Domaine technique

L'invention concerne un dispositif permettant de commander l'escamotage d'une structure mobile normalement reliée à des moyens de commande de déplacement par un mécanisme de transmission, notamment lors d'une défaillance de ces moyens de commande de déplacement.

Une application privilégiée d'un tel dispositif concerne le domaine spatial. Ainsi, les systèmes optiques embarqués sur les engins spatiaux tels que les satellites et les sondes, peuvent ne plus être capables de remplir leur mission de façon satisfaisante si une structure initialement mobile utilisée, par exemple pour permettre un réglage ou un étalonnage du système, se bloque dans une position quelconque, notamment à la suite d'une défaillance du moteur qui en commande normalement le déplacement, ou d'une rupture ou d'un grippage d'un élément mécanique de liaison.

Etat de la technique

Dans le document WO-A-91 19 645, on a proposé un dispositif de commande d'escamotage d'une structure mobile, dans lequel cette structure est ramenée dans une position escamotée par des ressorts spiraux ou de torsion, lorsqu'une cisaille pyrotechnique est actionnée pour déconnecter le moteur de la structure mobile dont le déplacement est commandé par ce moteur.

Dans la pratique, une telle cisaille pyrotechnique présente un encombrement et une masse importants. De plus, sa mise en oeuvre produit un choc qui peut endommager certains éléments du système optique situé à proximité, ou en modifier le réglage.

Le document WO-A-91 19 645 propose également, en variante, de remplacer la cisaille pyrotechnique par une ventouse électromagnétique ou un couteau thermique. Cependant, il s'agit là encore de systèmes encombrants et lourds. De plus, leur fiabilité apparaît contestable.

Par ailleurs, comme l'illustre le document FR-A-2 648 199, on a déjà proposé d'embarquer sur un engin spatial un organe réalisé en un matériau à mémoire de forme, pour commander le dégerbage d'un élément tel qu'une antenne ou un panneau solaire, après le lancement.

Dans le même esprit, le document FR-A-2 667 842 propose également, sur un engin spatial, d'utiliser des organes en matériau à mémoire de forme pour commander le dégerbage de mécanismes rotatifs comprenant des roulements à billes, après le lancement de l'engin.

Dans ces deux derniers documents, les organes en matériau à mémoire de forme sont toujours utilisés pour assurer un dégerbage, c'est-à-dire la mise en état de marche d'un système qui doit être bridé lors du lancement afin d'éviter qu'il ne soit endommagé par les violentes vibrations qui se produisent pendant cette période. En revanche, il n'y est jamais envisagé d'utiliser un tel organe pour commander l'escamotage d'une structure normalement mobile.

Exposé de l'invention

L'invention a précisément pour objet un dispositif original permettant de commander, si cela s'avère nécessaire, l'escamotage d'une structure mobile sans induire de choc et d'une manière particulièrement simple et fiable, pour un encombrement et une masse moindres que ceux des dispositifs comparables existants.

Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un dispositif de commande d'escamotage d'une structure mobile, normalement reliée à des moyens de commande de déplacement par un mécanisme de transmission, ce dispositif comprenant des moyens de liaison déconnectables compris dans le mécanisme de transmission, et des moyens élastiques agissant en permanence sur la structure mobile, pour amener automatiquement cette dernière dans une position escamotée, lors d'une déconnexion des moyens de liaison déconnectables, le dispositif étant caractérisé par le fait qu'il comprend de plus un organe en un matériau à mémoire de forme, apte à agir sur les moyens de liaison déconnectables, pour en commander la déconnexion, lors d'un changement d'état du matériau, et des moyens de chauffage associés audit organe, pour en commander le changement d'état, lors du franchissement d'un seuil de température prédéterminé.

Dans une forme de réalisation préférentielle, le mécanisme de transmission comprend une première pièce apte à être actionnée par les moyens de commande de déplacement et une deuxième pièce portant la structure mobile. Les moyens de liaison déconnectables comportent alors un tirant qui traverse la première pièce et la deuxième pièce, de façon à les solidariser normalement l'une de l'autre par frottement.

Le tirant définit alors avantageusement un axe de pivotement de la deuxième pièce par rapport à la première pièce, les moyens élastiques exerçant en permanence un couple de pivotement entre la première pièce et la deuxième pièce, autour de cet axe.

Selon la forme de réalisation préférentielle de l'invention, l'une des première et deuxième pièces comporte une partie tubulaire qui présente deux surfaces d'extrémité tronconiques, l'autre des première et deuxième pièces comportant deux embouts, reliés l'un à l'autre par le tirant, au travers de la partie tubulaire. Des surfaces d'appui tronconiques formées sur les embouts et complémentaires des surfaces d'extrémité tronconiques de la partie tubulaire sont normalement pressées contre ces dernières surfaces par le tirant.

Dans ce cas, l'organe en un matériau à mémoire de forme est un organe tubulaire, monté sur le tirant à l'intérieur de la partie tubulaire, de façon à pouvoir écarter les surfaces d'appui tronconiques formées sur les embouts des surfaces d'extrémité tronconiques formées sur la partie tubulaire, lors du changement d'état du matériau.

Avantageusement, des rondelles thermiquement isolantes sont interposées entre les embouts et l'organe en un matériau à mémoire de forme, de façon à assurer une montée en température homogène de cet organe avec un minimum de dispersion.

Dans la forme de réalisation précitée, les surfaces d'extrémité tronconiques et les surfaces d'appui tronconiques complémentaires ne sont pas auto-bloquantes.

De préférence, la première pièce est supportée de façon pivotante par une structure fixe, autour de l'axe défini par le tirant. Les moyens de commande de déplacement comprennent alors un moteur supporté par la structure fixe, et dont un arbre de sortie entraîne la première pièce en rotation.

Dans la forme de réalisation préférentielle de l'invention, le tirant comporte une région de moindre résistance, autorisant son allongement sous l'action de l'organe en un matériau à mémoire de forme, lors du changement d'état de ce matériau.

Brève description des dessins

On décrira à présent, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation préférentielle de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :

• la figure 1 est une vue de face, en coupe partielle, représentant un mécanisme permettant de commander le déplacement d'une structure mobile telle qu'un miroir, ce mécanisme incorporant un dispositif de commande d'escamotage conforme à l'invention ; et
• la figure 2 est une vue de côté du mécanisme illustré sur la figure 1.

Exposé détaillé d'un mode de réalisation

Le mécanisme illustré sur les figures 1 et 2 est prévu pour être embarqué sur un engin spatial tel qu'un satellite ou une sonde. Ce mécanisme est conçu pour commander le pivotement contrôlé d'une structure mobile constituée par un miroir 10 (figure 2), autour d'un axe de pivotement XX. Comme on l'a illustré schématiquement en traits mixtes sur la figure 2, ce pivotement permet, après le lancement, d'amener le miroir 10 sur le chemin optique 12 d'un système optique (non représenté), dans une position éventuellement réglable. Dans cette position, le miroir 10 permet d'effectuer sur le système optique une opération telle qu'un étalonnage ou un réglage. Lorsque cette opération est achevée, le fonctionnement du système optique suppose l'effacement du miroir 10 dans sa position représentée en trait plein. Si, pour une raison quelconque, cet effacement ne peut être obtenu, le système optique devient inopérant.

Le mécanisme représenté sur les figures 1 et 2 comprend un moteur électrique pas à pas 14 constituant des moyens de commande de déplacement du miroir 10, ainsi qu'un mécanisme de transmission 16, au travers duquel le moteur électrique 14 entraîne le miroir 10. L'ensemble est monté sur une structure support fixe 18 prévue pour être fixée sur la structure 20 du satellite ou de la sonde comme on l'a représenté sur la figure 2.

Le corps du moteur électrique 14 est monté directement dans la structure support fixe 18. Cette dernière définit également l'axe de pivotement XX du miroir 10, comme on le verra ultérieurement.

Le mécanisme de transmission 16 comprend un pignon 22 calé sur l'arbre de sortie du moteur électrique 14, ainsi qu'une première pièce 24 et une deuxième pièce 26, normalement solidarisées l'une de l'autre par des moyens de liaison déconnectables 28.

La première pièce 24 du mécanisme de transmission 16 comprend une partie tubulaire 30 montée dans un alésage 31 traversant la structure support fixe 18 selon l'axe XX. Plus précisément la partie tubulaire 30 est montée dans l'alésage 31 par des paliers 32, tels que des roulements à billes à contact oblique, de telle sorte que la première pièce 24 peut pivoter librement autour de l'axe XX par rapport à la structure support fixe 18. A l'une de ses extrémités, la partie tubulaire 30 de la première pièce 24 comporte un plateau 34 terminé par un secteur denté 36 en prise sur le pignon 22. Grâce à cet agencement, on comprend qu'une rotation dans l'un ou l'autre sens du pignon 22, commandée par le moteur électrique 14, a pour effet de faire pivoter la première pièce 24 autour de l'axe XX.

La deuxième pièce 26 du mécanisme de transmission 16 comprend une partie 42 porte-miroir, ainsi que deux plaques parallèles 38 qui font saillie vers l'axe XX à partir de la partie porte-miroir. Les extrémités des plaques 38 sont normalement solidarisées de la première pièce 24 par les moyens de liaison déconnectables 28. Afin d'assurer un bon fonctionnement de ces moyens de liaison déconnectables 28, les plaques 38 présentent une certaine souplesse ou flexibilité parallèlement à l'axe XX. Ce résultat peut être aisément obtenu en leur donnant une faible épaisseur et en les réalisant dans un matériau approprié.

Les moyens de liaison déconnectables 28 appartiennent à un dispositif de commande d'escamotage de la structure mobile 10. Lorsque ce dispositif de commande d'escamotage est actionné, les moyens de liaison déconnectables 28 déconnectent la deuxième pièce 26 de la première pièce 24. Un ressort spiral ou de torsion 40, dont les extrémités sont fixées respectivement sur la première pièce 24 et sur la deuxième pièce 26, commande alors automatiquement le pivotement de cette deuxième pièce dans le sens inverse des aiguilles d'une montre en considérant la figure 2, jusqu'à ce que la partie 42 porte-miroir de la deuxième pièce 26, qui porte le miroir 10, vienne en appui contre une butée 44 formée à cet effet sur la structure support fixe 18. On amène ainsi automatiquement le miroir 10 dans la position escamotée illustrée en trait plein sur la figure 2, quelle que soit la position occupée initialement par ce miroir. Dans cette position escamotée, le miroir 10 est totalement décalé du chemin optique 12, de telle sorte que le système optique correspondant peut continuer à être utilisé sans dommage.

On décrira à présent plus en détail le dispositif de commande d'escamotage selon l'invention, en se référant à nouveau à la figure 1.

Les moyens de liaison déconnectables 28 comprennent un tirant 46 disposé selon l'axe XX et reliant les extrémités des plaques 38 en traversant la partie tubulaire 30, placée entre ces extrémités.

Plus précisément, une extrémité filetée du tirant 46 est vissée dans un embout démontable 48 formant l'extrémité de l'une des plaques 38. L'embout 48 est rapporté sur cette plaque 38 par des vis 50. L'extrémité de l'autre plaque 38, terminée par un deuxième embout 52, est traversée par le tirant 46. Dans sa partie qui fait saillie au-delà du deuxième embout 52, le tirant 46 comporte également une partie filetée sur laquelle est reçu un écrou 54. Au-delà de sa partie filetée recevant l'écrou 54, le tirant 46 comporte une tête de manoeuvre 56 qui permet de visser le tirant 46 dans l'embout démontable 48, au moyen d'une clé. Sur leurs faces en vis-à-vis, les embouts 48 et 52 comportent respectivement des surfaces d'appui tronconiques 58, 60.

Le tirant 46 est monté coaxialement à l'intérieur de la partie tubulaire 30 de la première pièce 24, de façon telle que les surfaces d'appui tronconiques 58 et 60 formées sur les embouts 48 et 52, soient normalement pressées contre des surfaces d'extrémité tronconiques 62 et 64, complémentaires des surfaces 58 et 60 et formées dans cette partie tubulaire 30.

De façon plus précise, la surface d'extrémité tronconique 62 est formée directement sur la partie tubulaire 30 à son extrémité portant le plateau 34, alors que la surface d'extrémité tronconique 64 est formée sur une bague 66 qui coulisse librement sur l'extrémité opposée de la partie tubulaire 30. Cet agencement en deux parties permet d'assurer un calage efficace des bagues intérieures des paliers à billes 32, par l'intermédiaire d'une entretoise 67 placée entre ces bagues, lorsqu'un effort de compression est exercé entre les embouts 48 et 52 par le tirant 46.

A l'opposé de la surface d'appui tronconique 58, l'embout rapporté 48 supporte une colonnette 68 terminée par un disque 70. La colonnette 68 est disposée selon l'axe XX, à l'intérieur du ressort spiral ou de torsion 40. Dans la pratique, l'extrémité de ce ressort spiral ou de torsion lié à la deuxième pièce 26 est fixée sur le disque 70 comme le montre la figure 1.

En plus des moyens de liaison déconnectables 28 et des moyens élastiques constitués par le ressort spiral ou de torsion 40, le dispositif de commande d'escamotage du miroir 10 comprend un organe tubulaire 72, en un matériau à mémoire de forme, placé entre les embouts 48 et 52 autour du tirant 46 et à l'intérieur de la partie tubulaire 30 de la première pièce 24. L'organe 72 en un matériau à mémoire de forme est dimensionné de façon telle que sa longueur n'empêche pas la solidarisation par frottement des pièces 24 et 26, par l'intermédiaire des surfaces tronconiques 58 et 62 d'une part et 60 et 64 d'autre part, lorsque l'écrou 54 est serré et lorsque le mécanisme se trouve à une température de fonctionnement normal.

En revanche, lorsque la température de l'organe 72 en un matériau à mémoire de forme s'élève au-delà d'un seuil de température prédéterminé (compris, par exemple, entre 60°C et 100°C), le dimensionnement est tel que l'allongement de cet organe (par exemple, d'environ 1 mm) a pour effet d'écarter les embouts 48 et 52 suffisamment pour supprimer la solidarisation par frottement des pièces 24 et 26. Pour que la désolidarisation de ces pièces s'effectue correctement, il est à noter que les liaisons par frottement assurées normalement entre les surfaces tronconiques complémentaires 58 et 62 d'une part et 60 et 64 d'autre part ne sont pas auto-bloquantes.

Pour que l'allongement de l'organe 72 en un matériau à mémoire de forme ait bien pour effet un écartement des embouts 48 et 52, on voit sur la figure 1 que le tirant 46 présente une région 74 de moindre résistance. Cette région 74 peut notamment être constituée par une zone dans laquelle le diamètre du tirant 46 est suffisamment réduit pour permettre son allongement, lorsqu'un effort tendant à écarter les embouts 48 et 52 est appliqué par l'organe 72 en un matériau à mémoire de forme.

Afin d'assurer le franchissement par le matériau constituant l'organe tubulaire 72 de sa température de changement de phase, cet organe tubulaire est entouré par des moyens de chauffage 76 constitués par exemple par une résistance électrique. L'alimentation électrique de la résistance constituant les moyens de chauffage 76 est assurée à partir d'une source extérieure (non représentée) par des conducteurs électriques qui n'apparaissent pas sur les figures.

Dans la forme de réalisation représentée, une rondelle isolante 78 est placée à chaque extrémité de l'organe tubulaire 72 en un matériau à mémoire de forme, afin d'assurer une montée en température homogêne et avec un minimum de dispersion. En outre, une rondelle d'épaisseur 80 et une entretoise d'appui 82 sont interposées entre l'embout 52 et la rondelle isolante 78 adjacente. Par ailleurs, une bague d'appui 84 est interposée entre l'embout 48 et la rondelle isolante adjacente 78.

L'entretoise d'appui 82 et la bague d'appui 84 permettent de transmettre l'allongement de l'organe tubulaire 72 aux embouts 52 et 48. La rondelle d'épaisseur 80 est usinée à la demande afin d'assurer le jeu minimum de bon fonctionnement de l'organe tubulaire 72 en un matériau à mémoire de forme.

Au moment du lancement, le mécanisme représenté sur les figures est verrouillé dans la position escamotée représentée en trait plein sur la figure 2 par un dispositif de gerbage (non représenté) associé à la butée 44. Ce dispositif de gerbage peut être réalisé de manière quelconque et ne fait pas partie de l'invention.

Lorsque le satellite ou la sonde se trouve dans des conditions opérationnelles, le dispositif de gerbage est actionné de façon à libérer le mécanisme. Le miroir 10 peut alors être amené à volonté dans la position désirée, à l'aide du moteur électrique 14 par exemple pour effectuer un étalonnage ou un réglage du système optique. Pour permettre l'utilisation du système optique, il est alors nécessaire d'escamoter le miroir 10 en agissant à nouveau sur le moteur 14.

Par suite d'un incident, dû par exemple à une défaillance du moteur 14 ou de son système de commande, il peut devenir impossible d'escamoter le miroir 10 à l'aide du moteur 14. Dans ces conditions, la poursuite de la mission nécessite d'amener ce miroir dans sa position d'escamotage représentée en trait plein sur la figure 2 par d'autres moyens.

Conformément à l'invention, cet escamotage peut être commandé aisément en chauffant l'organe tubulaire 72 en un matériau à mémoire de forme jusqu'à la température de changement de phase de ce matériau, comprise par exemple entre 60°C et 100°C. Cet échauffement est assuré par les moyens de chauffage 76. Lorsque le changement de phase se produit, l'organe tubulaire 72 s'allonge d'une valeur (par exemple environ 1 mm) suffisante pour assurer un décollement des surfaces tronconiques 58 et 62 d'une part, 60 et 64 d'autre part, par allongement de la région 74 du tirant 46. Dès que le décollement a eu lieu, le ressort spiral ou de torsion 40, qui agit en permanence entre les pièces 24 et 26 pour exercer un couple de pivotement entre ces pièces, entraîne en rotation la deuxième pièce 26 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre en considérant la figure 2. Le pivotement de la deuxième pièce 26 se poursuit jusqu'à ce que la partie 42 porte-miroir vienne en appui contre la butée 44 comme on l'a décrit précédemment.

Le résultat désiré est ainsi obtenu sans choc et au moyen d'un dispositif de commande d'escamotage particulièrement simple, léger et peu encombrant.

Il est à noter que l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation qui vient d'être décrite en se référant aux figures. Ainsi, même si elle présente un intérêt évident dans le domaine spatial, elle peut aussi être utilisée dans d'autres domaines. Par ailleurs, le dispositif peut être utilisé pour commander l'escamotage d'un organe mobile quelconque, dont le miroir décrit ne constitue qu'un exemple dans le cas particulier d'un système optique. Enfin, il est à noter que le déplacement de l'organe mobile peut être un mouvement quelconque tel qu'une rotation, une translation, ou un mouvement plus complexe.