A. Cahier des charges AMS2 B. Le Design retenu C. L’assemblage

• 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]


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



Poutrestation ISS

Calorimetreelectromagnetique(Partie LAPP)

Aimantsupra conducteur

Structure supportUSS-02(Partie Lockheed Martin)



• 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


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)



« 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



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


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


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



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


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)


D. La simulation E.F. et test de validations [1]


-

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



-

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



-

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

!



-

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



-

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



-

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



-

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



• 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


Documents

A. Cahier des charges AMS2 B. Le Design retenu C. L’assemblage