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Actionneurs MICA optimisés à haut rendement pour compresseurs spatiaux

Les actionneurs contrôlables à fer mobile MICA™ sont des actionneurs linéaires magnétiques de CEDRAT TECHNOLOGIES (CTEC) qui trouvent leur intérêt dans les applications nécessitant une densité de force élevée et un faible échauffement. En raison de ces performances attrayantes, certaines applications spatiales telles que les compresseurs de gaz ZBO et le cryocooler à tube d'impulsion envisagent leur utilisation dans des missions opérationnelles. Cependant, cette dernière application nécessite la démonstration de caractéristiques supplémentaires, notamment un rendement élevé, une longue durée de vie et une bonne homogénéité de la force afin de minimiser la génération de micro-vibrations exportées. Pour répondre à ces caractéristiques supplémentaires, CTEC a développé un MICA optimisé suivant les spécifications du cryocooler à tube d'impulsion (PTC) d'AIR LIQUIDE. L'article présentera les progrès de performance obtenus sur cette MICA personnalisée, depuis la prédiction de la modélisation jusqu'aux essais en laboratoire des modèles d'ingénierie.
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Actionneurs piézoélectriques amplifiés avec capteur à courants de Foucault intégré pour un mécanisme spatial de De-SPIN cryogénique

Les actionneurs piézoélectriques constituent une solution compacte et dynamique pour les applications spatiales de pointage laser. Toutefois, afin d'éviter l'utilisation de mécanismes HDRM (Hold Down and Release Mechanisms), il est généralement nécessaire d'augmenter la force maximale admissible, ce qui affecte directement les performances en déplacement de l'actionneur. Par ailleurs, l'environnement cryogénique influence fortement les composants mécaniques et piézoélectriques ainsi que les capteurs intégrés, en particulier les jauges de contrainte, qui offrent une excellente compacité et une grande précision mais ne peuvent pas fonctionner à très basse température. Le projet ESA (Agence spatiale européenne) De-SPIN a permis de relever ces défis en concevant, fabriquant et testant une technologie innovante d'actionneur piézoélectrique amplifié (APA®) capable de supporter des niveaux de vibrations de lancement élevés tout en intégrant un capteur résistant aux environnements cryogéniques. Cet actionneur peut être intégré dans un Fast Steering Mirror (FSM) complet et atteindre une course de 105 µm à −150 °C, avec redondance, tout en résistant à des vibrations aléatoires de lancement de 18,04 g RMS avec une charge utile de 125 g.
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Améliorer la fiabilité des actionneurs et moteurs piézo soumis à un échauffement propre important et à plusieurs milliards de cycles de fonctionnement, ou à des conditions d’environnement extrêmes

Les actionneurs piézoélectriques offrent une grande précision de positionnement et une réponse dynamique rapide, ce qui les rend particulièrement adaptés aux applications nécessitant un comportement non magnétique, une compatibilité avec les rayonnements, un rapport force/volume élevé, une force de maintien fiable hors tension et une résistance aux environnements soumis à des vibrations. Cependant, lors d’un fonctionnement à haute fréquence ou en continu, ces actionneurs peuvent subir un échauffement propre important, en particulier lorsqu’ils sont utilisés sous vide ou dans des environnements à température élevée. Pour relever ces défis et permettre un fonctionnement fiable des actionneurs piézoélectriques dans des conditions extrêmes, le projet PROOFED, financé par Eurostars, a été lancé. Il rassemble Cedrat Technologies (CTEC), coordinateur du projet chargé de la conception des moteurs piézoélectriques, le CSEM, chargé de la modélisation thermique et du développement de systèmes de dissipation thermique, et CTS, chargé du développement de piles piézoélectriques haute température. Parmi les résultats obtenus, on peut citer la validation expérimentale de 10 milliards d’actionnements à des températures pouvant atteindre 200 °C, un dissipateur thermique permettant une réduction de 41 % de la résistance thermique, ainsi que de nouvelles versions de moteurs piézoélectriques rotatifs pas à pas (RSPA) offrant une large plage de fonctionnement thermique et une résistance aux champs magnétiques, aux vibrations et aux chocs.
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Défis de conception et de test des mécanismes de pointage piézoélectriques spatiaux à mesure que la masse du miroir augmente

Les mécanismes de pointage piézoélectriques doivent non seulement assurer des fonctions de haute précision, mais aussi être extrêmement résistants tout en restant compacts et légers afin de répondre aux exigences des lancements spatiaux. Garantir le succès des tests de vibrations, sans utiliser de verrouillage de lancement, constitue un aspect critique des projets.

Cet article présente comment l’augmentation de la course du mécanisme et de la taille de la charge utile affecte la capacité des dispositifs à supporter les vibrations lors du lancement, et comment le comportement non linéaire de la rigidité de la céramique piézoélectrique peut influencer le contrôle de l’actionneur de la table vibrante lors des tests de qualification, ce qui peut conduire à des sur-tests significatifs.

Enfin, des recommandations sont fournies, pouvant être appliquées lors du choix des équipements de test, basées sur l’expérience de Cedrat Technologies.

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Effets de l’injection de pointe sur un moteur turbofan avec des actionneurs non invasifs à grande vitesse

De nouveaux actionneurs piézoélectriques ont été conçus et fabriqués avec une nouvelle admission pour le moteur à réaction Larzac 04 C5. Il possède des positions d'injection non invasives qui n'ont pas d'effet mesurable sur le flux d'air d'admission lorsqu'il est éteint. L'objectif principal de la conception du système était d'obtenir une puissance élevée de l'air injecté et, par conséquent, un SMI élevé. Les résultats présentés permettent d'obtenir un SMI maximum de 99%. Diverses conditions de fonctionnement du moteur et positions d'injection ont été testées expérimentalement et discutées en ce qui concerne le SMI. En outre, la relation complexe entre les gains de SMI et la consommation de carburant spécifique à la poussée (TSFC) est explorée dans une analyse d'équilibre de puissance, révélant un compromis entre l'amélioration de la SMI et l'augmentation de la consommation d'énergie.
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Fast Steering Mirrors magnétiques pour le suivi de cible et les communications optiques dans les secteurs de la défense et de l’aérospatial

Les applications de suivi de cible dans la défense et de communications optiques spatiales reposent sur des solutions de pilotage à haute précision, sobres en énergie, pour lesquelles la compacité, l'intégration, la fiabilité et la robustesse en environnements sévères sont essentielles. Afin de répondre aux exigences des fonctions de pointage fin et rapide (Fine & Fast Pointing) ainsi que des mécanismes d'anticipation de pointage (Point Ahead Mechanism) destinés aux applications de défense et spatiales, CEDRAT TECHNOLOGIES (CTEC) améliore continuellement sa gamme de miroirs de pointage rapide magnétiques (M-FSM45 et M-FSM62). Ces systèmes reposent sur un mécanisme propriétaire d'actionneurs magnétiques à guidage flexure MICA™ (Moving Iron Controllable Actuator) intégrant des capteurs à courants de Foucault, offrant une excellente capacité de contrôle. Forte de son expertise et de nombreuses années d'expérience dans le domaine des miroirs de pointage rapide magnétiques (M-FSM), CTEC a développé de nouvelles versions des M-FSM62 et M-FSM45 dans le cadre de plusieurs projets de R&D dédiés à la défense et au spatial. Parmi ceux-ci figurent un projet de défense consacré aux fonctions IRST (InfraRed Search and Track) embarquées sur aéronefs, ainsi que les projets spatiaux espagnol QKD GEO, visant à démontrer un système de distribution quantique de clés embarqué sur satellite géostationnaire, et SOLIS, consacré aux services de communications optiques sécurisées par satellites géostationnaires. Ces nouveaux développements permettent d'atteindre des performances supérieures à celles des produits actuellement disponibles sur le marché.
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