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WO2013011049A1 - Ensemble comportant un miroir et une structure porteuse en treillis - Google Patents

Ensemble comportant un miroir et une structure porteuse en treillis Download PDF

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Publication number
WO2013011049A1
WO2013011049A1 PCT/EP2012/064052 EP2012064052W WO2013011049A1 WO 2013011049 A1 WO2013011049 A1 WO 2013011049A1 EP 2012064052 W EP2012064052 W EP 2012064052W WO 2013011049 A1 WO2013011049 A1 WO 2013011049A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plane
mirror
beams
rod support
assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/064052
Other languages
English (en)
Inventor
Jean-Louis Carel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Electronics and Defense SAS
Original Assignee
Sagem Defense Securite SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sagem Defense Securite SA filed Critical Sagem Defense Securite SA
Publication of WO2013011049A1 publication Critical patent/WO2013011049A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
    • G02B7/182—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors
    • G02B7/183—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors specially adapted for very large mirrors, e.g. for astronomy, or solar concentrators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
    • G02B7/181—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S25/00—Arrangement of stationary mountings or supports for solar heat collector modules
    • F24S25/10—Arrangement of stationary mountings or supports for solar heat collector modules extending in directions away from a supporting surface
    • F24S25/13—Profile arrangements, e.g. trusses

Definitions

  • the present invention relates to an assembly comprising a mirror, and a carrier structure of the mirror itself comprising at least one base comprising a first plane, a second plane, and an internal link located between the first plane and the second plane.
  • Lightened mirrors of large size and optical quality are known for applications to terrestrial telescopes or possibly on artificial satellites or airplanes or inflatable balloons.
  • mirror for example a silicon carbide mirror and ribs perpendicular to the mirror.
  • the two parallel planes of the base are generally solid and machined plates, and are therefore relatively heavy to support mirrors of more than 3 m in diameter.
  • the invention proposes to overcome at least one of these disadvantages.
  • the invention proposes an assembly comprising a mirror, and a carrier structure of the mirror, comprising at least one base comprising a first plane, a second plane, and an internal link located between the first plane and the second plane.
  • the first plane, the second plane and the internal link respectively comprise only uninterrupted beams, without intermediate piece between beams, in order to form a rigid lattice structure
  • the structure comprising a support plane of rods integral with the mirror , the support plane comprising only uninterrupted beams, without intermediate part between beams, and being parallel to the foreground and the second plane.
  • the beams comprise longitudinal fibers, and are preferably pultruded elements
  • the rod support plane is located between the first plane and the second plane, each rod then being linked also to the first plane by a hinge;
  • the assembly comprises a stiffening connection between the rod support plane and the second plane;
  • the mirror is made of a first material, preferably glass, with a coefficient of thermal expansion a1
  • the first plane, the second plane, and the intermediate space are made of a second material, preferably a composite material, with a coefficient of thermal expansion.
  • the rod support plane is made of a third material, preferably a composite material, with a coefficient of thermal expansion a3, with where h.2 is the height between the first plane (201) and the rod support plane (208) (205);
  • h1 is the height between the first plane (201) and the mirror (1);
  • the assembly further comprises blockers adapted to block the rods relative to the rod support plane, when the mirror has a desired shape;
  • the mirror comprises local machining operations on a rear face
  • the lattice structure is of tetrahedral pattern.
  • the invention has many advantages.
  • the invention makes it possible to provide a carrier structure of the mirror, which is rigid and light.
  • the structure is indeed rigid because the constituent elements of the base of the carrier structure of the mirror comprise only uninterrupted beams, without intermediate piece between the beams. There is no articulation between the beams, and therefore no drop in rigidity.
  • the beams comprise longitudinal fibers and therefore have a high longitudinal rigidity, and are for example pultruded.
  • the structure is light because it is lattice-shaped and has no plates.
  • the invention makes it possible to produce large, ultra-lightweight machines, that is to say having a diameter greater than 2 meters for a total surface area of less than 25 kg / m 2 .
  • the assembly according to the invention makes it possible to use a glass mirror, which makes it possible to use the conventional manufacturing and polishing processes.
  • Conventional polishing processes have almost no limitation related to the size or optical quality of the mirror (related to the roughness of the surface of the mirror) achievable. It is thus possible to manufacture mirrors having a diameter ranging for example beyond 8 meters.
  • the assembly according to the invention makes it possible to use a material with a very low coefficient of thermal expansion on the one hand for the mirror (of the order of 10 -8 ), but also on the other hand for the structure: it is indeed possible to optimize the coefficient of thermal expansion of the beams to obtain a thermal expansion coefficient very low (for example less than 10 "6 ), to avoid deformation of the whole in case of significant external heat flow.
  • the carrier structure of the mirror also makes it possible to carry out retouches of the frozen form of the mirror by ionic machining, that is to say without contact.
  • FIG. 1 shows schematically a sectional view of a possible embodiment of an assembly according to the invention
  • FIG. 2 schematically shows a sectional view of a second possible embodiment of an assembly according to the invention
  • FIG. 3 is a perspective view of a third possible embodiment according to the invention.
  • FIG. 4 is a detailed view of section IV-IV shown in FIG. 3, and
  • FIG. 5 is a sectional view of a mirror according to the invention.
  • the assembly mainly comprises a mirror 1 of optical quality and of large size, and a structure 2 carrying the mirror 1.
  • the mirror 1 has a front face 1 1 and a rear face 12.
  • the front face 1 1 is polished with optical precision, a tolerance of the order of a few tens of nanometers on the roughness of the surface (the roughness is about the order of 2 nm on a spatial scale of less than 1 mm).
  • the rear face 12 is also polished to avoid internal stresses in the mirror 1, but without necessarily having an optical precision polishing. Alternatively, it may have undergone acid treatment that eliminates microcracks and stresses
  • the invention has applications for a terrestrial telescope or on an artificial satellite, an airplane or an inflatable balloon.
  • the mirror 1 is represented in the form of a plane mirror, but the mirror 1 can also be curved according to the desired applications.
  • the structure 2 comprises a base 20 itself comprising a first plane 201, a second plane 202 and an internal link 203 located between the first plane 201 and the second plane 202, and connecting the first plane 201 and the second plane 202, for give rigidity to the base 20.
  • the first plane 201 faces the rear face 12 of the mirror 1.
  • the second plane 202 is parallel to the first plane 201.
  • the first plane 201, the second plane 202 and the internal link 203 respectively comprise only beams 204, to also give lightness to the base 20, in addition to its rigidity.
  • the structure 2 is in the form of rigid mesh.
  • the structure 2 may have any lattice pattern, for example cubic or star, but is preferably tetrahedral.
  • the pattern can be regular or irregular: the mesh of the pattern can thus be taller than wide to optimize the rigidity of the structure depending on the intended applications.
  • each beam 204 is an element of the structure intended to stiffen it, generally with a small cross section relative to its longitudinal length.
  • the beams 204 may have any cross section, and be
  • the beam 204 can thus be described as a tube), or - Full (for example with a straight section of circular or rectangular outer profile, the beam 204 can be described as rod).
  • Each beam 204 thus extends respectively in the first plane 201, the second plane 202 or the internal link 203 at its maximum length to form a desired structure geometry 2, limited by the periphery 201 1 of the first plane 201 or the periphery 2021 of the second plane 202, without being interrupted by an intermediate piece.
  • 21 1 between beams 204 are preferably made by gluing, without intermediate piece.
  • the beams 204 are offset relative to each other in space to avoid any intersection between beams. As shown in Figure 4 for example, the beams 204 may however be in contact with each other.
  • the assembly example of FIG. 4 is nonlimiting, and other assemblies of the beams 204 with each other in the structure are also possible.
  • the length of beams necessary to realize a mirror of 2m of diameter is approximately 300m.
  • the structure 2 comprises a rod support plane 208 205.
  • the rods 205 thus provide the connection between the mirror 1 and the base 20 of the structure 2.
  • the rods 205 are integral with the mirror 1, and the rods 205 extend between the support plane 208 and the rear face 12 of the mirror 1.
  • the support plane 208 comprises only uninterrupted beams 204, as well as the first plane 201, the second plane 202 and the internal link 203.
  • the plane 208 coincides with the second plane 202.
  • the assembly also comprises blockers 21 0 adapted to block the rods 205 relative to the support plane 208 when the mirror has a desired shape.
  • the mirror 1 has indeed a fixed form, that is to say that its shape can not be modified point by point by deformation of the mirror during its operation.
  • the desired shape obtained for the mirror during its manufacture its shape is frozen throughout its lifetime.
  • the deformable surface of the mirror 1 is deformed by acting on the respective length of the plurality of rods 205 relative to each other and relative to the plane 208, the gap between the modified form obtained and the desired theoretical shape of the mirror 1 is then controlled, and said mirror surface 1 is finally frozen by the blockers 210 when the theoretical shape is reached with a precision less than a given precision threshold.
  • the carrier structure 2 of the mirror 1 also makes it possible to carry out retouches of the frozen form of the mirror by ionic machining, that is to say without contact. Meanwhile, it is assumed that the possibility of mechanically adjusting the shape of the front face 1 of the mirror 1 makes it possible, starting from an initial polishing whose precision is relaxed, to perform only small retouching by ionic machining (ie without contact process retouching) after assembly with the lattice structure 2. The prior mechanical adjustment minimizes the amplitude of necessary retouching, which is very slow to perform. The separation of the structure from the optical side allows this advantage.
  • the blockers 210 may be formed by gluing, or by any other fastening means.
  • the mirror 1 is made of a first material, of thermal expansion coefficient al
  • the first plane 201, the second plane 202 and the internal link 203 are in a second material, thermal expansion coefficient a2.
  • the rods 205 can thus be chosen a little flexible, but with sufficient residual rigidity so that the mirror 1 does not have a too low mode of vibration in the plane.
  • the first material is preferably optical quality glass, for example of the zerodur brand.
  • the glass can be manufactured and polished to optical precision by methods known to those skilled in the art.
  • the second material is a material with high rigidity, for example - a material comprising longitudinal fibers, advantageously a very high fiber content in the longitudinal axis of the beams, for example a composite material, for example glass fiber type or very preferably carbon, high modulus or ultra high modulus, in a resin for example epoxy, polyester, or cyanate ester (low coefficient of water expansion), or
  • the longitudinal rigidity of the material of the beams 204 is for example greater than 100 GPa, advantageously greater than 150 GPa.
  • the composite material makes it possible to give the beams 204 a longitudinal Young's modulus greater than 150 GPa, but for example very advantageously greater than 400 GPa, preferentially greater than 500 GPa and very preferably greater than 600 GPa.
  • the carbon fibers also make it possible to have the relation al "a2.
  • the longitudinal fibers of the material of the beams 204 give them a high rigidity (stiffness) longitudinal.
  • Beams having longitudinal fibers can be produced by any manufacturing method.
  • the beams 204 are pultruded elements, that is to say, produced by pultrusion, namely a known technique of forcing, through a die, wicks continuous fibers, for example glass or preferably carbon, previously impregnated with resin, for example epoxy, polyester, or cyanate ester, and to obtain a great unidirectional stiffness in the longitudinal axis.
  • pultrusion makes it possible to exploit optimally the material's rigidity potential: the choice of the right type of fibers and the resin forming the matrix makes it possible to obtain a very high longitudinal rigidity. Pultrusion is also expensive.
  • the rods 205 may for example be also but not limited to composite material.
  • the rods 205 are advantageously secured to the mirror 1 by means of shoes 13 in the same material as the mirror 1.
  • the rods 205 and the shoes 13 are for example glued together and on the mirror 1.
  • the assembly allows a thermal decoupling between the mirror 1 and the structure 2, by bending rods 205.
  • the mirror 1 can move slightly in its plane. However, it may be desirable not to allow this movement of the mirror 1 in its plane, to avoid the eigen modes of vibration of the wheel, for example.
  • the rod support plane 208 is situated between the first plane 201 and the second plane 202.
  • each rod 205 is also connected to the first plane 201 by a flexible hinge 209, for example by bending the beams 204 of the first plane 201 and / or the second plane 202 and / or the internal link 203, the rods 205. being no longer flexible in the embodiment of FIG. 2.
  • the hinge 209 can be made for example by a cooperation of the rod 205 with a hole of a beam 204 of the first plane 201, or by mechanical support of the rod 205 on the beams 204 of the first plane 201.
  • the structure 2 comprises a stiffening connection 206 between the rod support plane 208 and the second plane 202.
  • the map 208 rods support 205 is made of a third material, different from the second material, and thermal coefficient of expansion ⁇ 3, and
  • FIG. 2 there is no lateral constraint at the rods 205 under the mirror 1, and there is no deformation of the mirror 1.
  • the structure of Figure 2 also has a high rigidity, reinforced in the plans 201 and 202, through the link 206.
  • the rear face 12 of the mirror 1 may comprise local machining operations 207, in order to optimize the local rigidity of the mirror.
  • the structure 2 may comprise more than one base 20, to further increase the rigidity of the structure 2 lattice, the bases 20 then being superimposed on each other.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un ensemble comportant : un miroir (1 ), et une structure (2) porteuse du miroir (1 ), comportant au moins une base (20) comportant : un premier plan (201 ), un deuxième plan, et un lien interne (203) situé entre le premier plan (201 ) et le deuxième plan, caractérisé en ce que le premier plan (201 ), le deuxième plan et le lien interne (203) respectivement comportent uniquement des poutres (204) ininterrompues, sans pièce intermédiaire entre poutres, afin de former une structure (2) rigide en treillis, et en ce que le miroir (1 ) est solidaire de tiges, la structure comportant en outre un plan de support de tiges solidaires du miroir (1 ), le plan de support comportant uniquement des poutres ininterrompues, sans pièce intermédiaire entre poutres, et étant parallèle au premier plan (201 ) et au deuxième plan.

Description

ENSEMBLE COMPORTANT UN MIROIR ET UNE STRUCTURE
PORTEUSE EN TREILLIS
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
La présente invention concerne un ensemble comportant un miroir, et une structure porteuse du miroir comportant elle-même au moins une base comportant un premier plan, un deuxième plan, et un lien interne situé entre le premier plan et le deuxième plan.
ETAT DE L'ART
On connaît des miroirs allégés de grandes dimensions et de qualité optique, pour des applications à des télescopes terrestres ou éventuellement embarqués sur des satellites artificiels ou des avions ou des ballons gonflables.
Pour ces applications, on connaît
soit un ensemble comportant le miroir, par exemple un miroir en verre, et une structure porteuse du miroir, la structure comportant en général une base comportant deux plans parallèles entre lesquels est situé un lien interne ;
- soit un ensemble comportant le miroir, par exemple un miroir en carbure de silicium et des nervures perpendiculaires au miroir.
Cependant, d'une part les deux plans parallèles de la base sont en général des plaques pleines et usinées, et sont par conséquent relativement lourds pour supporter des miroirs de plus de 3 m de diamètre. D'autre part, il est difficile de fabriquer et d'usiner des miroirs de qualité optique en carbure de silicium de plus de 1 ,5 m de diamètre.
O n co n n aît d ' a p rès l es d ocu m e n ts F R2865284 , U S 4 1 7 1 876 , US2004/0136101 , et US42181 14 des ensembles comportant un miroir et une structure porteuse de miroir en treillis.
Les structures enseignées sont également relativem ent lourdes et n'atteignent pas la rigidité recherchée par la présente invention. PRESENTATION DE L'INVENTION
L'invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients.
A cet effet, on propose selon l'invention un ensemble comportant un miroir, et une structure porteuse du miroir, comportant au moins une base comportant un premier plan, un deuxième plan, et un lien interne situé entre le premier plan et le deuxième plan, caractérisé en ce que le premier plan, le deuxième plan et le lien interne respectivement comportent uniquement des poutres ininterrompues, sans pièce intermédiaire entre poutres, afin de former une structure rigide en treillis, la structure comportant un plan de support de tiges solidaires du miroir, le plan de support comportant uniquement des poutres ininterrompues, sans pièce intermédiaire entre poutres, et étant parallèle au premier plan et au deuxième plan .
L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- les poutres comportent des fibres longitudinales, et sont préférentiellement des éléments pultrudés ;
- le plan de support de tiges est confondu avec le deuxième plan ;
- le plan de support de tiges est situé entre le premier plan et le deuxième plan, chaque tige étant alors liée également au prem ier plan par une articulation ;
- l'ensemble comporte une liaison de rigidification entre le plan de support de tiges et le deuxième plan ;
- le miroir est en un prem ier matériau, préférentiellement du verre, de coefficient de dilatation thermique a1 , le premier plan, le deuxième plan, et l'espace intermédiaire sont en un deuxième matériau, préférentiellement un matériau composite, de coefficient de dilatation thermique a2, le plan de support de tiges est en un troisième matériau, préférentiellement un matériau composite, de coefficient de dilatation thermique a3, avec
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où h.2 est la hauteur entre le premier plan (201 ) et le plan (208) de support de tiges (205) ; et
h1 est la hauteur entre le premier plan (201 ) et le miroir (1 ) ;
- l'ensemble comporte en outre des bloqueurs adaptés pour bloquer les tiges par rapport au plan de support de tiges, lorsque le miroir a une forme recherchée ;
- le miroir comporte des usinages locaux sur une face arrière ; et
- la structure en treillis est de motif tétraédrique. L'invention présente de nombreux avantages.
L'invention permet de fournir une structure porteuse du miroir, rigide et légère.
La structure est en effet rigide du fait que les éléments constitutifs de la base de la structure porteuse du miroir comportent uniquement des poutres ininterrompues, sans pièce intermédiaire entre les poutres. Il n'y a donc pas d'articulation entre les poutres, et donc pas de baisse de rigidité.
Avantageusement, les poutres comportent des fibres longitudinales et ont donc une forte rigidité longitudinale, et sont par exemple pultrudées.
La structure est légère du fait qu'elle est en forme de treillis et ne comporte pas de plaques.
L' invention permet de réaliser des m iroirs de grande dimension ultralégers, c'est-à-dire ayant un diamètre supérieur à 2 mètres pour masse surfacique totale inférieure à 25 kg/m2.
L'ensemble selon l'invention permet d'utiliser un miroir en verre, ce qui permet d'utiliser les procédés classiques de fabrication et de polissage. Les procédés classiques de polissage ne présentent quasiment aucune limitation liée à la taille ou la qualité optique du miroir (liée à la rugosité de la surface du miroir) atteignables. Il est ainsi possible de fabriquer des miroirs ayant un diamètre allant par exemple au-delà de 8 mètres.
L'ensemble selon l'invention permet d'utiliser un matériau à très faible coefficient de dilatation thermique d'une part pour le miroir (de l'ordre de 10"8), mais aussi d'autre part pour la structure : il est en effet possible d'optimiser le coefficient de dilatation thermique des poutres pour obtenir un coefficient de dilatation thermique très faible (par exemple inférieur à 10"6), pour éviter les déformation de l'ensemble en cas de flux thermique externe important.
La structure porteuse du miroir permet d'effectuer également des retouches de la forme figée du miroir par usinage ionique, c'est-à-dire sans contact.
PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement une vue en coupe d'un mode de réalisation possible d'un ensemble selon l'invention ;
- la figure 2 représente schématiquement une vue en coupe d'un deuxième mode de réalisation possible d'un ensemble selon l'invention ;
- la figure 3 est une vue en perspective d'un troisième mode de réalisation possible selon l'invention ;
- la figure 4 est une vue détaillée de la coupe IV-IV représentée sur la figure 3, et
- la figure 5 est une vue en coupe d'un miroir selon l'invention.
Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références numériques identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE
Les figures représentent schématiquement des modes de réalisation possibles d'un ensemble selon l'invention.
L'ensemble comporte principalement un miroir 1 de qualité optique et de grande dimension, et une structure 2 porteuse du miroir 1 .
Le miroir 1 comporte une face avant 1 1 et une face arrière 12.
Il est de qualité optique, c'est-à-dire que la face avant 1 1 est polie avec une précision optique, soit une tolérance de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres sur la rugosité de la surface (la rugosité est environ de l'ordre de 2nm sur une échelle spatiale inférieure à 1 mm). La face arrière 12 est également polie pour éviter les contraintes internes au miroir 1 , mais sans nécessairement présenter un polissage à précision optique. Alternativement, elle peut avoir subi un traitement à l'acide qui élimine les microfissures et contraintes
Le m iroir 1 a préférentiel lem ent m ais non l im itativement des applications à un télescope terrestre ou embarqué sur un satellite artificiel, un avion ou un ballon gonflable.
Sur les figures, le miroir 1 est représenté sous la forme d'un miroir plan, mais le miroir 1 peut également être courbé en fonction des applications souhaitées.
La structure 2 comporte une base 20 comportant elle-même un premier plan 201 , un deuxième plan 202 et un lien interne 203 situé entre le premier plan 201 et le deuxième plan 202, et reliant le premier plan 201 et le deuxième plan 202, pour conférer de la rigidité à la base 20.
Le premier plan 201 fait face à la face arrière 12 du miroir 1 .
Le deuxième plan 202 est parallèle au premier plan 201 .
Le premier plan 201 , le deuxième plan 202 et le lien interne 203 respectivement comportent uniquement des poutres 204, pour conférer également de la légèreté à la base 20, en plus de sa rigidité. La structure 2 est donc sous forme de treillis rigide.
La structure 2 peut avoir un motif de treillis quelconque, par exemple cubique ou en étoile, mais est préférentiellement tétraédrique. Le motif peut être régulier ou irrégulier : les mailles du motif peuvent ainsi être plus hautes que larges pour optimiser la rigidité de la structure en fonction des applications visées.
De manière classique, chaque poutre 204 est un élément de la structure destiné à la rigidifier, généralement avec une section droite petite par rapport à sa longueur longitudinale. Les poutres 204 peuvent avoir une section droite quelconque, et être
- creuses (par exemple avec une section droite en forme d'anneau ; la poutre 204 peut ainsi être qualifiée de tube), ou - pleines (par exemple avec une section droite de profil externe circulaire ou rectangulaire ; la poutre 204 peut ainsi être qualifiée de jonc). Les poutres 204 du premier plan 201 , deuxième plan 202, et du lien interne
203 sont ininterrompues, c'est-à-dire qu'elles s'étendent sur leur longueur sans pièce intermédiaire entre poutres.
En effet, la mise en place de poutres liées les unes aux autres par des pièces intermédiaires, formant des articulations au sein du prem ier plan 201 , du deuxième plan 202 ou du troisième plan 203, serait préjudiciable à la rigidité de la structure 2 et à sa stabilité thermique, du fait de la dilatation des joints de colle par exemple.
Chaque poutre 204 s'étend ainsi respectivement dans le premier plan 201 , le deuxième plan 202 ou le lien interne 203 au maximum de sa longueur pour former une géométrie de structure 2 souhaitée, limitée par la périphérie 201 1 du premier plan 201 ou la périphérie 2021 du deuxième plan 202, sans être interrompue par une pièce intermédiaire.
Par exemple, au niveau de la périphérie 201 1 ou 2021 , chaque poutre
204 s'étend sans interruption jusqu'à un changement de direction, sans être interrompue par une pièce intermédiaire. De même, les seules jonctions
21 1 entre poutres 204 sont effectuées préférentiellement par collage, sans pièce intermédiaire. En outre, pou r éviter l a prése nce de p ièces intermédiaires entre poutres, les poutres 204 sont décalées les unes par rapport aux autres dans l'espace pour éviter toute intersection entre poutres. Comme le montre la figure 4 par exemple, les poutres 204 peuvent cependant être en contact les unes avec les autres. L'exemple d'assemblage de la figure 4 est non limitatif, et d'autres assemblages des poutres 204 entre elles dans la structure sont également possibles.
Pour fixer les idées, la longueur de poutres nécessaire pour réaliser un miroir de 2m de diamètre est d'environ 300m.
La structure 2 comporte un plan 208 de support de tiges 205. Les tiges 205 assurent ainsi la liaison entre d'une part le miroir 1 et d'autre part la base 20 de la structure 2.
A cet effet, les tiges 205 sont solidaires du miroir 1 , et les tiges 205 s'étendent entre le plan 208 de support et la face arrière 12 du miroir 1 .
Afin de garder une légèreté optimale, le plan 208 de support comporte uniquement des poutres 204 ininterrompues, de même que le premier plan 201 , le deuxième plan 202 et le lien interne 203.
Selon un premier mode de réalisation représenté à la figure 1 , le plan 208 est confondu avec le deuxième plan 202.
L'ensemble comporte également des bloqueurs 21 0 adaptés pour bloquer les tiges 205 par rapport au plan 208 de support lorsque le miroir a une forme recherchée.
Le miroir 1 a en effet une forme figée, c'est-à-dire que sa forme ne peut être modifiée point par point par déformation du m iroir lors de son fonctionnement. Au contraire, une fois la forme recherchée obtenue pour le miroir lors de sa fabrication, sa forme est figée pendant toute sa durée de vie. En effet, lors de la fabrication de l'ensemble, la surface déformable du miroir 1 est déformée en agissant sur la longueur respective de la pluralité de tiges 205 les unes par rapport aux autres et par rapport au plan 208, l'écart entre la forme modifiée obtenue et la forme théorique recherchée du miroir 1 est ensuite contrôlé, et ladite surface du miroir 1 est enfin figée par les bloqueurs 210 lorsque la forme théorique est atteinte avec une précision inférieure à un seuil de précision donné.
La structure 2 porteuse du miroir 1 permet d'effectuer également des retouches de la forme figée du miroir par usinage ionique, c'est-à-dire sans contact. Ce pendant, o n co m prend q ue l e fa it de pouvo i r rég ler mécaniquement la forme de la face 1 1 avant du miroir 1 permet, à partir d'un polissage initial dont la précision est relâchée, de n'effectuer que de petites retouches par usinage ionique (i.e. sans retouche par procédé à contact) après assemblage avec la structure 2 treillis. Le réglage mécanique préalable minimise l'amplitude des retouches nécessaires, qui sont très lentes à effectuer. La séparation de la structure par rapport à la face optique permet cet avantage. Les bloqueurs 210 peuvent être formés par collage, ou par tout autre moyen de fixation.
Le miroir 1 est en un premier matériau, de coefficient de dilatation thermique al
Le premier plan 201 , le deuxième plan 202 et le lien interne 203 sont en un deuxième matériau, de coefficient de dilatation thermique a2.
On a en général
al≠ a2
Préférentiellement, on a
al « al
ceci afin de minimiser les besoins de flexion 3 des tiges 205 lors des dilatations thermiques. Les tiges 205 peuvent ainsi être choisies un peu flexibles, mais avec suffisamment de rigidité résiduelle pour que le miroir 1 ne présente pas un mode trop bas de vibration dans le plan.
Le premier matériau est préférentiellement du verre de qualité optique, par exemple de la marque zerodur. Le verre peut être fabriqué et poli à la précision optique par les procédés connus de l'homme du métier.
Le deuxième matériau est un matériau à grande rigidité, par exemple - un matériau comportant des fibres longitudinales, avantageusement un très fort taux de fibres dans l'axe longitudinal des poutres, par exemple un matériau composite, par exemple de type fibres de verre ou très préférentiellement de carbone, à haut module ou ultra haut module, dans une résine par exemple époxy, polyester, ou ester cyanate (à faible coefficient de dilation hydrique), ou
- un carbure de silicium par exemple.
La rigidité longitudinale du matériau des poutres 204 est par exemple supérieure à 100 GPa, avantageusement supérieure à 150 GPa.
Par exemple mais non limitativement, le matériau composite permet de conférer aux poutres 204 un module d'Young longitudinal supérieur à 150 GPa, mais par exemple très avantageusement supérieur à 400 GPa, préférentiellement supérieur à 500 GPa et très préférentiellement supérieur à 600 GPa.
De plus, les fibres de carbone permettent également d'avoir la relation al « a2 .
Les fibres longitudinales du matériau des poutres 204 leur confèrent une grande rigidité (raideur) longitudinale.
On peut réaliser des poutres comportant des fibres longitudinales par tout procédé de fabrication.
Par exemple mais non limitativement, pour renforcer la rigidité de la structure 2, les poutres 204 sont des éléments pultrudés, c'est-à-dire fabriqués par pultrusion, à savoir une technique connue consistant à forcer, à travers une filière, des mèches de fibres continues, par exemple en verre ou préférentiellement en carbone, préalablement imprégnées de résine, par exemple époxy, polyester, ou ester cyanate, et permettant d'obtenir une grande raideur unidirectionnelle dans l'axe longitudinal. L'utilisation de la pultrusion permet d'exploiter de façon optimale le potentiel de rigidité du matériau : le choix du bon type de fibres et de la résine formant la matrice permet en effet d'obtenir une très grande rigidité longitudinale. La pultrusion est également peut onéreuse.
Les tiges 205 peuvent par exemple être aussi mais non limitativement en matériau composite.
Pour éviter encore davantage les contraintes thermiques sur le miroir 1 , les tiges 205 sont avantageusement solidaires du miroir 1 par l'intermédiaire de patins 13 dans le même matériau que le miroir 1 .
Les tiges 205 et les patins 13 sont par exemple collés ensemble et sur le miroir 1 .
Comme le montrent les flèches 3 de la figure 1 , l'ensemble permet un découplage thermique entre le miroir 1 et la structure 2, par flexion des tiges 205. Le miroir 1 peut donc se déplacer légèrement dans son plan. On peut cependant souhaiter ne pas autoriser ce déplacement du m iroir 1 dans son plan, pour éviter les modes propres de vibration du m iroir par exemple.
Ainsi, selon un deuxième mode de réalisation possible représenté à la figure 2, le plan 208 de support de tiges 205 est situé entre le prem ier plan 201 et le deuxième plan 202.
Dans ce cas, chaque tige 205 est également liée au premier plan 201 par une articulation 209 flexible, par exemple par la flexion des poutres 204 du premier plan 201 et/ou du deuxième plan 202 et/ou du lien interne 203, les tiges 205 n'étant alors plus flexibles dans le mode de réalisation de la figure 2.
L'articulation 209 peut être effectuée par exemple par une coopération de la tige 205 avec un perçage d'une poutre 204 du premier plan 201 , ou par appui mécanique de la tige 205 sur des poutres 204 du prem ier plan 201 .
De même, la structure 2 comporte une liaison 206 de rigidification entre le plan 208 de support de tiges 205 et le deuxième plan 202.
Dans ce cas, pour compenser la flexion des poutres 204 du prem ier plan 201 et/ou du deuxième plan 202 et/ou du lien interne 203,
- le plan 208 de support de tiges 205 est en un troisième matériau, différent du deuxième matériau, et de coefficient de dilatation thermique <χ3, et
- la hauteur h2 entre le premier plan 201 et le plan 208 de support de tiges 205; et la hauteur h1 entre le premier plan 201 et le miroir 1 sont liées par la relation :
(oc 2 - al)
Λ2 = M ·
(a3 - al)
Ainsi, dans le mode de réalisation de la figure 2, il n'y a aucune contrainte latérale au niveau des tiges 205 sous le miroir 1 , et don c pas de déformation du miroir 1 . La structure de la figure 2 bénéficie également d'une grande rigidité, renforcée dans les plans 201 et 202, grâce à la liaison 206.
Comme le montre la figure 5, la face arrière 12 du m iroir 1 peut comporter des usinages 207 locaux, afin d'optimiser la rigidité locale du miroir.
Comme le montre la figure 3, la structure 2 peut comporter plus d'une base 20, afin d'augmenter encore la rigidité de la structure 2 en treillis, les bases 20 étant alors superposées les unes sur les autres.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Ensemble comportant :
- un miroir (1 ), et
- une structure (2) porteuse du miroir (1 ), comportant au moins une base (20) comportant :
- un premier plan (201 ),
- un deuxième plan (202), et
- un lien interne (203) situé entre le premier plan (201 ) et le deuxième plan (202),
caractérisé en ce que le premier plan (201 ), le deuxième plan (202) et le lien interne (203) respectivement comportent uniquement des poutres (204) ininterrompues, sans pièce intermédiaire entre poutres,
afin de former une structure (2) rigide en treillis, et en ce que le miroir (1 ) est solidaire de tiges (205), la structure comportant en outre un plan (208) de support de tiges (205) solidaires du miroir (1 ),
le plan (208) de support
- comportant uniquement des poutres (204) ininterrompues, sans pièce intermédiaire entre poutres, et
- étant parallèle au premier plan (201 ) et au deuxième plan (202).
2. Ensemble selon la revendication 1 , dans lequel les poutres (204) comportent des fibres longitudinales, et sont préférentiellement des éléments fabriqués par pultrusion.
3. Ensemble selon la revendication 1 , dans lequel le plan (208) de support de tiges (205) est confondu avec le deuxième plan (202).
4. Ensemble selon la revendication 1 , dans lequel le plan (208) de support de tiges (205) est situé entre le prem ier plan (201 ) et le deuxième plan (202), chaque tige (205) étant alors liée également au premier plan (201 ) par une articulation (209).
5. Ensemble selon la revendication 4, comportant une liaison (206) de rigidification entre le plan (208) de support de tiges (205) et le deuxième plan (202).
6. Ensemble selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel
le miroir (1 ) est en un premier matériau, préférentiellement du verre, de coefficient de dilatation thermique α1 ,
le premier plan (201 ), le deuxième plan (202), et l'espace intermédiaire (203) sont en un deuxième matériau, préférentiellement un matériau composite, de coefficient de dilatation thermique a2,
le plan (208) de support de tiges (205) est en un troisième matériau, préférentiellement un matériau composite, de coefficient de dilatation thermique a3,
et dans lequel :
Figure imgf000015_0001
où h2 est la hauteur entre le premier plan (201 ) et le plan (208) de support de tiges (205) ; et
h1 est la hauteur entre le premier plan (201 ) et le miroir (1 ).
7. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 6, comportant en outre des bloqueurs (210) adaptés pour bloquer les tiges (205) par rapport au plan (208) de support de tiges (205), lorsque le miroir a une forme recherchée.
8. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le m iroir comporte des usinages (207) locaux sur une face (12) arrière.
9. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel la structure (2) en treillis est de motif tétraédrique.
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