FR2696813A1 - Ensemble de verrouillage rapide et de centrage d'une charge prévue flottante dans une enceinte. - Google Patents

Abstract

Ensemble de verrouillage et de centrage d'une charge, telle qu'une plateforme de charge utile de satellite, montée flottante dans une enceinte (1). Trois points de verrouillage (4, 5, 6) sont prévus. Ils comportent chacun une came (14, 15, 16) en forme de lame de francisque qui vient s'encastrer et se centrer dans une gorge birainurée (7) de la charge. La came (15) est en acier et son rayon est différent très légèrement de celui du renfoncement (13A, 13B) où elle s'encastre, ce qui provoque un effet de raideur variable avec passage de points durs.

Description

ENSEMBLE DE VERROUILLAGE RAPIDE ET DE CENTRAGE
D'UNE CHARGE PREVUE FLOTTANTE DANS UNE ENCEINTE
La présente invention se rapporte à un ensemble de verrouillage rapide et de centrage d ' une charge montée flottante dans une enceinte, telle que par exemple une plateforme de support de charge utile pour satellite scientifique, ou autre tel que : station spatiale, laboratoire orbital, etc..., un tel dispositif de blocage-centrage étant typiquement destiné à maintenir en position une forte charge, de l'ordre de 200 à 300 kilogrammes par exemple, durant une phase, par exemple la phase de décollage ou d'atterrissage de l'engin porteur, au cours de laquelle 1 'accélération est importante, de 1 'ordre de quinze fois 1 ' accélération g de la pesanteur par exemple.

Dans un satellite scientifique, station orbitale, laboratoire spatial, ou autre, il est souhaitable qu'une "charge utile", constituée par exemple par des appareils de mesure ou par des essais expérimentaux, soit au maximum isolée des vibrations en vol.

Cette charge utile étant elle-même montée sur un organe de support, communément dénommé "plateforme", la meilleure solution pour s ' affranchir de ces vibrations consiste alors à prévoir, en apesanteur, cette plateforme "flottante" dans une enveloppe. Les commandes sont alors transmises de 1 'enveloppe à la charge utile par exemple par transmission à rayons infra-rouge, et la puissance électrique est fournie à cette charge utile par l'intermédiaire d'au moins un transformateur d ' énergie à secondaire flottant.

Pour effectuer certains travaux sur la charge utile en cours de vol, il est souvent prévu des organes de maintien provisoire de la charge en position bien centrée dans son enveloppe. I1 s ' agit alors de petits centreurs à cônes mâles axialement mobiles et solidaires de 1 enveloppe, et à cavités femelles conjuguées et solidaires de la plate-forme.

Lors des phases d 'accélération, en particulier lors des phases de démarrage et d ' atterrissage de 1 ' engin porteur. les plateformes sont fermement amarrées à 1' aide de sangles contre une des parois intérieures de leurs enveloppes respectives. Ces sangles sont ensuite retirées lorsque le satellite est en orbite, afin de pouvoir amener chaque plateforme dans sa position de travail, flottante et centrée dans son enveloppe.

Ces dispositifs connus présentent quelques inconvénients Pour pouvoir résister aux importantes accélérations de décollage
et d'atterrissage, il est nécessaire de serrer très fortement les
sangles d'amarrage des plateformes, car on doit, pour qu'elles
jouent efficacement leur rôle, leur appliquer une précontrainte
supérieure aux efforts exercés lors de la phase d'accélération.

Lors de cette phase, il s'exerce sur les points d'attache de
ces sangles des efforts et des vibrations importants : une fois
le satellite en orbite par exemple, il devient alors très
difficile d'enlever ces points d'attache, et donc d'évacuer les
sangles pour rendre la charge utile opérationnelle.

En cas d'incident en cours de vol, par exemple en cas de
dépressurisation accidentelle de la cabine-laboratoire, il est
nécessaire de pouvoir évacuer très rapidement cette cabine pour
se réfugier dans la cabine d'habitation. I1 est dans ce cas
presque impensable d'évacuer cette cabine-laboratoire sans
préalablement bloquer en position les plateformes dans leurs
enveloppes respectives, ceci afin d'éviter des détériorations
importantes à l'atterrissage. Amarrer les plateformes à l'aide
des sangles prévues à - cet effet est bien entendu impossible en
quelques dizaines de secondes.La seule solution est alors
d'utiliser les petits cônes de centrage précités, mais ceux-ci ne
sont en aucun cas prévus pour résister à des forces
d'accélération importantes, de sorte qu'ils ne peuvent que se
briser sous l'action de ces dernières.

L'invention vise à remédier à ces inconvénients. Elle propose en conséquence un mécanisme de verrouillage de la charge dans sa position centrée dans son enceinte, ce mécanisme étant efficace sans qu'il lui soit appliqué de précontrainte, étant manipulable rapidement et manuellement par l'équipage du satellite. capable de résister à toutes les contraintes d'accélération susceptibles d'être mises en jeu tout en assurant une position de centrage prédéterminée à la partie verrouillée, et permettant donc finalement de verrouiller fermement, mais toutefois sans application
d 'importantes précontraintes, des charges importantes (de
l'ordre de plusieurs centaines de kilogrammes par exemple);;
d ' effectuer ce verrouillage manuellement et rapidement, à 1' aide
d'un simple levier par exemple, sans exclure la possibilité
d ' un actionnement automatique;
d'immobiliser la partie mobile dans sa position centrale, même
si elle est en position légèrement désaxée avant le verrouillage;
et
de supporter des contraintes d' accélération et de vibration
importantes.

L'invention se rapporte à cet effet à un ensemble de verrouillage rapide et de centrage d'une charge prévue flottante dans une enceinte, en particulier d ' une plateforme de support de charge utile pour satellite, cet ensemble de verrouillage et de centrage comportant au moins trois points de verrouillage, dont au moins un point de verrouillage sur chacune des trois parois internes de 1' enceinte, ces points de verrouillage comportant chacun une came montée relative autour d ' un axe perpendiculaire à la paroi correspondante de l'enceinte, cette came ayant une forme générale de lame de francisque avec donc deux arêtes vives en arc de cercle et diamétralement opposées, des moyens mécaniques d' accouplement et d' actionnement simultané et synchronisé en rotation de ces cames étant prévus, ces cames étant en position "verrouillé" orientées dans une direction commune qui est la direction d' accélération, et ces moyens étant actionnables manuellement en un point, par exemple à l'aide d ' un levier, au moins une gorge, rainurée intérieurement et latéralement de part et d' autre, étant prévue sur chacune des trois parois externes correspondantes de la charge flottante de façon à constituer l'organe femelle de centrage et verrouillage conjugué de ladite came, les dimensions de cette came étant telles qu' étant dans une position prédéterminée, elle s ' introduise aisément dans cette gorge rainurée puis, après rotation d ' un quart de tour elle vienne se bloquer, par ses deux arêtes vives diamétralement opposées, dans les deux rainures précitées de cette gorge, cette came étant en un matériau, tel que de l'acier, présentant une légère élasticité, et un renfoncement en arc de cercle étant prévu dans chacune de ces rainures à l'endroit où 1' arête correspondante de la came doit venir s'y coincer, mais ce dernier arc de cercle étant de rayon très légèrement inférieur à celui de l'arc de cercle de 1 'arête vive de la came de sorte qu'alors le verrouillage est, en l'absence d'accélération importante, assuré, sans pré-contrainte importante, après passage de deux "points durs" correspondant à une flexion, vers le centre du cercle, successivement de chacune des deux ailes d'extrémité de la lame de francisque, par l'élasticité de ces deux ailes d'extrémité, tandis qu'en cas d'accélération importante ce verrouillage est alors assuré par le contact à forte raideur qui est créé par la déformation de ladite arête qui vient alors épouser intimement le profil dudit renfoncement en arc de cercle de la gorge rainurée.

De toute façon, l'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation, en référence au dessin schématique annexé dans lequel . Figure 1 est une vue perspective très simplifiée de la
plateforme et de son enveloppe munis de cet ensemble de
verrouillage et de blocage rapides . Figures 2 et 3 montrent le dispositif d'actionnement manuel et
simultané des trois cames de verrouillage, respectivement en
position "déverrouillé" et en position "verrouillé".

. Figures 5 et 4 sont respectivement une vue de face, avec coupe
partielle, et une vue latérale, avec coupe partielle selon V-V de
Figure 4, montrant les positions relatives d'une came et de sa
gorge bi-rainurée associée, juste avant l'opération de centrage
et verrouillage par rotation d'un quart de tour de la lame; . Figures 7 et 6 sont respectivement des vues semblables à
Figures 5 et 4, Figure 7 étant une coupe partielle selon VII-VII
de Figure 6, mais montrant les positions respectives de cette
came et de cette gorge bi-rainurée après rotation d'un quart de
tour de la came ayant entrainé le centrage et le verrouillage de
la charge; et
Figure 8 est une vue agrandie de détail de Figure 7, montrant
précisément la déformation des bords de l'arête supérieure de
la came en cas de verrouillage sans application d'accélération
importante à la charge.

En se référant à la figure 1, une "plateforme" i de support d ' une "charge utile" et son enceinte réceptrice 2, ou "enveloppe" sont représentées très grossièrement.

L ' enveloppe 2, qui est rendue solidaire de la cabinelaboratoire du satellite scientifique, station orbitale, laboratoire spatial, ou autre, est parallèlépipédique, et une de ses faces, qui est munie d'une porte 3, s 'ouvre pour recevoir la plateforme 1.

Cette dernière est également un parallélépipède, mais est de dimensions inférieures à celles de l'enveloppe 2, de manière à pouvoir, lorsque le satellite est en orbite et que 1 'on travaille alors en apesanteur, flotter librement dans cette enveloppe.

Conformément à l'invention, et comme on le décrira plus en détails ci-après, il est prévu trois points 4, 5, 6, de verrouillage et de centrage rapides de la plateforme i dans son enveloppe 2, dont un sur chaque face interne verticale de 1' enveloppe 2, hormis sur la porte 3.

Ces trois points 4,5,6 sont constitués par des cames rotatives et mécaniquement synchronisées pour ici être toujours toutes trois orientées dans une direction commune, chacune de ces cames ayant une forme générale de la lame de francisque comme on le verra ci-après.

Ces cames sont coplanaires, selon un plan horizontal divisant 1' enveloppe 2 en deux moitiés, supérieure et inférieure, sensiblement égales. Elles sont prévues pour coopérer avec une gorge extérieure 7 de la plate forme 1, cette gorge étant orientée selon le même plan horizontal que celui précité des points de verrouillage 4,5,6, s'étendant bien entendu sur les trois faces externes 8,9,10 qui se correspondent avec les faces internes précitées de l'enveloppe 2 qui recoivent les trois points de verrouillage 4,5,6, et étant munies, comme on le verra précisément ci-après, de deux rainures latérales, une rainure inférieure 11 et une rainure supérieure 12, qui sont prévues pour recevoir les deux arêtes acérées et en arc de cercle de la came de francisque que constitue chaque came rotative.Ces deux rainures forment, pour recevoir la came, deux décrochements ou renfoncements 13A, 13B en arc de cercle destinés chacun à recevoir, dans des conditions très particulières qui seront décrites ci-après, une arête correspondante en arc de cercle de la came.

Les trois points de verrouillage 4,5,6, qui sont solidaires de l'enveloppe 1, sont représentés seuls sur les figures 2 et 3, respectivement en position "ouvert" et en position "verrouillé".

De manière plus détaillée, les figures 4 et 5 montrent les positions respectives d'une des trois cames et de l'enveloppe i avant centrage et verrouillage comme en Figure 2, tandis que les
Figures 6 et 7 correspondent aux Figures 4 et 5, mais pour la position verrouillée selon Figure 3. Enfin, la figure 8 est une vue de détail agrandie qui montre l'extrémité supérieure de la came dans sa position selon Figure 7, et qui permet de comprendre l'effet avantageux de raideur variable qui est procuré par la présente invention.

En se référant donc à l'ensemble de ces figures 2 à 8, chacun des trois points coplanaires de verrouillage 4,5,6 est constitué d'une came en acier, respectivement 14, 15 et 16, présentant une forme générale de lame de francisque (hache de guerre jadis utilisée par les Francs au temps de Clovis).

Ces cames, telle que la came 15, sont montées rotatives sur un solide axe 36, et elles sont reliées mécaniquement entre elles de manière d'une part à être, dans la position "verrouillé" selon Figure 3, toutes orientées selon une même direction D (qui est en fait ici la direction d'accélération, en particulier au décollage et à l'atterrissage, cette direction étant ici confondue avec la verticale) et, dans cet exemple de réalisation, à toujours tourner, de manière synchronisée, d'un même angle : en position "totalement déverrouillé" selon Figure 2, les directions d'orientation des trois cames 14, 15, 16 sont ainsi coplanaires et ici confondues avec le plan horizontal.

Selon 1 exemple, nullement limitatif, d' entrainement synchronisé qui est représenté aux figures 2 et 3, chacun des axes 36 est solidaire d'un tambour, respectivement 17,18,19 pour les points 4 à 6, autour duquel le brin aller 20 et le brin retour 21 d'un filin 22 fait à chaque fois un tour complet (sauf sur le tambour d' extrémité 19 où un seul tour en tout est effectué).

Au départ du filin 22, celui-ci passe autour d ' un tambour de commande 23, duquel il est solidaire, la rotation de ce tambour 23 étant actionnée au moyen d'un levier 24. Un moteur électrique d' entrainement 25 peut aussi être prévu, mais là commande manuelle 24 est de toute façon indispensable pour pouvoir actionner le mécanisme en cas de coupure de 1 'alimentation électrique. Des poulies de renvoi 26 sont en outre prévues pour permettre au filin 22 de parcourir son trajet aller 20 et retour 21 sur les trois parois internes précitées de l'enveloppe 2.

Comme on le constate à l'examen des figures 2 et 3, on passe de la position "déverrouillé" selon Figure 2 à la position "vérrouillé" selon Figure 3 en imprimant au tambour 23, au moyen du levier manuel 24 ou du moteur 25, une rotation d ' un quart de tour dans le sens horaire. Ce qui se passe effectivement alors est visible sur les figures 4 à 8
En position "déverrouillé" (figures 4 et 5), la came représentée 15 est horizontale et peut ainsi aisément pénétrer dans la gorge correspondante 7, elle-même aussi horizontale sur le dessin. La figure 4 montre qu' elle peut alors être légèrement excentrée, la plateforme 1 n'étant pas dans sa position rigoureusement centrée de verrouillage, ce qui est bien naturel puisqu' elle est supposée flottante.Sur ces figures 4 et 5 en particulier, on distingue maintenant nettement les deux rainures latérales, supérieure 12 et inférieure 11, de la gorge 7 ainsi que les décrochages en arc de cercle 13A, 13B qu'elles forment pour définir le point de verrouillage. Conformément à une importante caractéristique de 1 'invention, le rayon R1 de ce décrochage en arc de cercle, tel que 13A, est très légèrement inférieur à celui,
R2, de 1' arête 27 en arc de cercle de 1 'extrémité correspondante de la came 15.

Par exemple, le rayon R1 est de 34 millimètres tandis que le rayon R2 de la came 15 est de 35,4 millimètres environ : la différence entre ces deux rayons est de l'ordre de quelques pourcent, ici 4 %, ce qui est très faible.

La came 15 a donc une forme de lame de francisque, et en conséquence chacune de ses deux extrémités acérées (voir Figure 8) présente deux ailes 28 et 29 ayant une certaine souplesse. Les pointillés sur la Figure 8 montrent la position de ces ailes 28, 29 lorsque la came est au repos. En traits pleins il s ' agit de leur position après verrouillage, ce qui fait voir qu'elles sont alors légèrement repliées vers 1' axe de rotation de la came 15.

L ' appui de 1 'arête 27 contre le renfoncement 13A est alors un appui élastique stable, mais de faible raideur, donc sans précontrainte pénalisante.

Lorsqu'en revanche, une importante force d'accélération s'exerce selon la direction D, au décollage ou à l'atterrissage par exemple, l'ensemble de 1 'arête 27 se déforme en raison de l'élasticité à forte raideur de l'acier, et vient se plaquer contre le renfoncement 13A dont elle vient épouser intimement la forme.

Le contact de verrouillage est alors un contact élastique à très forte raideur, ce qui est bien un des effets recherché par la présente invention.

A noter que, lorsque la came commence sa rotation pour venir en contact avec le profil en V des rainures 11 et 12, il s'effectue alors un centrage automatique de cette came dans ces rainures, et donc finalement un centrage automatique de la plateforme 1 dans son enveloppe 2. Il y a ensuite passage de deux "points durs", ce qui garantit 1 ' efficacité et la stabilité du verrouillage, même en l'absence d'accélération . un premier point dur qui est passé lorsque la première aile de
la came, par exemple l'aile 29 vient en contact avec le
renfoncement circulaire 13A, et vient se courber vers 1 'intérieur
en conséquence, et un second point dur qui est passé lorsque l'autre aile 28 vient
à son tour en contact avec ce renfoncement i3A, et est à son
tour recourbée vers 1' intérieur.

Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée à 1' exemple de réalisation qui vient d' être décrit. C est ainsi qu'elle est aussi applicable à d'autres domaines que celui des satellites scientifiques, que plus de trois points de verrouillage peuvent être prévus (par exemple deux points sur chacune des trois faces précitées), que la gorge 7 peut être en réalité constituée de plusieurs gorges non coplanaires, en correspondance avec les points de verrouillage alors eux aussi non coplanaires, que bien d'autres modes d'accouplement, à crémaillère, chaine, ..., peuvent être prévus pour les différentes cames, etc ...

Claims (3)

REVENDICATIONS

1 - Ensemble de verrouillage rapide et de centrage d'une charge (1) prévue flottante dans une enceinte (2), en particulier d'une plateforme (1) de support de charge utile, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois points de verrouillage (4,5,6), dont au moins un point de verrouillage sur chacune des trois parois internes de 1' enceinte (2), ces points de verrouillage comportant chacun une came (i4, i5 , i6) montée relative autour d'un axe (36) perpendiculaire à la paroi correspondante de l'enceinte, cette came ayant une forme générale de lame de francisque avec donc deux arêtes vives (27) en arc de cercle et diamétralement opposées, des moyens mécaniques (17 à 25) d'accouplement et d ' actionnement simultanés et synchronisés en rotation de ces cames étant prévus, ces cames étant en position "verrouillé" orientées dans une direction commune qui est la direction d' accélération (D), et ces moyens étant actionnables manuellement en un point (23), par exemple à l'aide d'un levier (24), au moins une gorge (7), rainurée intérieurement et latéralement de part et d ' autre, étant prévue sur chacune des trois parois externes correspondantes de la charge flottante de façon à constituer l'organe femelle (11,12) de centrage et verrouillage conjugué de ladite came (15), les dimensions de cette came étant telles qu'étant dans une position prédéterminée, elle s ' introduise aisément dans cette gorge rainurée (7) puis, après rotation d'un quart de tour, elle vienne se bloquer, par ses deux arêtes vives (27) diamétralement opposées, dans les deux rainures précitées (11,12) de cette gorge (7), cette came étant en un matériau, telle que de l'acier, présentant une légère élasticité, et un renfoncement en arc de cercle (13A,13B) étant défini par chacune de ces rainures (11,12) à l'endroit où 1 'arête correspondante (27) de la came doit venir s'y coincer, mais ce dernier arc de cercle (13A) étant de rayon (R1) très légèrement inférieur à celui (R2) de l'arc de cercle de l'arête vive (27) de la came (15) de sorte qu'alors le verrouillage est, en l'absence d'accélération importante, assuré, sans pré-contrainte importante, après passage de deux "points durs" correspondant à une flexion, vers le centre du cercle (R1), successivement de chacune des deux ailes d'extrémité (28,29) de la lame de francisque (15), par l'élasticité de ces deux ailes d'extrémité (28,29), tandis qu'en cas d'accélération importante ce verrouillage est alors assuré par le contact à forte raideur qui est créé par la déformation de ladite arête (27) qui vient alors épouser intimement le profil dudit renfoncement en arc de cercle (13A) que définit la gorge rainurée (7)

2 - Ensemble de verrouillage et de centrage selon la revendication i, caractérisé en ce que la différence entre ces deux rayons (R1,R2) est de l'ordre de quelques pour-cent.

3 - Ensemble de verrouillage et de centrage selon la revendication 2, caractérisé en ce que cette différence est de l'ordre de 4 %.