Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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a) TITRE DE L'INVENTION
DISPOSITIF DE PROTECTION CONTRE LES ECLATS PRODUITS PAR
UN BOULON A RUPTURE COMMANDES
b) TERRAIN TECIiNIQUE DE L'INVENTION
L'invention concerne un dispositif de protection contre les éclats produits
par
un boulon à rupture comandée, du type utilisable en particulier dans des
mécanismes
de maintien et de largage d'antennes ou d'instruments équipant des satellites
ou des
engins spatiaux.
c) MILIEU DE L'INVENTION
Dans ces engins, les équipements à structure déployable, tels que des
antennes,
des supports de capteurs, des panneaux solaires, etc. , qui sont relatlivement
fragiles et
encombrants, doivent être fixés à l'état replié ou rétracté sur des structures
rigides
pour être protégés pendant la phase de lancement des engins. A l'issue de
cette
phase, lorsque le satellite ou l'engin spatial est mis sur orbite, ces
équipements
diovent être libérés et déployés pour remplir leurs fonctions.
Les boulons à rupture commandée, en général par mise à feu d'une charge
pyrotechnique, sont les moyens les plus communément utilisés dans ces
mécanismes
pour fixer des éléments mobiles sur des éléments fixes. Ces boulons sont du
type
pré-contraint ou à zone de fragilisation et produisent lors de leur rupture
des éclats ou
des fragments métalliques à haute énergie cinétique qui sont susceptibles de
provoquer
des dégâts divers, e. g. , des court-circuits, des blocages de mécanisme, des
détériorations de guides d'ondes, etc.
Pour tenter de pallier ces inconvénients, on a déjà proposé de remplacer ces
boulons par des câbles métalliques à torons, éventuellement pourvus d'un
revêtement
extérieur en matière plastlique. La rupture de ces câbles produit des
fragments qui
sont de plus petite taille que dans le cas de la rupture des boulons
métalliques mais
qui sont toujours en quantité importante. De plus, les contraintes mécaniques
liées à
l'lutilisation de ces câbles relativement flexibles limitent leurs
possibilités d'utilisation.
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On a également proposé d'utiliser des boulons en matière synthétique, qui
peuvent être coupés par fusion au moyen d'un fil conducteur chauffé par effet
Joule.
Cette coupe ne produit pas d'éclats ou de fragments de matière, mais provoque
la
vaporisation de composés organiques qui sont une cause de pollution non
admissible
dans un satellite ou dans un engin spatial et qui risquent, notamment, de se
déposer
sur des composants optiques.
d) MEMOIRE DESCRIPTIF DE L'INVNETION
L'invention a pour but d'éviter les inconvénients liés dans la technique
antérieur à l'utilisation de boulons à rupture commandée. Elle a pour objet un
dispositif de protection contre les éclats produits par un boulon métàlllique
à rupture
comandée, en particulier, du type pyrotechnique, qui permette de piéger dans
un
espace restreint tous les éclats, fragments et débris métallliques produits
par un
boulon lors de sa rupture.
Elle a également pour objet un dispositif de ce type, qui puisse être utilisé
avec une fiabilité très élevée dans les satellites ou engins spatiaux.
Elle propose, à cet effet, un dispositif de protection contre les éclats
produits
par le sectionnement d'un boulon du type utilisé pour la fixation d'antennes
et
d'autres instruments aux satellites et aux engins spatiaux, où le boulon fait
saillie hors
du mécanisme, le dispositif comprenant une enceinte de confinement formée
d'une
paroi captant la partie en saillie du boulon et d'une section élastiquement
déformable
composée de pièces flexibles, chacune de ces pièces flexibles pouvant alterner
entre
une première position où la section élastiquement déformable forme un passage
pour
la partie en saillie du boulon et où les pièces flexibles viennent s'appuyer
très
hermétiquement contre la partie en saillie du boulon, et une seconde position
où le
passage est refermé, chacune des pièces flexibles passant automatiquement de
la
première à la seconde position quand le boulon est retiré, de manière à piéger
les
éclats de sectionnement dans l'enceinte de confinement, la paroi de l'enceinte
étant de
plus munie de deux gorges comprenant chacune une rondelle flexible, et la
section
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élastiquement déformable comprenant une pile de membranes retenues entre les
rondelles et fournies avec les pièces flexibles du dispositif.
Elle encore propose, à cet effet, un dispositif de protection contre les
éclats
produits par un boulon à rupture comandée, du type utilisable en particulier
dans des
mécanismes de maintien et de largage d'antennes ou d'instruments équipant des
satellites ou des engins spatiaux. Dans lesquels mécanismes, un élément mobile
est
maintenu sur un élément fixe par un boulon dont la tige traverse des moyens de
rupture à comande pyrotechnique, par exemple. Cet dispositif comprend une
enceinte
de confinement entourant la tige de boulon à sa sortie des moyens de rupture
et
comportant des moyens élastiquement déformables dans lesquels est formé un
passage
traversé de façon sensiblement étanche par la tige de boulon. Cette enciente
de
confinement est susceptible de s'obturer automatiquement quand la tige de
boulon en
sort, de façon à piéger dans l'enceinte de confinement les éclats produits par
la
rupture du boulon.
Cette enceinte de confinement peut être formée d'une douille ou bague qui
entoure la tige de boulon et qui est solidaire à sa base d'un boîtier
renfermant les
moyens de rupture tandis que son extrémité opposée à ce boîtier comporte les
moyens
élastiquement déformables précités.
Une telle enceinte de confinement peut donc avoir un encombrement faible,
compatible avec l'espace disponible pour son installation en liaison avec des
mécanismes de maintien et de largage d'instruments sur des satellites ou des
engins
spatiaux.
Elle permet par ailleurs d'utiliser des boulons métalliques à rupture
commandée d'un type traditionnel éprouvé, tout en évitant les inconvénients
liés à
l'utilisation de ces boulons dans la technique antérieure.
Dans un mode de realisation l'invention, chacune des membranes est munie de
fentes centrales également espacées, qui définissent la portion flexible de la
seciton
élastiquement déformable. De préference, l'angle des fentes est décalé d'une
membrane à l'autre.
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Dans un autre mode de realisation de l'invention, les membranes sont munies
d'arêtes extérieures et séparées l'une de l'autre à leur périphérie par des
entretoises.
La matière de ces membranes élastiquement déformable est déterminée en
fonction de ses conditions d'utilisation. Dans un mode de realisation prefére
d'l'invention, les membranes sont faites de caoutchouc de silicone. Ces
membranes
comprennent en leur centre des fentes de longueur limitée formant le passage
précité,
ces fentes étant, par exemple, au nombre de quatre et espacées de 90°
les unes des
autres. De préférence, ces fentes sont décalées angulairement d'une membrane à
l'autre, pour améliorer l'étanchéité vis-à-vis des éclats ou fragments
métaliques
produits par la rupture de la tige de boulon. Dans le cas des satellites ou
des engins
spatiaux, cette matière peut être un caoutchouc silicone répondant à un
certain nombre
de caractéristiques déterminées.
Dans encore un autre mode de realisation de l'invention, l'enceinte de
conimement est constituée d'un manchon dont l'une des extrémités est fixée à
un
boîtier contenant le mécanisme de sectionnement, l'autre extrémité contenant
la
section élastiquement déformable.
e) DESCRIPTION DE LES DESSINS
Relativement aux dssins qui illustrent la réalisation de l' invention:
La figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif selon
l'invention, associé à un boulon à rupture commandée; et
la figure 2 est une vue en plan d'une membrane faisant partie du dispositif
selon l' invention.
fj UNE FACON DE LA REALISATION DE L'INVENTION
Dans l'exemple de la figure l, un élément mobile 10 est retenu rigidement sur
une structure fixe 12 au moyen d'un boulon métallique 14 associé à des moyens
de
rupture comprenant par exemple une lame ou un ciseau de coupe 16 guidé
perpendiculairement à l'axe du boulon 14 dans un boîtier 18 solidaire de la
structure
fixe 12.
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De façon bien connue, la mise à feu d'un charge pyrotechnique provoque le
déplacement du ciseau 16 dans sa position représentée en figure 1 et la
rupture de la
tige du boulon 14 en deux parties dont l'une 20 reste reliée à l'élément
mobile 10 qui
est ainsi libéré, et dont l'autre 22 reste du côté intérieur de la structure
fixe 12.
5 La rupture du boulon métallique 14 par le ciseau produit une quantité d'
éclats
ou de fragments métalliques à énergie cinétique élevée. qui sont susceptibles
d'être
éjectés à l'extérieur du boîtier 18 et qui provoques des dégâtés divers, comme
indiqué
plus haut.
L' invention, dans un mode de realisation, prévoit de piéger ces éclats et
fragments métalliques, au moyen d'une enceinte de confinement 24 qui entoure
la tige
du boulon 14 à sa sortie du boîtier 18 comprenant les moyens de rupture. Dans
l'exemple représenté, cette enceinte de confinement 24 comprend une douille ou
bague métallique 26 de forme cylindrique, qui est coaxiale à la tige de boulon
14 et
dont la base est solidaire du boîtier 18, tandis que son extrémité peut former
appui de
l'élément mobile 10 lorsque celui-ci est retenu par le boulon 14.
L'enceinte de conimement 24 est fermée, du côté opposé au boîtier 18, par
une série de membranes élastiquement déformables 28 comprenant chacune une
ouverture de passage de la partie 20 de la tige de boulon reliée à l'élément
mobile 10.
Comme on le voit mieux en figure 2, chaque membrane 28 est de forme
circulaire et comprend des fentes radiales 30, partant de son centre 32 et
ayant une
longueur que est fonction du rayon de la tige de boulon blement à étanchéité
chaque
membrane 28, sans la déchirer, et sans la membrane 28 gêne le déplacement de
la
partie 20 de la tige du boulon lors du largage et du déploiement de
l'équipement dont
fait partie l'élément mobile 10. Dans l'exemple représenté en figure 2, les
fentes 30
sont au nombre de quatre et sont espacées angulairement de 90° les unes
des autres.
Les membranes 28 ont un diamètre extèrieur sensiblement égal au diamètre
interne de la douille ou bague 26 et sont empilées à l'intérieur de celle-ci
en étant
séparées les unes des autres par des entretoises annulaires 34 d'épaisseur
appropriée.
L'empilement de membranes 28 d'entretoises 34 est positionné à l'intérieur de
la
douille ou bague 26 entre deux rondelles élastiques fendues 36 d'un type
classique qui
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sont engagées dans des gorges de la paroi cylindrique interne de la douille ou
bague
26.
Ce dispositif fonctionne de la façon suivante:
Lorsque l'élément mobile 10 est retenu sur l'élément fixe 12 par le boulon 14,
les parties centrales des membranes 28 délimitées par les fentes 30 sont
fléchies le
long de la tige de boulon en cirection du boîtier 18 comme représenté en figue
1. La
distance entre la base de la douille 26 et la rondlle inférieure 36 est
suffisante pour ne
pas gêner la flexion de la partie centrale de la membrane inférieure 28. Dans
cette
position, les parties centrales des membranes sont traversées de façon à peu
prés
étanche par la partiae 20 de la tige du boulon.
Par mise à feu de la charge pyrotechnique, le ciseau 16 vient couper la tige
de
boulon et libère l'élément mobile 10. Les éclats et fragments métalliques qui
sont
produits lors de la rupture de la tige de boulon sont piégés à l'intérieur de
l'enceinte
24 par les membranes 28, aussi bien lorsque la partie 20 de la tige de boulon
est
encore engagée dans les fentes de ces membranes, que lorsqu'elle en est
extraite, ces
membranes se refermant automatiquement par élasticité dès qu'elles sont
libérées par
la tige de boulon.
De préférence, les fentes radialesl 30 des membranes 28 sont décalées
angulairement les unes par rapport aux autres autour de l'axe de la douille ou
bague
26 de telle sorte que leurs fentes ne soient pas alignées d'une membrane à
l'autre.
Les membranes 28 sont réalisées, par exemple, en un caoutchouc silicone
ayant une élasticité élevée et un faible coefficient de friction sur la tige
de boulon,
pour ne pas gêner le mouvement de celle-ci.
Lorsque des dispositifs selon modes de realisation de l'invention sont
utilisés
dans des satellites ou des engins spatiaux, la matière des membranes est
choisie pour
satisfaire à un certain nombre de critères:
les membranes doivent pourvoir rester dans un état de déformation élastique
(correspondant au passage de la tige de boulon à travers elles) pendant une
durée
relativement importante qui peut atteindre un an, sans détérioration de leurs
caractéristiques;
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elles doivent pourvoir être utilisées à des températires très basses (jusqu'à -
50°C;
leurs caractéristiques mécaniques et leur comportement en friction doivent
être
compatibles avec les caractéristiques de fonctionnement des mécanismes
d'antennes ou
d'instruments équipment des satellite ou des engines spatiaux;
elles ne doivent pas produire ou libérer par dégazage des composés
condensables susceptibles de polluer l'environnement (par dépôt sur des
composants
optiques par exemple); et
elles doivent être compatibles avec les autres matières avec lesquelles elles
sont en contact (notamment pas de corrosion ou d'interaction chimique avec le
métal
du boulon) .
Des tests systématiques ont révélé qu'une matière particulièrement adaptée à
l'usage de ces membranes dans l'industrie aérospatiale est le caoutchouc
silicone
commercialisé sous la dénomination ERIKAMp. La capacité de dégazage de cette
matière peut être réduite par passage dans une étuve à 200°C pendant
vingt-quatre
heures.
Des essais dans des conditions extrêmes de température et de pression ont
permis de vérifier le bon fonctionnement et la fiabilité du dispositif selon
modes de
realisation de l'invention.
