Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
CA 03068731 2019-12-27
WO 2019/002702 PCT/FR2018/000152
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Système d'interface modulaire pour un réflecteur d'antenne, en particulier
= d'une antenne d'un engin spatial tel qu'un satellite notamment.
La présente invention concerne un système d'interface modulaire
pour un réflecteur d'antenne, en particulier d'une antenne d'un engin spatial,
notamment d'un satellite, ainsi qu'un réflecteur d'antenne comprenant un ou
plusieurs de tels systèmes d'interface modulaires.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Bien que non exclusivement, la présente invention s'applique plus
particulièrement à un réflecteur d'antenne de satellite de télécommunication,
par exemple à un réflecteur d'antenne de grande dimension. Un tel réflecteur
d'antenne comprend généralement une structure rigide (appelée coque)
pourvue d'une surface réflectrice (qui est réfléchissante pour des ondes
radiofréquence) et des moyens de renfort à l'arrière de cette surface, qui
participent au maintien de la coque et à la liaison avec le satellite.
Plus particulièrement, la grande majorité des réflecteurs d'antenne à
coque solide, se basent sur l'assemblage des trois éléments suivants :
- la coque pourvue de la surface réflectrice, qui réalise l'interface
fonctionnelle
avec les ondes radiofréquence ;
- des éléments d'interface permettant le maintien du réflecteur sur la
plate-
forme (du satellite) au lancement, mais également son déploiement en orbite
(via un bras de déploiement et un moteur) ; et
- une structure arrière permettant la liaison structurelle entre les
éléments
d'interface de la plate-forme et la coque pourvue de la surface réflectrice.
Les réflecteurs ainsi produits nécessitent invariablement de
nombreuses références de pièces, des designs unitaires spécifiques et de
multiples assemblages.
Une simplification du réflecteur d'antenne est donc recherchée
notamment pour obtenir une baisse des coûts.
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La solution technique et les technologies associées pour obtenir une
simplification, doivent pouvoir répondre à au moins certaines des
problématiques suivantes :
- assurer une modularité des assemblages pour répondre aux différents
besoins d'interface de la plate-forme (nombre de points d'interface,
positions,
raideurs,...) ;
- assurer la compatibilité multi-surfaces ;
- garantir des performances mécaniques, thermiques et fonctionnelles avec
des caractéristiques appropriées ; et
- permettre une industrialisation et une mise en oeuvre simplifiées.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
La présente invention a pour objet de participer à la simplification d'un
réflecteur d'antenne. Elle concerne un système d'interface modulaire, destiné
à réaliser une interface entre un réflecteur d'antenne d'un engin spatial, en
particulier d'un satellite, et une plate-forme de l'engin spatial.
Selon l'invention, ledit système d'interface modulaire comporte :
- une pièce d'interface qui est destinée à être lié mécaniquement à un
élément
mécanique faisant partie de ladite plate-forme ;
- une structure multipode pourvue, à une première extrémité, d'au moins trois
pieds et configurée pour réaliser une liaison mécanique entre, d'une part, la
pièce d'interface agencée à une seconde extrémité opposée à ladite première
extrémité, et d'autre part, respectivement, une pluralité d'éléments de
jonction,
chaque élément de jonction étant lié à l'un des pieds de la structure
multipode
auquel il est associé ; et
- lesdits éléments de jonction qui sont destinés à être liés mécaniquement
à
une face arrière du réflecteur d'antenne.
,Ainsi, grâce à l'invention, le système d'interface modulaire, en plus de
permettre d'assurer une modularité, présente de nombreux autres avantages,
comme précisé ci-dessous.
Avantageusement, le système d'interface modulaire, comporte :
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- une liaison à vis entre chacun desdits éléments de jonction et le pied
associé
de la structure multipode ; et/ou
- une liaison à vis entre la pièce d'interface et la structure multipode.
Par ailleurs, de façon avantageuse :
- .1a pièce d'interface comporte une rotule qui est destinée à être liée
mécaniquement audit élément mécanique faisant partie de la plate-forme et
qui est apte à être fixée en position ; et/ou
- chacun desdits éléments de jonction comprend un support de forme
sensiblement plane, destiné à être lié mécaniquement à la face arrière du
réflecteur d'antenne, et une tige agencée transversalement (de préférence
sensiblement orthogonalement) audit support.
De plus, de préférence, chacun desdits éléments de jonction
comprend une rotule réalisant la jonction entre le support et la tige de
l'élément de jonction, ladite rotule étant apte à être fixée en position.
Par ailleurs, de façon avantageuse, chacun desdits éléments de
jonction est pourvu d'une pluralité de pointes de flèche sur l'une de ses
faces,
destinée à être liée à une face arrière du réflecteur d'antenne.
En outre, avantageusement, le système d'interface modulaire
comporte au moins un élément d'amortissement.
La présente invention concerne également un réflecteur d'antenne, en
particulier d'une antenne d'un engin spatial, notamment d'un satellite. Selon
l'invention, le réflecteur d'antenne comporte au moins un et de préférence une
pluralité de systèmes d'interface modulaires, tels que celui décrit ci-dessus.
La présente invention concerne, en outre, un engin spatial, en
particulier un satellite, qui comporte au moins un réflecteur d'antenne et au
moins une plate-forme.
Selon l'invention, ledit engin spatial comporte au moins un système
d'interface modulaire, tel que celui décrit ci-dessus, qui réalise l'interface
entre
le réflecteur d'antenne et la plate-forme de l'engin spatial, lesdits éléments
de
jonction du système d'interface modulaire étant liés mécaniquement à la face
arrière du réflecteur d'antenne et ladite pièce d'interface du système
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d'interface modulaire étant liée mécaniquement à un élément mécanique
faisant partie de la plate-forme.
Dans un mode de réalisation préféré, ledit engin spatial comporte un
ensemble de systèmes d'interface modulaire liés mécaniquement à la face
arrière du réflecteur d'antenne, ledit ensemble de systèmes d'interface
modulaire constituant l'unique interface entre le réflecteur d'antenne et la
plate-forme. Il ne comporte donc pas de structure arrière usuelle.
En outre, dans un premier mode de réalisation, ledit élément
mécanique est un mécanisme de maintien et de libération, tandis que dans un
second mode de réalisation, ledit élément mécanique est un bras de
déploiement.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
=
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment
l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques
désignent des éléments semblables.
Les figures 1 et 2 sont des vues schématiques, respectivement en
plan et en perspective, d'une-face arrière d'un réflecteur d'antenne, pourvue
de systèmes d'interface modulaires selon un mode de réalisation préféré.
La figure 3 est une vue en perspective d'un système d'interface
modulaire.
La figure 4 est une vue latérale schématique d'un système d'interface
modulaire.
La figure 5 montre schématiquement une pièce d'interface d'un
système d'interface modulaire, munie d'une rotule.
La figure 6 comprend deux vues schématiques superposées
permettant de montrer une possibilité de réglage en hauteur du système
d'interface modulaire.
La figure 7 est une vue en perspective d'un élément de jonction.
La figure 8 montre une possibilité d'agencement particulier du
système d'interface modulaire, adapté à la surface d'un réflecteur d'antenne.
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La figure 9 montre schématiquement un exemple de fixation d'un
élément de jonction dans une paroi d'un réflecteur d'antenne.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
5 Le système 1 d'interface modulaire (ci-après système 1 ) est
destiné à être monté sur un réflecteur d'antenne 2, comme représenté sur les
figures 1 et 2. Ce réflecteur d'antenne 2 fait partie d'une antenne d'un engin
spatial (non représenté), notamment d'un satellite.
Ce réflecteur d'antenne 2 comprend une structure rigide (ou coque) 3
pourvue d'une surface réfléchissante ou réflectrice (qui est apte à réfléchir
des
ondes électromagnétiques). Dans la description ci-après, on se réfère, pour le
réflecteur d'antenne 2, à deux faces 3A et 3B de la coque 3, à savoir une
face'
dite avant 3A qui correspond à la face réfléchissante et une face dite arrière
3B qui correspond à la face opposée à cette face avant 3A et qui est destinée
à recevoir un ou des systèmes 1.
Bien que non exclusivement, le système 1 est destiné plus
particulièrement à réaliser une interface entre le réflecteur d'antenne 2 d'un
satellite et une plate-forme du satellite. Dans le cadre de la présente
invention, on entend par plate-forme d'un satellite ou d'un engin spatial,
une partie de structure de ce dernier.
Dans le mode de réalisation particulier, représenté sur les figures 1 et
2, la coque 3 est pourvue, respectivement, de quatre et cinq systèmes 1
(d'interface modulaire). Bien entendu, elle peut comporter un nombre différent
de systèmes 1.
Selon l'invention, chaque système 1 (d'interface modulaire) comporte,
comme représenté sur les figures 3 et 4 notamment :
- une pièce d'interface 5 qui est destinée à être liée mécaniquement à un
élément mécanique 6 (figures 2 et 4) faisant partie de la plate-forme de
l'engin
spatial, notamment un satellite ;
- une structure multipode 7 pourvue, à une première extrémité 7A, d'au moins
trois pieds 8 et configurée pour réaliser une liaison mécanique entre, d'une
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part, la pièce d'interface 5 agencée à une seconde extrémité 7B opposée à
ladite première extrémité 7A, et d'autre part, respectivement, une pluralité
d'éléments de jonction 9. Chaque élément de jonction 9 est lié à l'un des
pieds 8 de la structure multipode 7 auquel il est associé, chaque pied 8 étant
ainsi lié à un élément de jonction 9 ; et
- lesdits éléments de jonction 9 qui sont destinés à être fixés à la face
arrière
3B de la coque 3 du réflecteur d'antenne 2, comme précisé ci-dessous.
Ces différents éléments (pièce d'interface 5, structure multipode 7,
éléments de jonction 9) sont assemblés ensemble, comme précisé ci-
dessous, par le biais d'articulations et de joints mécaniques fournissant,
lors
de l'assemblage, les jeux et degrés de liberté indispensables à une modularité
du système 1.
Dans le mode de réalisation représenté notamment sur la figure 3, le
système 1 est défini autour d'un axe X-X dit longitudinal, qui peut
représenter,
dans un mode de réalisation particulier, un axe de symétrie de révolution du
système 1.
En outre, ledit élément mécanique 6 (auquel est liée la pièce
d'interface 5) peut être par exemple :
- un bras de déploiement 20, comme représenté sur la figure 2. Ce bras de
déploiement 20 peut faire partie d'un dispositif de déploiement apte à amener
le réflecteur d'antenne 2 d'une position de stockage vers une position
déployée ; ou
- un mécanisme de maintien et de libération (non représenté) pour maintenir
le réflecteur d'antenne 2 en position par rapport à la plate-forme, notamment
dans la position de stockage pendant le lancement.
Dans un mode de réalisation particulier, la pièce d'interface 5
comporte une rotule 10, comme représenté sur la figure 5. Cette rotule 10 est
destinée à être liée mécaniquement à l'élément mécanique 6 faisant partie de
ladite plate-forme et elle est apte à être fixée en position. Cette rotule 10
permet que l'axe L (selon lequel l'élément mécanique 6 (ou une pièce reliée à
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l'élément mécanique 6), est lié à la pièce d'interface 5) présente un angle ci
(non nul) par rapport à l'axe longitudinal X-X.
Pour obtenir une pièce d'interface 5 avec une rotule 10, on peut
prévoir :
- une ferrure rotulée pour la reprise angulaire. Cette rotule est fixée en
position lors de l'assemblage du réflecteur d'antenne 2 soit par empotage d'un
adhésif, soudure, visserie, rivet ou pi9ntage. La rotule 10 peut être
fabriquée
par un procédé usuel d'usinage; ou par fabrication de type additif (ou ALM
pour Additive Layer Manufacturing ) par ajout de matière, c'est-à-dire par
une impression 3D.
Le piontage peut correspondre à une mise en place de pions, tels que
des ergots métalliques, qui empêchent le déplacement d'une pièce par
rapport à l'autre.
Comme représenté sur la figure 3 notamment, la structure multipode 7
comporte une pluralité de pieds 8. Ces pieds 8 sont répartis angulairement
autour de l'axe longitudinal X-X, sont liés ensemble à l'extrémité 7B et
s'écartent de l'axe longitudinal X-X vers l'extrémité 7A.
De préférence, une ouverture circulaire (non visible) est pratiquée
dans l'extrémité 7B de la structure multipode 7 pour recevoir la pièce
d'interface 5.
Chaque pied 8 comprend, comme représenté sur la figure 3, une
structure 11, de forme générale allongée, pourvue à l'extrémité 7A d'une patte
12. La patte 12 est une partie recourbée par rapport au plan de la structure
11
de sorte que le plan de la plaquette 12 soit sensiblement orthogonal à l'axe
longitudinal X-X.
Dans l'exemple représenté sur les figures, la structure multipode 7
comprend quatre pieds 8. De préférence, pour des raisons de stabilité, la
structure 7 comprend au moins trois pieds. Toutefois, un nombre de pieds
supérieur à trois ou quatre est également possible.
Par ailleurs, comme représenté sur la figure 7 notamment, chacun des
éléments de jonction 9 comprend un support 13 sensiblement plane, de forme
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générale circulaire, pourvu de préférence d'ouvertures pour une réduction de
masse notamment. Ce support 13 est destiné à être lié mécaniquement par
une face 13A (figure 9) à la face arrière 3B de la coque 3 du réflecteur
d'antenne 2 comme précisé ci-dessous, et une tige 14 agencée par exemple
sensiblement orthogonalement audit support 13 (figure 9) au niveau d'une
face 13B de ce support 13.
Le système 1 peut également comporter une liaison à vis entre
chacun des éléments de jonction 9 et le pied 8 associé de la structure
multipode 7, et plus précisément entre la tige 14 et la patte 12. Par cette
liaison à vis, le système 1 peut avoir une hauteur variable, le long de l'axe
X-
. X, c'est-à-dire sensiblement radialement à la face arrière 3B, à partir
d'une
hauteur variable entre le support 13 et la plaquette 12 associée, comme
illustré pour une hauteur H2 (entre le support 13 et la plaquette 12) dans la
position P1 de la partie supérieure de la figure 6 et pour une hauteur H3
(entre
le support 13 et la plaquette 12) dans la position P2 de la partie inférieure
de
la figure 6.
Un réglage en hauteur du système 1 peut ainsi être réalisé à plusieurs
niveaux, pris individuellement ou combinés ensemble, à savoir :
- par le biais de jonctions vissées/boulonnées entre la structure multipode
7 et
les éléments de jonction 9;
- ainsi que, par une définition spécifique de la structure multipode 7.
Par ailleurs, dans un mode de réalisation particulier, chacun des
éléments de jonction 9 comprend une rotule 15 prévue sur une face 13B
supérieure du support 13, réalisant la jonction entre le support 13 et la tige
14
de l'élément de jonction 9 et permettant d'orienter la tige 14, comme
représenté sur la figure 7. Grâce à cette rotule 15, la tige 14 peut prendre
une
position angulaire particulière par rapport à l'axe 16 qui est sensiblement
orthogonal au plan général du support 13, comme illustré par un angle po sur
la figure 7. Dès qu'elle se trouve dans la position angulaire recherchée, la
rotule 15 est apte à être fixée en position.
=
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Le réflecteur d'antenne 2 peut présenter notamment un formage
particulier de la coque 3 pour des besoins de la mission considérée, comme
représenté par exemple sur la figure 8. Dans certains cas, le formage est tel
que l'orientation du système 1 avec la coque 3 est fortement impactée de
même que sa surface d'appui. ,
La capacité d'orientation angulaire des éléments de jonction 9 (à
l'aide des rotules 15) permet de les adapter au formage de la surface (et
notamment à la normale locale), comme représenté par des angles (31 et [32
sur la figure 8.
= Dans un mode de réalisation particulier, la rotule 15 de l'élément de
jonction 9 est fabriquée par un procédé de fabrication de type ALM. Une
alternative consiste à intégrer une rotule 15 usuelle dans l'élément de
jonction
9 par assemblage vissé ou collé.
La rotule 15 est fixée en position lors de l'assemblage du réflecteur
d'antenne 2 soit par empotage de colle, soudure, visserie, rivet ou piontage.
On peut également prévoir des hauteurs différentes entre la patte 12
et le support 13, pour des éléments de jonction 9 différents, comme illustré
par des hauteurs HA et HB différentes sur la figure 8.
Pour reprendre une partie de l'angle, la structure multipode 7 peut
également être modifiée pour intégrer un écart de hauteur entre les éléments
de jonction 9.
Les éléments de jonction 9 peuvent être fixés de différentes manières
usuelles sur la coque 3 du réflecteur d'antenne 2.
Toutefois, dans un mode de réalisation particulier, chacun des
éléments de jonction 9 est pourvu d'une pluralité de pointes de flèche (par
exemple de type hyper-joint) 18 sur l'une des faces du support 13, à savoir la
face 13A (opposée à la face 13B), destinée à être liée à la face arrière 3B de
la coque 3 du réflecteur d'antenne, comme représenté sur la figure 9.
Ces pointes de flèche 18 sont insérées dans la matière de la coque 3
via un renfort de peau 19, comme illustré par des flèches C sur la figure 9.
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Ces pointes de flèches 18 solidaires du support 13 permettent ainsi une
fixation stable dans la coque 3 présentant des caractéristiques adaptées.
La coque 3 peut être une coque mince sandwich de type CFRP (pour
Composites à fibre de carbone et matrice polymère), une coque épaisse
5
sandwich de type CFRP, une membrane de type CFRP, ou bien une coque
monolithique de type CFRP.
En outre, le système 1 comporte au moins un élément
d'amortissement (non représenté). Cet élément d'amortissement (joint,
ressort, lame métallique,...) permet de réduire la raideur de l'assemblage (et
10
ainsi de maîtriser et optimiser la transmission des efforts entre le système 1
et
la coque 3) et de profiter d'un amortissement dans le cas de sollicitations
dynamiques (vibrations lors de la phase de lancement notamment).
Les performances mécaniques et thermiques du réflecteur d'antenne
2 sont ainsi garanties. En particulier :
- la masse du réflecteur d'antenne 2 est réduite par l'absence de structure
arrière, comme précisé ci-dessous ;
- les performances mécaniques (raideurs, transmissions des efforts,...) sont
assurées par:
= la fixation des joints et articulations soit par empotage de colle, par
soudure, par visserie, rivet ou piontage ;
= l'agencement d'au moins un élément d'amortissement ;
= la diffusion des efforts par le biais de la structure multipode 7 et le
= nombre d'éléments de jonction 9. Une optimisation par le nombre
d'éléments de jonction 9 est possible, en passant par exemple d'un
tripode à un quadripode ou plus
= - les performances de stabilité thermiques peuvent être optimisées par
= l'utilisation de matériaux à bas CTE (coefficient de Dilatation
thermique)
spécifiques, comme par exemple :
= un alliage métallique de type INVAR ;
= des composites CFRP (pour Composites à fibre de carbone et matrice
polymère).
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Par ailleurs, concernant l'industrialisation, l'ensemble de systèmes 1
présente les avantages d'une standardisation des pièces et la réduction des
opérations de fabrication.
La standardisation des pièces est autorisée par l'insertion de jeux et
de degrés de liberté dans le système 1, qui permet l'adaptation aux moyens
d'interfaces utilisés et une compatibilité à une large gamme de surfaces. La
standardisation permet également une simplification de l'industrialisation
(gammes et documentation génériques).
En outre, la réduction du nombre d'opérations de fabrication est
obtenue grâce notamment :
- à la suppression de la structure arrière, comme indiqué ci-dessous ;
- à la fixation par pointes de flèche 18 (figure 9).
Dans un mode de réalisation= préféré, le réflecteur d'antenne 2 ou
l'engin spatial considéré (notamment un satellite) qui comprend ce réflecteur
d'antenne 2, comporte un ensemble de tels systèmes 1 (d'interface
modulaires) qui sont tous liés mécaniquement à la face arrière 3B de la coque
3 du réflecteur d'antenne 2, comme représenté sur les figures 1 et 2. Cet
ensemble de systèmes 1 constitue l'unique interface entre le réflecteur
d'antenne 2 et la plate-forme de l'engin spatial, c'est-à-dire que l'on se
passe
d'une structure arrière usuelle.
Les systèmes 1 'sont indépendants les uns des autres.
L'indépendance de chaque système 1 permet son positionnement
quelconque, au choix, sur la face arrière 3B de la coque 3 du réflecteur
= d'antenne 2. Le système 1 est ainsi adaptable à une grande variété de
configurations d'interfaces.
Cet ensemble de systèmes 1 présente de nombreux avantages, et en
particulier les avantages principaux suivants concernant le réflecteur
d'antenne 2:
- une réduction globale du coût du réflecteur d'antenne 2 ;
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- une réduction de temps du cycle de livraison du réflecteur d'antenne 2
par le
biais d'une minimisation de l'effort de justification et de la durée et du
nombre
d'opérations de fabrication (collage, drapage, assemblage,...) ;
- une simplification du réflecteur d'antenne 2 par la réduction du nombre
de
pièces et la standardisation ; et
- une réduction de la masse du réflecteur d'antenne 2, tout en garantissant
l'atteinte des performances requises.
L'ensemble de systèmes 1 présente également les avantages
suivants :
- il assure une modularité des assemblages répondant aux différents besoins
d'interfaces avec la plate-forme de l'engin volant (nombre de points
d'interface, positions, raideurs,...) ;
- il assure la compatibilité Multi-surfaces en s'adaptant à une gamme de
diamètres étendue, à de multiples géométries de parabole, ainsi qu'à de forts
formages de la surface ;
- il garantit les performances mécaniques, thermiques et fonctionnelles
avec
notamment un faible bilan de masse, une résistance à l'environnement
thermomécanique, et un faible impact sur la stabilité et la précision du
profil
de surface ; et
- il permet une industrialisation et une mise en oeuvre simplifiées.
