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description
• 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 2001 p.1
A. Le cahier des charges AMS2 - [1]
Franck CADOUX - Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin 2001 p.2
But : Installer pour 3 ans a partir d’ Octobre 2003, un spectromètre pour
la recherche d’ anti matière et matière manquante de l’univers.
Poutrestation ISS
AMS-02
A. Le cahier des charges AMS2 - [2]
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Poutrestation ISS
Calorimetreelectromagnetique(Partie LAPP)
Aimantsupra conducteur
Structure supportUSS-02(Partie Lockheed Martin)
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A. Le cahier des charges AMS2 - [3]
• 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 = 1000 x 1000 x 250 mm3
• Facteur de sécurité
s = 1.2
z
Calorimètre
Tests de validation sur modèle d’ingénierie à Pékin (début 2002)
Soutenavette
1. Aspect mécanique
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2. Aspect thermique
A. Le cahier des charges AMS2 - [4]
• 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)
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A. Le cahier des charges AMS2 - [5]
« Organigramme » AMS2 -
Partage des taches
MIT - CERN NASA
Lockheed-Martin
Gestion du projet mecanique et integration
Garlo Gavazzi Space
Gestion du projet thermique
Sous detecteurs
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A. Le cahier des charges AMS2 - [6]
Objectifsjusqu’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)
B. Le Design retenu [1] - Partage des responsabilités
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Panneau nid d’abeilles (IHEP)
Pieds interface USS (IHEP)
Réseau de blindage (LAPP)
Panneau latéral (IHEP)
Panneau radiateur
Pancake (PISE)
Vue simplifiée des différentséléments du ECAL
Tube PM
Blindage magnétique
Bloc électronique
Support PM
Joint Therm-A-gap
=> conduction thermique
PM
Connecteur
Panneau latéral
Panneau arrière
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B. Le Design retenu [2] - Les vues CAO (Euclid3)
IHEP : Photo récente du support mécanique
envoyé à Pise
B. Le Design retenu [3] - Les photos
LAPP : Structure du système de collection de lumière.
Panneau latéral et panneau arrière
Panneau latéral
Blindage Fer doux:Revêtement en Nickel noir
Support PMen polycarbonate noir
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B. Le Design retenu [4] - Les photos
Tube PM
Blindage
Alu 7175 T7351(impose)
C. L ’assemblage (Salle et outils)
Zone propre:Assemblage des
PM sur EMC
EMC
Calorimètre
Outillage retourneur:Permet de manipuler aisémentla charge de 600 Kg
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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.
C. L ’assemblage (maquette EMC échelle 1)
Pieds d’angles réalisés par la techniquedu frittage de poudre (prise en compte de formes particulières)
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D. La simulation E.F. et test de validations [1]
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-
1ere fréquence propre : 72 Hz
VM = 120 MPa maxi.
Conclusions:• Calculs IHEP validés dans les grandes lignes (env . 20%).• Proposition LAPP (acceptée): 2eme 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.
Simulation du comportement mécanique EMC :
Maillage
D. La simulation E.F. et test de validations [2]
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-
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
D. La simulation E.F. et test de validations [3]
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-
Courbes d ’atténuation et courbe de saturation sur un blindage unique (1mm ep.):Comparaison Tests- simulation,pour validation.
Attenuation curve along tube axis - Longitudinal B field
0255075
100125150175200225250275300325350375400425450475500525550575600625650675700
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70Distance along tube axis in mm
B f
ield
in G
au
ss
50 Gauss
100 Gauss
200 Gauss
250 Gauss
300 Gauss
500 Gauss
50 Gauss - Tests
100 Gauss - Tests
200 Gauss - Tests
250 Gauss - Tests
300 Gauss - Tests
500 Gauss - Tests
- Saturation curves -
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500External B field in gauss
Sh
ield
ed
B f
ield
in G
au
ss
Z=centre - Calculations
Z=10mm - Calculations
Centre - Tests
Z=10 mm - Tests
10%
d’e
cart
!
D. La simulation E.F. et test de validations [4]
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-
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
D. La simulation E.F. et test de validations [5]
Franck CADOUX - Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin 2001 p.18
-
Simulation du grand réseau de blindage : réseau 5x18- Courbes de saturations (centre du tube) -
Bx(inter) = f(Bxexter)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400
C hamp B exterieur (en Gauss)
Cha
mp
B in
teri
eur
au b
linda
ge (
Gau
ss) Tube 1
Tube 2Tube 3Tube 4Tube 5Tube 6
=> Mise en évidence de ce phénomène par test en réseau (CERN)
Bz(inter) = f(Bzexter)
0
5
10
15
20
25
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400
C hamp B exterieur (en Gauss)
Cha
mp
B in
teri
eur
au b
linda
ge (
Gau
ss)
Tube 1
Tube 2
Tube 3
Tube 4
Tube 5
Tube 6
D. La simulation E.F. et test de validations [6]
Franck CADOUX - Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin 2001 p.19
-
Tests et simulations de 2 configurations de réseau : 3x4 et 6x2- Courbes de saturations (centre de tube) -
Tube 1 Tube 2Z
Y
X
BZ
BX
BY
- Saturation Curves
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
External B field in Gauss
Sh
ield
ed B
fie
ld i
n G
auss
Tube 1 - BX
Tube 2 - BX
Tube 1 - BZ
Tube 2 - BZ
Tube 1 - BY
Tube 2 - BY
Tests au CERN
Saturation curves - Position at tube centre
0102030405060708090
100110120130140150160170180190200210220
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
External magnetic field B
Sh
ield
ed
ma
gn
eti
c f
ield
B
BX / Tube1
BY / Tube 1
BZ / Tube 1
BX / Tube 2
BY / Tube 2
BZ / Tube 2
Calculs EF
D. La simulation E.F. et test de validations [7]
Franck CADOUX - Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin 2001 p.20
-
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. !
• 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, + 180 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
D. La simulation E.F. et test de validations [8]
Franck CADOUX - Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin 2001 p.21
• 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
E. Équipe technique
Franck CADOUX - Journées mécaniques de l ’IN2P3 - Lyon, le 11 Juin 2001 p.22