FR2550663A1 - Structure de reflecteur de rayonnement electromagnetique - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE STRUCTURE DE REFLECTEUR DE RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE. CETTE STRUCTURE COMPORTE UNE FEUILLE DE REFLECTEUR 12 AVEC UNE SURFACE FRONTALE REFLECHISSANTE, CONSTITUEE PAR PLUSIEURS EPAISSEURS COMPRENANT CHACUNE AU MOINS DEUX COUCHES D'EPOXY RENFORCE DE FIBRES DE GRAPHITE; LES FIBRES DES COUCHES RESPECTIVES SONT ORIENTEES DE MANIERE A OBTENIR DES PROPRIETES QUASI-ISOTROPES. DES NERVURES DE RENFORCEMENT 70, 14, 16 DE MEME MATIERE SONT FIXEES SUR LA SURFACE ARRIERE ET A LA PERIPHERIE DE LA FEUILLE. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A UNE ANTENNE A DEPLOIEMENT POUR UN VAISSEAU SPATIAL.

Description

La présente invention concerne une structure réfléchissante du rayonnement

électromagnétique et plus particulièrement, une telle structure

réfléchissante destinée à une antenne.

Des antennes à réflecteurs sont utilisées sur des satellites ou des engins spatiaux en orbite terrestre pour faciliter la réception des signaux et leur retransmission vers la terre Les réflecteurs de ces antennes sont soumis à des déformations provoquées 10 par des différences de températures (ou par une distribution de températures) dans le réflecteur et par d'autres facteurs liés à l'espace Dans de nombreux satellites, les réflecteurs sont supportés par des structures relativement courtes à proximité des satel15 lites supports et fixes par rapport à lui Dans ces

réflecteurs, les déformations thermiques peuvent être maintenues dans des limites tolérables par la rigidité de la courte structure de support de réflecteurs Dans les cas mentionnés ci-dessus, la dimension des réflec20 teurs en position fixe est généralement limitée.

Le même problème de déformation thermique se présente dans un grand réflecteur, par exemple un réflecteur à déploiement qui est maintenu dans une position pendant le lancement d'un satellite et qui est déployé quand le satellite se trouve sur son orbite, dans une position d'utilisation à une distance substantielle du satellite lui-même Dans un grand réflecteur, le problème des déformations thermiques est accenté, car, par exemple, la structure supportant le réflecteur est relativement longue et ne comporte qu'un

nombre limité de pièces.

Une solution proposée au problème de déformation thermique d'un grand réflecteur consiste à réduire les effets de ce problème Par exemple, des dispositifs actifs sur le satellite orientent à nouveau le réflecteur après qu'il a été mal orienté sous l'effet de sa déformation thermique Cette orientation du réflecteur ne résoud que la déformation entrainant une erreur d'orientation du réflecteur par rapport à l'axe de pointage Ces dispositifs actifs augmentent le poids et la consommation d'énergie du satellite ainsi que les causes possibles de défaillance Ce qui est plus important est que ces dispositifs actifs ne compensent pas la déformation de la surface réfléchissante. Dans les présents systèmes de télécommunications entre un satellite et une station terrestre, des réflecteurs de diamètre relativement réduits sont utilisés sur le satellite et en correspondance, de

grands réflecteurs sont utilisés à la station terrestre.

Une nouvelle classe de satellites appelés des satellites de diffusion directe (DBS) obligent à utiliser une plus 15 grande structure de réflecteurs sur le satellite afin de rayonner davantage de puissance depuis le satellite en orbite et par conséquent de produire un faisceau de signaux plus puissant depuis le satellite vers de nombreuses stations terrestres à petite antenne Les 20 problèmes de déformation thermique et de poids que présentent ces plus grands réflecteurs des satellites DBS deviennent génants quand les réflecteurs sont réalisés

selon les conceptions actuellement connues.

Une conception appliquée pour réaliser 25 des réflecteurs de satellites relativement petits utilise une structure dite composite avancée Cette structure comporte généralement une âme cellulaire, par exemple une matière en nid d'abeilles en aluminium ou en textile non métallique Des pellicules formées de produits textile qui sont faits de matière telle que le Kevlar/epoxy ou graphite/epoxy couvrent et adhèrent sur l'âme Le Kevlar est un nom de marque de Du Pont

Corporation pour une fibre organique polyaramide.

Un article intitulé "Advanced Composite 35 Structures for Satellite Systems" dans la publication RCA Engineer, 26-4 janvier/février 1981 par R N Gounder décrit plus en détail des matières composites avancées qui comprennent celles mentionnées ci-dessus et d'autres (y compris le bore et le verre filamenteux) et qui sont utilisées dans différents satellites et leurs structures de réflecteurs Les pages 15 à 17 de cette publication décrivent une structure composite avancée utilisée dans une structure de réflecteur d'antenne polarisée à recouvrement Cette structure de réflecteur utilise un réflecteur d'antenne parabolique à sandwich

de Kevlar/epoxy.

Une autre description de structure

d'antenne composite se trouve dans un article intitulé "Optimized Design and Fabrication Processes for Advanced Composite Spacecraft Structures" par Mazzio et collaborateurs

publié dans 17 th Aerospace Sciences Meeting, New Orleans, 15 Louisianne, 15-17 janvier 1979 aux pages 5 et 6.

L'antenne en sandwich composite décrite comporte un réflecteur en sandwich à âme en nid d'abeilles d'aluminium avec des faces d'époxyde renforcées par des

fibres de graphite.

Bien que les pellicules en sandwich décrites dans les publications précitées présentent de faibles coefficients de dilatation thermique, la structure en nid d'abeilles et les adhésifs utilisés pour coller les pellicules ont de forts coefficients 25 de dilatation Ces forts coefficients de dilatation thermique et les effets du gradient de température à travers l'épaisseur de l'âme en nid d'abeilles entrainent des déformations thermiques gênantes dans ces

réflecteurs à structure composite avancée.

L'effet combiné des matières à fort coefficient de dilatation thermique et de l'âme en nid d'abeilles relativement épaisse fait que ces structures composites avancées ne conviennent pas pour des-structures de réflecteurs de grandes dimensions nécessaires dans les applications à haute fréquence et à grande puissance

comme la diffusion directe par satellite.

Dans une structure de réflecteurs de rayonnements électromagnétiques, un réflecteur comporte une surface réfléchissante frontale sous la forme d'une section d'une surface de révolution Selon l'inven5 tion, le réflecteur comporte; une feuille de matière contrecollée dont est formée la face frontale; une nervure de raidissement périphérique annulaire de matière contrecollée fixée sur la surface arrière et le long de la périphérie de la feuille, la matière contrecollée dont sont faites la feuille et la nervure comportent plusieurs épaisseurs, comprenant chacune plusieurs couches d'epoxyde renforcé par des fibres de graphite, les couches de chaque épaisseur étant orientées les unes par rapport aux autres et les épaisseurs étant disposées symétriquement par rapport au centre de l'épaisseur de la matière contrecollée

pour donner à la feuille et à la nervure des propriétés quasi-isotropes.

D'autres caractéristiques et avantages 20 de l'invention seront mieux compris à la lecture de la

description qui va suivre d'un exemple de réalisation et

en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue de côté d'une structure de réflecteur électromagnétique selon un 25 mode de réalisation de l'invention, La figure 2 est une vue de dessous de la figure de réflecteur de la figure 1, suivant les lignes 2-2, La figure 3 est une coupe de la 30 structure de la figure 1 selon la ligne 3-3, La figure 4 est une coupe partielle de la structure de la figure 2, suivant la ligne 4-4, La figure 5 est une vue en perspective de la surface inférieure du réflecteur de la figure 1 35 montrant la structure de nervure, La figure 6 est une vue en plan d'une partie de la structure de réflecteur de la figure 1 montrant les différentes couches d'une seule épaisseur, Les figures 7 A et 7 B sont des représentations schématiques en perspective d'épaisseurs multiples qui conviennent pour la structure de la figure 1, La figure 8 est une coupe de la structure de réflecteur de la figure 1, La figure 9 est un graphe destiné à expliquer certains des principes de l'invention, La figure 10 est une coupe partielle 10 d'une partie e la structure de la figure 1, passant par la région de la poutre support et

La figure 11 est une vue en élévation illustrant la structure de poutre.

Les figures 1 et 2 représentent donc une 15 structure 10 de réflecteur de rayonnement électromagnétique qui comporte une feuille 12 de réflecteur parabolique, une nervure de raidissement circulaire fixé sur la surface arrière 72 de la feuille de réflecteur 12, deux nervures de raidissement 14,16 20 fixées sur la surface arrière 72 de la feuille de réflecteur 12 et sur la paroi intérieure 76 de la nervure annulaire 70, et une structure de poutre support 18 La surface frontale 71 de la feuille 12 a la forme d'une section d'un paraboloide La 25 section est décalée par rapport au sommet V du paraboloide L'attaque d'antenne est située au foyer F du paraboloide La ligne 13 est une ligne reliant le milieu de la feuille 12 au foyer F et elle est interrompue car le foyer F est beaucoup plus loin de la feuille 12 que ce qui pourrait être

indiqué par une ligne continue sur la figure.

Le foyer F sur la ligne 13 est à l'intersection de la ligne 13 avec la ligne 15 qui relie le sommet V au foyer F La surface 71 de la feuille de réflecteur 35 12 peut aussi avoir la forme d'une section de certaines autres surfaces de résolution, par exemple

un ellipsoide, d'une sphère ou d'un hyperboloide.

La feuille de réflecteur 12, les nervures 70, 14 et 16 et la structure de poudre 18 sont faites d'une matière comprenant plusieurs couches d'epoxyde renforcé par des fibres de graphite unidirectionnelles, comme décrit ci-après Contrairement aux réflecteurs antérieurs, qui utilisent des structures cellulaires pour le support de structure du réflecteur, la présente feuille 12 consiste en une structure pleine ou un contre-collage d'épaisseurs multiples chaque épaisseur 10 comprenant ses couches unidirectionnelles d'époxy renforcée par des fibres de graphite Cette structure pleine est relativement mince (par exemple 0,45 mm) et elle possède une haute solidité et une haute rigidité La structure comprenant la feuille 12 présente 15 de faibles déformations thermiques lorsqu'elle est soumise à des variations de températures car la matière dont cette structure est faite est à la fois

mince et possède des propriétés quasi-isotropes.

La propriété de "quasi-isotropie" 20 s'explique de la manière suivante Selon la figure 9, un point donné P sur la feuille de réflecteur 12 est examiné par rapport à un paramètre de structure (comme le coefficient de dilatation thermique, le module de Young appelé ci-après module, etc) Ce paramètre 25 est observé quant aux variations d'amplitude autour du point P, comme le montre la courbe a La dimension

radiale R représente l'amplitude du paramètre examiné.

Etant donné qu'un paramètre de la feuille 12 est observé le long d'un arc de 360 autour du point P, la dimension R varie entre un maximum Rmet un minimum

R' (quand R tourne autour du point P).

m Si le décalage angulaire entre des crêtes de la courbe a n'est pas supérieur à 60 et si la différence entre Rmet R' est faible, la matière 35 est dite quasi-isotrope Bien entendu, une matière isotrope présenterait une valeur constante de R et

la courbe a serait un cercle.

La période illustrée W ou décalage angulaire entre des valeurs de crête R de la dimension m R n'est pas supérieure à 600 et la différence entre Rm et R' est petite de sorte que la feuille 12 est lum quasi-isotrope Dans le cas du coefficient de dilatation thermique de la feuille 12, l'amplitude de la dimension R et la variation de R sont très voisines

de zéro pour le contre-collage quasi-isotrope décrit.

Les contre-collages qui sont utilisés comme des compo10 sants d'autres éléments de la structure 10 représentés sur les figures 1 et 2 sont d'une réalisation similaire

à celle de la feuille 12 et sont également quasiisotropes.

Dans la description qui va suivre de 15 la réalisation de la feuille 12 et d'autres structures

contre-collées, le terme "couche" désigne une couche de matière Cette couche est constituée de plusieurs bandes bord à bord ou consiste en une matière large.

Le terme "épaisseur" désigne un ensemble constitué par 20 deux ou plusieurs de ces couches.

La matière utilisée pour former chaque couche est de l'epoxy renforcée de fibre de graphite, c'est-à-dire des fibres de graphite qui ont été imprégnées préalablement d'une résine epoxy Cette matière est disponible dans le commerce sous forme de bandes ou de larges feuilles La résine epoxy de la matière formée par les fibres imprégnées préalablement à la température ambiante est collante à cette température et par conséquent, elle sert d'adhésif pour assembler les couches de contre collage les unes aux autres, comme cela sera décrit Les "larges feuilles" sont faites d'un tissu dans lequel les fibres sont orientées à 90 les unes par rapport aux autres et

tissées ensemble La "bande" désigne des fibres qui 35 sont unidirectionnelles, c'est-à-dire parallèles.

Dans une bande, de préférence au moins 50 % de la structure consiste en des fibres de graphite Une

longueur de fibre de la bande est appelée un "brin".

Les fibres de graphite dans la bande ont un module de Young supérieur à 5 250 000 kg/cm 2 De préférence la bande consiste en des filaments à pas constants qui sont non seulement parallèles mais également dans un même plan Ces bandes sont assemblées dans la structure des figures 1 et 2 à l'état collant ou demi-cuit La bande, qui est considérée comme une

bande de matière en fibres préalablement imprégnées 10 a une largeur réduite par rapport à sa longueur.

Cette bande est disponible dans le commerce sous forme de rouleaux, les couches de matière en fibres imprégnées étant séparées par une matière en feuille

non adhérente.

La bande de fibres imprégnées préalablement, lorsqu'elle est cuite à température élevée et haute pression durcit en une couche rigide ayant des propriétés de haute solidité La résine d'imprégnation qui doit être relativement exempte de matière 20 étrangère, n'est pas corrosive pour les métaux et elle peut être moulée à basse pression, par exemple

de 1 à 14 x 105 Pa.

Quand la matière en fibres imprégnées est assemblée en une couche, les filaments, c'est-à25 dire les fibres de graphite doivent rester pratiquement parallèles et ne doivent pas se croiser, être ondulés ou déformés par toute autre manière Une ondulation est une partie de la matière qui sort du plan du reste de la bande La séparation entre des brins 30 voisins doit être uniforme et réduite Un brin discontinu ou autre dommage d'un certain nombre de fibres est également indésirable Cependant, des

brins peuvent être épissés.

A titre d'exemple, une bande de fibres 35 imprégnées utilisées dans la présente structure a une largeur de 75 mm et elle est utilisée pour former

une feuille 12 qui a un diamètre d'environ 2125 mm.

Les brins des fibres de chaque bande doivent être parallèles aux deux bords de la bande bien que des écarts mineurs dans le plan de la bande soient

acceptables.

La structure de réflecteur 10 des

figures 1 et 2 est réalisée de la manière suivante.

La feuille de réflecteur 12 consiste en un minimum de deux épaisseurs Chaque épaisseur est formée par les bandes précitées d'epoxy renforcée par des fibres de graphite Les épaisseurs peuvent également être faites à partir de textiles tissés, comme cela

sera expliqué.

Chaque épaisseur peut comporter trois 15 couches de fibres d'epoxy renforcé par des fibres de graphite, comme le montre la figure 6 Les bandes sont étalées, une couche à la fois, sous forme de

couches successives sur la surface d'un moule préformé.

Le moule utilisé pour former la feuille 12 a une surface adaptée à la section précitée d'une surface de révolution Les surfaces des moules utilisés pour former les autres éléments ont des surfaces de formes appropriées Dans tous les cas, après que les couches de toutes les épaisseurs ont été formées sur le moule, elles sont cuites à température élevée

et à haute pression.

Selon la figure 6, une première couche 20 d'une épaisseur 22 consiste en plusieurs bandes 24, 26, 28, etcc avec des fibres orientées dans la 30 direction 30 à O Dans la couche 20, le bord 34 de la bande 28 s'appuie contre le bord 32 de la bande voisine 26 L'autre bord 36 de la bande 26 s'appuie contre le bord 38 de la bande 24 Le reste de la couche 20 est réalisé de façon similaire, avec 35 les bandes s'appuyant bord à bord pour former une

seule couche ayant l'épaisseur des bandes composantes.

Chaque bande s'étend sur la largeur complète de la feuille de réflecteur 12, c'est-à-dire entre des points de la périphérie,40 indiquée sur la figure 2 Si les bandes 24, 26, 28, etc de la couche 20 sont étalées sur une surface plane (au lieu d'épouser la surface incurvée du moule), toutes les fibres 42, 44, etc sont parallèles entre elles En plaçant des bandes étroites, 24 ? 26, 28, etc de la couche 20 de manière que les bords s'appuient les uns contre les autres sans chevauchement, les fibres 42 et 44, etc restent également espacées les unes des autres sur

toute la longueur de chaque bande, même si les bandes et leurs fibres épousent la surface incurvée d'un moule.

Avant de décrire la formation des autres couches, il y a lieu de considérer la largeur de chaque bande par rapport à sa longueur dans une couche Dans le cas idéal, toutes les fibres d'une bande sont parallèles Quand la bande a été incurvée pour épouser une section de la surface de révolution présentée par le moule, les fibres se déplacent par rapport à l'orientation parallèle Le décalage (tolérance) maximal permis de la direction des fibres est établi pour une réalisation donnée Dans un exemple, la tolérance peut être établie à 0,1 pour des fibres voisines dans une réalisation La largeur d'une bande est fonction de cette tolérance et de la distance 25 focale de la surface de révolution (ou d'une autre manière, de la planéité de cette surface) Quand la surface devient plus plane, la largeur des bandes peut être augmentée Dans le cas d'un paraboloide (et de certaines autres surfaces de révolution) la largeur de la bande est proportionnelle à la distance focale et aux tolérances Ces relations sont résumées par les notations suivantes: la largeur de la bande doit être d'autant plus réduite que la tolérance ou la distance focale diminuent; et quand la distance 35 focale et la tolérance augmentent, la largeur de la bande peut augmenter Dans l'exemple présent, une bande d'une largeur de 75 mm est utilisée pour la feuille 12 formée en un paraboloide auant une distance focale de 2125 mm Comme indication générale, quand la distance focale et les tolérances ont été choisies, la largeur

de la bande peut être déterminéee.

La formation des autres couches, comme la couche 46 sera maintenant décrite Une seconde couche 46 collante à l'état de fibres imprégnées, figure 6, est étalée de la même manière que pour les bandes formant la couche 20 La couche 46 est collée à température ambiante sur la couche collante

qui est également à l'état de fibres imprégnées.

Bien que des couches voisines, comme les couches 20 et 46 puissent être collées entre elles par une couche adhésive (non utilisée), les résines collantes 15 décrites servent ici d'adhésif et éliminent la nécessité de cette couche adhésive supplémentaire séparée Dans le mode de réalisation de la figure 6,

les fibres de la couche 46 sont orientées dans la direction 48 Cette dernière fait un angle de plus 20 60 avec la direction 30.

Une troisième couche 54 de l'épaisseur 22 est réalisée d'une manière similaire à celle de la réalisation des couches 20 et 46 La couche 54 est également collante à la température ambiante 25 et adhère donc sur la couche 46 Les fibres de la couche 54 sont orientées dans la direction 56 qui fait

un angle de -60 avec la direction de référence 30.

L'orientation des couches 20, 46 et 54 est désignée par la notation ( O /l 60 ).

L'épaisseur 22, qui est formée par trois couches

, 46 et 54 est quasi-isotrope lorsqu'elle est cuite.

Dans le présent mode de réalisation, la structure de réflecteur est constituée par l'épaisseur 22 précitée et une autre épaisseur 60 formée 35 de façon similaire dont les couches sont également formées sur le moule au-dessous des couches 20, 46 et 54 Les fibres des couches respectives 68, 66 et 64 sont orientées symétriquement par rapport aux directions

des fibres des couches respectives de l'épaisseur 22.

Toutes les couches des deux épaisseurs sont assemblées successivement, l'une au-dessus de l'autre, à l'état collant à la température ambiante La référence de O pour l'épaisseur 60 est la même que la référence

à O (direction 30 sur la figure 6).

Après l'assemblage, le contre-collage 10 est cuit de la manière connue à température élevée et à haute pression Pendant la cuisson, les matières durcies se collent entre elles et elles perdent leurs

caractéristiques collantes.

Dans le mode de réalisation décrit 15 jusqu'ici, chacune des deux épaisseurs 22 et 60 comportent trois couches; les fibres d'une couche dans chaque épaisseur sont dans la direction de référence 30; les fibres d'une autre couche dans la direction 48 (+ 60 ) et les fibres de la troisième 20 couche de chaque épaisseur sont dans la direction 56 (-60 ) comme le montre la figure 7 A Les deux épaisseurs 22 et 60 qui sont orientées de cette manière l'une par rapport à l'autre forment un contre- collage symétrique

dont les épaisseurs respectives sont équilibrées.

Un contre-collage symétrique est défini comme un contre-collage possédant un plan médian de symétrie (c'est-à-dire au milieu de l'épaisseur

de la feuille 12) comme le montre la figure 8.

Dans le cas de la description 7 jusqu'ici, une

épaisseur équilibrée implique que les couches dont les fibres sont orientées dans des directions autres que l'axe de référence à O apparaissent par paires et que dans chaque paire respective,

les couches soient décalées également mais en oppo35 sition par rapport à l'axe de référence zéro.

Comme le montrent les figures 7 A et 8, l'épaisseur 60 est symétrique de l'épaisseur 22 Autrement dit, les couches individuelles 20, 46 et 54 de l'épaisseur 22 sont symétriques des couches 68, 66 et 64 respectivement de l'épaisseur 60 Ce contre-collage est désigné par ( O o/ 60 0/+ 60 ; O ) ou ( 0/ 60)S, l'indice S indiquant la symétrie Chacune des épaisseurs 22 et 60 est équilibrée Dans l'exemple de l'épaisseur 22, les fibres de la couche 20 sont dans la direction d'orientation 30 à O , tandis que les fibres des deux couches 46 et 54 (les seules autres couches de l'épaisseur 22) sont dans les directions d'orientation 48 et 56 respectivement; et les directions 48 et 56 sont décalées respectivement de + 60 et -60 par

rapport à la direction 30.

A titre d'exemple, chaque couche de 15 l'épaisseur 20 peut avoir une épaisseur de l'ordre de

0,075 mm et l'ensemble de la structure de réflecteur 10 de la figure 1 a une épaisseur d'environ 0,45 mm.

Cette structure contre-collée de 6 couches unidirectionnelles d'epoxy renforcée de fibres de graphite 20 constitue toute la structure de la feuille 12 utilisée dans le réflecteur 10 Des adhésifs autres que les résines d'epoxy formant la matière en fibres imprégnées

ne sont pas nécessaires pour constituer le contrecollage.

Dans d'autres modes de réalisation, il est connu que des propriétés de quasi-isotropie peuvent être obtenues avec des fibres unidirectionnelles ayant des orientations autres que ( O / 60 ) comme décrit ci-dessus L'une de ces autres orientations 30 est obtenue en utilisant de larges feuilles d'epoxy

renforcée de fibres de graphite (textile tissé).

Pour la réalisation d'une couche en larges feuilles tissées, les toiles ne sont pas étalées en bandes, comme cela se fait lorsque la couche est constituée par des bandes Ces bandes de toile présenteraient des discontinuités entre les fibres sur les bords des bandes A leur tour, les discontinuités nuiraient à la solidité et la rigidité

de la surface du réflecteur formé par ces couches.

Par conséquent, ces larges toiles sont coupées et étalées en fuseaux de la manière connue, c'est-à-dire

sous forme de sections triangulaires.

Dans les toiles à l'epoxy renforcé de fibres et de graphite, une partie des fibres tissées sont orientées sous l'orientation 0 tandis que l'autre partie des fibres est orientée à 90 par rapport à l'orientation à O Comme le montre la 10 figure 7 B, deux couches 200, 202, de toile tissée (une couche 200 avec les fibres orientées à 45 par rapport à l'orientation des fibres correspondantes de l'autre couche 202) forment une épaisseur 206 Une seconde épaisseur symétrique 208 est constituée par 15 des couches supplémentaires de toile tissée et elle est contre-collée sur la première épaisseur 206 pour former un plan de symétrie d'interface entre les épaisseurs 206 et 208 Dans ce cas, une structure minimale comporte 4 couches de toile à l'epoxy ren20 forcée de fibres de graphite D'autres angles d'orientation relative entre les différentes couches peuvent être utilisés pour obtenir les propriétés voulues de quasiisotropie. La matière en feuille contre-collée 25 formant le réflecteur 10 possède des propriétés quasi-isotropes en ce qui concerne le coefficient de dilatation thermique, le module et les contraintes dues à l'évaporation d'humidité Les contraintes par évaporation d'humidité apparaissent quand la structure du réflecteur pénètre dans le vide de l'espace A ce moment, l'humidité présente dans la structure s'évapore et, en quittant la structure, elle y produit des contraintes Ces contraintes subsistent après la fin de l'élimination d'humidité 35 en produisant une déformation permanente de la structure Il est nécessaire que la structure de réflecteur reste dans des limites de dimensions acceptables quand la structure a été soumise à cette contrainte d'évaporation d'humidité Pour cette raison, le contre-collage utilisé dans le réflecteur 10 est choisi avec un coefficient de gonflement par l'humidité qui annule autant que possible le

problème de l'évaporation d'humidité.

La structure de réflecteur peut se déformer d'une certaine valeur minimale lorsqu'elle est exposée en plein soleil ou dans l'obscurité totale 10 pendant son orbite autour de la terre La déformation est déterminée par le coefficient de dilatation thermique de la matière utilisée dans la structure Pour cette raison, la matière utilisée pour réaliser la structure

est choisie avec un coefficient de dilatation thermique 15 aussi proche de zéro que possible.

Comme cela a déjà été indiqué, la structure de réflecteur 10 du présent mode de réalisation doit réfléchir un rayonnement électromagnétique dans une plage de fréquences élevées, par exemple dans la bande 20 K Pour cette raison, la surface concave frontale 71 du réflecteur est revêtue d'une couche intermédiaire déposée sous vide d'un métal comme le chrome, jusqu'à une épaisseur d'environ 0,01 Nm A son tour, la couche de chrome est revêtue d'une couche d'aluminium 25 jusqu'à une épaisseur d'environ 0, 5 Nm Le métal (dans ce cas le chrome) de la couche intermédiaire

est choisi pour améliorer l'adhérence entre l'aluminium et la structure d'epoxy renforcée de fibres de graphite.

L'aluminium augmente le pouvoir réflecteur à haute fré30 quence à lasurface 71 du réflecteur 10 Le revêtement d'aluminium est protégé par une mince couche supplémentaire de silice (Si O 2) qui protège le revêtement d'aluminium contre l'oxydation Les revêtements de métal et de silice tendent également à enfermer hermétiquement la 35 structure d'epoxy renforcée de fibre de verre et à

empêcher l'humidité de pénétrer dans la structure.

Etant donné que les couches de chrome, d'aluminium;et de silice sont minces, leur effet sur le coefficient de dilatation thermique et la solidité ainsi que sur le poids du réflecteur 10 est négligeable La nervure de renforcement annulaire 70 des figres 1, 2 et 5 est collée sur la feuille de réflecteur 12 sur sa surface arrière 72 avec un adhésif à l'epoxy pour apporter une rigidité supplémentaire au réflecteur La figure 4 montre la nervure de raidissement 70 en coupe avec une forme en U, et comme une pièce annulaire ayant une paroi latérale 74 cylindrique circulaire concentrique avec une paroi latérale 76 cylindrique circulaire, et avec une paroi de base annulaire 82 plane Chacune des parois latérales 74 et 76 et la paroi de base 82 consiste en deux épaisseurs d'epoxyde renforcé de fibres de graphite et elle est réalisée d'une manière similaire à celle décrite en regard de la feuille 12 Les parois 74 et 76 sont collées avec un adhésif à l'epoxy, sur les bords 78 et 80 de la surface plane de la paroi de base annulaire 82 Les bords 84 et 86 des parois 20 latérales respectives 74, 76 sont collés avec un adhésif à l'epoxy sur la surface arrière 72 de la

feuille de réflecteur incurvée 12.

La paroi extérieure 74 de la nervure 70, quiest voisine de la périphérie 40 de la feuille de 25 réflecteur 12 peut affleurer avec elle, ou, comme le

montre la figure 4, en être légèrement espacée.

Plusieurs trous 88 uniformément espacés dans les parois 74 et 76 de la nervure 70 réduisent la quantité de matière, et par conséquent le poids, de la nervure 30 70 sans réduire sa rigidité effective Ces trois

ne sont pas représentés sur la figure 5.

La nervure 70 augmente la rigidité du réflecteur 10 en augmentant la résistance à la déformation comme celle provoquée par des forces 35 appliquées à la partie centrale de la feuille 12

dans une direction qui tend à l'aplatir ou en s'éloignant de la périphérie de cette feuille.

La structure de poutre 18, représentée sur les figures 1, 2, 10 et 1 l comporte deux tubes supports 90 et 92 cylindriques circulaires Chacun des tubes 90 et 92 consiste en des couches multiples uni-directionnelles d'epoxy renforcé de fibres de graphite Les tubes 90 et 92 sont formés en enroulant une bande ou des filaments des couches individuelles sur un mandrin Les couches individuelles sont orientées pour obtenir une rigidité axiale maximale, un coefficient 10 de dilatation thermique axial minimal et des valeurs adéquates de résistance à la torsion et de modules Dans un mode de réalisation, les tubes 90 et 92 consistent en 10 épaisseurs, comprenant chacune deux couches unidirectionnelles d'epoxy renforcé de fibre de graphite 15 orientées respectivement à + 10 et -10 par rapport à la direction axiale du tube 90 ou 92 L'épaisseur résultante de la paroi du tube dans le mode de réalisation est de l'ordre de 1,5 mm Les tubes ont un diamètre d'environ 60 mm Les tubes 90 et 92 sont supportés sur les réflecteurs 10 par une structure de

console 94.

La structure de console 94, représentée plus en détail sur les figures 10 et 11, comporte une feuille supérieure et une feuille inférieure 96 et 98 respectivement Chacune des feuilles 96 et 98 est incurvée pour épouser une surface respective de la structure 10 et consiste en deux épaisseurs d'epoxy renforcé de fibres de graphite similaires aux épaisseurs 22 et 60 La feuille 98 peut être, comme elle est représentée, un prolongement de la feuille de réflecteur 12 La feuille 96 est collée sur la surface

extérieure de la paroi de base 82 de la nervure 70.

Deux cylindres circulaires 100, 102, chacun de deux épaisseurs d'epoxy renforcé de fibre de graphite, similaires aux épaisseurs 22 et 60, sont collés entre les feuilles 96 et 98 Les cylindres 100 et 102 sont dimensionnés pour recevoir les tubes 90 et 92 en ajustage précis Plusieurs planes 104, 106, 108, etc chacune de deux épaisseurs de fibres d'epoxy renforcé de fibre de graphite similaires aux épaisseurs 22 et 60 sont collées pour former la structure de console 94 entre les feuilles 96 et 98 La structure de console 94 est enfermée par la paroi extérieure 116 et collée sur elle, cette paroi étant également constituée de deux épaisseurs d'époxy renforcé de fibre de graphite similaires aux épaisseurs 22 et 60 Ma paroi 116 comporte des trous 114 pour alléger la structure Les éléments de la structure de console 94 sont assemblés avec la structure de réflecteur 10 au moyen d'adhésifs après que les éléments respectifs

ont été cuits.

Les tubes 90 et 92 sont introduits et collés dans les cylindres 100 et 102 Les autres extrémités éloignées des tubes 90, 92 sont fixées sur des charnières de la plateforme spatiale, comme l'indique collectivement le pointillé sur la figure 20 1 La sutrcture de réflecteur est fixée de façon articulée sur la plateforme spatiale 119 afin de permettre que le réflecteur 10 soit arrimé dans une orientation pendant le lancement de l'engin spatial et soit déployé en position de fonctionnement, 25 indiquéé sur la figure 1, après avoir atteint l'orbite utile Pour maintenir la structure de réflecteur 10 en position arrimée, des points d'assujettissement sont situés en 122, 124 comme le montre la figure 2 et

sur les tubes 90, 92.

Les nervures de renforcement 14 et 16 augmentent la solidité et la rigidité de la structure de réflecteur Après avoir été formées, les nervures 14 et 16 sont collées sur la surface arrière 72 de la feuille de réflecteur 12 Les nervures 14 et 16 ont la même section et sont faites de la même matière que la nervure 70 Les nervures 14 et 16 sont formées pour épouser la forme parabolique de la surface arrière 72 La nervure 72 est alignée avec le tube 92 et le dispositif 124, et la nervure 14 est alignée avec le tube 90 et le dispositif 122 Les joints entre les nervures 14, 16 et 70 sont couverts avec des capuchons en plusieurs épaisseurs uni-directionnelles d'epoxy renforcé de fibre de graphite, d'une matière en feuille plane Ainsi, un capuchon 126 couvre le joint entre les nervures 70 et 14 et un capuchon 128

couvre le joint entre les nervures 70 et 16.

La réalisation de la feuille de réflecteur 12 en une structure pleine réduit au minimum les pertes

de réflexion à haute fréquence dans le réflecteur 10.

La réalisation du réflecteur et des nervures en contrecollage quasiisotropes avec un coefficient de dilatation 15 thermique presque nul réduit au minimum les déformations

thermiques du réflecteur 10.

La réalisation décrite ci-dessus du réflecteur 10 conduit à une structure possédant les caractéristiques suivantes Le réflecteur et ses 20 nervures sont tous quasi-isotropes et possède des coefficients de dilatation thermique très voisins de zéro La feuille de réflecteur 12 est symétrique autour du milieu de son épaisseur La conception du réflecteur nécessite seulement d'utiliser des adhésifs à coefficient 25 de dilatation thermique élevée pour réaliser les nervures et pour fixer ces nervures et la structure de console sur la feuille de réflecteur Le réflecteur ne nécessite aucune matière en nid d'abeilles La différence de température suivant l'épaisseur de la feuille de réflecteur est réduite au minimum car elle est mince (environ 0,45 mm) Ces caractéristiques constribuent à une déformation thermique pratiquement nulle du réflecteur dans l'environnement spatial et permet d'obtenir par conséquent de meilleures perfor35 mances, Etant donné que toutes les matières en feuille, comme des contre-collages, sont relativement minces et qu'elles sont légères, la structure composite est relativement plus légère que d'autres structures de même diamètre utilisant des âmes cellulaires Le revêtement d'aluminium, bien qu'inutile pour les fréquences de bande C, réduit au minimum les pertes en réflexion pour les fréquences de la bande K. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au mode de réalisation décrit et illustré à titre d'exemple nullement limitatif, sans sortir du cadre

de l'invention.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1 Structrure de réflecteur de rayonnement électromagnétique qui comporte un réflecteur ( 10) avec une surface frontale ( 71) de réflexion de rayonnement électromagnétique sous forme d'une section d'une surface de révolution, caractérisée en ce que ledit réflecteur comporte une feuille ( 12) de matière contre-collée dans laquelle est formée ladite surface frontale et une nervure de raidissement périphérique annulaire de matière contre-collée ( 70) 10 qui est fixée sur une surface arrière ( 72) de ladite feuille et le long de sa périphérie, et en ce que ladite matière contre-collée, dont est faite chacune de ladite feuille et de ladite nervure comporte plusieurs épaisseurs ( 22,60; 206,208) chaque épaisseur 15 comprenant plusieurs couches ( 20,46,54) d'époxy renforcé de fibres de graphite, et les fibres des couches respectives de chaque épaisseur étant orientées les unes par rapport aux autres et lesdites épaisseurs étant combinées symétriquement autour du milieu de l'épaisseur de ladite matière contrecollée pour

conférer à cette dernière des propriétés quasiisotropes.

2 Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacune desdites couches de 25 chacune desdites épaisseurs consiste en plusieurs bandes d'epoxy renforcées de fibre de graphite, chacune desdites bandes ayant une dimension transversale qui est petite par rapport à sa longueur et avec deux bords allongés parallèles aux fibres et lesdites bandes 30 de chaque coucne étant en appui sur leurs bords respectifs pour former l'une correspondante des couches

comme une feuille continue.

3 Structure selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre 35 deux nervures de renforcement ( 14,16) espacées et allongées disposées transversalement sur la surface arrière de ladite feuille contre-collée et fixée par adhérence sur ladite feuille et sur ladite nervure de renforcement annulaire, lesdites deux nervures étant faites pratiquement de la même matière que ladite feuille et ladite nervure de renforcement annulaire. 4 Structure selon l'une quelconque

des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite

nervure annulaire ( 70) est une pièce creuse de section transversale en U et comprend deux parois latérales ( 74,76) et une paroi de base ( 182), ladite paroi de 10 base étant collée sur un bord de chacune desdites deux parois latérales et un bord opposé de chacune desdites parois latérales étant collé sur ladite

surface arrière de ladite feuille.

Structure selon l'une quelconque des 15 revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chacune

desdites épaisseurs comprend au moins trois couches voisines, et, chaque épaisseur, les fibres desdites trois couches voisines étant en orientation ( 0 / 60 )

les unes par rapport aux autres.

6 Structure selon la revendication 5, caractérisée en ce que les fibres d'une première couche ( 20,68) de certaines respectives desdites épaisseurs ( 22,60) ont la même orientation de référence ( O ) et les fibres d'une seconde et d'une troisième couche ( 46,54; 66,64) de chacune desdites épaisseurs ont des orientations symétriques (+ 60 , -60 ) par rapport à l'orientation de référence de la première

couche de cette épaisseur.

7 Structure selon l'une quelconque des 30 revendication 1 à 5, caractérisée en ce que ladite première surface dudit réflecteur porte un revêtement d'aluminium sur ladite surface frontale et ledit revêtement d'aluminium est revêtu à son tour d'une

couche de silice.

8 Structure selon l'une quelconque

des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle

comporte en outre une structure de poutre d'antenne ( 90, 92) pour fixer ledit réflecteur à une certaine distance sur un supoort ( 118,119), et un dispositif ( 94,96) étant

fixé sur ladite nervure périphérique et sur ladite feuille pour fixer ladite structure de poutre sur ledit réflecteur.