ES1302666U - Dispositivo para el desplegado de estructuras - Google Patents

Abstract

Dispositivo para el desplegado de estructuras que comprenden una pluralidad de celdas (11) cuadriláteras que conforman un anillo adecuado para extender y tensar en su círculo interior una o más membranas en donde cada celda (11) comprende dos varillas rígidas (12) que pueden ser compartidas con otras celdas y dos varillas articuladas (5) y cada varilla articulada comprende dos tramos y en donde las varillas rígidas (12) y las varillas articuladas se relacionan entre sí a través de una conexión (13) articulada y los tramos de las varillas articuladas se relacionan entre sí también a través de una conexión articulada y en donde cada celda puede adoptar una posición plegada y una posición desplegada en donde en la posición plegada la posición relativa de las varillas articuladas respecto a las rígidas es de 180º (+-10º) y la posición relativa de los tramos de las varillas articuladas entre sí es de 180º estando uno replegado sobre el otro, y en la posición desplegada la posición relativa de las varillas articuladas respecto a las rígidas es de 90º (+-10º) y la posición relativa de los tramos de las varillas articulada entre sí es de 0º estando alineados ambos tramos de cada varilla articulada caracterizado por que comprende elementos de desplegado de cada celda (11) que a su vez actúan impulsando el desplegado del anillo y elementos de control de la inercia del desplegado del anillo, en donde; Los elementos de desplegado de cada celda (11) comprenden en cada varilla articulada (5) un resorte fijado a ambos tramos de la varilla articulada y que en posición de plegado acumula energía y al desprenderla actúa sobre los tramos de las varillas articuladas llevándolos a alinearse. El elemento de control de la inercia del desplegado del anillo comprende una pluralidad de cabos (14), (15), (16), (17) y (18) gobernados por el elemento de control (19) en donde tales cabos se extienden a diferentes velocidades y afianzan diferentes partes del anillo conteniendo su inercia.

Description

DESCRIPCIÓN

DISPOSITIVO PARA EL DESPLEGADO DE ESTRUCTURAS

La presente invención se refiere a un dispositivo para desplegado de estructuras, adecuado para su uso en aplicaciones espaciales en donde las condiciones de temperatura y gravedad difieren de las de la tierra.

El dispositivo resulta especialmente adecuado para desplegar estructuras muy livianas que deben transportarse en espacios muy reducidos y utilizadas para soportar membranas flexibles, entendiendo por membrana cualquier cuerpo laminar de una o más capas, flexible ya sea textil (tejido o no tejido), reticular, mallado o de cualquier otra forma o material.

Un uso principal, pero no único, de estas estructuras y estas membranas es su uso como antenas o reflectores, para lo cual estas membranas, a través de tensores y anclajes pueden adoptar forma parabólica en caso de ser necesario.

El tipo de estructuras a las que se aplica el dispositivo, son estructuras realizadas a base de celdas, en donde se debe procederse por un lado al deplegado de cada celda y por otro, pero de manera coordinada, al desplegado de la estructura propiamente dicha.

El campo de la técnica al que pertenece la invención es la industria aeroespacial.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Son conocidas en la literatura de patentes distintas estructuras desplegables adecuadas para su uso en el espacio para la instalación de antenas, reflectores o usos similares.

La WO2012/065619 se refiere a una estructura ligera desplegable basada en seis barras desplegables que pueden adoptar distintas formas en función de la posición relativa de unas respecto de otras. No se resuelve en esta patente el modo de apertura de la estructura sino que se limita a reivindicar la estructura.

La EP2825827 se refiere a una estructura circular cuyo despliegue se produce al estar esta estructura formada por mecanismos de tijera extensibles. No se resuelve en esta patente el modo de apertura de la estructura sino que se limita a reivindicar la estructura.

La WO214127813 y la EP2904662 se refieren respectivamente a una estructura desplegable realizada a base de celdas que todas ellas forman un anillo y a una antena adecuada para venir soportada en una estructura del tipo de la dicha.

En ninguna de las patentes anteriores queda resuelto, y en la práctica se ha podido observar, el correcto desplegado de la estructura, observándose desplegados insatisfactorios ya sea porque no se consigue un desplegado completo ya sea porque el desplegado no es ordenado, sino caótico, con el riesgo de perjudicar el correcto extendido de la membrana soportada.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Para solventar los problemas expuestos se propone un dispositivo que comprende tensores y resortes distribuidos y dispuestos de manera concreta para facilitar tanto el desplegado de cada una de las celdas que conforman la estructura como el desplegado de la estructura propiamente dicha controlando la inercia del despliegue.

Cada una de las celdas, en forma de cuadrilátero, comprende una varilla vertical rígida por cada uno de sus laterales y una varilla articulada por cada una de sus bases. Las varillas articuladas presentan articulación en cada una de sus uniones con las varillas verticales y, al mismo tiempo presentan una articulación, preferiblemente en su centro, que las divide en dos tramos y permite su plegado sobre sí mismas.

En una ejecución preferente la unión articulada comprende una bisagra, si bien no se descarta que pueda llevarse a cabo esa unión articulada a través de elementos flexibles, magnéticos o de otro tipo que permitan la movilidad entre dos elementos o dos partes de un mismo elemento.

En un momento inicial las varillas articuladas se encuentran plegadas sobre sí mismas y plegadas respecto de las varillas rígidas.

En una ejecución preferente el recorrido de la articulación de las varillas articuladas respecto de las varillas rígidas es de 90°, entre los 180° y los 90° en donde una posición 180° de la varilla articulada respecto de la rígida se correspondería con una posición de plegado completo y 90° con una posición de desplegado y uso, y en donde el recorrido de la articulación de las varillas articuladas en el plegado sobre sí mismas es de 180°, entre 180° y 0° en donde una posición de 180° es una posición de plegado en la cual uno y otro tramo están replegados uno sobre el otro y una posición de 0° es una posición de apertura en donde ambos tramos está uno a continuación del otro.

También en una ejecución preferente el desplegado de la celda se fuerza con el desplegado de las varillas articuladas que, en su recorrido entre los 180° y los 0°, hacen variar también la articulación de estas varillas articuladas en relación con las varillas rígidas cuyo ángulo varía de 180° a 90°.

Todas las menciones a ángulos deben entenderse con un rango de -10° respecto de los ángulos concretos señalados.

En la celda desplegada las varillas rígidas conforman sus laterales y las varillas articuladas sus bases.

Unas celdas y otras se relacionan a través de sus varillas rígidas de tal forma que una misma varilla rígida puede conformar el lateral de dos celdas contiguas.

La energía que provoca la apertura de las celdas proviene de resortes dispuestos en las varillas articuladas.

Estos resortes, como puede ser un muelle, un material deformable, un material de propiedades elásticas o cualquier tipo de resorte, almacenan una energía potencial máxima en su momento de tensión máxima, cuando las varillas articuladas están en posición de 180°. La fuerza acumulada en el resorte se va liberando provocando al movimiento de los tramos de varillas articuladas que van variando su ángulo hasta adoptar la posición de 0°, punto de apertura completa y de distensión máxima, en donde los dos tramos de cada varilla articulada se disponen alineados uno a continuación del otro.

En una ejecución preferente cada uno de los tramos de las varillas articuladas presenta, en su extremo más cercano al otro tramo, una protuberancia, que puede ser en forma de escuadra, que contribuye por un lado a generar una mayor palanca e incrementar la fuerza del elástico y, por otro, hacen de tope para que, junto con la tensión residual del resorte, los tramos de la varilla articulada se mantengan en ángulo 0°.

En una ejecución preferente las varillas articuladas presentan sección en "U” adecuada para alojar en su interior el resorte o parte del mismo.

La estructura comprende un conjunto de celdas, dispuestas una junto a otra, unidas por sus laterales.

La estructura se despliega como consecuencia del desplegado de cada una de las celdas, si bien para que ese desplegado se lleve a cabo de manera ordenada y que la figura finalmente obtenida sea la adecuada para facilitar la extensión completa y regular de la o las membranas, resulta necesario controlar el desplegado.

Para ello una serie de cabos se liberan a distintas velocidades desde una caja de engranajes. Cada uno de esos cabos retiene una parte distinta de la estructura, de tal forma que controlando la velocidad de liberación de cada cabo, se controla la velocidad de desplegado de cada parte de la estructura.

El control de la velocidad de los cabos puede hacerse a través de un sistema de engranajes, un freno viscoso, un eje con distintos diámetros o diferentes ejes.

De manera opcional el dispositivo de despliegue puede comprender un mecanismo adicional de desplegado de las celdas más cercanas al satélite o al sistema de control de despliegue, en las que se pueden presentar mayores tensiones que perjudican el desplegado exclusivamente por resortes.

Este mecanismo requiere de una aportación adicional de fuerza.

En todo caso este mecanismo adicional de desplegado con aportación adicional de fuerza es opcional si bien, dado el uso que se pretende dar al dispositivo, en satélites, y la dificultad de poder solucionar manualmente cualquier problema que pueda presentarse, se ha considerado incluir opcionalmente esta solución encaminada a forzar la apertura de las dos últimas celdas.

Para ello este mecanismo adicional comprende un elemento motriz que aporta la fuerza adicional, y un elemento extensor.

Para la mejor comprensión de lo hasta aquí expuesto se adjuntan las siguientes figuras

BREVE EXPLICACION DE LAS FIGURAS

La FIGURA 1 muestra la estructura (1) en forma de anillo desplegada con las membranas superior (2) e inferior (3) también desplegadas.

La FIGURA 2 muestra un esquema lateral de la estructura (1) desplegada en donde se ven las membranas superior (2) e inferior (3) así como los tensores internos (4) que las unen y permiten darle la forma convexa.

La FIGURA 3 muestra en detalle un tramo de una varilla articulada (5) en donde se ve la varilla hueca, el tope (6) el resorte (7) que aquí comprende un muelle (8) la fijación (9) del resorte a la varilla, el hilo (10) que atraviesa el tope y sale por su vértice (24) y une el muelle con el otro tramo de la varilla articulada. El hilo (10) une ambos tramos de las varillas articuladas pasando por el vértice de los topes (6) de cada tramo.

La FIGURA 4 muestra una varilla articulada en donde los dos tramos de la misma están en posición de desplegado y el ángulo formado entre ellos es de 0o. Los topes (6) están en contacto unos con otros contribuyendo a mantener alineados ambos tramos de la varilla articulada.

La FIGURA 5 muestra una varilla articulada en una posición intermedia entre la posición plegada y la posición desplegada. El hilo (10) conecta y tensiona ambos tramos de la varilla.

La FIGURA 6 muestra también una varilla articulada en una posición intermedia entre la posición plegada y la posición desplegada si bien en esta ocasión más cercana a la posición plegada.

La FIGURA 7 muestra una celda (11) en un momento del desplegado en donde pueden verse las varillas rígidas (12) unidas a las varillas articuladas (5) por una conexión (13) también articulada de tal forma que la tensión de los hilos (10) provoca el desplegado de las varillas articuladas (5) y con ello el desplegado de la celda.

La FIGURA 8 muestra una celda (11) desplegada.

La FIGURA 9 muestra un esquema del circuito de cabos que contribuyen al desplegado ordenado de la estructura. Todos los cabos están gobernados por un elemento de control (19) del desplegado del anillo que regula la velocidad de cada cabo, en donde el primer cabo (14) es el más lento, el segundo cabo (15) es más rápido que el primero, el tercer cabo (16) más rápido que los dos anteriores, el cuatro cabo (17) aún más rápido que el tercero y el quinto cabo (18) el que mayor velocidad de desplegado presenta. El comportamiento es idéntico en el otro lateral de la estructura.

La FIGURA 10 muestra un sistema alternativo de desplegado de celdas en donde un husillo (25) movido por un motor (que no se muestra), conduce a unas piezas deslizantes (21) hacia los extremos del husillo. Estas piezas deslizantes están unidas a unos brazos (22) vinculados a las varillas articuladas (5) de tal modo que a medida que los deslizantes se mueven hacia los extremos del husillo, se despliegan las varillas articuladas.

La FIGURA 11 muestra otra manera de ejecutar esa solución opcional, en este caso sustituyendo la fuerza de un motor transmitida a un husillo, por la fuerza de un resorte vertical (23) que fuerza las piezas deslizantes (21) hacia los extremos de la varilla sobre la que deslizan.

DESCRIPCION DE UN MODO DE LLEVAR A CABO LA INVENCION

Se expone aquí una forma que no es única ni limitativa, sino meramente explicativa de una forma de llevar a cabo la invención.

El dispositivo para el desplegado de estructuras comprende elementos para el desplegado de cada una de las celdas que conforman la estructura, así como elementos para el desplegado de la estructura en sí misma.

Cada celda (11) comprende varillas rígidas (12) en sus laterales y varillas articuladas (5) en sus bases. Las varillas rígidas y las articuladas están unidas por conexiones articuladas que permiten un recorrido de una respecto de la otra de entre 90° y 180°.

Las varillas articuladas (5) están divididas en dos tramos conectados entre sí por una conexión articulada que permite un recorrido de una respecto de la otra de entre 180° y 0°.

En posición de plegado las varillas articuladas se encuentran en una posición de 180° respecto de las varillas rígidas y, una vez desplegadas, la posición de las varillas articuladas respecto de las rígidas es de 90°.

En posición de plegado la posición relativa de ambos tramos de las varillas articuladas es de 180°, y en posición desplegada es de 0°.

Las varillas articuladas presentan sección en "U” alojando en su interior un resorte que acumula energía potencial que, al ser liberada, lleva a los tramos de las varillas articuladas de una posición de plegado a una de desplegado.

El resorte comprende un muelle (8) alojado en la parte interna de la varilla y sujeto por unos de sus extremos a la varilla por una fijación (9). El otro extremo del muelle está unido a un hilo (10) que conecta ambos tramos de la varilla articulada. Este hilo puede estar unido a otro muelle en el otro tramo de la varilla articulada o simplemente fijado mediante una fijación en ese otro tramo.

Cuando la varilla articulada está plegada, la tensión del hilo es máxima y el muelle está expandido. La fuerza de retorno del muelle a su posición de descanso tira del hilo y conduce a que los dos tramos de la varilla articulada queden alineados en un ángulo de 0° uno respecto del otro.

Para evitar que la tensión del hilo provoque una desalineación de los tramos de la varilla articulada, cada tramo de la varilla articulada presenta un tope (6) que además de posicionar alineados los tramos de las varillas articuladas, aumenta la palanca aumentando la fuerza de tracción del muelle y facilitando así el desplegado.

El desplegado de las varillas articuladas provoca el desplegado de la celda que las comprende y el desplegado de cada celda provoca el desplegado de la estructura en su conjunto.

Para evitar que el desplegado de la estructura se produzca de manera desordenada o caótica, una serie de cabos van regulando los tiempos en los que cada una de las zonas de la estructura puede desplegarse.

Los cabos (14), (15), (16), (17) y (18) se extienden a velocidades distintas controlando el despliegue de la estructura, de tal forma que los cabos que afianzan las celdas más cercanas al elemento de control (19) se extenderán a velocidad menor que los cabos que afianzan las celdas más lejanas a dicho elemento, permitiendo de ese modo controlar que el desplegado de las celdas se realiza de manera ordenada.

El elemento de control (19) del desplegado del anillo comprende un conjunto de engranajes adecuados para que las distintas bobinas que contienen los distintos cabos, giren a velocidades distintas.

El dispositivo comprende además una motorización adicional que comprende un motor que trasmite su giro a un husillo en donde el husillo (25) movido por el motor y con la ayuda un resorte vertical (20) en este caso un muelle, conduce a unas piezas deslizantes (21) hacia los extremos del husillo. Estas piezas deslizantes están unidas a unos brazos (22) vinculados a las varillas articuladas (5) de tal modo que a medida que los deslizantes (21) se mueven hacia los extremos del husillo, se alinean los dos tramos de la varilla articulada sobre la que actúan.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. - DISPOSITIVO PARA EL DESPLEGADO DE ESTRUCTURAS que comprenden una pluralidad de celdas (11) cuadriláteras que conforman un anillo adecuado para extender y tensar en su círculo interior una o más membranas en donde cada celda (11) comprende dos varillas rígidas (12) que pueden ser compartidas con otras celdas y dos varillas articuladas (5) y cada varilla articulada comprende dos tramos y en donde las varillas rígidas (12) y las varillas articuladas se relacionan entre sí a través de una conexión (13) articulada y los tramos de las varillas articuladas se relacionan entre sí también a través de una conexión articulada y en donde cada celda puede adoptar una posición plegada y una posición desplegada en donde en la posición plegada la posición relativa de las varillas articuladas respecto a las rígidas es de 180° (+-10°) y la posición relativa de los tramos de las varillas articuladas entre sí es de 180° estando uno replegado sobre el otro, y en la posición desplegada la posición relativa de las varillas articuladas respecto a las rígidas es de 90° (+­ 10°) y la posición relativa de los tramos de las varillas articulada entre sí es de 0° estando alineados ambos tramos de cada varilla articulada caracterizado por que comprende elementos de desplegado de cada celda (11) que a su vez actúan impulsando el desplegado del anillo y elementos de control de la inercia del desplegado del anillo, en donde;

Los elementos de desplegado de cada celda (11) comprenden en cada varilla articulada (5) un resorte fijado a ambos tramos de la varilla articulada y que en posición de plegado acumula energía y al desprenderla actúa sobre los tramos de las varillas articuladas llevándolos a alinearse.

El elemento de control de la inercia del desplegado del anillo comprende una pluralidad de cabos (14), (15), (16), (17) y (18) gobernados por el elemento de control (19) en donde tales cabos se extienden a diferentes velocidades y afianzan diferentes partes del anillo conteniendo su inercia.

2. - DISPOSITIVO PARA EL DESPLEGADO DE ESTRUCTURAS conforme reivindicación 1 caracterizado por que las varillas articuladas (5) comprenden, en sus extremos más cercanos entre sí, unos topes (6).

3. - DISPOSITIVO PARA EL DESPLEGADO DE ESTRUCTURAS conforme reivindicación 1 caracterizado por que las varillas articuladas (5) presentan sección de "U” y el resorte va alojado en la parte interior de la varilla articulada (5).

4. - DISPOSITIVO PARA EL DESPLEGADO DE ESTRUCTURAS conforme reivindicación 1 caracterizado por que el resorte comprende en uno de los tramos de la varilla articulada un muelle (8) unido por uno de sus extremos a uno de los tramos de la varilla articulada (5) a través de una fijación (9) y, por el otro extremo está unido a un hilo (10) que se extiende hasta el otro tramo de la varilla articulada.

5. - DISPOSITIVO PARA EL DESPLEGADO DE ESTRUCTURAS conforme reivindicación anterior caracterizado por que el hilo (10) une ambos tramos de las varillas articuladas pasando por el vértice de los topes (6) de cada tramo.

6. - DISPOSITIVO PARA EL DESPLEGADO DE ESTRUCTURAS conforme reivindicación 1 caracterizado por que comprende, además, un mecanismo de desplegado en las celdas más cercanas al elemento de control de la inercia del desplegado del anillo en donde ese mecanismo presenta unos deslizantes (21) relacionados con las varillas articuladas (5) de tal forma que al moverse los deslizantes hacia los extremos de la varilla sobre la que deslizan por aportación de una fuerza adicional, provocan que las varillas articuladas pasen de una posición plegada a una desplegada.

7. - DISPOSITIVO PARA EL DESPLEGADO DE ESTRUCTURAS conforme reivindicación anterior caracterizado por que la fuerza adicional aportada es una motorización adicional que comprende un motor vinculado a un husillo (25) que actúa sobre los deslizantes (21) moviéndolos hacia los extremos del husillo.

8. - DISPOSITIVO PARA EL DESPLEGADO DE ESTRUCTURAS conforme reivindicación anterior caracterizado por que la fuerza adicional es un resorte que acumula energía y que al liberarla mueve los deslizantes (21) hacia los extremos del varilla sobre la que deslizan.

9. - DISPOSITIVO PARA EL DESPLEGADO DE ESTRUCTURAS conforme reivindicación anterior caracterizado por que la fuerza adicional es un muelle inicialmente comprimido.