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Patent 2063700 Summary

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Claims and Abstract availability

Any discrepancies in the text and image of the Claims and Abstract are due to differing posting times. Text of the Claims and Abstract are posted:

  • At the time the application is open to public inspection;
  • At the time of issue of the patent (grant).
(12) Patent Application: (11) CA 2063700
(54) English Title: DEVICE FOR DEPLOYING A PAYLOAD FROM A SPACECRAFT
(54) French Title: DISPOSITIF DE LARGAGE D'UNE CHARGE UTILE A PARTIR D'UN VAISSEAU SPATIAL
Status: Dead
Bibliographic Data
(51) International Patent Classification (IPC):
  • B64G 1/66 (2006.01)
  • B64G 1/64 (2006.01)
(72) Inventors :
  • PANIN, FABIO (Netherlands (Kingdom of the))
(73) Owners :
  • AGENCE SPATIALE EUROPEENNE (France)
(71) Applicants :
(74) Agent: MARCUS & ASSOCIATES
(74) Associate agent:
(45) Issued:
(22) Filed Date: 1992-03-18
(41) Open to Public Inspection: 1992-09-29
Availability of licence: N/A
(25) Language of filing: French

Patent Cooperation Treaty (PCT): No

(30) Application Priority Data:
Application No. Country/Territory Date
91 03761 France 1991-03-28

Abstracts

French Abstract






PRECIS DE DIVULGATION

Dispositif de largage d'une charge utile pour
un vaisseau spatial, comprenant :
- un moyen de connexion entre la charge utile
et le vaisseau spatial ;
- un dispositif de stockage d'énergie pour le
largage de la charge utile ;
- un dispositif de verrouillage détachable de
la charge utile au vaisseau spatial.
Ce dispositif de largage est caractérisé en ce
que :
- le moyen de connexion comprend une tige
unique qui est alignée avec l'axe de symétrie du disposi-
tif de largage et dont une première extrémité est fixée à
la charge utile ;
- le dispositif de stockage d'énergie agit sur
la première extrémité de la tige de connexion, et
- le dispositif de verrouillage détachable
agit sur la deuxième extrémité de la tige de connexion,
ce dispositif étant fixé au vaisseau spatial.
Application à l'industrie aérospatiale.

Claims

Note: Claims are shown in the official language in which they were submitted.


" LES PERFECTIONNEMENTS DE L'INVENTION POUR LAQUELLE
UNE PROPRIETE OU UN PRIVILEGE EXCLUSIF EST REVENDIQUE,
SONT DESIGNES COMME SUIT:
1. Dispositif de largage d'une charge utile
pour un vaisseau spatial comprenant :
- une tige de liaison unique alignée suivant l'axe de
symétrie du dispositif de largage et dont une première
extrémité est fixée à la charge utile,
- un dispositif de verrouillage temporaire supporté par
le vaisseau spatial et qui agit sur la deuxième extré-
mité de la tige de liaison au moyen de deux éléments
d'accrochage mobiles,
- et un dispositif de stockage d'énergie qui agit en per-
manence sur la première extrémité de la tige de liaison
pour larguer la charge utile, lorsque la tige de liai-
son est libérée par au moins un des deux éléments
d'accrochage sous la commande d'un dispositif
d'actionnement,
caractérisé en ce que les deux éléments d'accrochage sont
diamétralement opposés par rapport à la tige de liaison
et mobiles en translation dans deux directions opposées
alignées suivant un axe perpendiculaire à la tige de
liaison, et en ce que le dispositif d'actionnement com-
prend un coulisseau mobile suivant l'axe de la tige, et
une fourche montée pivotante sur le coulisseau et compre-
nant deux bras qui sont respectivement reliés aux deux
éléments d'accrochage.
2. Dispositif de largage selon la Revendica-
tion 1, caractérisé en ce que le dispositif de stockage
de l énergie de largage de la charge utile est constitué
par un ressort à diaphragme.
3. Dispositif de largage selon la Revendica-
tion 2, caractérisé en ce que le ressort à diaphragme
comporte des encoches radiales, et présente un profil
galbé en section axiale.


4. Dispositif de largage selon la Revendica-
tion 1, caractérisé en ce que les deux éléments
d'accrochage viennent en prise avec un dispositif inter-
médiaire monté pivotant vers la seconde extrémité de la
tige de liaison, la fourche du dispositif d'actionnement
pivotant lors du déplacement du coulisseau pour écarter
l'un des éléments d'accrochage, lorsque l'autre élément
reste bloqué, le dispositif intermédiaire pivotant autour
de l'élément d'accrochage bloqué, sous l'action du dispo-
sitif de stockage d'énergie, pour libérer la tige de
liaison.
5. Dispositif de largage selon la Revendica-
tion 4, caractérisé en ce que chaque bras de la fourche
est articulé, vers une extrémité, à l'élément
d'accrochage associé, et est monté pivotant, vers l'autre
extrémité, sur le coulisseau.
6. Dispositif de largage selon la Revendica-
tion 4, caractérisé en ce que les deux bras de la fourche
sont solidaires l'un de l'autre pour former un bras
unique monté pivotant sur le coulisseau.
7. Dispositif de largage selon la Revendica-
tion 6, caractérisé en ce que chaque élément d'accrochage
est relié à un dispositif articulé déformable comprenant
deux tiges dont les deux extrémités adjacentes sont arti-
culées l'une à l'autre par une charnière, et dont les
extrémités opposées sont respectivement articulées autour
d'un point fixe et audit élément. d'accrochage associé au-
tour d'un axe, et en ce que chaque bras de la fourche
prend appui sur le dispositif articulé déformable associé
pour déformer celui-ci lors du déplacement du coulisseau.
8. Dispositif de largage selon la Revendica-
tion 5 caractérisé en ce que le dispositif
d'actionnement comprend également un ressort pour dépla-
cer le coulisseau suivant l'axe de la tige de liaison.
9. Dispositif de largage selon la Revendica-
tion 8, caractérisé en ce que le ressort, à l'état pré-

contraint, est libéré par un dispositif électromagnétique
par exemple.
10. Dispositif selon la Revendication 1, ca-
ractérisé en ce qu'entre le satellite et la charge utile
existe une interface de séparation qui est définie par
une assise constituée par une surface conique.
11. Dispositif selon la Revendication 1, ca-
ractérisé en ce qu'entre le satellite et la charge utile
existe une interface de séparation qui est définie par
une assise constituée par une surface tétraédrique.

Description

Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.


2063700




La présence invention est relative à un
dispositif de largage, c'est-à-dire à un mécanisme qui
est utilisé dans la technique aérospatiale pour éjecter
une charge utile à partir d'un vaisseau spatial et
notamment d~un satellite. Il s'agit d~un dispositif qui
réunit à la fois les deux fonctions suivantes :
- connexion physique de la charge utile avec
le satellite, lorsqu'il n'est pas activé, et
- séparation contrôlée de la charge utile et
du satellite, après son activation.
Dans ce qui suit on fait l'hypothèse que ce
dispositif fonctionne en l~absence de toute gravité :
bien qu'il s'agisse donc d'un dispositif destiné
essentiellement aux applications spatiales, la validité
du concept qui est à la base de celui-ci n~est pas
cependant affectée par l'effet gravitationnel.
Le largage d'une charge utile à partir dlun
satellite peut 8tre nécessaire pour différentes raisons.
Typiquement, il s'agit d'une solution de sécurité
utilisée en dernier ~essort lorsque la charge utile ne
peut pas 8tre récupérée lors du retour sur terre, ou en
cas de mauvais fonctionnement et qu'on ne peut pas la
~5 réparer, ou encore lorsque la charge utile constitue un
danger pour l'intégrité du satellite.
Le dispositif de largage idéal est celui gui
permet de couper, après son activation, tout lien phy-
sique entre la charge utile et le satellite de manière
instantanée et ~ui est capable d'imprimer à la charge
utile une vitesse telle que celle-ci puisse couvrir une
distance de sécurité prédéterminée dans le temps le plus
court. Le largage devrait avoir lieu dlune manière
contrôlée avec un transfert d~énergie minimale au
s~tellite, et ce pour réduire les perturbations induites
par la séparation rapide de la charge utile, c~est-à-dire

,




:: : . . , :.


:.-.

2~7~

par les efforts de réaction dus au fait que la libération
de l'énergie d~éjection stockée nécessite l'activation de
dispositifs qui créent l'échange d~impacts transitoires
entre les différents composants d~un dispositif de
largage. Or, cette réduction des perturbations est une
condition très difficile à satisfaire en pratique et
correspond à un des besoins prioritaires dans la
technique en question qui n'a pas encore trouvé de
solution satisfaisante.
A cet égard, deux éléments sont critiques pour
satisfaire à cette condition : le dispositif de stockage
de l'énergie d~éjection de la charge utile et Le
dispositif de libération contrôlée de l~énergie ainsi
stockée.
En ce qui concerne le dispositif de stockage
de l'énergie de largage, on utilise essentiellement deux
types de solutions :
- des ressorts préchargés dans lesquels
l'énergie de largage est stockée sous forme d'énergie
élastique, ou
- des dispositifs comportant un gaz ou un
liquide sous pression qui fournissent la poussée
nécessaire au largage.
Cette dernière solution est d'une conception
complexe, qui se prête essentiellement au largage
d'éléments de grandes dimensions, tels que les coiffes de
dispositifs de lancement, plutôt que de charges utiles
ayant les dimensions visées dans le cadre de la présente
invention.
Les dispositifs basés sur l'utilisation de
ressorts sont très communs : à cet effet, il existe une
variété de réalisations avec différentes dispositions de
ressorts. Il est courant d'adopter un ou plusieurs
ressorts hélicoldaux préchargés en compression. Des
dispositifs utilisant une pluralité de ressorts semblent
satisfaire aux exigences des projeteurs de ce type de

2063~


clispositifs, surtout parce qu'ils permettent dlaugmenter
la sécurité de fonctionnement, parce ~u'un défaut ou un
arrêt de fonctionnement sont les seules pannes plus
probables pour un ressort.
Bien entendu, la disposition d'un ressort est
étroitement liée au dispositif de retenue adopté pour le
maintenir sous tension -à savoir au dispositif de
verrouillage- ainsi qu'au dispositif de guidage, qui est
normalement prévu pour contrôler le mouvement de la
charge utile lorsque celle-ci est soumise à l'action d~un
ressort.
Des dispositifs pyrotechniques ont été
utilisés très largement dans l'activation des dispositifs
de largage ainsi que du déverrouillage des dispositifs de
retenue.
En particulier, les écrous et les coupe-
boulons explosifs pourraient constituer une solution
satisfaisante aussi parce qu~ils sont désormais des
outils standard ; toutefois, ils ne peuvent pas être
utilisés seuls en raison de la limitation imposée par la
dimension de l'élément à couper ( typiquement cette
dimension est égale à 12,7 mm -O,'i pouce- en diamètre, ce
qui à son tour limite la capacité de sollicitation du
système). Pour faire face à ces limitations, on pourrait
utiliser un dispositif de verroui:Llage spécialement conçu
à cet effet et destiné à être activé par allumage d'un
dispositif pyrotechnique ; de façon alternative, on
pourrait adopter simplement un ensemble de dispositifs
pyrotechniques.
Cependant, la complexité accrue du projet rend
l'emploi des dispositifs pyrotechniques un choix peu
intéressant. En plus, un problème de synchronisation peut
se produire dans le cas d'un système distribué de
dispositifs pyrotechniques. Des solutions à ce dernier
problème existent, mais elles impliquent des
pénalisations en termes de complexité de conception.




:
.

20~37~0

Au demeurant, la sécurité de fonctionnement
des dispositifs pyrotechniques peut être mise en question
lorsqu~on considère leur performance en termes de durée
de vie ainsi que leur principe de fonctionnement. En
S réalité, peu importe le taux de succès des échantillons
testés à cet effet, car il n'en demeure pas moins qu'un
dispositif pyrotechnique peut être défectueux et tomber
en panne.
Les coupe-boulons pyrotechniques sont souvent
utilisés pour la séparation d'une bride de serrage
Marman. Ce type de bride est sans doute le dispositif de
retenue le plus communément utilisé, probablement en
raison de la simplicité de son principe de
fonctionnement.
Toutefois, ils présentent un certain nombre
d'inconvénients qui, selon la Demanderesse, échappent
normalement à l'attention des techniciens en la matière
et qui sont indiqués ci-après.
a) La dynamique d'activation visant
débloquer une bride de serrage préalablement tendue est
un événement stochastique. Les vibrations de la bride de
serrage et les interactions a~ec les éléments
environnants peuvent être prédite~; seulement à l'aide de
modèles de calcul automatique sp~cialement concus à cet
effet, et ce jusqu'à un certain point. Le comportement
dynamique réel peut différer sensiblement en raison d'une
forte dépendance d~un certain nombre de paramètres, tels
que la précontrainte, la géométrie des interfaces et les
tolérances de fabrication, et peut présenter des aspects
particuliers. Normalement, on tient compte de cela en
ajoutant des dispositifs qui saisissent la bride de
serrage après libération et amortissent les vibrations.
En outre, la fiabilité du caractère répétitif du
comportement de la bride de serrage est basée sur des
tests qui peuvent être très couteux, notamment pour des
articles de grandes dimensions, et est sensible aux

2~63~0

variations des paramètres évoqués plus haut.
b) Pour ~ue le dispositif de largage s'ouvre
correctement, la bride de serrage doit être libérée
extrêmement rapidement. Ceci peut-être difficile à
réaliser en pratique et un arrêt du fonctionnement peut
avoir lieu à cause d~une action de ressort asymétrique,
surtout dans le cas où plusieurs ressorts sont utilisés.
c) Pour éviter l'arrêt du fonctionnement dans
le cas de coupe-boulons, la bride de serrage doit être
libre de tourner sans limites. Cela signifie qu'on peut
également avoir besoin de dispositifs de serrage de
boulons de conception spéciale.
Bien entendu, cela augmente la complexité d'un
projet initialement simple. Une solution intéressante est
celle adoptée pour le dispositif de largage et de mise en
rotation CASSINI. Une bride de serrage Marman est
constituée d'un certain nombre de pinces uniformément
espacées tout autour d'un anneau de séparation, Chaque
pince est activée par un ressort préchar~é et est
maintenue en place par un câble précontraint. Le câble
est coupé avec des dispositi~s pyrotechniques. Cette
solution peut entraîner une réduction de masse, notamment
pour des brides de grandes dimensions. Un conteneur pour
le câble est, bien entendu, prévu aussi.
Ci-après on fait référence à trois
publications illustrant l'état de la technique afférent
au domaine visé par la présente invention.
L~Article ~The design and analysis of a double
swivel toggle release mechanism for the Orbiter
stabilized payload deployment system" de G.KING et T.SAI,
23rd Aerospace Mechanisms Symposium, 3-5 May 1989, pp 39-
57, NASA-CP-3032 décrit un mécanisme de libération qui
utilise une articulation à vis pivotantes ainsi que trois
moyens de rétraction agissant radialement pour la
libération.
Toutefois, cette solution réalise l'activation




:

.

2~37~0


du dispositif de libération à l'aide de moyens
pyrotechniques.
L'Article ~'A clamp mechanism for deployable
three ton payloads~' de R.BIRNER et H. RAL, 15th Aerospace
Mechanisms Symposium, 1-1-15 May 1981, pp-375-390, NASA-
CP-2181 décrit, entre autres, un dispositif de serrage ou
verrouillage dans lequel le moyen de verrouillage est
retiré à l'aide d~un système articulé à charnière et
coulisse.
En outre, l'Article "A spring actuated spin
and ejection device for interplanetary missions" de
V.COMPARETTO et P.COSTE, 4th European Space Mechanism and
Tribology Symposium, 20-22 Septembre 1989, pp 207-21~,
ESA-SP-299 décrit l'utilisation d'une bride de serrage
Marman qui comporte une pluralité de pinces de serrage
maintenues en place par un câble.
La présente invention s'est donc donné pour
but de pourvoir à un dispositif de largage d'une charge
utile qui répond aux nécessités de la pratique mieux que
les dispositifs du mame type, visant au meme but,
antérieurement connus, notamment en ce que :
- l'énergie ~changée entre la charge utile et
le satellite est minimisée, tout en permettant une
séparation de la charge utile se déroulant suivant un
schéma prédéfini ; ceci a pour conséquence la réduction
des vibrations et des perturbations induites sur le
satellite par le largage de la charge utile (qui peuvent
constituer un problème dans quelques applications), à
savoir sur les expérimentations ou les opérations en
3Q cours au moment du largage hors du satellite, et ceci
pour éviter la perte de données importantes ou des
: endommagements aux instruments de bord voire
l'interruption même de toute expérimentation ou opération
en cours ; à cet égard, c'est-à-dire pour obtenir un
largage n'induisant que de petites perturbations sur le
satellite et donc un petit impact sur l'orientation de




- ' . ~ - -

.

20~37~0

celui-ci, il ~ été préféré d~éliminer l'emploi des
dispositifs pyrotechniques évoques plus haut ainsi que
l'usage des brides de serrage Marman dans le cadre du
développement du dispositif de largage objet de la
présente invention ;
- la vitesse initiale de la charge utile
larguée assure qu'un certain écartement par rapport au
satellite soit atteint après un temps prédéterminé, cet
écartement étant spécifié comme "l'enveloppe" de sécurité
autorisée pour la charge utile afin ~ue celle-ci se
déplace après la séparation du satellite sans interférer
avec celui-ci ;
- il présente une rigidité adé~uate pour le
fonctionnement en orbite de la charge utile et pour la
transmission des efforts de lancement ou de retour sur
terre, ce qui peut correspondre à un aspect décisif du
projet du dispositif de largage, et ce en fonction des
caractéristiques de la charge utile ;
- il ne présente pas le risque d~un défaut ou
d~un arrêt du fonctionnement du ressort de stockage de
l'énergie minimale nécessaire pour impartir à la charge
utile la vitesse d'éjection ;
- aucun guidage de ].a charge utile n'est
necessalre.
Les objectifs évoqués plus haut permettent
d'associer une simplicité de structure à une durée de vie
supérieure, ce ~ui rend le dispositif de largage selon
l'invention réellement efficace, c~est-à-dire présentant
un comportement très proche du dispositif idéal évo~ué
plus haut.
La présente invention a pour objet un
dispositif de largage d'une charge utile pour un vaisseau
spatial, comprenant :
. - un moyen de connexion entre la charge utile
et le vaisseau spatial ;
- un dispositif de stockage d'énergie pour le



:, :
,

`

2~37~0

largage de la charge utile ;
- un dispositif de verrouillage détachable de
la charge utile au vaisseau spatial, . -
caractérisé en ce que :
- le moyen de connexion comprend une tige -
unique qui est alignée avec l'axe de symétrie du ~:
dispositif de largage et dont une première extrémité est
fixée à la charge utile ;
- le dispositif de stockage d'énergie agit sur
la première extrémité de la tige de connexion, et
- le dispositif de verrouillage détachable
agit sur la deuxième extrémité de la tige de connexion,
ce dispositif étant fixé au vaisseau spatial.
Selon un mode de réalisation préféré du
dispositif de largage conforme à l'invention :
- la deuxième extrémité de la tige de
connexion est équipée d'une vis à tête pivotante, et
- le dispositif de verrouillage détachable
comprend :
~ deux demi-colliers de verrouillage de la
vis à tête pivotante dont est équipée la
tige de connexion ;
~ deux systèmes articulés à charnière et
coulisse dont chacun est fixé à une
extrémité et relié à un des deux demi-
colliers à l'autre extrémité ;
: ~ une fourche d~équilibrage dont chaque bras
agit sur un des deux systèmes articulés à~ : :
charnière et coulisse, sous l'action d'un
coulisseau axial actionné par un ressort de ::
manière à faire coulisser les deux demi- :~
colliers dans des rails correspondants et à
libérer la vis à tête pivotante et donc la
tige de connexion et l~énergie de largage,
la fourche d'é~quilibrage étant susceptible ~ :
de pivoter autour d'une charnière en cas de


.

- . . :
.~ . .

. ~ .

- ' . ... , ~ :
.
- . .

2~3700
g
défaut de coulissement, à savoir de blocage,
d~un des deux demi-colliers, dans ce cas le
désengagement de la tige de connexion étant
obtenu par pivotement de la vis à t~te
pivotante contre le demi-collier bloqué, et
ce sous llaction du dispositif de stockage
de l'énergie agissant sur la première
extrémité de la tige de connexion.
Selon un mode de réalisation préféré du
dispo~itif de largage conforme à l~invention, le
dispositif de stockage de l'énergie de largage de la
charge utile est constitué par un ressort unique à
diaphragme pourvu d~encoches radiales et ayant un profil ;
galbé en section axiale.
Selon encore un mode de réalisation préféré du
dispositif de largage conforme à l~invention, entre le
satellite et la charge utile existe une interface de
séparation qui est définie par une assise constituée par
une surface conique.
Selon une variante avantageuse de ce dernier
mode de réalisation, entre le satellite et la charge
ucile existe une interface de séparation qui est définie
par u~e assise constituée par une surface tétraédrique.

-

Relativemeni au~ dessins qui illustrent la realisation de -
l'invention: -
- la figure 1 illustre de façon schématique ~
les composants principaux du dispositif de largage `
conforme à la présente invention : pour des raisons de
simplicité, le dispositif de libération n'a pas été
représenté, alors que le dispositif de verrouillage y est
35 représenté désengagé de la tige de connexion ; ~
- la figure 2 est une représentation partielle ~-



. . . . ~ .



- ~ . : -
' :. ~ : ::' ~ :

20~00

' " "
du ressort à diaphragme utilisé comme dispositif de
stockage de l'énergie nécessaire pour le largage de la
charge utile dans le cadre de la présente invention : la
forme des encoches radiales est seulement donnée à titre
d'exemple (la représentation sur 90 est due à des
raisons de symétrie du ressort) ;
- la figure 3 est une coupe suivant III sur la
figure 2 : il s~agit du profil, sensiblement en forme de
S inversé, dans un plan axial du ressort à diaphragme ;
la tangente à l'extrémité externe du profil est
perpendiculaire à l'axe principal p de symétrie du
dispositif de largage ;
- la figure 4 est une vue de dessus
schématique du dispositif de verrouillage de la tige de
connexion entre le satellite et la charge utile à
larguer ;
- la figure S est une coupe suivant V du
dispositif de verrouillage illustré à la figure 4 ;
- la figure 6 est une coupe suivant VI du même
dispositif de la figure 4 ;
- la figure 7 est une coupe axiale, avec
arrachements, du moyen de liaison articulée utilisée dans
le cadre de l'invention en instance entre le dispositif
de verrouillage et la tige de connexion ;
- la figure 8 est une variante de réalisation
du moyen de liaison articulée illustrée à la figure 7 ;
- la figure 9 est une représentation
schématique, avec arrachements, d'une première solution
de principe du dispositif de libération selon
l'invention ;
- la figure 10 est une représentation,
également schématique et avec arrachements, de la
solution effectivement adoptée pour le dispositif de
libération ;
- la figure 11 est une illustration en coupe
axiale, avec arrachements et à l'échelle 2 . 1, de




.
.

2~63700


détails du mode de réalisation illustré schématiquement à
la ~igure 10 ;
- les figures 12 à 15 sont des illustrations
schématiques de quelques composants du dispositif de
libération selon l'invention permettant de suivre les
calculs effectués dans le cadre de l'étude de faisabilité
de la solution adoptée dans la présente invention ;
- les figures 16 et 17 sont des illustrations
en coupe axiale, également schématiques, qui diffèrent
entre elles en ce qui concerne l'emplacement de
l'interface de séparation entre le satellite et la charge
utile, cette interface étant relativement distante du
Centre de la Masse (CM) de la charge utile dans le cas de
la figure 16, alors qu~elle est sensiblement au même
niveau du CM dans le cas de la figure 17 ;
- les figures schématigues 18a à 18e et l9a à
l9e correspondent a des dessins obtenus dans le cadre
d'une étude de simulation et ~isent à illustrer le
principe de fonctionnement du dispositif de largage selon
l~invention, à des instants successifs, respectivement,
dans le cas où le déverrouillage des deux demi-colliers a
lieu normalement et dans le cas ou seulement un des deux
demi-colliers est déverrouill~, alors que l'autre est
bloqué : dans ce dernier cas les figures illustrent en
particulier le principe de fonct:ionnement de la vis à
tête pivotante dont est pourvue l'extrémité de la ti~e de
connexion et qui autorise de toutes façons son
désengagement.
Il doit être bien entendu, toutefois, que ces
dessins et les parties descriptives correspondantes, sont
donnés uniguement à titre d'illustration de l'objet de
l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière
une limitation.
Dans la tentative d'éliminer les inconvénients
présentés par les solutions de l'Art antérieur, la
Demanderesse a examiné de façon critigue un certain




.

2~637~
12
nombre de solutions existantes, telles qu'évoquées plus
haut, et a été amenée à définir les critères de
conception des composants principaux d'un dispositif de
largage d'une charge utile à partir d'un vaisseau spatial
et notamment d~un satellite, à savoir des composants
suivants :
- interface de séparation entre le satellite
et la charge utile à larguer ;
- le dispositif de stockage de l'énergie
nécessaire pour le largage de la charge utile ;
- le moyen de connexion entre la charge utile
et le satellite ;
- le dispositif de verrouillage détachable de
la charge utile au satellite, qui assure la libération
contrôlée de l'énergie de largage.
Cette démarche a été effectuée en tenant
présent à l'esprit les objectifs qui sont à la base de la
présente invention et en tenant compte, en même temps, du
fait que l'analyse critique et comparative des solutions
de l'Art antérieur a permis de conclure qu'aucun disposi-
tif existant ne peut être considéré comme étant
satisfaisant, mises à part certaines applications, telles
que le largage de la coiffe d'un dispositif de lancement,
qui diffère -à proprement parler- des applications visées
dans le cadre de la présente invention.
En outre, le nouveau concept qui a été élaboré
: dans le cadre de la présente invention a été vérifié dans
sa validité par une étude de faisabilité.
Pour le projet préliminaire et l'évaluation
des performances du dispositif de largage proposé dans le
cadre de la présente invention, les contraintes suivantes
: doivent être prises en considération : :
1) le poids de la charge utile : 100 kg
(valeur typique pouvant atteindre 500 kg) ;
2) les dimensions de la charge utile :
0,90 x 0,90 m (base)


::

13
1,30 m (hauteur) ;
3) décalage du Centre de la Masse (CM) de la ` `
charge utile :
0,20 m maximum par rapport au satellite ;
4) vitesse d~éjection : supérieure à 0,25 m/s;
5) ~enveloppe~ de sécurité : cône ayant un
angle de 40
6) rigidité : d~une valeur suffisante pour
satisfaire les exigences de liaison de la
charge utile au satellite en orbite ;
7) force de liaison : d~une valeur suffisante
pour satisfaire ces exigences ;
~) échange énergétique entre charge utile et :
satellite : à minimiser ;
9) libération de l~énergie de largage
stockée : effectuée en induisant sur le
satellite des sollicitations impulsives
minimales ;
10) simplicité de conception : à maximaliser ;
11) sécurité de fonctionnement : à maintenir
~levée en termes d'un niveau de
prévisibilité élevé, c'est-à-dire en
permettant une séparation de la charge
utile se déroulant suivant un schéma ~ :
prédéfini ;
12) caractère "redondant~' du verrouillage : ::
il s'agit de la possibilité qu'une panne ~`.
ait lieu dans le fonctionnement lors de la
désactivation du dispositif de verrouil- ~ ;
lage, sans que cela entrave le largage de
la charge utile ;
13~ durée de vie : au moins cinq ans avant
activation.
Bien entendu, Ies indications données ci-
dessus pour les différentes contraintes sont seulement
orientatives et visent unlquement à définir les limites




.
:
:

. .

1~
des applications dans le cadre de la présente invention ;
en particulier, les contraintes definies par les points 6
et 7 ci-dessus dépendent fortement de l'application
visée, qui doit donc être définie de facon précise.
Toutefois, la contrainte évoquée au point 6 n'est pas un
paramètre directeur du projet : en fait, elle affecte
essentiellement l'interface de séparation. Les
contraintes indiquées sous 8 et 9 sont en réalité celles
qui caractérisent, bien qu'exprimées qualitativement, le
dispositif de largage selon l'invention et en font sa
spécificité lorqu~on le compare aux dispositifs
existants.
La ~igure 1 est une vue schématique des
composants principaux mentionnés plus haut. Cette figure
montre la charge utile 10 en train d~être éjectée sous
l'action du ressort principal 20. Le dispositif de
libération ~Cf les détails à la figure 11) n'est pas
illustré dans la figure schématique 1 pour des raisons de
simplicité.
Des dispositifs comportant une pluralité de
ressorts sont normalement adoptés pour augmenter la
sécurité de ~onctionnement. Toutefois, ceci ne correspond
pas à une justification basée sur. des démonstrations de
fait. Au contraire, le défaut de fonctionnement d'un
ressort est un événement hautement improbable.
En outre, un tel risque peut etre réduit par
un procédé de fabrication approprié, comprenant des
essais éliminatoires avant assemblage, et par des
controles de qualité.
Fonctionnellement, l'emploi d'un ressort
unique est suffisant, alors que l'emploi de plusieurs
ressorts ne fait qu'augmenter la complexité du projet.
Les effets d~une poussée de ressort asymétrique -qui
peuvent etre dus, entre autres, à une distribution non
uniforme du frottement entre les ressorts- peuvent
empirer la performance. C'est la raison pour laquelle on

.

2 ~ a ~

a préféré utiliser un ressort unique dans le cadre de la
présente invention.
Pour assurer une action symétrique sur la
charge utile et une bonne capacité de compensation du
S décalage du CM de la charge utile par rapport au
satellite, il est nécessaire d'adopter un ressort de
grand diamètre. Ceci exclut les ressorts hélico~daux.
C~est la raison pour laquelle le ressort à diaphragme 20,
de grandes dimensions, comportant des encoches (Cf la
~igure 2) radiales 21, formées de manière à fournir le
nécessaire diagramme charge/déformation, a été adopté
dans le cadre de la présente invention. Le profil de la
section du ressort 20 est conçu de manière à assurer une
action en douceur de celui-ci pendant l'éjection et peut-
être du type indiqué à la figure 3 (la référence 22 danscette figure, ainsi que dans la figure 2, correspond aux
ailettes du ressort à diaphra~me 20 séparant deux
encoches 21 consécutives).
En principe, une action de ressort minimale
est nécessaire pour larguer la charge utile 10 après la
séparation de celle-ci du satellite 100. Un paramètre
décisif est constitué par la vLtesse d'~ject.ion : la
force exercée par le ressort doi.t accélérer la charge
utile jusqu~à lui faire atteindre la vitesse requise. Il
s'en suit que, plus basse est la vitesse d~éjection, plus
l'action provoquée par le ressort est mesurée. A moins
que des raisons spécifiques portent à sélectionner une
vitesse d'éjection particulièrement élevée, des valeurs
comprises dans l'intervalle 0,25 à 0,50 m/s sont
normalement acceptables. Compte tenu des limites imposées
à la charge utile susceptible d'être adoptée dans le
cadre de la présente invention, ce qui précède revient à
dire qu'on a besoin d'un ressort relativement petit. La
constante K du ressort peut-être calculée à l'aide du
principe de conservation de l'énergie, imposant l'égalité
entre l'énergie cinéti~ue de la charge utile larguée, de




: 1 :
'

-~

S~63~Q~

masse m, et l'énergie élastique du ressort de largage
déformé d'une quantité x, comme indiqué ci-après :
0,5 mv2= 0,5 K x2
ou:
m - 100 kg
v = 0,25 m/s
x = 0,03 m.
Il s~en suit que :
K = m (v/x)2~ 69,4 N/m~
Le guidage mécanigue de la charge utile
pendant la poussée du ressort est généralement adopté.
Toutefois, les simulations montrent que :
- si le décalage du CM de la charge utile
(relatif à la résultante de la force exercée par le
ressort) est petit, le guidage n'a en principe aucun
effet, en sorte que dans ce cas il ne serait pas requis ;
- si ce décalage est grand (par exemple, en
raison d~un défaut ou d~un arrêt du fonctionnement du
ressort, notamment dans un système de largage à plusieurs
ressorts), le guidage augmente les efforts de réaction
échangés entre la charge utile et le satellite et
amplifie les vibrations des appendices flexibles. Ceci
s'explique par le fait que le guidage soumet le système à
une contrainte supplémentaire.
Donc, si les défauts de fonctionnement sont
éliminés dans les cas où un guidage est en principe
~reguis, cela signifie qu'on peut même se passer d~un tel
guidage.
Comme résultat de cela, des dispositifs de
guidage ne sont pas prévus dans le dispositif de largage
objet de la présente invention. En fait, la conception
est telle que le vecteur de vitesse d~éjection a une
direction correcte et que la charge utile ne sort pas de
ce gu'on a déjà appelé plus haut ~l'enveloppe" de
sécurité.
Comme déjà évoqué plus haut, la rigidité à



.
.

:` . : ' ' ~

~,

2~37~0
17
prévoir pour la connexion matérielle entre la charge
utile et le satellite dépend des contraintes de la charge
utile.
Or, il a lieu de préciser que la rigidité
totale est définie par :
1) la rigidité de l'interface 50 (Cf la figure
1) entre la charge 10 et le satellite 100, et
2) la rigidité de la connexion (Cf la
référence 30 à la figure 1) de cette charge utile 10 au
satellite 100.
En ce qui concerne l'interface, celle-ci a une
surface primitive conique 50 offrant à la charge une
assise capable de résister aux efforts axiaux ainsi
qu'aux efforts latéraux, sous l'action de la force de
connexion. Wne solution est définie, par exemple, par la
possibilité de donner à l'interEace une configuration
d'engrenage conique de grand diam~tre : les dents de cet
engrenage fournissent dans ce cas une rigidité en torsion
supplémentaire. ~`
L'emplacement de l'inte!rface 50 par rapport au
Centre de Masse (CM) de la chargie utile 10 peut varier
comme illustré aux figures 16 et 17 : à la figure 16
l'interface y est représent~e comme étant relativement
distante du CM, alors qu'à la figure 17 elle y est
représentée comme étant disposée sensiblement au même
niveau du CM. Cette dernière disposition permet de mieux
résister aux sollicitations latérales (c'est-à-dire
perpendiculaires à l'axe principal du dispositif de
largage) qui n'affectent pas la tige de connexion.
Bien sûr, d~autres solutions peuvent etre
conçues dans le but d'offrir une assise stable à la
charge utile : par exemple, trois plateaux espacés
angulairement de 1~0 l'un par rapport à l'autre et en
biais par rapport à l'axe principal, offrant ainsi une
surface primitive tétraédrique (cette solution n'étant
pas représentée).




.

206~700
18
L'analyse de telles solutions alternatives
n~est cependant pas importante dans le cadre de la
présente invention parce qu~elles n~affectent pas le
principe qui est à la base de la conception de
l'interface. En fait, celle-ci peut être réalisée de
manière à satisfaire aux contraintes de rigidité
applicables, et ce sans incidence sur la conception de
base.
En ce qui concerne la connexion, celle-ci est
réalisée à l~aide d~une tige unique (Cf référence 30 à la
figure 1), dont une extrémité est fixée au satellite 100,
alors que l'autre extrémité est fixée à la charge utile
10 .
En ce qui concerne la rigidité de la
connexion, la force de liaison entre la charge utile et
le satellite peut être exprimée par la formule simplifiée
suivante :
F = Fo ~ K x
où:
Fo = ms Fmi~x : précontrainte
mS : marge de sécurité
FmaX : charge maximale autorisée (comprenant
des facteurs d'effort)
K : rigidité totale.
Pour des raisons de simplicité, ces deux
contributions à la rigidité totale peuvent être
représentées par deux ressorts travaillant en parallèle
et représentant l'un l'interface, l'autre la connexion.
Etant donné que la rigidité de la tige de
connexion 30 est beaucoup plus basse gue celle de
l'interface 50, la contribution de la tige de connexion
30 à la rigidité totale peut-8tre négligée. Cette tige de
connexion fournit, en fait, essentiellement la force de
liaison, qui constitue un paramètre directeur du projet
de celle-ci.
En ce qui concerne le dispositif de

2063700

verrouillage détachable, celui-ci est défini par une
solution très simple et originale -qui offre également un
certain nombre d~avantages- définie par le dispositif ~0
illustré aux figure 4 à 6. Deux demi-colliers 41 et 42
S saisissent une extrémité de la tige de connexion 30. La
tige 30 est équipée d~une collerette (telle qu'illustrée
par la référence 31 à la figure 5) pour offrir une
réaction à la force de liaison. Les demi-colliers 41 et
42 peuvent glisser dans des rails 43 perpendiculaires à
l'axe principal du dispositif de largage et peuvent être
facilement dimensionnés pour résister aux sollicitations
appliquées. A la place des simples rails illustrés aux
figures 4 à 6, des roulements à faible frottement -telles
que les pistes de réticulation de billes~ peuvent 8tre
adoptées pour améliorer les performances du dispositif de
largage.
Le dispositif de libération fait cléplacer les
demi-colliers 41 et 42 radialement vers l'extérieur à
partir de la tige 30, qui est ainsi déverrouillée. Sous
l'action du ressort à diaphragme 20 la charge utile est
éjectée. Pour assurer la capacité de tolérer un défaut de
fonctionnement, une vis 35 à tate pivotante est utilisée,
comme illustré à la figure 7. Il s~aglt d'une vis dont la
tête 32 pivote autour du cent~e d'un support 33 disposé à
une extrémité de la tige de connexion 30. La tension de
la tige peut être ajustée par vissage de ce support 33
pendant l'assemblage. Les demi-colliers 41 et 42 viennent
en butée contre une collerette 31, qui est liée à la tige
de connexion 30 à travers l'extrémité 34 de la vis où il
y a le filet. Dans le cas de défaut de fonctionnement
d'un demi-collier, lorsque le dispositif de libération
est activé, la vis 35 à tête pivotante permet le
désengagement de la tige de ce demi-collier. Ceci assure
donc la séparation de la charge utile lO, comme requis.
La disposition illustrée à la figure 8 est
aussi possible. Ici la tête 32 pivote à l'intérieur du



.

- - ~
:, '. . ~ .

2~7~

support 33a maintenu par les demi-colliers de serrage 41
et 42 et logé dans la collerette 31.
Le réglage de la tension de la tige 30 est
possible par l'intermédiaire du support 33a disposé à
l~extrémité de cette tige 30.
Cette deuxième solution peut être préférée
parce qu~elle peut offrir un désengagement plus fiable
des éléments de verrouillage 41 et 42. Bien entendu, le
choix entre les variantes illustrées aux figures 7 et 8
dépend du projet de détail des différents élements.
Pour faciliter le désengagement de la
collerette 31 des colliers 41 et 42, la surface de
contact entre ces derniers et la collerette peut-être
légèrement conique plutôt que plate (bien que ceci ait un
certain effet négatif sur la stabilité du collier : en
fait, il existe une composante de force dirigée suivant
la direction du mouvement du collier, clest-à-dire de
l'un ou l~autre des deux demi-colliers 41 et 42).
L'optimisation de l'angle conique de pivotement est donc
nécessaire.
Le dispositif de libération est étroitement
lié au dispositif de verrouillage 40.
La solution illustrée à la figure 9 a été
considérée avant la solution de la figure 10, en raison
de sa simplicité tla vis à tête pivotante n~y est pas
illustrée).
Les deux colliers 41 et 42 sont commandés par
un dispositif d'actionnement comprenant un coulisseau 43a
mobile suivant l'axe de la tige de liaison 30 au moyen
d'un ressort secondaire 20a, et une fourche 37 montée
pivotante autour d'un axe 39 sur le coulisseau 43a. La
fourche 37 comprend deux bras 37a qui sont respectivement
reliés aux deux demi-colliers 41 et 42.
Dans le cas de la figure 9, chaque bras 37a de
la fourche 37 est articulé, à une extrémité, par un axe
37b au demi-collier associe 41 ou 42 et, à l'autre




- . ~'. ' ' . -:
- '

20637~


extrémité, par l'axe 39 au coulisseau 43a.
Lorsque le ressort secondaire 20a,
initialement à l~éta~ précontraint, se détend, il
provoque le déplacement axial du coulisseau 43a. La
fourche 37 entraînée par le coulisseau 43a agit par ses
bras 37a sur les demi-colliers 41 et 42 en les faisant
coulisser dans leurs rails 43 suivant deux directions
opposées. La vis 35 est libérée ainsi que le ressort à
diaphragme 20 qui, en se détendant, provoque le largage
de la charge 10.
L'analyse des forces a montré que l'angle de
transmission a doit être plutôt petit pour avoir une
bonne réduction de la force nécessaire au retrait des
demi-colliers gl et 42. Ceci conduit à une limite
supérieure pour la course de ceux-ci.
Les dimensions caractéristiques de ces
colliers et de la tige liaison 30, ainsi que les valeurs
des coefficients de frottement, jouent un rôle
déterminant dans les relations de force. Le dispositif,
légèrement plus complexe, illustré à la figure 10, a
ensuite ~ait l'objet de l'analyse.
Dans le cas de la figure lO, cha~ue demi-
collier 41,42 est associé à un dispositif articulé
déformable comprenant deux leviers 36a et 36b dont les
extrémités adjacentes sont articulées l'une à l'autre par
une charnière 38, alors que les extrémités opposées sont
respectivement articulées autour d~un point fixe P et au
demi-collier 41 ou 42 associé autour d'un axe 36c.
Lors~ue les demi-colliers 41 et 42 sont en prise avec la
vis pivotante 35, les deux leviers 36a et 36b de chaque
dispositif articulé sont sensiblement alignés l'un avec
l'autre. Les deux bras 37a de la fourche 37 sont
solidaires l'un de l'autre pour ne former qu'un seul bras
monté pivotant autour de llaxe 39 sur le coulisseau 43a.
L'extrémité libre de chaque bras 37a prend appui sur le
dispositif articulé associé, par exemple au niveau d'un




.. . ~ .
.
.
. ~' :` ' ' ' :'
,
.- . - : . . : : ,
~.

2~37~

roulement 43b monté autour de l'articulation 38 entre les
deux leviers 36a et 36b. Lors du déplacement axial du
coulisseau 43a, chaque bras 37a pousse sur le roulement
43b du dispositif articulé associé, ce qui force les deux
leviers 36a et 36b à pivoter autour de leur charnière 38.
Le pivotement des leviers 36a et 36b entraîne le
coulissement des demi-colliers 41 et 42 suivant deux
directions opposées. La vis 35 est alors libérée, ainsi
que le ressort à diaphragme 20, ce qui provoque le lar-
gage de la charge 10.
Lorsqu'un demi-collier 41 ou ~2 reste bloqué,
l'extrémité du bras 37a ~ui prend appui sur la charnière
38 du dispositif articulé correspondant, glisse sur le
roulement ~3b de cette charnière 38 qui est alors fixe.
La fourche 37 pivote autour de l'axe 39 et fait coulisser
l'autre demi-collier. Dans ce cas, la tige de liaison 30
est libérée par suite du pivotement de la vis 35 autour
du demi-collier resté bloqué, sous l'action du ressort à
diaphragme 20, ce qui provoque le largage de la charge
10.
De simples goupilles peuvent être utilisées à
la place des roulements 43b illustrés à la figure 10 pour
la transmission de la force d'activation Fa~
Le dispositif de verrouillage détachable
conforme à l'invention fait usage de ce qu'on appelle,
dans la terminologie anglo-saxonne, "overcenter
principle~', c'est-à-dire d'un principe de centrage bien
connu des techniciens en la matière (Cf en particulier
l'Article R. BIRNER et H. RAL évoqué plus haut) et
appliqué pour assurer la stabilité des demi-colliers de
verrouillage lorsque ceux-ci serrent entre eux la vis à
tête pivotante. L'adoption de ce principe entraîne comme
avantage supplémentaire également le fait que, pour
amorcer le mouvement des demi-colliers, il est nécessaire
une force minimale. La séquence du processus de
séparation des demi-colliers est illustrée aux figures



' - ' ` ~ , ' . `' ' '
: . . .
.

`
.
.

2~6370G

23
18a a 18e, alors que les figures l9a à l9e illustrent la
même séquence, à des instants différents, dans le cas où
un demi-collier est bloqué, de manière à mieux apprécier
la fonction de la vis à tête pivotante (représentée dans
ces figures schématiquement, pour des raisons de
simplicité, sous forme d~un triangle pivotant par rapport
à l'extrémité inférieure de la tige de connexion) : cette
vis, grâce à son pivotement, sous l'action du ressort à
diaphragme agissant au niveau de l'extrémité supérieure
de la tige de connexion, peut se dégager du demi-collier
bloqué, autorisant ainsi la libération de la tige et donc
le largage de la charge utile dont elle est solidaire,
malgré le blocage d'un des deux demi-colliers : c'est
justement cette condition ~ui correspond à ce qui a été
appelé plus haut le caractère "redondant" du
verrouillage.
L~activation du dispositif de libération peut-
être obtenue au moyen de la décharge du ressort
secondaire 20a avec un amorçage par couteau thermique ou
dispositif électromagnétique (représenté schématiquement
par la référence 60 à la figure 11). En raison de la
orte réduction de force ainsi obtenue, l'énergie requise
pour l'activation n'est pas élevée.
Bien entendu, il s'agit là d'un avantage
considérable du dispositif développé dans la cadre la
présente invention, et ce conformément aux contraintes 8
et 9 évoquées plus haut.
Ci-après, sont analysés certains critères
fondamentaux concernant le projet préliminaire des
dimensions essentielles et des principaux composants du
dispositif de largage selon l'invention, illustré à la
figure 11, qui représente en détail, à l~échelle 2 ~
le mode de réalisation illustré schématiguement à la
figure 1~ : bien entendu, les mames composants comportent
35 les memes références utilisées dans cette dernière ,
figure. On y a représenté également une des vis, telle


:


- . . . .. : . . ~-, .. . . ~ . . ..
. - - ~ . . ~

-:
- : .' . :

2~37~0

2~
que celle désignée sous la référence 43c, permettant le
centrage du dispositif de libération ainsi que le réglage
de la précontrainte du ressort secondaire ~Oa.
Comme il a été déjà évoqué plus haut, des pa-
ramètres directeurs du projet sont :
- la rigidité de l~assemblage de la charge
utile, et
- la sollicitation maximale autorisée sur
cette charge utile.
Le premier de ces paramètres est fortement
dépendant du type de charge ainsi que de l~application
visée et concerne le projet de l'interface 50.
Le deuxième paramètre dépend fortement des
conditions définies par l~environnement applicable à la
charge utile en question, et gouverne le projet des
composants du dispositif de largage qui doivent résister
à la force de connexion.
En ce qui concerne la force Fa requise pour
désolidariser les demi-colliers 41 et ~2, on utilise les
équations d'équilibre suivantes (voir les figures 12 et
13) :
H cos~ = Q cos~
Fa/2 = H-sina + Q-sin~
H-cos~ = ~ (V ~ Fo/2)
H-sina + Fo/2 = V
(Fo/2)-d + ~-(Fo/2)-b = ~-V-b + V a,
d étant la localisation de la force de connexion Fo sur
un demi-collier (les valeurs correspondant aux deux
colliers 41 et 42 étant respectivement d1 et d2).
I1 s'agit, à l'évidence, d~un système de cinq
équations en les cinq inconnues suivantes :
Fa : force d~activation externe,
Q : force agissant suivant un bras du système
articulé à charnière et coulisse précité,
H : force agissant sùr l'autre bras de ce
système articulé,




.

2063700

V : réaction du rail sur chaque demi-collier,
a: localisation de V sur un demi-collier.
Ce système d~équations peut-être facilement
résolu en tenant compte également de la contrainte
géométrique suivante :
r-sin~ = l sina,
l et r étant les longueurs des deux bras du système
articulé à charnière et à coulisse évoqué plus haut.
Les expressions qui découlent pour Fa et V
peuvent être exprimées comme de pures nombres :
Fa/Fo = ~2 ~ sina + tang~ cosa)/(cosa-~ sin~)
V/Fo = ~-sin~/(cosa- ~-sina) + 0,5
a = Fo-(d+~-b)/2V - ~-b.
La première expression, très importante dans
la présente analyse, est nommée ~Rapport de Réduction de
Force~ (RRF). Ce rapport a la significa~ion d~un avantage
mécanique (voir l'exemple développé plus loin) et peut
être utilisé comme un indicateur pour s'assurer qu'une
bonne réduction de force est atteinte à la fin de la
course.
Une limitation de la course est due au fait
que le rapport Fa/Fo augmente rapic~ement avec a.
La course du collier e~t donnée par :
s = r (l-cos~) ~ l tl-cosa).
~a course minimale est donc un paramètre
directeur du projet qui intervient justement dans la
conception du dispositif de libération.
Il y a lieu de remarquer que la course est
étroitement liée à la conception de la collerette, c'est-
à-dire à la limitation de la pression de contact.
Pour effectuer un projet préliminaire, on fait
1'hypothèse selon laquelle .
smin = 5 mm.
Il y a plusieurs paramètres qui présen~e~t un
intérêt certain et que le concepteur a à sa disposition
pour optimiser les caractéristiques du dispositif de

~' ',
'`';';




: . - ~ ': ` ` ~ ' ' . ` :' `;
.
`
:

- ~

~ ù i~
26
largage.
Un certain nombre de cas a été e~aminé et on a
pu établir que :
- r = 1 est une condition qui offre un
compromis acceptable en termes de course et RRF;
-r < 1 est une condition qui permet d'avoir
des courses plus grandes, mais en pénalisant le RRF;
- r > l est une condition qui permet d'avoir
un RRF plus petit aux dépens d'une course plus courte.
Egalement le frottement influence le
comportement, et donc le résultat technique, bien que non
de façon significative, ce qui est un avantage de cette
conception.
Des valeurs réalistes des coefficients de
frottement statique et dynamique sont définies par les
valeurs 0,25 et 0,20, respectivement.
En tenant compte de tout ce qui précède, on
peut proposer l'ensemble su:Lvant de paramètres
définissant les caractéristiques principales du
dispositif de libération :
= 30'
r = l = 20 mm
~ = 0,20
b = 3 mm
d = 5 mm
smin = 5 mm ; ::
à partir de ces données, on obtient :
Fa/Fo = 0,522
V/Fo = , 630
a = 3,55 mtn .
s = 5,35 mm.
: On peut vérifier facilement que :
s ~ Smin
.et aussi que la condition de~stabilité est vérifiée,:à
35 savoir le fait que : ~ .
a < d.

~ .
.
.



. ..

2 ~
27
Comme déjà évoqué plus haut, les paramètres
ci-dessus peuvent être légèrement modifiés de manière à
diminuer le RRF et à augmenter la course en fonction de
contraintes de conception plus rigoureuses.
Par exemple, une augmentation de la course
peut-être obtenue en posant :
~ = 35 ,
alors que tous les autres paramètres restent inchangés.
Dans ce cas, il est alors :
s = 7,23 mm
et
Fa/Fo = 0,651,
ce qui représente une valeur encore suffisamment basse.
Ci-après est donné un deuxième exemple de
modification de l'ensemble des paramètres indiqués plus
haut et vise à obtenir un dispositif plus compact. En
~aisant l'hypothèse que :
= 35-
r = 1 = 15 mm
~ = 0,20
b = 3 mm
d = 5 mm,
il s'en suit que :
Fa/Fo = 0,651
V/Fo = 0,663
a = 3,62 mm
s = 5,42 mm. ;
Dans le cas où on prend des mesures pour `
réduire le coefficient de frottement sur les rails de
chaque demi-collier (voir le dispositif de verrouillage
décrit plus haut), on peut admettre pour ce coefficient .
une valeur plus petite définie par : ;
~ = 0,05.
Dans ce cas, il en résulte que, tous les
autres paramètres étant inchangés comme dans le dernier
exemple :



` . " , ~ , .


.. . .. ..
:
'' ` .' . ~ :

,

206370~

Fa/Fo = 0,lA5
V/Fo = 0,536
a = 4,65 mm < d
s = 5,42 mm (inchangé).
La diminution importante du RRF montre les
avantages d~une réduction du coefficient de frottement,
même si cela entraîne la fabrication de pièces plus
complexes.
Ci-après, on aborde l'étude du comportement du
dispositif de largage dans le cas où un des demi-colliers
présente un défaut de fonctionnement.
On fait l'hypothèse que, lorsque la fourche
d~équilibrage 37 se déplace vers le haut sous l'action du
coulisseau de guidage 43a, un des deux demi-colliers ne
se déplace pas ~Cf les figures 14 et 15).
L,~action de fourche n'est donc pas distribuée
uniformément entre les deux demi-colliers, mais ceci
nlempêche pas que le demi-collier qui ne présente pas de
défaut de fonctionnement soit retiré, comme requis.
La cinématique de la fourche a été étudiée
pour déterminer la course du demi-collier qui ne présente
pas de défaut de fonctionnement. La relation géométrique
indiquée ci-après est utilisée pour détermi.ner la
rotation de la fourche induite par un déplacement ~ vers
le haut de sa charnière :
a-sinfl + (b + R-~) cos~ = b + R.
En remplaçant :
sin~ = 2t/(1 + t2)
cos~ = (1 - t2) / (1 + t2)
où :
t = tang(~/2),
on obtient une éguation linéaire du deu~ième ordre en t,
qul donne :
~ = 2 arctang [(A-~(A2+B2-C2)/~B+C)],
où :
A = a




' '



.` ' '~ ,
. ~ .

2063700
29
B = b + R -
C = b + R.
Cela étant, la rotation de la tige articulée
36 du dispositif de libération, du côté qui ne presente
pas de défaut de fonctionnement, est donnée par :
~p = arcsin (Yf/r),
où: ~
Yf = m Xf+n
m = tangtd
Xf = [-B'-l~B'2-A'-C')]/A'
A' = m2 + 1
B' = m-n-Xd
C' = n2 + xd2_r2
n = Yb-m-Xb
Yb = a-sint~+(b+r)-cos~-(b+r)
Xb = a-cost~-(b+r)-sin~.
La course est ainsi donnée par l'expression :
s = r (1-cos~)+l tl-cos~),
ou:
~ = tdp ~,
a = arcsin [tr/l) sin~].
Si on adopte pour les paramètres suivants les
valeurs indiquées ci-après :
a = 22 mm
~ = 6 mm
b = 17 mm
R = 2 mm
Xd = 42,5 mm,
il s'en suit que : ~
s = 9,846 mm, ~-
cette valeur correspondant à environ le double de la
course minimale requise.
I1 y a donc lieu de conclure ~ue, dans le cas
de défaut de fonctionnement d~un demi-collier, l'autre
est retiré à une vitesse supérieure à la vitesse
nominale, ce qui autorlse de toutes façons la libération




- ,
~ ~ ,

' ' ~
' . ~

20637~0

de la tige de connexion.
Le développement de la conception du disposi-
tif de libération de la tige de connexion a requis une
grande partie de l'effort ~u'il a fallu engager pour
concevoir le dispositif de largage selon l'invention,
dont il est un composant essentiel.
Il s~agit en fait d'un dispositif de
libération multi-fonctions qui peut avoir un grand nombre
d'applications. Dans l~espace, il pourrait être adopté,
pratiquement sans changements importants, pour la retenue
d~une pile de panneaux solaires (tels que ceux du type
Eureca e~ Columbus), avec des améliorations
significatives en termes de sécurité de fonctionnement
par rappor~ aux solutions adoptées ou proposées
couramment dans l'Art antérieur.
En dehors des applications spatiales, dlautres
appllcations sont liées à la libération rapide de
dispositifs llchargés", tels ~ue les actionneurs des
valves utilisées dans les implantations de puissance,
avec des améliorations certaines des aspects de sécurité
de fonctionnement par rapport à l'état de la technique
correspondant.




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Representative Drawing
A single figure which represents the drawing illustrating the invention.
Administrative Status

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Administrative Status

Title Date
Forecasted Issue Date Unavailable
(22) Filed 1992-03-18
(41) Open to Public Inspection 1992-09-29
Dead Application 1998-03-18

Abandonment History

Abandonment Date Reason Reinstatement Date
1997-03-18 FAILURE TO PAY APPLICATION MAINTENANCE FEE

Payment History

Fee Type Anniversary Year Due Date Amount Paid Paid Date
Application Fee $0.00 1992-03-18
Registration of a document - section 124 $0.00 1993-05-28
Maintenance Fee - Application - New Act 2 1994-03-18 $100.00 1994-02-17
Maintenance Fee - Application - New Act 3 1995-03-20 $100.00 1995-02-17
Maintenance Fee - Application - New Act 4 1996-03-18 $100.00 1996-02-14
Owners on Record

Note: Records showing the ownership history in alphabetical order.

Current Owners on Record
AGENCE SPATIALE EUROPEENNE
Past Owners on Record
PANIN, FABIO
Past Owners that do not appear in the "Owners on Record" listing will appear in other documentation within the application.
Documents

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List of published and non-published patent-specific documents on the CPD .

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Document
Description 
Date
(yyyy-mm-dd) 
Number of pages   Size of Image (KB) 
Drawings 1992-09-29 6 164
Claims 1992-09-29 3 119
Abstract 1992-09-29 1 30
Cover Page 1992-09-29 1 20
Representative Drawing 1999-07-02 1 5
Description 1992-09-29 30 1,330
Fees 1996-02-14 1 36
Fees 1995-02-17 1 33
Fees 1994-02-17 1 25