Brevet FR3092510A1 — publié le 20200814

Description Titre de l'invention : Dispositif de fixation pour une jonction entre deux secteurs de mandrin Domaine technique [0001] L'invention concerne un outillage pour mandrins utilisés dans la fabrication de ré- servoirs composites pour systèmes de propulsion de lanceurs spatiaux. [0002] Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de fixation inter-secteurs de tels mandrins. Technique antérieure [0003] Un lanceur spatial comprend un ou plusieurs étages dont les structures sont appelées corps de propulseur protégé (CPP par la suite). Les CPP sont destinés à recevoir un combustible solide ou liquide et sont associés à une tuyère pour obtenir un moteur de propulsion. [0004] Les CPP sont fabriqués au cours d'un procédé appelé bobinage, par enroulement d'une fibre pré-imprégnée autour d'une matrice appelée mandrin. [0005] Un mandrin est composé de trois parties : deux parties latérales appelées « fonds », et une partie centrale appelée « virole ». [0006] Un cycle de vie du mandrin comprend en particulier les étapes suivantes : assemblage de chacune des parties du mandrin, sur des structures indépendantes les unes des autres. Chaque partie du mandrin est composée de secteurs assemblés entre eux mécaniquement au moyen de vis et de goupilles ; pose d'une protection thermique interne sur chacune des parties du mandrin ; assemblage des trois parties du mandrin entre eux, en position horizontale, et réalisation de la jonction entre les couches de protection thermique interne ; usinage de la protection thermique interne ; réalisation du CPP par bobinage autour du mandrin puis polymérisation du CPP; démontage du mandrin après réalisation du CPP. Les secteurs de chacune des trois parties du mandrin sont démontés puis les fonds et la virole sont remontées sur des structures indépendantes en vue d'un nouveau cycle. [0007] Un mandrin comprend généralement une pluralité de secteurs, par exemple une centaine, et le temps nécessaire au démontage du mandrin et au remontage de chacune des parties du mandrin sur les structures indépendantes peut être important, par exemple 1000 heures environ. Exposé de l'invention [0008] L'invention permet de réduire les temps de montage et de démontage d'un mandrin. 2 [0009] L'invention concerne un dispositif de fixation pour une jonction entre deux secteurs d'un mandrin, un premier secteur comportant un bord comprenant une interface de guidage en position et une interface de préhension, un second secteur comportant un bord auquel est destiné à être fixé ledit dispositif de fixation. Selon l'invention, le dispositif de fixation comprend : [0010] - au moins un moyen de mise en position du dispositif de fixation entre le premier secteur et le second secteur apte à coopérer avec l'interface de guidage en position ; [0011] - au moins un moyen de maintien en position dudit dispositif de fixation apte à coopérer avec l'interface de préhension. [0012] Dans un mode de réalisation, l'au moins un moyen de mise en position du dispositif comporte un pion de positionnement et l'au moins un moyen de maintien en position comporte un crochet. [0013] Dans un mode de réalisation, le pion de positionnement est relié au crochet par le biais d'un bloc de transmission, d'un levier, d'un crochet de grenouillère, de flasques, d'un bloc de serrage et d'une tige de crochet, le bloc de transmission étant en liaison glissière par rapport au levier, le levier étant en liaison pivot avec les flasques et le crochet de grenouillère, le crochet de grenouillère étant en liaison pivot avec le bloc de serrage et en liaison glissière avec les flasques, la tige du crochet étant en liaison glissière avec le bloc de serrage, et les flasques étant fixés de part et d'autre dudit bloc de serrage. [0014] Dans un mode de réalisation, le dispositif de fixation comporte un ressort placé dans une partie creuse du bloc de serrage, entre une face intérieure de la partie creuse dudit bloc de serrage et une butée de ressort disposée dans ladite partie creuse dudit bloc de serrage et fixée à la tige du crochet. [0015] Dans un mode de réalisation, le dispositif de fixation comporte un actionneur. [0016] Dans un mode de réalisation, l'actionneur est un vérin. [0017] L'invention concerne également un secteur de mandrin comportant un bord comprenant une interface de guidage en position et une interface de préhension. [0018] Dans un mode de réalisation, l'interface de guidage est un alésage et l'interface de guidage a une forme de crochet. [0019] Dans un mode de réalisation, le secteur de mandrin comporte un bord sur lequel est fixé un dispositif de fixation selon l'invention. [0020] L'invention concerne également un ensemble comportant un premier secteur de mandrin selon l'invention, comportant un bord comprenant une interface de guidage en position et une interface de préhension, et un second secteur de mandrin selon l'invention comportant un bord sur lequel est fixé un dispositif de fixation selon l'invention. 3 Brève description des dessins [0021] [fig.1A1 représente une vue en perspective d'un mandrin. [0022] [fig.lal représente une vue en perspective d'un détail du mandrin de la figure 1A, re- présentant trois secteurs de la virole et un secteur de chacun des fonds. [0023] [fïg.2A1 représente une vue de côté d'un bord passif d'un secteur de mandrin de virole, comportant un alésage et une interface de préhension. [0024] [fïg.2B1 représente une vue dc côté d'un bord actif d'un secteur de mandrin de virole, comportant un dispositif dc fixation scion 11' invention. [0025] [fig.3A] représente une vue en perspective du dispositif dc fixation scion -l'invention. [0026] [fig.313] représente une vue tronquée, en perspective, du dispositif de fixation selon l' invention. [0027] [fig.4A] représente une vue dc côté d'unc jonction cntrc deux secteurs, en configuration de repos du dispositif dc fixation selon l'invention. [0028] [fig.413] représente une vue dc côté d'unc jonction cntrc deux secteurs, en configuration de serrage du dispositif de fixation selon l'invention. [0029] [fig.5] représente une vue dc côté d'un ressort du dispositif de fixation selon l'invention, le ressort étant composé dc plusieurs rondelles de ressort. Description détaillée [00301 L'invention concerne un secteur 10 de mandrin 1 et un dispositif de fixation 100 destiné à assurer une liaison entre deux secteurs de mandrin selon l'invention. [00311 En référence aux figures 1A et 1 B, un mandrin 1 est composé d'un ensemble de secteurs 10 composant un fond avant la, un fond arrière lb, et une partie centrale 1c également appelée « virole ». Sur la figure 1 A, des traits épais marquent des jonctions entre les fonds la, lb et la partie centrale 1c. La partie grisée du mandrin 1 de la figure 1A est représentée isolément sur la ligure 1 B. [00321 La figure 1B représente un ensemble de secteurs composés d'un secteur 10a du fond avant 1 a, d'un secteur 10b du fond arrière, et de trois secteurs 10c de la partie centrale 1c. Il convient de noter qu'une forme d'un secteur 10 varie selon sa loca- lisation sur le mandrin 1. A titre d'exemple non limitatif, en référence à la figure 1B, un secteur 10e de la partie centrale le a une forme sensiblement rectangulaire, et un secteur 10a, 10b d'un fond 1 a, 1 b a une forme incurvée. [0033] La figure 2A représente un bord passif d'un secteur 10e de la partie centrale le du mandrin 1. Le bord passif s'étend selon une largeur d'un secteur 10e, destinée à être fixée de manière réversible à un autre secteur 10e de la partie centrale le ou à un secteur 10a, 10h d'un fond 1 a, 1 b. [0034] Le bord passif comprend une interface passive 11 qui peut être une interface distincte du secteur 10e et fixée audit secteur 10e ou être intégrée au secteur 10e pour ne former qu'un seul tenant avec le reste dudit secteur, comme illustré sur la figure 2A. [0035] L'interface passive 11 comporte un alésage 12 et une interface de préhension 13 présentant sensiblement une forme de crochet. [0036] La figure 2B représente un bord actif d'un secteur 10e de la partie centrale lc du mandrin 1. Le bord actif est le bord opposé au bord passif et correspond donc également à unc largeur du secteur. [0037] Le bord actif comporte un dispositif de fixation 100 selon l'invention, fixé au secteur 10e par l'intermédiaire d'un bâti 101 dudit dispositif de fixation. [0038] En référence aux figures 3A et 3B, le dispositif de fixation 100 selon l'invention comporte un pion de positionnement 102, un crochet 103, un levier 104, un ressort 105 et un actionneur 106. Dans l'exemple illustré, l'actionneur 106 est un vérin pneumatique. [0039] Le pion de positionnement 102 consiste en une tige présentant, excepté sur une pointe dudit pion de positionnement, un diamètre sensiblement égal au diamètre de l'alésage 12 de l'interface passive 11. Le pion de positionnement 102 est apte à être mis en mouvement de translation par rapport au bâti 101 sous l'action du vérin 106, entre deux positions extrêmes déterminant une course du pion de positionnement. Pour cela, un bloc de transmission 107 assure une transmission d'effort d'une tige du vérin 106 au pion de positionnement 102. Les positions extrêmes correspondent à une position rétractée dans laquelle une longueur d'une partie libre 1020 du pion de positionnement est minimale, et une position déployée dans laquelle la longueur de ladite partie libre est maximale. En référence à la figure 2B, la partie libre 1020 s'étend de la pointe du pion de positionnement au bâti 101. [0040] Le bloc de transmission 107 comporte également deux pions de guidage 1070, po- sitionnés de part et d'autre dudit bloc de transmission, sur deux faces opposées dudit bloc. Les pions de guidage 1070 sont insérés dans des trous oblongs du levier 104, lequel levier 104 est en liaison pivot avec un système de grenouillère comportant deux flasques 108 et un crochet de grenouillère 109. Les flasques 108 sont disposés de part et d'autre d'un bloc de serrage 110 dans lequel est placé le ressort 105. Le crochet de grenouillère 109 est en liaison pivot par une première extrémité avec une extrémité du levier 104 opposée à l'extrémité reliée au bloc de transmission 107, et en liaison pivot par une seconde extrémité avec le bloc de serrage 110. Un arbre du crochet de grenouillère 109 assurant la liaison pivot avec le bloc de serrage 110 est inséré dans des trous oblongs des flasques disposés de part et d'autre dudit bloc de serrage. [0041] Le crochet 103 est relié au bloc de serrage 110 au moyen d'une tige 1030. Le crochet 103 est apte à se déplacer dans un mouvement de translation par rapport au bâti 101, selon un axe de direction parallèle à une direction d'un axe de translation du pion de positionnement 102, entre deux positions extrêmes définissant une course du crochet 103. Les positions extrêmes correspondent à une position rétractée dans laquelle la tige du crochet 103 est rentrée, comme illustré sur la figure 3A, et une position déployée dans laquelle la tige du crochet 103 est sortie et une longueur libre de la tige du crochet est maximale, comme illustré sur la figure 2B, la partie libre de la tige du crochet s'étendant entre le crochet 103 et le bâti 101. [0042] En référence à la figure 3B, le bloc de serrage 110 comprend une partie creuse sen- siblement cylindrique dans laquelle est placé le ressort 105. La partie creuse communique avec l'extérieur du bloc de serrage par le biais d'une ouverture cylindrique circulaire dans laquelle est insérée la tige 1030 du crochet 103. La tige du crochet 103 est filetée en son extrémité placée dans la partie creuse du bloc de serrage 110, et coopère avec un taraudage d'une butée 1050 de ressort disposée dans la partie creuse. En son extrémité opposée, la tige 1030 du crochet présente une section en forme de fourche à deux branches dans laquelle le crochet 103 est inséré par exemple par filetage du crochet et taraudage de la tige. [0043] La mise en oeuvre du dispositif de fixation 100 selon l'invention va maintenant être décrite. [0044] Dans une configuration de repos du dispositif de fixation 100, illustrée sur la figure 2B, le pion de positionnement 102 est en position rétractée et le crochet 103 est en position déployée. [0045] L'actionnement du vérin 106 déplace le piston et la tige dudit vérin dans le sens de la flèche illustrée sur la figure 3B. Le vérin 106 exerce ainsi un effort sur le bloc de transmission 107 qui transmet cet effort au pion de positionnement 102 afin que ledit pion de positionnement passe progressivement d'une position rétractée à une position déployée. [0046] Le déplacement du bloc de transmission 107 dans le sens de la flèche, et donc le dé- placement des pions de guidage 1070 qui lui sont solidaires et qui sont insérés dans les trous oblongs du levier 104, entraînent une rotation du levier 104 autour de l'axe de la liaison pivot entre ledit levier et les flasques 108. La rotation du levier 104 entraîne la mise en oeuvre du crochet de grenouillère 109 qui, de par sa liaison avec les 6 flasques 108 et le bloc de serrage 110, entraîne le bloc de serrage 110 dans un mouvement de translation par rapport au bâti 101, dans un sens opposé au déplacement du piston du vérin 106. [0047] Ce déplacement du bloc de serrage 110 entraîne une compression du ressort 105 entre ledit bloc de serrage et la butée 1050, produisant une action sur la butée 1050 par l'intermédiaire dudit ressort. La butée 1050 est alors mise en mouvement de translation, dans un sens de déplacement opposé au sens de déplacement du piston du vérin 106, entraînant dans ce mouvement la tige 1030 et le crochet 103 qui lui sont solidaires. Le crochet 103 est ainsi progressivement amené en position rétractée. [0048] En référence aux figures 4A et 4B, deux secteurs de mandrin peuvent ainsi être assemblés à l'aide du dispositif de fixation 100. Pour cela, un bord passif présentant une interface passive 11 d'un secteur de mandrin est placé en regard du bord actif du secteur de mandrin équipé du dispositif de fixation 100. [0049] Le dispositif de fixation 100 est en configuration de repos de sorte que le pion de po- sitionnement 102 est rétracté et le crochet 103 est déployé. Les secteurs sont placés de telle sorte que le crochet 103 du dispositif est placé autour de l'interface de préhension 13, et le pion de positionnement 102 est aligné avec l'alésage 12. [0050] Le vérin 106 est ensuite actionné de manière à déployer le pion de posi- tionnement 102 qui vient se placer dans l'alésage 12 afin d'assurer un maintien en position des secteurs, et à rétracter le crochet 103 qui vient en butée contre l'interface de préhension. La mise en butée limite la course du crochet 103. Après cette mise en butée, les secteurs de mandrins sont alors fixés entre eux, et le dispositif de fixation 100 est en configuration de serrage. Le déplacement du piston du vérin 106 se poursuit jusqu'à sa fin de course. Le crochet 103, la tige 1030 et la butée 1050 étant rendus immobiles par la mise en butée du crochet 103 avec l'interface de préhension 13, le déplacement du piston conduit à compresser davantage le ressort 105 entre le bloc de serrage 110, amené à se déplacer, et la butée 1050, immobilisée. Dans cette configuration de serrage illustrée sur la figure 4B, le ressort 105 ainsi compressé exerce, lors du serrage, un effort sur la butée 1050 qui tend à favoriser le maintien du serrage du crochet 103 sur l'interface de préhension 13. Le pion de positionnement 102 poursuit sa course jusqu'à la fin de course du piston, et se trouve en place dans l'alésage 12 lorsque le dispositif de fixation est en configuration de serrage. [0051] Préférentiellement, afin de répartir les efforts le long de la jonction entre les secteurs, ou jonction inter-secteurs, plusieurs dispositifs de fixation 100 et interfaces passives sont mis en oeuvre le long des bordures respectivement active et passive. Dans l'hypothèse de quatre dispositifs de fixation par jonction, l'effort de serrage, déterminé par le ressort, est typiquement de l'ordre de 7500 N à 12500 N. Pour atteindre la plage d'effort souhaitée, et dans le but de réduire l'encombrement, des rondelles ressort as- 7 semblées en parallèle ou en série peuvent être utilisées, comme illustré sur la figure 5. [0052] A titre d'exemple, dans un mode de réalisation, la course du pion de posi- tionnement 102 est égale à 90mm et la course du crochet 103 est égale à 26mm. [0053] Préférentiellement, la course du pion de positionnement est égale à la course du piston du vérin 106 afin de ne pas devoir fabriquer un actionneur sur mesure. [0054] Avantageusement, des roulements à bille 111 sont disposés dans les zones critiques où les efforts liés aux frottements sont importants, c'est en particulier le cas pour les liaisons pivots entre : levier 104 et flasques 108, flasques 108 et crochet de grenouillère 109, crochet de grenouillère 109 et bloc de serrage 110. [0055] De la même manière, avantageusement, des paliers lisses 112 sont placés au niveau des liaisons glissières entre : tige 1030 de crochet et bâti, tige 1030 de crochet et bloc de serrage 110, pion de positionnement 102 et bâti 101, tige du vérin 106 et bloc de transmission 107. Ces paliers lisses peuvent par exemple être en bronze. Ils permettent également de diminuer les frottements entre les éléments du dispositif entre lesquels ils sont disposés. [0056] Bien entendu, le dispositif de fixation 100 selon l'invention peut être mis en place sur des secteurs de la virole du mandrin 1 aussi bien que sur les fonds, et peut être utilisé aussi bien pour assurer une jonction entre deux secteurs de la virole, ou entre un secteur de la virole et un secteur de l'un des fonds. 8 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6]