un choc transmis tout au long d'une surface allongée de contact entre ledit support (3) et ladite structure. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ladite expansion du tube (7) détache du support (3) une partie (16) de celui-ci. 3. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que ladite partie (16) du support se détache de celui-ci par rupture du support (3) au long d'une ligne de faiblesse (13) formée sur celui-ci. 4. Procédé conforme à la revendication 3, caractérisé en ce qu'on dispose sur le support (3) des moyens (19i) pour retenir la partie (16) détachée à proximité dudit support (3). 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend a) au moins un support rigide (3) allongé creusé d'un logement (6) coextensif, ledit support (3) comprenant une surface allongée (5) et des moyens (4) pour fixer ledit support (3) de manière que ladite surface allongée (5) soit accolée et liée rigidement à une surface allongée (2) correspondante de la structure à essayer, b) un tube expansible (7) installé dans ledit logement (6) et garni d'un cordeau pyrotechnique et c) des moyens (12) pour commander l'allumage dudit cordeau et l'expansion dudit tube. 6. Dispositif conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que ledit logement (6) dudit support (3) prend la forme d'une fente allongée de largeur prédéterminée, la section droite du tube (7) étant écrasée et d'épaisseur égale à ladite largeur prédéterminée de manière à s'inscrire dans la section droite de la fente. 7. Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que ledit support (3) est conformé de manière à présenter au moins une zone de faiblesse (13) allongée, adjacente au fond de ladite fente (6). 8. Dispositif conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que ladite zone de faiblesse (13) est constituée par une rainure creusée dans une surface extérieure (14) du support (3), parallèlement et à proximité du fond de la fente (6). 9. Dispositif conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que ladite rainure 13 présente une section droite en forme de "V". 10. Dispositif conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que ladite rainure (13) est creusée dans une surface plane (14) dudit support, adjacente et perpendiculaire à celle sur laquelle déborde perpendiculairement ladite fente (6). 11. Dispositif conforme à la revendication 10, caractérisé en ce que la section droite de ladite fente (6) est orientée par rapport à ladite surface allongée (5) dudit support (3) selon l'une des directions du groupe formé par . une direction perpendiculaire, une direction parallèle, une direction inclinée. 12. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 5 à 11, caractérisé en ce que ledit support (3) est incurvé. 13. Dispositif conforme à la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de supports incurvés garnis des tubes expansibles (7i) associés, lesdits supports étant montés sur une surface annulaire (2) de la structure à tester de manière à suivre sensiblement complètement ladite surface. 14. Dispositif conforme à la revendication 13, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comprennent une pluralité de cordons pyrotechniques (9i) reliés chacun à l'un desdits tubes (7i) pour assurer l'allumage synchrone des cordeaux pyrotechniques contenus dans ces tubes. 15. Dispositif conforme à la revendication 13, caractérisé en ce que chacun desdits tubes (7i) est équipé d'un détonateur pyrotechnique (17i) commandant l'allumage du cordeau contenu dans le tube et en ce que lesdits moyens de commande comprennent des lignes électriques (18i) pour commander l'activation synchrone desdits détonateurs (17i). 16. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 7 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de retenue (19i) fixés audit support (3) et passant autour de la partie de celui-ci qui s'en détache après rupture du support sur la ligne de faiblesse, pour retenir cette partie au voisinage dudit support. 17. Utilisation du dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 5 à 16, pour l'essai de la résistance aux chocs d'une structure destinée à être embarquée dans un lanceur spatial.