Dynamique du déploiement autonome d'un héxapode à rubans pour applications spatiales

par Gwenaëlle Aridon

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Régis Dufour et de Didier Rémond.

Soutenue en 2007

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Les programmes spatiaux ont des exigences de résolution de plus en plus importantes que les télescopes monolithiques ne peuvent atteindre sans dépasser les limites de taille des lanceurs. Thalès Alénia Space a le projet de concevoir un télescope déployable dont la position du miroir secondaire serait corrigée selon six degrés de liberté. Le principe repose sur un hexapode utilisant successivement deux architectures complémentaires : une plate-forme de Gough-Stewart pour le déploiement et une structure "Poignet actif" pour la correction de l'assiette finale de la plate-forme supérieure supportant le miroir secondaire. L'innovation réside dans l'utilisation de six actionneurs originaux pour le déploiement des jambes de l'hexapode. Une lame métallique incurvée, appelée lame de Carpentier ou ruban, est enroulée autour d'une bobine. La libération de l'énergie de déformation provoque le déroulement des actionneurs à rubans et le déploiement autonome de la plate-forme. Un premier modèle de l'hexapode déployé a été élaboré afin d'évaluer sa raideur structurelle dans sa configuration opérationnelle. Validé par une analyse modale expérimentale, le modèle permet d’analyser les capacités de correction de la plate-forme supérieure grâce au concept de "Poignet actif". La caractérisation expérimentale de l'actionneur à ruban fait apparaître un comportement hystérétique qui peut être approché par un modèle de force de restitution. Celui-ci est utilisé dans les deux modèles de déploiement proposés confrontés aux mesures issues du déploiement en gravité compensée du prototype. La recherche effectuée et les outils développés aboutissent à des analyses et recommandations sur le déploiement.

  • Titre traduit

    Self-depoyment dynamicof a tape-spring hexapod for space applications


  • Résumé

    Large space-borne programs have resolution requirements more and more important that monolithic telescopes can’t achieve in the size limits of the launchers. Thus, Thalès Alenia Space wants to design a deployable telescope whom secondary mirror position would be corrected along six degrees of freedom. The principle lies on a hexapod using successively two architectures : a Gough-Stewart platform to achieve the deployment and a "active wrist" concept to correct the final position of the platform supporting the secondary mirror. Second order errors will be corrected by using adaptive optics. Innovation lies in the fact that six tape-spring actuators are used to deploy the hexapod legs. They are based on the principle of carpenter’s tape measures. A tape-spring actuator is composed of a thin curved strip coiled on a rotating drum and guided by spiral grooves. The release of the tape-spring strain energies allows the autonomous deployment of the platform. A model of the deployed hexapod has been first performed in order to investigate the structural stiffness in its working configuration. The tape-spring flexibility is modelled by using a condensed finite element model and take into account the deformed and pre-stressed geometry. Validated by an experimental modal analysis, the model is considered as linear and elastic to investigate the platform correction capabilities with the active wrist concept. The influence of the upper joint stiffness is highlighted. The deployment prediction needs to model the tape-spring actuators and to solve the direct dynamic model of a parallel structure. The experimental identification of the tapespring actuator highlights a hysteretic behaviour that can be described by a restoring force model. This model is useful for the elaborating two deployment models which are compared to the experimental results of a gravity compensated deployment. Developed tools allow several analyses. The influence of the micro-vibrations made by the satellite equipments in orbit is observed on the deployment. A sensitivity analysis of the deployment evaluates acceptable tolerances on the tape-spring actuators. The modal evolution of the hexapod during the deployment indicates the swept natural frequency range. The detection of possible singularities during the deployment is carried on with uncertain parameters.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (123 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. [113]-119

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3246)
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