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Etude mécanique et thermique d’un contact frottant en rotation dans le cadre d’un collecteur tournant à longue durée de vie

Description

Les collecteurs tournants (CT) sont des dispositifs électromécaniques permettant de transmettre une information d’une partie fixe à une partie tournante via un contact électrique frottant.

Les collecteurs tournants sont largement utilisés aussi bien dans les domaines industriel, militaire que spatial depuis de nombreuses décennies.

Ces dispositifs se retrouvent dans des équipements spatiaux tels que les mécanismes d’entraînement de générateurs solaires ou les instruments radiomètre, diffusiomètre, radar.

Leur dimensionnement critique est fortement conditionné par les contraintes opérationnelles qui sont telles que ces composants doivent permettre l’intégration et les tests représentatifs au sol tout en garantissant leur pleine performance en orbite. Ces environnements étant très différents, les technologies et les matériaux compatibles en sont réduits. Les difficultés à surmonter sont principalement [1] :

- Les alliages de balais doivent être très bons conducteurs électriques de façon à limiter la dissipation thermique et pouvoir ainsi maximiser la densité de courant pour réduire la masse et l’encombrement du collecteur

- Les alliages de contacts doivent garantir une résistance à l’usure la plus grande possible sans lubrification pour atteindre les endurances demandées en vol

- La pression de contact des balais sur la piste doit être maîtrisée pour minimiser les usures et le frottement tout en maîtrisant le bruit électrique.

- La souplesse des balais doit être optimisée afin de permettre une tolérance de positionnement tout en gérant la sensibilité aux vibrations et chocs en utilisation et principalement lors du lancement en orbite.

Dans ce cadre, EXXELIA souhaite compléter cette R&T avec le CNES en étudiant plus finement la chaîne de transmission électrique possédant un contact frottant, afin de permettre une optimisation des performances ainsi qu’un allongement de la durée de vie des collecteurs tournants.

Pour ce faire, nous proposons un travail de thèse portant sur :

  1. Le développement et l’optimisation de traitements de surface innovants des pistes de contact des collecteurs tournants (dorure…)
  2. Etude et validation du matériau des balais et du revêtement des pistes
  3. Une optimisation du design mécanique des pistes de contacts et des balais
  4. Une étude du comportement thermique du contact balai-pistes
  5. Optimisation de la pression des contact sur les pistes

Cette étude permettra de définir de nouvelles règles de design et d’outils qui permettront la réalisation de CT à très longues durées de vie sans maintenance nécessaire. Ceci devrait permettre de répondre aux besoins des mécanismes spatiaux à forte puissance et grande endurance.

[1] : K. Sawa, S. Kakino, T. Shigemori Y. Kawakami, K. Endo, G. Ou and H. Hagino IEEE 2005

 

Profil

Les différents objectifs de cette thèse nécessitent de travailler sur une problématique multi-physique (mécanique, électrique et thermique).

Formation souhaitée du candidat: ingénieur physico-chimistes/matériaux

Description de la structure
Laboratoire d'accueil : Institut Charles Sadron, CNRS Equipe Mécanique-Physique et Tribologie des Polymères Université de Strasbourg
Directeur(rice) de thèse/recherche : Gauthier Christian
E-mail du directeur(rice) de thèse/recherche : christian.gauthier@unistra.fr
Responsable Cnes de l'offre : MONDIER Jean-Bernard

Pour postuler à cette offre, nous vous invitons à vous rapprocher du directeur/rice de thèse et compléter avec son aide la partie cofinancement du formulaire en ligne (Répondre à l’offre)  pour le 1er avril 2019.

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