FR2846297A1 - Articulated assembly of solar panels for space vehicle, comprises panels linked by Carpentier joints, stacked as concertina, retained by pyrotechnic cables and released to form rigid structure - Google Patents
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Abstract
Description
ii
ENSEMBLE ARTICULE DE PANNEAUX DE GENERATEUR SOLAIRE ET VEHICULE SPATIAL ARTICULATED ASSEMBLY OF SOLAR GENERATOR PANELS AND SPATIAL VEHICLE
La présente invention a trait, d'une manière générale, au 5 déploiement de panneaux de générateur solaire d'un véhicule spatial, tel que, The present invention relates, in general, to the deployment of solar generator panels of a spacecraft, such as,
mais non limitativement, un satellite en orbite autour de la terre. but not limited to, a satellite orbiting the earth.
On entend ici par "panneau de générateur solaire", l'ensemble des structures planes de ce dernier présentant des surfaces actives optiques, thermiques ou photovoltaques et notamment: - des panneaux support d'un réseau de cellules photovoltaques identiques ou différentes, transformant l'énergie solaire en énergie électrique; - des panneaux réflecteurs qui concentrent les rayonnements solaires sur les précédents grâce à un revêtement aux propriétés adéquates; The term “solar generator panel” is understood here to mean all of the planar structures of the latter having active optical, thermal or photovoltaic surfaces and in particular: - support panels for a network of identical or different photovoltaic cells, transforming the solar energy into electrical energy; - reflective panels which concentrate solar radiation on the previous ones thanks to a coating with adequate properties;
- des panneaux utilisés pour leurs caractéristiques thermo-optiques de 15 surface (dissipateurs thermiques). - panels used for their thermo-optical surface characteristics (heat sinks).
Les panneaux d'un générateur solaire peuvent être répartis selon des configurations très diverses. Il s'agit classiquement d'une succession longitudinale, parallèle à une direction s'éloignant du corps du véhicule spatial et autour de laquelle le générateur est destiné à tourner pour suivre le soleil. 20 Toutefois, pour augmenter la puissance électrique disponible, il a été proposé de disposer, en plus des panneaux précédents, des panneaux supplémentaires latéraux. On connaît aussi des configurations dans lesquelles les panneaux sont disposés selon une direction transversale, c'est à dire selon une direction transversale à la direction longitudinale précitée selon laquelle s'étend l'étrier 25 ou bras d'éloignement (yoke en anglais) qui relie le générateur au corps du véhicule spatial, et autour de laquelle le générateur est adapté à tourner pour The panels of a solar generator can be distributed in very different configurations. It is conventionally a longitudinal succession, parallel to a direction moving away from the body of the spacecraft and around which the generator is intended to rotate to follow the sun. However, in order to increase the available electrical power, it has been proposed to have, in addition to the preceding panels, additional side panels. There are also known configurations in which the panels are arranged in a transverse direction, that is to say in a direction transverse to the aforementioned longitudinal direction in which extends the stirrup 25 or separation arm (yoke in English) which connects the generator to the body of the spacecraft, and around which the generator is adapted to rotate for
suivre le soleil.follow the sun.
Lors du lancement, ce générateur est replié et ses panneaux sont During launch, this generator is folded and its panels are
empilés les uns sur les autres dans une configuration appelée configuration 30 gerbée ou de gerbage. stacked on top of each other in a configuration called stacked or stacking configuration.
La mise en service opérationnel du générateur, par exemple lorsque le véhicule est un satellite mis sur son orbite de service, impose de The operational commissioning of the generator, for example when the vehicle is a satellite placed in its service orbit, requires
déplier l'empilement de panneaux: on parle alors de dégerbage. unfold the stack of panels: we then speak of discharging.
Pour passer de la configuration de gerbage à la configuration 5 déployée, dans laquelle les panneaux solaires sont disposés sensiblement dans un même plan, les panneaux sont articulés deux à deux, soit au moyen d'articulations ayant des éléments adjacents articulés autour d'un axe de pivotement et solidarisés chacun à l'un de deux panneaux voisins, soit au To pass from the stacking configuration to the deployed configuration, in which the solar panels are arranged substantially in the same plane, the panels are articulated two by two, either by means of articulations having adjacent elements articulated around an axis pivoting and secured to one of two neighboring panels, either at
moyen d'articulations reliant des bords parallèles de panneaux. by means of joints connecting parallel edges of panels.
Les articulations citées en premier lieu servent en général à relier les panneaux de la succession longitudinale précitée (panneaux en ligne), tandis que les articulations décrites en second lieu sont en général utilisées The joints mentioned in the first place are generally used to connect the panels of the above-mentioned longitudinal succession (in-line panels), while the joints described in the second place are generally used
pour relier les panneaux latéraux aux panneaux en ligne. to connect the side panels to the in-line panels.
De façon générale, les articulations actuellement utilisées pour les 15 panneaux solaires se caractérisent par l'existence de frottements entre les pièces en contact. De telles articulations nécessitent une lubrification très difficile à obtenir compte tenu des conditions extrêmes de température et de vide auxquelles est soumis le satellite lors de son lancement, puis dans l'espace après sa mise sur orbite. Dans ces conditions, les matériaux ont 20 tendance à se souder naturellement ou à gripper, ce qui risque de conduire au In general, the joints currently used for the solar panels are characterized by the existence of friction between the parts in contact. Such joints require lubrication which is very difficult to obtain given the extreme conditions of temperature and vacuum to which the satellite is subjected when it is launched, then in space after it is put into orbit. Under these conditions, the materials tend to weld naturally or to seize, which may lead to
non-déploiement des panneaux.non-deployment of the panels.
En outre, les articulations actuelles assurent généralement le In addition, the current joints generally provide the
déploiement des panneaux au moyen d'une motorisation spécifique. Les frottements importants et dispersés de ces articulations imposent d'avoir une 25 motorisation importante. deployment of the panels by means of a specific motorization. The high and dispersed friction of these joints means that there must be a large motorization.
Par ailleurs, afin d'assurer un verrouillage en configuration déployée des panneaux en ligne, les articulations des panneaux sont en général pourvues d'un mécanisme de verrouillage comportant un moyen de blocage tournant, monté sur un premier des deux éléments adjacents et 30 coopérant avec le deuxième des deux éléments adjacents pour assurer le verrouillage des deux panneaux correspondant en configuration déployée de ces deux panneaux. Ce moyen de blocage est solidaire en rotation d'une patte montée mobile en rotation sur le premier des éléments adjacents et verrouillée temporairement en rotation par rappel en butée contre une surface périphérique d'un élément solidaire en rotation du deuxième des deux éléments adjacents. La surface périphérique présente une configuration telle qu'à 5 l'arrivée à la configuration déployée des deux panneaux correspondants, la patte échappe à la surface périphérique et pivote pour amener le moyen de blocage en contact avec le deuxième des deux éléments adjacents afin Furthermore, in order to ensure locking in the deployed configuration of the panels in line, the joints of the panels are generally provided with a locking mechanism comprising a rotating locking means, mounted on a first of the two adjacent elements and cooperating with the second of the two adjacent elements to ensure the locking of the two corresponding panels in the deployed configuration of these two panels. This blocking means is integral in rotation with a lug mounted mobile in rotation on the first of the adjacent elements and temporarily locked in rotation by abutment against a peripheral surface of an element integral in rotation with the second of the two adjacent elements. The peripheral surface has a configuration such that on arrival at the deployed configuration of the two corresponding panels, the tab escapes from the peripheral surface and pivots to bring the locking means in contact with the second of the two adjacent elements in order to
d'assurer le verrouillage des deux panneaux en configuration déployée. ensure the locking of the two panels in the deployed configuration.
De telles articulations pénalisent le satellite par leur masse. 10 L'invention a donc pour objectif un ensemble articulé de panneaux Such joints penalize the satellite by their mass. 10 The object of the invention is therefore an articulated set of panels
de générateur solaire qui ne pénalise pas la mission par leur masse en limitant au juste nécessaire le nombre d'éléments mécaniques, ceci tout en assurant pleinement les fonctions de stockage, de déploiement et de tenue mécanique 15 des panneaux en configuration dégerbée. solar generator which does not penalize the mission by their mass by limiting to the necessary minimum the number of mechanical elements, this while fully ensuring the functions of storage, deployment and mechanical strength of the panels in the unburdened configuration.
A cet effet, l'invention a pour objet un ensemble articulé formé d'au moins deux panneaux voisins d'un générateur solaire, articulés deux à deux pour pouvoir passer par pivotement d'une configuration de gerbage, dans laquelle les panneaux sont empilés les uns sur les autres, à une configuration 20 de dégerbage ou déployée, dans laquelle les panneaux sont disposés sensiblement dans un même plan, les deux panneaux étant reliés l'un à l'autre par une articulation, caractérisé en ce que ladite articulation est formée d'au moins un joint de Carpentier assurant la double fonction de: - en configuration de gerbage et en phase de déploiement, génération d'un couple moteur permanent tendant à mouvoir les panneaux vers la configuration de dégerbage, - et, en configuration de dégerbage, retenue mécanique des panneaux dans To this end, the subject of the invention is an articulated assembly formed by at least two neighboring panels of a solar generator, articulated in pairs to be able to pass by pivoting a stacking configuration, in which the panels are stacked on top of each other, in a discharging or deployed configuration, in which the panels are arranged substantially in the same plane, the two panels being connected to each other by a joint, characterized in that said joint is formed at least one Carpenter's joint ensuring the double function of: - in stacking configuration and in deployment phase, generation of a permanent motor torque tending to move the panels towards the unloading configuration, - and, in unloading configuration , mechanical retention of the panels in
cette dernière configuration.this last configuration.
Ainsi, l'ensemble articulé de panneaux selon l'invention permet d'atteindre une structure mécanique au niveau des articulations de panneaux Thus, the articulated assembly of panels according to the invention makes it possible to achieve a mechanical structure at the level of the panel articulations.
qui soit optimisée en masse.which is mass optimized.
Il est ainsi possible de réaliser une cinématique de déploiement de panneaux en ligne et/ou latéraux, suivant laquelle l'ouverture d'un panneau est naturellement engendrée sans aucun moyen supplémentaire de motorisation, ceci grâce à un dispositif mécanique simple et léger qu'est le joint de Carpentier présentant les avantages susmentionnés. On souligne qu'un tel système pourrait au besoin être transposé par exemple au déploiement de panneaux en ligne ou latéraux les uns par It is thus possible to carry out a kinematics of deployment of in-line and / or lateral panels, according to which the opening of a panel is naturally generated without any additional means of motorization, this thanks to a simple and light mechanical device that is the Carpentier joint presenting the aforementioned advantages. It is emphasized that such a system could if necessary be transposed, for example to the deployment of in-line or side panels, one by
rapport aux autres.compared to others.
Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite articulation entre According to one embodiment of the invention, said articulation between
deux panneaux voisins n'est formée que de joints de Carpentier. two neighboring panels are formed only of Carpentier joints.
Selon un mode de réalisation de l'invention, lesdits joints de According to one embodiment of the invention, said seals of
Carpentier se prolongent sous les panneaux qu'ils relient. Carpentier extend under the panels they connect.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la pluralité de joints de 15 Carpentier formant la connexion entre deux panneaux voisins est agencée de manière à présenter une succession croisée de joints de Carpentier de manière à être capables de présenter respectivement des couples moteur opposés sous According to one embodiment of the invention, the plurality of Carpentier joints forming the connection between two neighboring panels is arranged so as to present a crossed succession of Carpentier joints so as to be capable of presenting respectively opposite engine torques under
l'effet d'un pliement des deux panneaux voisins. the effect of folding the two neighboring panels.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'acheminement du 20 courant de puissance entre chaque panneau est réalisé par une nappe de câblage utilisant un matériau possédant les mêmes propriétés mécaniques According to one embodiment of the invention, the routing of the power current between each panel is carried out by a wiring ply using a material having the same mechanical properties
qu'une lame de Carpentier.than a Carpentier blade.
Le plus souvent, le séquencement de déploiement des panneaux est électrique, avec mise en oeuvre de dispositifs pyrotechniques, telles que 25 des cisailles pyrotechniques, pour libérer des palettes de retenue des panneaux en configuration de gerbage. Pour ce, les dispositifs pyrotechniques sont chargés de rompre, le moment venu, des tirants de maintien des palettes de retenue, ce qui libère les panneaux de la configuration de gerbage vers la Most often, the sequence of deployment of the panels is electrical, with the use of pyrotechnic devices, such as pyrotechnic shears, to release the pallets for retaining the panels in the stacking configuration. For this, the pyrotechnic devices are responsible for breaking, when the time comes, tie rods for holding the retaining pallets, which frees the panels from the stacking configuration towards the
configuration de dégerbage.unloading configuration.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le véhicule comporte des palettes de retenue des panneaux en configuration de gerbage, et en ce que, en configuration gerbée, lesdites palettes sont comprises dans des plans parallèles à ceux des panneaux, chaque palette étant reliée à une structure fixe du véhicule par au moins un joint de Carpentier, ledit joint de Carpentier étant agencé de manière à exercer un couple moteur tendant à mouvoir les palettes According to one embodiment of the invention, the vehicle includes pallets for retaining the panels in stacking configuration, and in that, in stacked configuration, said pallets are included in planes parallel to those of the panels, each pallet being connected to a fixed structure of the vehicle by at least one Carpentier joint, said Carpentier joint being arranged so as to exert a driving torque tending to move the pallets
hors de l'espace de déploiement des panneaux. outside the panel deployment space.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la géométrie et la surface des palettes est choisie de manière à ce que, en configuration gerbée, According to one embodiment of the invention, the geometry and the surface of the pallets is chosen so that, in stacked configuration,
les palettes ne recouvrent que partiellement la surface du panneau supérieur. the pallets only partially cover the surface of the top panel.
L'invention a également pour objet un véhicule spatial, notamment 10 satellite, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble articulé selon l'invention. The invention also relates to a space vehicle, in particular a satellite, characterized in that it comprises an articulated assembly according to the invention.
La présente invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente une aile de satellite comportant un ensemble articulé de panneaux solaires en configuration dégerbée selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 2 représente l'aile de satellite selon une coupe A-A de la figure 1, l'aile étant en configuration gerbée, - la figure 3 représente l'aile de satellite selon une coupe C-C de The present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 represents a satellite wing comprising an articulated assembly of solar panels in a de-stressed configuration according to an embodiment of the invention, FIG. 2 represents the satellite wing according to a section AA of FIG. 1, the wing being in stacked configuration, - FIG. 3 represents the satellite wing according to a section CC of
la figure 2.Figure 2.
Dans la présente demande, les éléments remplissant des fonctions similaires porteront des références identiques. 25 Les figures 1 à 3 représentent très schématiquement et très partiellement un ensemble articulé 1 formé de quatre panneaux faisant partie In the present application, the elements fulfilling similar functions will bear identical references. FIGS. 1 to 3 very schematically and very partially represent an articulated assembly 1 formed by four panels forming part
d'un générateur solaire.of a solar generator.
Le reste des panneaux de ce générateur solaire, ainsi que le reste 30 du satellite lui-même n'ont pas été représentés sur les figures, par souci de clarté. L'ensemble articulé 1 est relié à un mécanisme 2 de rotation de The rest of the panels of this solar generator, as well as the rest of the satellite itself have not been shown in the figures, for the sake of clarity. The articulated assembly 1 is connected to a mechanism 2 for rotating
l'ensemble par l'intemédiaire d'un étrier 3. the assembly by means of a stirrup 3.
L'ensemble 1 comporte quatre panneaux rigides déployables, Set 1 comprises four rigid deployable panels,
numérotés 4 à 7 sur les figures.numbered 4 to 7 in the figures.
Les panneaux sont articulés deux à deux pour pouvoir passer par pivotement d'une configuration de gerbage représentée sur les figures 2 et 3, dans laquelle ces panneaux sont empilés les uns sur les autres à une configuration déployée, dans laquelle les panneaux sont disposés The panels are hinged two by two to be able to pass by pivoting from a stacking configuration shown in Figures 2 and 3, in which these panels are stacked on top of each other in a deployed configuration, in which the panels are arranged
sensiblement dans un même plan, sur la figure 1. substantially in the same plane, in FIG. 1.
Dans le mode de réalisation décrit à l'appui des figures 1 à 3, les panneaux destinés à former une succession longitudinale de panneaux (panneaux en ligne) sont les panneaux 4 à 7. Ils sont articulés entre eux, deux à deux, par l'intermédiaire de joints 11 de Carpentier, chacun de ces joints étant solidarisés de chaque côté à l'un de deux bords parallèles de panneaux 15 adjacents. Ces joints 11 de Carpentier permettent, comme expliqué dans la suite, une auto-motorisation du déploiement des panneaux qu'ils relient et sont au nombre de trois par paire de bords parallèles. Bien entendu, ce nombre In the embodiment described in support of Figures 1 to 3, the panels intended to form a longitudinal succession of panels (in-line panels) are panels 4 to 7. They are hinged together, two by two, by l 'intermediate Carpentier joints 11, each of these joints being secured on each side to one of two parallel edges of adjacent panels 15. These Carpentier joints 11 allow, as explained below, a self-motorization of the deployment of the panels which they connect and are three in number per pair of parallel edges. Of course, this number
d'articulations n'est en aucun cas limitatif. of joints is in no way limiting.
Sur les figures 2 et 3, les panneaux empilés les uns sur les autres 20 sont retenus par des palettes 8 de retenue qui ont pour fonction de retenir les panneaux en configuration gerbée. Ces palettes sont ellesmêmes maintenues dans cette position par des tirants 9 fixés à une structure fixe du satellite (non représentée). On peut souligner que, dans cette dernière position, les joints de Carpentier forment un profil de coude 110 à chaque repliement, compressés 25 par la pression de retenue des palettes. Les joints 10 de Carpentier travaillent ainsi dans le sens de la flexion et un effort de traction est appliqué contre les palettes. Pour déclencher le déploiement des panneaux, les tirants sont rompus par des cisailles pyrotechniques (non représentés). De la sorte, les 30 palettes, sous l'effet de joints 10 de Carpentier reliant les palettes à la structure, sont entraînées à effectuer une rotation de 900, mettant les palettes hors du In FIGS. 2 and 3, the panels stacked on top of each other 20 are retained by retaining pallets 8 which have the function of retaining the panels in stacked configuration. These pallets are themselves held in this position by tie rods 9 fixed to a fixed structure of the satellite (not shown). It can be emphasized that, in this latter position, the Carpentier joints form an elbow profile 110 at each folding, compressed by the retaining pressure of the pallets. Carpentier seals 10 thus work in the direction of bending and a tensile force is applied against the pallets. To trigger the deployment of the panels, the tie rods are broken by pyrotechnic shears (not shown). In this way, the 30 pallets, under the effect of Carpentier seals 10 connecting the pallets to the structure, are trained to perform a rotation of 900, putting the pallets out of the
champ de déploiement de panneaux.panel deployment field.
A ce moment, lorsque les palettes de retenue sont libérées, le At this time, when the retaining pallets are released, the
couple moteur emmagasiné dans les joints de Carpentier assure automatiquement le déploiement des panneaux., comme l'illustre la figure 1. engine torque stored in Carpentier seals automatically deploys the panels, as illustrated in Figure 1.
Une fois dans la configuration dégerbée, les joints 11 de Carpentier sont 5 parfaitement rectilignes et assurent le verrouillage des panneaux dans cette position. Selon un mode de réalisation de l'invention, la pluralité de joints de Carpentier formant la connexion entre deux panneaux voisins est agencée de manière à présenter une succession croisée de joints de Carpentier 11 et 10 11' de manière à être capables de présenter respectivement des couples Once in the released configuration, the Carpentier seals 11 are perfectly straight and ensure the locking of the panels in this position. According to one embodiment of the invention, the plurality of Carpentier joints forming the connection between two neighboring panels is arranged so as to present a crossed succession of Carpentier joints 11 and 10 11 ′ so as to be capable of presenting respectively couples
moteur opposés sous l'effet d'un pliement des deux panneaux voisins. motor opposite under the effect of a folding of the two neighboring panels.
On pourra noter que la géométrie et la surface des palettes a été choisie de manière à ce qu'elles ne recouvrent que partiellement la surface du It will be noted that the geometry and the surface of the pallets has been chosen so that they only partially cover the surface of the
panneau 4 supérieur. Ainsi, on réduit de façon conséquente l'inertie de l'aile. upper panel 4. Thus, the inertia of the wing is considerably reduced.
Les panneaux comportent des cellules solaires et The panels include solar cells and
préférentiellement celles employant la technologie bien connue de l'Homme du Métier dite "Thin Film" (de l'anglais Film Mince). Selon un aspect avantageux de l'invention, les panneaux comportent de telles cellules Thin Film et aucune feuille intercalaire de protection n'est prévue entre les différents panneaux en 20 regard en configuration gerbée. preferably those using the technology well known to those skilled in the art called "Thin Film" (from English Film Mince). According to an advantageous aspect of the invention, the panels include such Thin Film cells and no protective intermediate sheet is provided between the different panels facing each other in stacked configuration.
Selon une variante très avantageuse de l'invention, tel que représenté sous forme hachurée sur la figure 1, trois lames 111-113 de Carpentier traversent l'aile selon l'axe principal de déploiement de l'aile, se confondant au niveau des joints 11, 11'. Ce mode procure l'avantage précité de 25 remplir les fonctions des joints de Carpentier au niveau des articulations 11, 11' According to a very advantageous variant of the invention, as shown in hatched form in FIG. 1, three Carpentier blades 111-113 cross the wing along the main axis of deployment of the wing, merging at the joints 11, 11 '. This mode provides the aforementioned advantage of fulfilling the functions of Carpentier joints at the joints 11, 11 ′
et la fonction supplémentaire de support du substrat souple en "film mince". and the additional function of supporting the flexible “thin film” substrate.
Il est à souligner que, selon un autre mode avantageux de l'invention, l'acheminement du courant entre chaque panneau est réalisé par une nappe de câblage utilisant un matériau, CuBe alliage de cuivre du type du 30 CuBe, possédant les mêmes propriétés mécaniques qu'une lame de Carpentier. It should be emphasized that, according to another advantageous embodiment of the invention, the current flow between each panel is carried out by a wiring ply using a material, CuBe copper alloy of the type of CuBe, having the same mechanical properties than a Carpentier blade.
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Citations (9)
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---|---|---|---|---|
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2002
- 2002-10-29 FR FR0213499A patent/FR2846297B1/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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FR2846297B1 (en) | 2005-08-26 |
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