FR2784962A1 - SOLAR GENERATOR FOR SATELLITES - Google Patents
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Abstract
Générateur solaire pour satellite ayant une structure de support (1) à construction en sandwich avec une peau inférieure et une peau supérieure (3a, 3b) entre lesquelles se trouve un noyau en nids d'abeilles (2). Des résonateurs sont intégrés ou couplés à la structure de support (1) pour réduire la pression phonique. Les cavités (28) du noyau en nids d'abeilles (2) forment avec la feuille perforée (4), des résonateurs de Helmholz pour réduire les charges résultant de la pression phonique au lancement de la fusée. On peut également utiliser des éléments de ressort comme résonateurs; ceux-ci ont par exemple une forme de languette.Solar generator for satellite having a support structure (1) of sandwich construction with a lower skin and an upper skin (3a, 3b) between which there is a honeycomb core (2). Resonators are integrated or coupled to the support structure (1) to reduce the sound pressure. The cavities (28) of the honeycomb core (2) form, with the perforated sheet (4), Helmholz resonators to reduce the charges resulting from the sound pressure at launch of the rocket. One can also use spring elements as resonators; these have for example a tongue shape.
Description
La présente invention concerne un générateur so-The present invention relates to a generator
laire pour satellites ayant un grand nombre de cellules so- space for satellites with a large number of solar cells
laires à une structure de support avec un noyau en nids laires to a support structure with a nested core
d'abeilles entre une peau supérieure et une peau inférieure. of bees between an upper skin and a lower skin.
L'alimentation en énergie des satellites est as- surée par des cellules solaires fixées sur des structures sandwichs à fibres de carbone très résistantes. De telles structures sont exposées à des charges considérables surtout The satellites are supplied with energy by solar cells fixed on very resistant carbon fiber sandwich structures. Such structures are exposed to considerable loads especially
au moment du lancement; ces charges résultent des vibra- at the time of launch; these charges result from the vibra-
tions. Il s'agit d'accélérations allant jusqu'à 30 g. La plage des fréquences des vibrations est de l'ordre d'au moins tions. These are accelerations up to 30 g. The vibration frequency range is of the order of at least
Hz à 100 Hz.Hz to 100 Hz.
Le document US 4 394 529 décrit un générateur so- Document US 4,394,529 describes a so-
laire avec un grand nombre de cellules solaires sur une structure sandwich. La structure sandwich est formée de noyaux en nids d'abeilles en aluminium et entre les couches area with a large number of solar cells on a sandwich structure. The sandwich structure is formed of aluminum honeycomb cores and between the layers
ou les strates, il y a du kevlar. Pour augmenter la résis- or the strata, there is kevlar. To increase the resistance
tance, le côté arrière de la structure de la support comporte tance, the rear side of the support structure has
une disposition de tiges formant des éléments de rigidifica- an arrangement of rods forming stiffening elements
tion à cause des vibrations.due to vibrations.
En plus des vibrations évoquées ci-dessus, il y a également comme charge supplémentaire, la pression phonique, créée par le bruit des moteurs des fusées de transport au lancement, sous l'habillage aérodynamique de la pointe de la fusée. La contrainte principale de la pression phonique se situe essentiellement dans un domaine de fréquence allant d'environ 150 Hz à environ 500 Hz. Cela constitue un risque particulier pour les structures légères ou les composants sandwichs avec des peaux minces. Les contraintes engendrées par la pression phonique augmentent fortement avec la taille des panneaux, c'est pourquoi, on ne peut réaliser de grands générateurs solaires qu'avec un poids important. De plus, les déformations de la structure engendrées par le son conduisent In addition to the vibrations mentioned above, there is also, as an additional load, the sound pressure, created by the noise of the engines of transport rockets at launch, under the aerodynamic covering of the tip of the rocket. The main stress of the sound pressure is essentially in a frequency range from about 150 Hz to about 500 Hz. This constitutes a particular risk for light structures or components sandwiched with thin skins. The stresses generated by the sound pressure increase strongly with the size of the panels, this is why, one can realize large solar generators only with a significant weight. In addition, the deformations of the structure caused by the sound lead
à des endommagements des cellules solaires sensibles. damage to sensitive solar cells.
La présente invention a pour but de développer un générateur solaire pour des engins spatiaux ou des satellites The present invention aims to develop a solar generator for spacecraft or satellites
dans lequel les contraintes engendrées ou les risques de dom- in which the constraints generated or the risks of dom-
1FTFTIULUJT 1fl mages des pièces sous l'effet de la pression phonique sont 1FTFTIULUJT 1fl mages of rooms under the effect of sound pressure are
réduits, tout en maintenant le poids à un niveau faible. while keeping the weight low.
A cet effet, l'invention concerne un générateur solaire du type défini ci-dessus caractérisé en ce que les résonateurs sont intégrés dans la structure de support et/ou To this end, the invention relates to a solar generator of the type defined above, characterized in that the resonators are integrated in the support structure and / or
sont couplés à celle-ci.are coupled to it.
Le générateur solaire selon l'invention comporte The solar generator according to the invention comprises
un grand nombre de cellules solaires et une structure de sup- a large number of solar cells and a sup-
port ayant un noyau en nids d'abeilles entre une peau supé- habit having a honeycomb core between a superior skin
rieure et une peau inférieure ainsi que des résonateurs intégrés et/ou couplés à la structure de support. Grâce aux résonateurs intégrés ou couplés à la structure, on réduit la charge du son et ainsi le risque auquel sont exposées les lower and a lower skin as well as integrated resonators and / or coupled to the support structure. Thanks to the resonators integrated or coupled to the structure, the sound load is reduced and thus the risk to which the
pièces. On diminue la sollicitation de la structure. En par- rooms. The stress on the structure is reduced. In by-
ticulier, on peut réduire très fortement les contraintes en- particular, we can greatly reduce the constraints
gendrées par le son dans la plage des fréquences comprise sonic in the frequency range
entre 100 Hz et 1000 Hz par des résonateurs. between 100 Hz and 1000 Hz by resonators.
De manière préférentielle, les résonateurs sont formés par une feuille et des cavités prévues de préférence dans la peau supérieure et/ou la peau inférieure des nids d'abeilles. La coopération entre les cavités et la feuille donne une structure de résonateurs de Helmholz qui réduisent Preferably, the resonators are formed by a sheet and cavities preferably provided in the upper skin and / or the lower skin of the honeycombs. The cooperation between the cavities and the sheet gives a structure of Helmholz resonators which reduce
considérablement la charge par le son. considerably load by sound.
La feuille présente avantageusement des trous et The sheet advantageously has holes and
peut par exemple être perforée, microperforée ou être réali- can for example be perforated, microperforated or be
sée en forme de filet. Cela donne un résonateur particulière- se in the form of a net. This gives a particular resonator-
ment efficace et permet une fabrication très simple et peu coûteuse. La taille des trous répartis de manière statistique effective and allows very simple and inexpensive manufacturing. The size of the holes distributed statistically
dans la feuille permet d'abord une largeur de bande de fré- in the sheet first allows a bandwidth of fre-
quence particulièrement élevée pour les résonateurs de particularly high for resonators of
Helmholz pour réduire ainsi la charge par le son à des fré- Helmholz to reduce the load by sound to low frequencies
quences très différentes.very different quences.
De manière avantageuse, la feuille se trouve dans une zone à paroi très mince de la structure de support par rapport aux autres zones, et qui est particulièrement exposée au son. Dans les zones à paroi mince, la ou les feuilles sont particulièrement efficaces. La taille des trous dans la feuille et celle des cavités de la structure en nids Il E fTI1.s1 Ifl d'abeilles ou de sa géométrie peuvent être accordées pour que Advantageously, the sheet is located in an area with a very thin wall of the support structure relative to the other areas, and which is particularly exposed to sound. In thin-walled areas, the leaf (s) are particularly effective. The size of the holes in the sheet and that of the cavities of the nest structure II E fTI1.s1 Ifl of bees or its geometry can be tuned so that
les résonateurs possèdent une plage de fréquence comprise en- the resonators have a frequency range between-
tre 100 Hz et 1000 Hz et de préférence entre 150 Hz et be 100 Hz and 1000 Hz and preferably between 150 Hz and
500 Hz.500 Hz.
Les résonateurs peuvent également être des élé- ments de ressort, distincts par exemple des ressorts en forme de languettes prévus de préférence sur au moins l'une des peaux. De tels résonateurs discrets peuvent être prévus en The resonators can also be spring elements, distinct for example tongue-shaped springs preferably provided on at least one of the skins. Such discrete resonators can be provided in
plus des résonateurs de Helmholz évoqués ci-dessus. La cons- plus the Helmholz resonators discussed above. The cons-
truction des résonateurs discrets peut être variable; ils peuvent avoir une largeur de bande de fréquence faible ou étendue. Ces résonateurs discrets sont de préférence prévus dans une plage renforcée du côté arrière de la structure de truction of the discrete resonators can be variable; they can have a low or wide frequency bandwidth. These discrete resonators are preferably provided in a reinforced range on the rear side of the structure of
support, car à ce niveau, ils sont particulièrement effica- support, because at this level, they are particularly effective
ces.these.
La peau est formée par exemple d'un réseau de fi- The skin is formed for example of a network of fi
bres ayant avantageusement une taille de mailles inférieure à bres advantageously having a mesh size less than
la section intérieure des cavités des nids d'abeilles. the inner section of the honeycomb cavities.
La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation préférentiel représenté schématiquement par les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue partiellement éclatée, de dessous, d'une structure de support d'un générateur solaire selon l'invention, - la figure 2 est une vue de dessus du générateur solaire comportant des résonateurs intégrés dans la structure de support, The present invention will be described below using a preferred embodiment shown schematically in the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a partially exploded view, from below, of a support structure of a solar generator according to the invention, FIG. 2 is a top view of the solar generator comprising resonators integrated in the support structure,
- la figure 3 montre une autre structure de support à cons- - Figure 3 shows another support structure to cons-
truction en sandwich avec des éléments induisant des ef- sandwich construction with elements inducing ef-
forts, - la figure 4 montre la relation entre la pression phonique et la fréquence au lancement d'une fusée, strong, - Figure 4 shows the relationship between sound pressure and frequency at launch of a rocket,
- la figure 5 montre le comportement de la structure de sup- - Figure 5 shows the behavior of the support structure
port sous l'effet de la charge par le son en fonction de la fréquence produite, et - la figure 6 est une coupe partielle d'un générateur solaire avec des résonateurs selon un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 1 montre une structure de support 1 du générateur solaire selon l'invention dans une vue de dessous port under the effect of the load by sound as a function of the frequency produced, and - Figure 6 is a partial section of a solar generator with resonators according to another embodiment of the invention. Figure 1 shows a support structure 1 of the solar generator according to the invention in a bottom view
partiellement éclatée. Un noyau en nids d'abeilles 2 en alu- partially exploded. A honeycomb core 2 in aluminum
minium est prévu entre une peau inférieure 3a et une peau su- minimum is provided between a lower skin 3a and a su-
périeure 3b. Les composants sont collés par une colle 11 représentée schématiquement et ils forment une structure en pterior 3b. The components are bonded by an adhesive 11 shown diagrammatically and they form a structure in
sandwich. La peau inférieure 3a porte une feuille de recou- sandwich. The lower skin 3a carries a cover sheet
vrement souple 4 qui est perforée ou microperforée selon un mode de réalisation préférentiel. La perforation n'est pas représentée à la figure 1. Les cellules ou nids d'abeilles 21 du noyau 2 forment des corps creux debout avec des cavités 28 arrivant jusqu'au niveau des peaux 3a, 3b. En combinaison avec les cavités 28 dans la structure en nids d'abeilles 2, la feuille 4 forme un grand nombre de résonateurs séparés travaillant selon le principe de Helmholz. Il en résulte une absorption phonique très poussée de la structure de support 1. Sur le côté supérieur de la structure de support 1 qui n'apparaît pas à la figure 1, il y a des cellules solaires truly flexible 4 which is perforated or microperforated according to a preferred embodiment. The perforation is not shown in FIG. 1. The cells or honeycombs 21 of the nucleus 2 form standing hollow bodies with cavities 28 reaching up to the level of the skins 3a, 3b. In combination with the cavities 28 in the honeycomb structure 2, the sheet 4 forms a large number of separate resonators working according to the Helmholz principle. This results in very high sound absorption of the support structure 1. On the upper side of the support structure 1 which does not appear in FIG. 1, there are solar cells
pour réaliser le générateur solaire selon l'invention. to make the solar generator according to the invention.
A côté de l'aluminium, on peut également utiliser d'autres matériaux comme par exemple du polyamide-papier, des fibres aramide, des plastiques renforcés par des fibres de verre ou des fibres de carbone pour les noyaux de cellules ou Besides aluminum, it is also possible to use other materials such as, for example, polyamide-paper, aramid fibers, plastics reinforced with glass fibers or carbon fibers for the nuclei of cells or
de nids d'abeilles 2. Les peaux 3a, 3b sont notamment des fi- honeycombs 2. The skins 3a, 3b are in particular fi-
bres de carbone avec une résine époxyde et une structure ré- carbon fiber with epoxy resin and a structure
ticulaire. Dans le mode de réalisation préférentiel, la ticular. In the preferred embodiment, the
feuille 4 est une feuille perforée de Kapton. De manière gé- sheet 4 is a perforated sheet of Kapton. In a general way
nérale, des matières ou des tissus ayant des trous ou des passages conviennent tout particulièrement permettant à l'air d'osciller dans les cavités de la structure en nids neral, materials or fabrics with holes or passages are particularly suitable allowing air to oscillate in the cavities of the nest structure
d'abeilles 1.bees 1.
La figure 2 est une vue en perspective du généra- Figure 2 is a perspective view of the general
teur solaire, de dessus. Les cellules 5 sont prévues sur le côté supérieur de la structure de support 1. La structure en sandwich composite à base de fibres de verre avec le noyau en solar, from above. The cells 5 are provided on the upper side of the support structure 1. The composite sandwich structure based on glass fibers with the core in
nids d'abeilles 2, la peau inférieure 3a et la peau supé- honeycombs 2, the lower skin 3a and the upper skin
rieure 3b donnant une résistance ou une rigidité très élevée malgré une construction légère. A côté des nids d'abeilles 21 superior 3b giving a very high resistance or rigidity despite a light construction. Beside the honeycombs 21
utilisés de manière préférentielle et ayant une section hexa- preferably used and having a hexagonal section
gonale appelée ici structure en nids d'abeilles, on peut éga- gonale called here honeycomb structure, we can also
lement utiliser des nids d'abeille 21 ayant une géométrie différente. Les cellules solaires 5 sont prévues sur un fil isolant électrique et sont reliées par celui-ci à la struc- Also use honeycombs 21 having a different geometry. The solar cells 5 are provided on an electrical insulating wire and are connected by this to the structure.
ture de support 1 ou à la peau supérieure 3b. support structure 1 or upper skin 3b.
La figure 3 montre schématiquement un autre mode de réalisation de l'invention avec des blocs 7 de fibres de FIG. 3 schematically shows another embodiment of the invention with blocks 7 of fibers
carbone collés dans les noyaux 2 pour induction de charges. carbon bonded in cores 2 for induction of charges.
Les peaux 3a, 3b sont renforcées à ces endroits par des élé- The skins 3a, 3b are reinforced in these places by elements
ments de laminât supplémentaires ou des éléments de doublage 8. Pour relier les différents composants entre eux, il y a des couches de colle 9. La feuille 4 est munie de trous au niveau du noyau en nids d'abeilles 2 o elle est perforée et elle forme avec les cavités du noyau en nids d'abeilles 2 et additional laminate elements or lining elements 8. To connect the different components together, there are layers of adhesive 9. The sheet 4 is provided with holes at the level of the honeycomb core 2 where it is perforated and it forms with the cavities of the honeycomb core 2 and
la peau 3a, une multiplicité de résonateurs de Helmholz. skin 3a, a multiplicity of Helmholz resonators.
La peau supérieure 3b qui porte les cellules so- The upper skin 3b which carries the so-
laires 8 est formée ici d'une couche continue fermée compo- laires 8 is formed here of a continuous closed layer composed
site de fibres alors que la peau inférieure 3a est en forme fiber site while the lower skin 3a is shaped
de filet ou comporte des orifices.of net or has holes.
La figure 4 montre un diagramme donnant la pres- Figure 4 shows a diagram giving the pres-
sion phonique en fonction de la fréquence. Il apparaît que la phonic sion as a function of frequency. It appears that the
pression phonique par exemple au lancement de la fusée por- sound pressure for example at the launch of the rocket
teuse présente un maximum dans une plage de fréquence com- teuse has a maximum in a frequency range com-
prise entre 150 Hz et environ 500 Hz. Dans cette plage, les sollicitations de la structure de support engendrées par la taken between 150 Hz and around 500 Hz. In this range, the stresses of the support structure generated by the
pression phonique sont les plus importantes. sound pressure are the most important.
Le comportement de la structure sous l'effet de la charge phonique est représenté à la figure 5. Dans ce cas, le maximum se situe dans une plage comprise entre 102 et The behavior of the structure under the effect of the noise load is shown in Figure 5. In this case, the maximum is in a range between 102 and
103 Hz. Dans cette plage de fréquence, on rencontre les os- 103 Hz. In this frequency range, we find the os-
cillations les plus fortes de la structure sous l'effet de la strongest cillations of the structure under the effect of the
charge phonique.sound load.
Pour augmenter la largeur des bandes de fréquence To increase the width of the frequency bands
des résonateurs, selon un autre mode de réalisation non re- resonators, according to another embodiment not shown
présenté ici, on munit la feuille 4 de trous de dimensions différentes. En particulier, des feuilles préfabriquées avec des trous de dimensions à répartition statistique permettent d'obtenir une largeur de bande de fréquence plus importante presented here, the sheet 4 is provided with holes of different dimensions. In particular, prefabricated sheets with holes of statistical distribution dimensions make it possible to obtain a larger frequency bandwidth
avec une fabrication plus simple et moins coûteuse. Pour réa- with simpler and less expensive manufacturing. For rea
liser les résonateurs qui doivent être particulièrement effi- read the resonators which must be particularly effective
caces dans des plages de fréquence données, on définit la géométrie des nids d'abeilles ou la taille des cavités à l'intérieur des noyaux en nids d'abeilles 2 en fonction de la caces in given frequency ranges, the geometry of the honeycombs or the size of the cavities inside the honeycomb cores 2 is defined as a function of the
taille des trous dans la feuille 4.size of the holes in the sheet 4.
La figure 6 montre un autre mode de réalisation d'un générateur solaire selon l'invention. Dans ce cas, les Figure 6 shows another embodiment of a solar generator according to the invention. In this case, the
résonateurs sont des languettes 10 en forme de ressorts pré- resonators are tongues 10 in the form of pre-
vues sur la peau inférieure 3a ou le côté de la structure de support 1 en regard des cellules solaires 5. Le comportement en oscillation des résonateurs est défini par les ressorts et la géométrie des languettes 10. En fonction des exigences particulières, on peut réaliser des résonateurs ayant des fréquences différentes. Dans ce cas également, les structures views on the lower skin 3a or the side of the support structure 1 facing the solar cells 5. The oscillation behavior of the resonators is defined by the springs and the geometry of the tongues 10. Depending on the particular requirements, it is possible to produce resonators with different frequencies. In this case too, the structures
21 en forme de nids d'abeilles donnent des cavités 28 perpen- 21 in the shape of honeycombs give cavities 28 perpen-
diculaires aux peaux 3a, 3b. De tels résonateurs discrets sont particulièrement intéressants dans la plage renforcée de la structure de support 1, sur le côté arrière du générateur dicular to the skins 3a, 3b. Such discrete resonators are particularly advantageous in the reinforced range of the support structure 1, on the rear side of the generator
solaire. Ces résonateurs peuvent être prévus en plus des ré- solar. These resonators can be provided in addition to the res-
sonateurs de Helmholz, intégrés, décrits ci-dessus ou encore Helmholz sounders, integrated, described above or even
indépendamment de ceux-ci sur la structure de support 1. independently of these on the support structure 1.
La charge phonique considérable engendrée par le bruit des moteurs est réduite efficacement par l'intégration The considerable noise load generated by engine noise is effectively reduced by integration
selon l'invention des résonateurs dans la structure de sup- according to the invention resonators in the structure of sup-
port 1 du générateur solaire ou par leur couplage à la struc- port 1 of the solar generator or by their coupling to the struc-
ture de support 1.support structure 1.
En appliquant la feuille 4 de forme particulière, By applying sheet 4 of particular shape,
le noyau en nids d'abeilles 2 forme un ensemble de résona- the honeycomb core 2 forms a set of reson-
teurs de Helmholz. Dans cette réalisation particulière des Helmholz teachers. In this particular realization of
résonateurs, il ne faut aucune pièce supplémentaire qui pour- resonators, no additional parts are required which
rait augmenter de façon importante le poids du générateur so- could significantly increase the weight of the generator
laire. Les feuilles 4 sont particulièrement efficaces dans les plages à paroi mince de la structure de support exposée laire. Sheets 4 are particularly effective in the thin-walled areas of the exposed support structure
au risque du bruit.at the risk of noise.
La présente invention permet de réduire efficace- The present invention effectively reduces
ment les contraintes du bruit en particulier dans une plage noise constraints especially in a range
de fréquence comprise entre 100 Hz et 1000 Hz. frequency between 100 Hz and 1000 Hz.
Il LV iiilliii1' [I]'rIl LV iiilliii1 '[I]' r
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