AMS-02 - Partie mecanique

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1 AMS-02 - Partie mecanique
A. Cahier des charges AMS2 B. Le Design retenu C. L’assemblage D. Les simulations E.F. et tests de validation E. L’équipe technique Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.1

2 A. Le cahier des charges AMS2 - [1]
AMS 2 - Partie mecanique A. Le cahier des charges AMS2 - [1] But : Installer pour 3 ans a partir d’ Octobre 2003, un spectromètre pour la recherche d’ anti matière et matière manquante de l’univers. AMS-02 Poutre station ISS Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.2

3 A. Le cahier des charges AMS2 - [2]
AMS 2 - Partie mecanique A. Le cahier des charges AMS2 - [2] Aimant supra conducteur Structure support USS-02 (Partie Lockheed Martin) Calorimetre electromagnetique (Partie LAPP) Poutre station ISS Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.3

4 A. Le cahier des charges AMS2 - [3]
AMS 2 - Partie mecanique A. Le cahier des charges AMS2 - [3] 1. Aspect mécanique Facteur de charges (résultante = 19.6 g !) Nx = 9.8 g ; Ny = 9.8 g ; Nz = 13.9 g Fréquence de résonance ƒ0 > 50 Hz Masse limite m = 600 Kg (!) Enveloppe limite LxlxH = x 1000 x 250 mm3 Facteur de sécurité s = 1.2 Schéma AMS-02 z Soute navette Calorimètre Tests de validation sur modèle d’ingénierie à Pékin (début 2002) Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.4

5 A. Le cahier des charges AMS2 - [4]
AMS 2 - Partie mecanique A. Le cahier des charges AMS2 - [4] 2. Aspect thermique • Chargement thermique (rayonnement solaire) Pas connu pour le moment Températures de fonctionnement estimées -50ºC < T< +50ºC Périodicité (orbite) Toutes les 90 minutes Nombre de cycles thermiques (fatigue mécanique) 30000 pour 5 ans d’existance (marge de securite) Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.5

6 A. Le cahier des charges AMS2 - [5]
AMS 2 - Partie mecanique A. Le cahier des charges AMS2 - [5] « Organigramme » AMS2 - Partage des taches Lockheed-Martin Sous detecteurs Gestion du projet mecanique et integration MIT - CERN NASA Garlo Gavazzi Space Gestion du projet thermique Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.6

7 jusqu’au départ de la manip.
AMS 2 - Partie mecanique A. Le cahier des charges AMS2 - [6] Objectifs jusqu’au départ de la manip. 1. Design détaillé prêt pour début 2001 (CDR de Houston): Étape validée. 2. Modèle d’ingénierie (tests de validation) pour fin 2001: - Construction des éléments du Ecal en cours d’achèvement - Assemblage sur le 3eme trimestre 2001 - Tests faisceau au CERN en Octobre 2001 - Tests de qualifications spatiales début 2002 sur 3 mois. 3. Modèle de vol (version ultime) pour Octobre 2003: Ce qui sous entend: - Fin construction Ecal (vol) pour Octobre 2002 - Fin montage sur USS-02 au printemps 2003 (6 mois avant décollage) Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.7

8 B. Le Design retenu [1] - Partage des responsabilités
AMS 2 - Partie mecanique B. Le Design retenu [1] - Partage des responsabilités Vue simplifiée des différents éléments du ECAL Panneau nid d’abeilles (IHEP) Panneau latéral (IHEP) Pancake (PISE) Pieds interface USS (IHEP) Panneau radiateur Réseau de blindage (LAPP) Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.8

9 B. Le Design retenu [2] - Les vues CAO (Euclid3)
AMS 2 - Partie mecanique B. Le Design retenu [2] - Les vues CAO (Euclid3) Panneau latéral Blindage magnétique Bloc électronique Support PM Joint Therm-A-gap => conduction thermique PM Connecteur Panneau arrière Tube PM Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.9

10 B. Le Design retenu [3] - Les photos
AMS 2 - Partie mecanique B. Le Design retenu [3] - Les photos IHEP : Photo récente du support mécanique envoyé à Pise Panneau latéral et panneau arrière Panneau latéral LAPP : Structure du système de collection de lumière. Blindage Fer doux: Revêtement en  Nickel noir Support PM en polycarbonate noir Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.10

11 B. Le Design retenu [4] - Les photos
AMS 2 - Partie mecanique B. Le Design retenu [4] - Les photos Blindage Tube PM Alu 7175 T7351 (impose) Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.11

12 Assemblage des PM sur EMC
AMS 2 - Partie mecanique C. L ’assemblage (Salle et outils) Calorimètre Zone propre: Assemblage des PM sur EMC EMC Outillage retourneur: Permet de manipuler aisément la charge de 600 Kg Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.12

13 C. L ’assemblage (maquette EMC échelle 1)
AMS 2 - Partie mecanique C. L ’assemblage (maquette EMC échelle 1) Demandée par R.Becker (CERN), le coordinateur mécanique d ’AMS2. Elle sera intégrée à la maquette d ’AMS2 (en construction) Multiples intérêts: - Définir les passages et les longueurs des câbles électriques (pour tout AMS2) , - Définir les positions des « Crates » électroniques (Très important !), - Travailler sur les procédures d’assemblage d ’AMS2. Construction: A été prise en charge par le LAPP et réceptionnée fin Avril 2001. Pieds d’angles réalisés par la technique du frittage de poudre (prise en compte de formes particulières) Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.13

14 D. La simulation E.F. et test de validations [1]
AMS 2 - Partie mecanique D. La simulation E.F. et test de validations [1]  Simulation du comportement mécanique EMC : Maillage 1 ere fréquence propre : 72 Hz s 120 MPa maxi. = VM Conclusions : • Calculs IHEP validés dans les grandes lignes ( env . 20%). • Proposition LAPP (acceptée): 2 eme point de fixation/pied. Car: 1 ere Fréquence propre passe de : 64 Hz à 72 Hz, Contrainte max passe de : 140 MPa à 120 MPa , Sécurité de fixation améliorée. - Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.14

15 D. La simulation E.F. et test de validations [2]
AMS 2 - Partie mecanique D. La simulation E.F. et test de validations [2]  Simulation du blindage magnetique: POURQUOI ? 1- Fort champ magnétique crée par l’aimant supra (1,4 Tesla au centre) => Il résulte un champ de fuite non négligeable dans l’environnement Ecal (entre 150 et 250 Gauss). Donc blindage de PM a prévoir. 2- Optimisation du poids Enveloppe lignes de champ - Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.15

16 D. La simulation E.F. et test de validations [3]
AMS 2 - Partie mecanique D. La simulation E.F. et test de validations [3]  Courbes d ’atténuation et courbe de saturation sur un blindage unique (1mm ep.): Comparaison Tests- simulation, pour validation. 10% d’ecart ! - Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.16

17 Simulation du grand réseau de blindage : réseau 5x18
AMS 2 - Partie mecanique D. La simulation E.F. et test de validations [4]  Simulation du grand réseau de blindage : réseau 5x18 - Vue de dessus - 3 6 2 5 1 4 Shielding tube Y X BX BY 18 tubes Limits of the FEA model - Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.17

18 D. La simulation E.F. et test de validations [5]
AMS 2 - Partie mecanique D. La simulation E.F. et test de validations [5]  Simulation du grand réseau de blindage : réseau 5x18 - Courbes de saturations (centre du tube) - => Mise en évidence de ce phénomène par test en réseau (CERN) - Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.18

19 D. La simulation E.F. et test de validations [6]
AMS 2 - Partie mecanique D. La simulation E.F. et test de validations [6]  Tests et simulations de 2 configurations de réseau : 3x4 et 6x2 - Courbes de saturations (centre de tube) - BZ Tube 1 Tube 2 Z Tests au CERN BX Y X BY Calculs EF - Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.19

20 D. La simulation E.F. et test de validations [7]
AMS 2 - Partie mecanique D. La simulation E.F. et test de validations [7]  CONCLUSIONS (magnétisme) - Les simulations et les tests restent proches (< 30% d ’écart), - Ils montrent les mêmes effets « réseau », - Importance de l’entrefer entre tubes de blindage, - On arrive à 1mm d ’épaisseur en Fer doux (bon compromis entre perméabilité et saturation), - BZ sature à plus de 400 Gauss extérieur (calcul) pour tube central - BX sature à environ 150 Gauss (calcul) pour tube central => Simulations très importantes pour la manip. ! - Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.20

21 D. La simulation E.F. et test de validations [8]
AMS 2 - Partie mecanique D. La simulation E.F. et test de validations [8]  Liés principalement à la construction du Modèle de vol (2eme trimestre 2002): - Tests vide thermique: Chacun des 324 « tubes PM » seront vérifiés intégralement en condition de vide et thermique (1 cyclage de -40 à +40ºC). Outillage pour réaliser les tests de vide thermique: - Enceinte thermique programmable de capacité « -70ºC, ºC » et de 100 litres de volume (passage étanche pour chambre a vide). Livrée mi Avril 2001. - Chambre à vide à prévoir pour réaliser des séries de test sur 5 tubes PM simultanément. Enceinte thermique Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.21

22 4 personnes reparties comme suit:
AMS 2 - Partie mecanique E. Équipe technique Équipe mécanique:   4 personnes reparties comme suit: BE: Bruno LIEUNARD (80 %) Franck CADOUX (100%) Atelier: Fabrice PELETIER (100% en 2001) Jean-Marc DUBOIS (100%) Sans oublier l ’équipe électronique: Valérie et Richard HERMEL, Denis FOUGERON, et Nadia FOUQUE Franck CADOUX Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin p.22