Brevet FR2932709A1 — publié le 20091225

La présente invention a pour objet une structure articulée déployable. Une telle structure articulée déployable peut trouver de nombreuses applications. Par exemple pour déployer à distance une toile ou analogue, dans une but de protection ou bien de diffusion d'une information. Une structure articulée déployable selon l'invention trouvera, non limitativement, une application particulière dans le domaine spatial, que ce soit pour déployer des pare-soleil de protection des satellites, ou bien des antennes paraboliques pour satellite, ou bien des panneaux solaires photovoltaïques. Une autre application peut être trouvée dans le domaine de la signalisation routière, pour permettre de déployer, dans les cas d'urgence, et à distance, de grands panneaux de signalisation ou d'information. Dans un but de simplification, la description de l'invention sera placée dans le domaine de l'application au domaine spatial. On sait que les antennes paraboliques pour satellite, doivent pouvoir être repliées et stockées dans un espace réduit pendant le lancement du satellite, puis pouvoir être déployées une fois ledit satellite en orbite. On connaît de nombreux types d'antenne parabolique déployable, qui diffèrent essentiellement par la technologie utilisée pour permettre le déploiement et le repliement de la parabole. Ainsi ces paraboles comprennent dans la plupart des cas, une structure déployable à la manière d'un parapluie ou d'un éventail, ou elles sont parfois gonflables. De telles antennes paraboliques présentent, de manière 30 évidente, une surface parabolique inégale qui peut être préjudiciable à l'utilisation qui en est faite. On connaît déjà des structures articulées déployables, du type comprenant un ensemble de segments aboutés deux à deux au travers de moyens d'articulation, et conformés en boucle, chacun 35 desdits moyens d'articulation comportant deux articulations sur chacune desquelles s'articule un segment. Ces structures présentent des inconvénients, d'une part la multiplication des axes d'articulation nuit à la rigidité de l'ensemble, et d'autre part elles ne sont pas prévues pour se déployer automatiquement. La présente invention a pour but de proposer une structure articulée déployable utilisable dans la construction d'une antenne parabolique déployable, et permettant de remédier aux divers inconvénients précités. La présente invention ne se limite pas au domaine spatial, mais peut trouver une utilité dans tous les domaines nécessitant le déploiement d'une toile ou analogue. La structure articulée déployable selon l'invention est constituée de l'assemblage d'éléments articulés deux à deux au travers de moyens d'articulation, et elle se caractérise essentiellement en ce que chacun desdits éléments comporte à chacune de ses extrémités une articulation permettant de relier l'extrémité d'un autre élément au travers d'un axe d'articulation, tous les axes de pivotement desdites articulations étant construits en sorte que ladite structure puisse prendre deux positions extrêmes, à savoir une position déployée où lesdits éléments sont deux à deux plus ou moins dans le prolongement l'un de l'autre pour former une ellipse, et une position repliée où lesdits éléments sont regroupés les uns contre les autres sensiblement parallèles les uns aux autres; et en ce que lesdits éléments et lesdites articulations sont associés d'une part à des moyens de commande du déploiement desdits éléments, et d'autre part à des moyens d'assistance aptes à assurer une simultanéité du déploiement ou du repliement desdits éléments. Selon une caractéristique additionnelle de la structure articulée déployable selon l'invention, les axes de pivotement desdites articulations sont agencés en sorte que pour chacun des éléments constituant la structure, les deux axes de pivotement qu'il comporte, un à chaque extrémité, s'étendent dans des plans parallèles, perpendiculaires à l'axe principal dudit élément, lesdits deux axes de chacun desdits éléments étant décalés angulairement par rapport audit axe principal, et la somme de tous les décalages angulaires de tous lesdits éléments est égale à 360°. En, fonction de la forme déployée de la structure, qui peut être non régulière, il est possible que certains décalages soient nuls, tandis que d'autres peuvent être négatifs. Selon un mode de réalisation particulier de la structure articulée déployable selon l'invention, les éléments qui la composent sont tous de même longueur, et les décalages sont tous de même valeur. Selon une autre caractéristique additionnelle de la structure articulée déployable selon l'invention, les éléments consistent en des tubes à l'intérieur desquels passent des câbles qui constituent les moyens de commande et les moyens d'assistance. Selon une autre caractéristique additionnelle de la structure articulée déployable selon l'invention, les articulations consistent en des chapes sur les axes desquelles sont montées des poulies dans lesquelles passent les câbles. Selon une autre caractéristique additionnelle de la structure articulée déployable selon l'invention, les moyens de commande consistent en un câble qui parcours toute la structure en passant sur une poulie à chacune des articulations. Selon une autre caractéristique additionnelle de la structure articulée déployable selon l'invention d'une part chacun des axes des articulations comporte, enfilées axialement, des poulies en libre rotation, qui constituent des guides pour les câbles qui traversent les éléments, d'autre part chacune des articulations comporte deux moyens de guidage des câbles constituant les moyens d'assistance, chacun disposé solidaire d'une extrémité des éléments raccordés et décalés transversalement par rapport auxdits axes des articulations; et en ce que lesdits câbles qui constituent les moyens d'assistance sont au nombre de deux par paire d'articulations successives, que d'une part l'un passe sur la poulie d'une première articulation du côté extérieur en coopération avec lesdits moyens de guidage, et sur la poulie de la seconde articulation du côté intérieur, en sorte que son enroulement sur la poulie de la première articulation soit minimum, et au maximum sur la poulie de la seconde articulation en position repliée, et inversement en position déployée, et que d'autre part l'autre câble passe sur la poulie de ladite première articulation du côté intérieur, et sur la poulie de ladite seconde articulation du côté extérieur, en sorte que son enroulement sur la poulie de ladite première articulation soit maximum, et au minimum sur la poulie de ladite seconde articulation en position repliée, et inversement en position déployée. La structure articulée déployable selon l'invention, du fait de la simplicité de sa construction et de la facilité de sa manipulation, permet d'envisager de l'utiliser dans de nombreuses applications, et particulièrement, mais non limitativement dans le domaine spatial. On connaît déjà des toiles susceptibles d'être déployées au travers d'une structure déployable, ces toiles devant constituer le réflecteur d'une antenne par exemple. L'inconvénient de ces toiles consiste en ce qu'elles sont stockées repliées, et, après déploiement, pour supprimer les plis issus du stockage la structure doit exercer une forte tension, ce qui nécessite que ladite structure soit dimensionnée à ce niveau d'effort ce qui augmente de fait son poids comme celui des actionneurs permettant son déploiement, ce qui peut être rédhibitoire dans le domaine spatial. Or, de manière avantageuse, lorsque les éléments qui composent la structure se présentent sous la forme de barre ou tube, ceux-ci peuvent servir d'arbres d'enroulement à des panneaux souples reliés entre eux par leur extrémité libre, et lors du déploiement de la structure, le déroulement de ces panneaux et leur juxtaposition aboutit à la formation d'une surface aux dimensions de la structure. Les panneaux ne sont pas stockés pliés, il n'y a donc aucune nécessité à ce que la structure exerce une forte tension 35 pour éliminer des plis de stockage. Cette technologie n'est pas limitée à la fabrication d'une antenne, elle peut également permettre de réaliser un capteur photovoltaïque. En effet, il existe des panneaux solaires souples, mais ceux-ci de peuvent pas être pliés, par contre ils peuvent être roulés. On peut donc envisager un panneau constitué de l'association de plusieurs pièces, chacune enroulée sur un mandrin, chacun des mandrins étant rendu solidaire des éléments d'une structure déployable, et lesdites pièces étant solidarisées les unes aux autres par leur extrémité libre, au moins deux à deux, en sorte que le déploiement de ladite structure entraîne le déroulement desdites pièces jusqu'à la constitution d'un panneau. Une telle configuration peut être appliquée à toutes les structures déployables existantes, même pour une structure déployable ouverte, par contre l'application à une structure déployable selon l'invention présente de nombreux avantages. En effet, sur une structure articulée déployable selon l'invention, chacun des éléments qui la composent peut être conformé en un mandrin d'enroulement, en sorte de pouvoir recevoir une pièce de matériau souple ou semi-rigide, susceptible d'une part d'être enroulée sur ledit élément lorsque la structure est repliée, et d'autre part d'être déroulée lorsque ladite structure est déployée, en étant liée à au moins une autre pièce en vis-à-vis, en sorte de constituer avec les autres pièces, un panneau s'étendant à l'intérieur de ladite structure. Les avantages et les caractéristiques de la structure articulée déployable selon l'invention, ressortiront plus clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente un mode de réalisation non limitatif. Dans le dessin annexé : - la figure 1 représente une vue schématique en perspective 35 d'une structure articulée déployable selon l'invention, en position intermédiaire. - la figure 2 représente une vue schématique en perspective d'une partie de la même structure. - la figure 3 représente une vue schématique partielle en perspective d'une autre partie de la même structure. - la figure 4 représente une vue schématique partielle en perspective d'une autre partie de la même structure. - les figures 5a, 5b et 5c représentent des vues partielles en coupes, d'une partie de la même structure dans des configurations différentes d'utilisation. - les figures 6a, 6b et 6c représentent des vues partielles en coupes, de la même partie de la même structure dans des configurations différentes d'utilisation. - la figure 7 représente une vue partielle en coupes, de la même partie de la même structure dans une configuration 15 particulière. - la figure 8 représente une vue partielle en coupes, d'une autre partie de la même structure dans la même configuration particulière. - 1 es figures 9a, 9b, 9c et 9d représente nt des vues 20 schématiques en perspective d'une autre structure selon l'invention, dans une application particulière et dans des positions successives d'un déploiement. - la figure 10 représente une vue schématique en perspective d'une variante de la même structure, en position 25 déployée. - la figure 11 représente une vue schématique en perspective d'une partie de la même structure. En référence à la figure 1, on peut voir une structure articulée déployable 1 selon l'invention, constituée des 30 l'assemblage de tubes 2, articulés deux à deux par l'intermédiaire d'articulations 3 et 4. Comme on peut le voir sur les figures 3 et 4, qui représentent respectivement les articulations 3 et 4, ces dernières consistent chacune en deux chapes 30 et 31, 35 respectivement 40 et 41, chacune solidaire d'un tube 2 et réuni par un arbre, 32, respectivement 42, d'axe X, respectivement Y. Comme on peut le voir sur la figure 2, ainsi que sur la figure 1, dans ce mode de réalisation les axes X et Y d'articulation d'un tube 2 sur les deux tubes 2 voisins sont dans des plans parallèles mais décalés angulairement par rapport à l'axe principal du tube 2, le décalage étant dans le cas présent d'un angle d'une valeur égale à 360° divisé par le nombre d'articulations 3 et 4, ou de tubes 2, en l'occurrence douze, soit un angle de 30°. On comprendra que la structure articulée déployable 1 peut prendre deux positions extrêmes, l'une où toutes les articulations 3 et 4 sont repliées au maximum et les tubes 2 sont accolés les uns sur les autres et sont tous sensiblement parallèles les uns aux autres, et une autre où toutes les articulations sont déployées au maximum, les tubes 2 étant alors dans les prolongement les uns des autres pour former un polygone. Sur la figure 1, où la structure articulée déployable 1 est dans une configuration intermédiaire, les axes X sont radiaux et disposés dans un même plan, tandis que les axes Y sont également radiaux et disposés dans un autre même plan. Le mode de réalisation représenté est un cas particulier où les tubes 2 sont tous de même longueur et où les articulations 2 3 et 4 sont toutes identiques, il pourrait bien entendu en être autrement. Sur la figures 3 et 4, on peut noter que les articulations 3 et 4 présentent de plus des poulies en libre rotation, respectivement, 33 et 43, enfilées sur les arbres, respectivement 32 et 42, ces poulies étant au nombre de trois par articulation. Comme on peut le voir sur les figures 5a, 5b, 5c, 6a, 6b, 6c, 7 et 8, les poulies 33 et 43 constituent des guides pour trois câbles qui traversent les tubes 2, et qui constituent des moyens de manaeuvrement de la structure articulée déployable 1. On notera que sur ces figures 5a, 5b, 5c, 6a, 6b, 6c, 7 et 8, on a représenté en coupe un tube 2 et deux articulations 3 et 4, et pour une meilleure compréhension, les articulations 3 et 4 sont représentées en coupe selon un même plan, perpendiculaire à leur axe X et Y de pivotement. En référence aux figures 5a, 5b et 5c, de même que sur les figures 6a, 6b et 6c, on peut voir respectivement trois configurations différentes, à savoir, respectivement, repliée, partiellement déployée et déployée. Sur les figures 5a, 5b et 5c on peut voir également un câble 5 qui traverse le tube 2 ainsi que les deux articulations 3 et 4 en passant sur les poulies 33 et 43, et dont les extrémités 50 et 51 sont fixées au-delà des articulations, respectivement 3 et 4. On notera que pour passer de la position repliée à la position déployée, l'articulation 3 doit s'ouvrir d'un angle inférieur à celui dont doit s'ouvrir l'articulation 4, aussi, pour compenser cet écart les poulies 33 et 43 sont de rayons différents, dont le rapport est inversement proportionnel au rapport desdits angles. Le câble 5 passe sur la poulie 33 du côté extérieur, et sur la poulie 43 du côté intérieur, en sorte que son enroulement sur la poulie 33 soit minimum, et au maximum sur la poulie 43 en position repliée, et inversement en position déployée. On notera que l'articulation 3 présente intérieurement à chacune de ses parties articulées un guide, respectivement 34 et 35, sur lesquels passe le câble 5. On comprendra que le déploiement de l'articulation 3 entraîne, sous l'effet de la traction exercée par le câble 5, le déploiement de l'articulation 4, et qu'inversement le repliement de l'articulation 4 entraîne le repliement de l'articulation 3. Sur les figures 6a, 6b et 6c on peut voir également que la structure articulée déployable 1 selon l'invention, comporte un deuxième câble 6 qui traverse le tube 2 ainsi que les deux articulations 3 et 4 en passant sur les poulies 33 et 43, et dont les extrémités 60 et 61 sont fixées au-delà des articulations, respectivement 3 et 4. Le câble 6 passe sur la poulie 33 du côté intérieur, et sur la poulie 43 du côté extérieur, en sorte que son enroulement sur la poulie 33 soit maximum, et au minimum sur la poulie 43 en position repliée, et inversement en position déployée. On notera que l'articulation 4 présente intérieurement à chacune de ses parties articulées un guide, respectivement 44 et 45, sur lesquels passe le câble 6. On comprendra que le déploiement de l'articulation 4 entraîne, sous l'effet de la traction exercée par le câble 6, le déploiement de l'articulation 3, et qu'inversement le repliement de l'articulation 3 entraîne le repliement de l'articulation 4. La structure 1 comporte ainsi plusieurs câbles 5, un par paire d'articulations 3 et 4, et plusieurs câbles 6, un par paire d'articulations 3 et 4, ces câbles 5 et 6 permettent d'obtenir une simultanéité des mouvements de repliement et de déploiement. En référence maintenant aux figures 7 et 8, on peut voir que la structure articulée déployable 1 selon l'invention comprend un troisième câble 7, qui parcourt toute la structure 1, dont une extrémité 70 est fixée à une extrémité dans un tube 2 tandis que l'autre extrémité 71 s'extrait du même tube 2 par un orifice 20, visible sur la figure 8. Le câble 7 passe sur les poulies 33 et 43, du côté intérieur c'est-à-dire en sorte que son enroulement soit maximum en position repliée. On comprendra qu'ainsi une traction T, extérieure à la structure 1, provoque le déploiement de cette dernière, tandis que le maintien du câble 7 sous tension garantit la rigidité de l'ensemble. Dans une application à la réalisation d'une antenne parabolique, une toile est fixée par son bord aux éléments qui composent la structure 1, en sorte que le déploiement de cette dernière assure le déploiement de la toile. A cet effet, en référence aux figures 9a, 9b, 9c et 9d, on peut voir une structure 1 déployable, conforme à celle décrite précédemment, qui diffère uniquement en ce que le nombre de tube 2 est de six et non de douze. Les tubes 2 sont assemblés au moyen n d'articulation 3 et 4, et sont également parcourus par des câbles non représentés. Chacun des tubes 2 est équipé d'un dispositif de boîtier 21, se présentant sous la forme d'un tube enfilé sur le tube 2, et munie d'une fente longitudinale 22 par laquelle passe une pièce 8 de matériau souple, laquelle est susceptible d'être enroulée sur le tube 2, à l'intérieur du boîtier 21. Comme cela est visible sur la figure 9d, les pièces 8 sont de forme triangulaire, en sorte que leur juxtaposition puisse reproduire la forme intérieure de la structure 1 déployée. On notera que les différentes pièces sont dimensionnées en sorte que dans la surface obtenue elles soient dissociées, jointives, ou présentent une partie de recouvrement, en fonction de la nécessité correspondant à la fonction souhaitée. En pratique, les pointes extrêmes libres 80 des pièces 8 sont reliées entre elles au moyen d'un lien 81 représenté uniquement sur la figure 9d. Lors du déploiement de la structure 1, du fait du lien 81, les pièces 8 sont déroulées jusqu'à former un panneau 82, bien entendu les dimensions des pièces 8 sont choisies en sorte de présenter une certaine tension en position de déployée, sachant que chaque pièce 8 est munie de moyens d'arrêt, non représentés, consistant en des moyens de solidarisation soit au tube 2, soit au boîtier 21. On notera que l'utilisation d'un boîtier 21 n'est pas indispensable, que les pièces 8 peuvent être simplement enroulées sur les tubes 2. Il est également possible que chacune des pièces 8 soit solidaire d'un manchon enfilé sur un tube 2 et en libre rotation du celui-ci. On notera également que les pièces 8 peuvent être solidarisées aux tubes 2 au travers de moyens de rappel élastique aptes à favoriser l'enroulement des pièces 8 sur les tubes 2, lesquels moyens de rappel peuvent contribuer au repliement de la structure 1. Les pièces 8 en matériau souple peuvent être de différentes natures selon l'application à laquelle est destinée la structure. Dans le cas de la réalisation d'un écran d'occultation, il peut s'agir d'une simple toile opaque, dans le cas d'un panneau solaire il peut s'agir d'une toile munie de capteurs photovoltaïques, et dans le cas d'une antenne il peut s'agir d'une toile munie d'éléments réflecteurs. En référence maintenant la figure 10, on peut voir une structure 1 déployée, équipée de pièces 8 en matériau souple, suffisamment souple pour pouvoir être enroulé, ou bien semi-rigide, qui forment un panneau 82 présentant une forme concave, à savoir une parabole. La forme de ce panneau 82 est obtenue au travers des caractéristiques des pièces 8 qui le composent, et dont l'une est représentée sur la figure 11. Ainsi, chacune des pièces 8 est préformée et présente au repos une certaine concavité, matérialisée par deux axes courbes V et W. REVENDICATIONS1) Structure articulée déployable (1), constituée de l'assemblage d'éléments (2) articulés deux à deux au travers de moyens d'articulation (3, 4), caractérisée en ce chacun desdits éléments (2) comporte à chacune de ses extrémités une articulation (3, 4) permettant de relier l'extrémité d'un autre élément (2) au travers d'un axe d'articulation (X, Y), tous les axes (32, 42) de pivotement desdites articulations (3, 4) étant construits en sorte que ladite structure (1) puisse prendre deux positions extrêmes, à savoir une position déployée où lesdits éléments (2) sont deux à deux plus ou moins dans le prolongement l'un de l'autre pour former une ellipse, et une position repliée où lesdits éléments (2) sont regroupés les uns contre les autres sensiblement parallèles les uns aux autres; et en ce que lesdits éléments (2) et lesdites articulations (3, 4) sont associés d'une part à des moyens de commande (7) du déploiement desdits éléments (2), et d'autre part à des moyens (5, 6, 33, 43) d'assistance aptes à assurer une simultanéité du déploiement ou du repliement desdits éléments (2). 2) Structure articulée déployable (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les axes de pivotement (32, 42) des articulations (3, 4) sont agencés en sorte que pour chacun des éléments (2) constituant la structure (1) , les deux axes d'articulation (X, Y) qu'il comporte, un à chaque extrémité, s'étendent dans des plans parallèles, perpendiculaires à l'axe principal dudit élément (2) , lesdits deux axes d'articulation (X, Y) de chacun desdits éléments (2) étant décalés angulairement par rapport audit axe principal, et la somme de tous les décalages angulaires de tous lesdits éléments (2) est égale à 360°. 3) Structure articulée déployable (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que les éléments (2) qui lacomposent sont tous de même longueur, et les décalages sont tous de même valeur. 4) Structure articulée déployable (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les éléments (2) consistent en des tubes à l'intérieur desquels passent des câbles de traction (5, 6, 7) qui constituent les moyens de commande et les moyens d'assistance. 5) Structure articulée déployable selon la revendication 4, caractérisée en ce que les articulations (3, 4) consistent en des chapes (30, 31, 40, 41) sur les axes (32, 42) desquelles sont montées des poulies (33, 43) dans lesquelles passent les câbles (5, 6, 7). 6) Structure articulée déployable selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens de commande consistent en un câble (7) qui parcours toute la structure en passant sur une poulie (33, 43) à chacune des articulations (3, 4). 7) Structure articulée déployable selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisée en ce que d'une part chacun des axes (32, 42) des articulations (3, 4) comporte, enfilées axialement, des poulies en libre rotation (33, 43), qui constituent des guides pour les câbles (5, 6, 7) qui traversent les éléments (2), d'autre part chacune des articulations (3, 4) comporte deux moyens de guidage (34, 35, 44, 45) des câbles (5, 6) constituant les moyens d'assistance, chacun disposé solidaire d'une extrémité des éléments (2) raccordés et décalés transversalement par rapport auxdits axes (32, 42) des articulations; et en ce que lesdits câbles (5, 6) qui constituent les moyens d'assistance sont au nombre de deux par paire d'articulations successives, que d'une part l'un (5) passe sur la poulie (33) d'une première articulation (3) du côté extérieur en coopération avec lesdits moyens de guidage (34, 35), et sur la poulie (43) de la seconde articulation (4) du côté intérieur, en sorte que son enroulement sur la poulie (33) de la première articulation (3) soit minimum, et au maximum sur la poulie (43) de la seconde articulation (4) en position repliée, et inversement en position déployée, et que d'autrepart l'autre câble (6) passe sur la poulie (33) de ladite première articulation (3) du côté intérieur, et sur la poulie (43) de ladite seconde articulation (4) du côté extérieur, en sorte que son enroulement sur la poulie (33) de ladite première articulation (3) soit maximum, et au minimum sur la poulie (43) de ladite seconde articulation(4) en position repliée, et inversement en position déployée. 8) Structure articulée déployable selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisée en ce que chacun des éléments qui la composent est conformé en un mandrin d'enroulement, en sorte de pouvoir recevoir une pièce (8) de matériau souple ou semi-rigide, susceptible d'une part d'être enroulée sur ledit élément (2) lorsque la structure (1) est repliée, et d'autre part d'être déroulée lorsque ladite structure (1) est déployée, en étant liée à au moins une autre pièce (8) en vis-à-vis, en sorte de constituer avec les autres pièces (8) un panneau (82) s'étendant à l'intérieur de ladite structure (1). 9) Structure articulée déployable selon la revendication 8, caractérisée en ce que chacun des éléments (2) qui la composent comporte un boîtier (21), se présentant sous la forme d'un tube enfilé sur le tube (2), et munie d'une fente longitudinale (22) par laquelle passe la pièce (8) de matériau souple qui est enroulée sur l'élément (2), à l'intérieur dudit boîtier (21). 10) Structure articulée déployable selon la revendication 8 ou la revendication 9, caractérisée en ce que les pièces (88) en matériau souple sont préformées et présentent une certaine concavité, en sorte que le panneau (82) constitué du rapprochement de toutes lesdites pièces (8) présente, lorsqu'il est déployé, une forme concave.