ES2243674T3 - Separador pirotecnico y dispositivo de separacion equipado con dicho separador. - Google Patents

Abstract

Un separador pirotécnico diseñado para ser instalado a lo largo de una línea de unión de dos piezas mecánicas (1; 2a, 2b) ensambladas temporalmente y diseñadas para separarse de acuerdo con una dirección (D) predeterminada, que incluye un primer (51) y un segundo (52) flancos de ensamblaje de dichas piezas (1; 2a, 2b) que fijan entre ellos un cable pirotécnico (7, 8, 9) aplastado que se extiende a lo largo de dicha línea de unión, una primera (141) y una segunda (142) zonas debilitadas que se extienden sobre dichos primer (51) y segundo (52) flancos, respectivamente, de forma paralela y en las proximidades de dicho cable (7, 8, 9), y unos medios (11) para activar selectivamente dicho cable (7, 8, 9) y provocar de este modo la ruptura de dichos flancos (51, 52) a lo largo de dichas zonas debilitadas (141, 142), caracterizado porque dichas zonas debilitadas (141, 142) definen en su conjunto una superficie envolvente de rotura (S) que es tangente con respecto a dicho cable pirotécnico (7, 8, 9) y que está inclinada en cualquier punto en la citada dirección (D) predeterminada, y dicha inclinación está orientada de modo que se permite un desacoplamiento mutuo de dichas piezas (1; 2a, 2b) de acuerdo con dicha dirección (D) sin que existan interferencias mecánicas, cuando se activa dicho cable (7, 8, 9), el cual se encuentra, después de la activación, retenido entre dichos flancos (51, 52) y por dichos flancos (51, 52), totalmente en un mismo lado de dicha superficie de rotura (S).

Description

Separador pirotécnico y dispositivo de separación equipado con dicho separador.

Campo de la invención

La presente invención hace referencia a un separador pirotécnico diseñado para ser instalado a lo largo de una línea de unión de dos piezas mecánicas ensambladas y diseñadas para separarse de acuerdo con una línea predeterminada, y de forma más específica, a un separador de este tipo que incluye un primer y un segundo flancos de ensamblaje de dichas piezas, fijando entre ellos un cable pirotécnico aplastado que se extiende a lo largo de la citada línea de unión, una primera y una segunda zonas debilitadas que se extienden a lo largo de dichos primer y segundo flanco, respectivamente, de forma paralela y en las proximidades de dicho cable, y unos medios para activar de forma selectiva dicho cable y provocar de este modo la ruptura de dichos flancos a lo largo de las citadas zonas de debilitadas.

Se conoce bien este tipo de separador, por ejemplo, el descrito en la Patente US 3 698 281 a nombre de Brandt, que se aplica de forma específica en la industria aeroespacial, donde se utiliza en especial para garantizar la separación de elementos de las lanzaderas espaciales.

A título de ejemplo ilustrativo y no restrictivo, se representa en la Figura 1 una primera pieza mecánica (1), en forma de virola, de giro cilíndrico, que constituye la parte superior de la envuelta de una lanzadera de este tipo, y dicha primera pieza está rematada por una caperuza de protección ovoide que consta de una segunda y una tercera piezas (2a, 2b) en forma de semi-caperuzas de protección, y dicha caperuza desarrolla la función de proteger una carga útil (que no se representa), como, por ejemplo, un satélite artificial, durante la travesía de las capas densas de la atmósfera.

Al aproximarse a la órbita nominal en la que se debe instalar el satélite, naturalmente es conveniente eyectar de forma lateral las dos semi-caperuzas de protección (2a, 2b) en el sentido de las flechas (f1 y f2) con sentidos opuestos, que definen de manera conjunta una dirección (D).

Con el fin de permitir dicha eyección, las semi-caperuzas de protección (2a, 2b) y la virola (1) son montadas de forma clásica, tal y como se describe en la Patente US 3 453 960 a nombre de Qualls, siguiendo la primera y la segunda líneas de unión respectivamente, equipadas con el primer y el segundo separador (3 y 4) respectivamente.

El primer separador, pirotécnico, se extiende a lo largo de una línea de unión circular sobre la que se apoyan las dos semi-bases semicirculares de las semi-caperuzas de protección (2a y 2b). Gracias a esta característica, el primer separador se puede constituir de este modo, tal y como se ilustra, mediante los dos semi-separadores semicirculares.

El segundo separador (4) se extiende a lo largo de una sección de la caperuza de protección de acuerdo con un plano que pasa por el eje X de la lanzadera.

De este modo, el primer y el segundo separadores (3 y 4) se instalan en los planos (P1 y P2), respectivamente, y el plano (P1) es perpendicular al eje X de la lanzadera, mientras que el plano (P2) pasa por dicho eje, entre las dos semi-caperuzas de protección (2a y 2b) simétricas con respecto a dicho plano, el cual es perpendicular a la dirección (D) de acuerdo con la cual las semi-caperuzas de protección se separan una de otra para liberar la carga útil transportada por la lanzadera.

El separador (4) es de un tipo conocido, que garantiza el desacoplamiento lateral de las dos semi-caperuzas de protección (2a, 2b) de acuerdo con las flechas (f1, f2), respectivamente. Dicho separador puede ser pirotécnico, como el primero, o como variante, de tipo resorte.

El separador (3) generalmente es de uno de los dos los tipos conocidos, denominados "simétricos" y "asimétricos", respectivamente. Un ejemplo de separador "simétrico" se describe en la Patente de Brandt citada con anterioridad, mientras que se ilustra un ejemplo de separador "asimétrico" en las Figuras 3 y 4 de la Patente de Qualls citada igualmente con anterioridad. Con independencia de si el separador es del tipo "simétrico" o "asimétrico", un separador pirotécnico incluye convencionalmente un cable pirotécnico que incluye un tubo expansible constituido por una envuelta metálica de sección recta oblonga o "aplastada", y dicho tubo está lleno de una carga explosiva. El tubo es colocado entre dos flancos, placas, discos o salientes solidarios de las dos piezas ensambladas mediante el separador.

Cuando el separador es asimétrico, uno de dichos flancos, placas, discos, etc. está horadado por una línea debilitada, como, por ejemplo, una ranura, a nivel del tubo expansible. Cuando el separador es simétrico, los dos flancos están horadados por una línea debilitada de este tipo, y dichas líneas debilitadas están colocadas de forma simétrica con respecto a un plano medio del separador.

Se describen asimismo en la Patente US 6 298 786 a nombre de Gross Brueger et al, que forma una base para las reivindicaciones, unos separadores que incluyen este tipo de flancos, en los que las líneas debilitadas están colocadas de forma simétrica o asimétrica con respecto a un plano.

Cuando se activa la carga explosiva contenida en el tubo, éste tiende a asumir una forma circular y repele entonces las paredes de los flancos entre los que se encuentra fijado, lo que provoca la ruptura de la línea o líneas debilitadas, y por lo tanto, la separación física de las piezas que se encontraban ensambladas previamente.

Los separadores asimétricos presentan la ventaja, cuando se utilizan para constituir el separador (3), de contribuir al desacoplamiento lateral de las dos semi-caperuzas de protección, debido al hecho mismo de su asimetría. Por el contrario, la explosión de la carga contenida en el cable pirotécnico aplica a las estructuras ensambladas unos impactos de nivel elevado, que se propagan por dichas estructuras y que pueden dañar los equipos instalados en las mismas (en especial, la carga útil de la lanzadera).

Los separadores simétricos ofrecen, en comparación con los separadores asimétricos, la ventaja de aplicar a las estructuras unos impactos de nivel más reducido. Por el contrario, debido a su geometría simétrica, estos separadores no contribuyen al desacoplamiento lateral de las dos semi-caperuzas de protección, las cuales pueden incluso dañar.

Por lo tanto, la presente invención tiene el objetivo de proporcionar un separador pirotécnico adecuado para constituir de forma específica el separador (3) de la caperuza de protección que se ilustra en la Figura 1, y dicho separador combina las ventajas de los separadores de los tipos citados, sin presentar sus inconvenientes.

La presente invención tiene asimismo el objetivo de proporcionar un dispositivo de separación pirotécnica que cuenta al menos con una primera, una segunda y una tercera piezas mecánicas ensambladas de forma temporal, y que incluye el separador realizado de conformidad con la presente invención.

Se logran los citados objetivos de la presente invención, así como otros que se derivan de la descripción que se reseña más adelante, mediante un separador pirotécnico diseñado para ser instalado a lo largo de una línea de unión de dos piezas mecánicas ensambladas temporalmente y diseñadas para separarse de acuerdo con una dirección predeterminada, y dicho separador incluye un primer y un segundo flancos de ensamblaje de las citadas piezas que fijan entre ellos un cable pirotécnico aplastado que se extiende a lo largo de dicha línea de unión, una primera y una segunda líneas debilitadas que se extienden a lo largo de dichos primer y segundo flancos, respectivamente, de forma paralela y en las proximidades de dicho cable, y unos medios para activar de forma selectiva dicho cable y provocar de este modo la ruptura de dichos flancos a lo largo de las citadas zonas debilitadas, y dicho separador se caracteriza de forma específica porque las citadas zonas definen en su conjunto una superficie envolvente de rotura que es tangente con respecto a dicho cable pirotécnico y que está inclinada en cualquier punto en la citada dirección predeterminada, y dicha inclinación está orientada de modo que permite un desacoplamiento mutuo de las dos piezas de acuerdo con la citada dirección predeterminada, sin que existan interferencias mecánicas, cuando se activa dicho cable.

El separador realizado de conformidad con la invención permite proporcionar un dispositivo de separación pirotécnica que cuenta con al menos una primera, una segunda y una tercera piezas mecánicas ensambladas temporalmente de acuerdo con la primera y la segunda líneas de unión que están equipadas con el primer y el segundo separadores pirotécnicos que se extienden entre la primera pieza y las citadas segunda y tercera piezas, y entre dichas segunda y tercera piezas, respectivamente, y dichas primera y segunda líneas de unión se desarrollan en un primer y un segundo planos perpendiculares entre sí, y dichas primera y segunda piezas son simétricas con respecto al segundo plano, y dicho dispositivo se caracteriza de forma específica porque dicho primer separador pirotécnico está realizado de acuerdo con lo descrito con anterioridad y porque dicho segundo separador pirotécnico está equipado con unos medios de activación que se disparan de forma sincrónica con respecto a los del primer separador pirotécnico, con el fin de contribuir a la separación de dichas segunda y tercera piezas de acuerdo con la citada dirección predeterminada, de forma perpendicular a dicho segundo plano.

Otras características de la presente invención se derivan de la descripción que se reseña a continuación y del examen de las Figuras adjuntas, en las que:

La Figura 1 es una vista en perspectiva esquemática del dispositivo de separación realizado de conformidad con la presente invención, aplicado a unas piezas que constituyen la caperuza de protección de una lanzadera espacial, y dicho dispositivo se describe parcialmente en el preámbulo de la presente
descripción.

Las Figuras 2 y 3 representan perspectivas de corte transversal del separador realizado de conformidad con la invención, antes y después, respectivamente, de la activación de la carga explosiva contenida en el cable pirotécnico de dicho separador.

La Figura 4 es una perspectiva de corte parcial de los medios de activación de la citada carga.

Ahora haremos referencia a las Figuras 2 y 3 que representan un separador pirotécnico diseñado de forma específica para constituir el separador (3) de la Figura 1. Esta aplicación se reseña a título ilustrativo y no restrictivo.

En este ejemplo, el separador (3) incluye dos mitades semicirculares colocadas una frente a la otra. Las perspectivas de corte de dicho separador que se ilustran en las Figuras 2 y 3 se desarrollan en el plano de corte (P3) de la Figura 1, en la que el separador establece una unión frangible entre la pieza (1) en forma de virola y la pieza (2b) en forma de semi-caperuza. A continuación sólo se describirá la parte del separador (3) colocada entre la virola (1) y la semi-caperuza (2b), puesto que la otra parte de este separador es idéntica.

Tal y como se ilustra en las Figuras 2 y 3, el separador (3) incluye un primer y un segundo flancos (5_{1}, 5_{2}) que sobresalen de la pieza (1) de acuerdo con una sección recta en forma de chapa, una sección de borde de la caperuza de protección (2b) que se inserta entre los dos flancos con el fin de delimitar una cámara anular en la cual se alberga un cable pirotécnico de sección recta, oblonga, o "aplastada", que está fijado entre los flancos (5_{1}, 5_{2}). La virola (1) y la semi-caperuza de protección (2b) se ensamblan mediante una serie de pernos tal y como el que se reseña con la referencia (6) que atraviesa la virola (1) y los flancos (5_{1}, 5_{2}).

El cable pirotécnico incluye de forma convencional un tubo metálico expansible (7) equipado en su interior con un cable de material pirotécnico (8) que está centrado en el tubo mediante, por ejemplo, un producto de sujeción (9).

Cada uno de los dos cables (7, 8, 9) que forman parte del separador (3) está equipado, en cada uno de sus dos extremos que salen de la caperuza de protección (2a, 2b) a través de las ventanas (10a, 10b) y que se ilustran en la Figura 1, con unos medios de activación (11) convencionales que se ilustran de forma más detallada en la Figura 4.

En dicha Figura se ilustra cómo el tubo (7) del cable es fijado, en la salida de la caperuza de protección, mediante un anillo (12) que es atravesado por el tubo (7) y que está fijado a la virola (1) por medio de un tornillo (13).

En la Figura 2 se ilustra que el separador realizado de conformidad con la invención incluye dos zonas debilitadas (14_{1}, 15_{2}) definidas por muescas o ranuras (15_{a}, 15_{b}) (16_{a}, 16_{b}), respectivamente, formadas en las dos caras situadas enfrente de los flancos (5_{1}, 5_{2}), respectivamente, en la base de dichos flancos.

El espesor de las zonas debilitadas y la geometría del separador en las proximidades del tubo expansible (7) se definen de modo que se minimiza el impacto pirotécnico cuando se activa el cable pirotécnico (7, 8, 9), así como el impacto debido al desacoplamiento de las piezas separadas.

La optimización lograda hace referencia a la rigidez y a la inercia de cada uno de los flancos (5_{1}, 5_{2}), así como a la disposición y al espesor de las zonas debilitadas.

El espesor de los flancos se optimiza de modo que las zonas debilitadas operen en la medida de lo posible a modo de cizalla. Con este fin, el espesor de los flancos debe ser al menos igual al espesor del cable pirotécnico, tal y como se ilustra en la Figura 2. Se limita de este modo la deformación de los flancos durante y después de la operación. La rotura de las zonas debilitadas se realiza de este modo con una reducida deformación del cable, y por lo tanto, de los flancos que se apoyan en dicho cable.

De conformidad con la presente invención, las citadas dos zonas debilitadas están colocadas de forma asimétrica con respecto al plano (P4) del separador (Ver Figura 2) de modo que definen, después de su ruptura, una superficie "envolvente" de rotura (S), cuyo trazado, en el plano de la Figura 3, están inclinado en la dirección D de acuerdo con la cual las dos semi-caperuzas de protección (2a, 2b) se deben separar entre sí (Ver Figura 1).

Dicho trazado es definido por una recta que pasa esencialmente por los puntos medios de las zonas debilitadas. Tal y como se ilustra en la zona (14_{1}), la rotura en estas zonas no es necesariamente paralela al trazado de la superficie (S).

En la Figura 3, que representa el separador tras la activación del cable pirotécnico (7, 8, 9), se ilustra que el trazado de la superficie (S) en el plano de la Figura está inclinado de modo que se permite el deslizamiento lateral de la semi-caperuza de protección (2b), por ejemplo, en el sentido de la flecha (f2), sin que exista riesgo de enganche o de otro tipo de interferencia mecánica con respecto a la virola (1). Ocurre lo mismo con la otra semi-caperuza (2a).

Con este fin, la superficie (S) asume una forma tronco-cónica (cuando la virola (1) es de giro cilíndrico), y el vértice del cono tangente a dicha forma se encuentra en el eje X, del lado de la caperuza de protección (2_{a}, 2_{b}), con respecto al plano (P1). La zona debilitada (14_{1}), cuyo radio es más pequeño que el de la zona (14_{2}), se encuentra entonces por encima de la zona (14_{2}), cuando se localiza ésta con respecto al eje (X), tal y como está orientada en la Figura 1.

En las Figuras 2 y 3 se ilustra asimismo que la superficie (S) se encuentra tangente con respecto al cable pirotécnico (7, 8, 9), tanto antes de la activación de dicho cable como después de la activación del mismo (Ver Figura 3). Se explicará el interés de esta disposición más adelante en esta descripción, dedicada al funcionamiento del separador y del dispositivo de separación realizados de conformidad con la invención.

La activación del separador pirotécnico realizado de conformidad con la invención se lleva a cabo tal y como se ha descrito con anterioridad con la ayuda de unos medios (11) montados en los extremos del cable (7, 8, 9), medios denominados generalmente "detonadores" o "líneas de transmisión pirotécnica". Una central de activación (que no se ilustra) coordina y sincroniza las activaciones de los detonadores o de las líneas de transmisión asociados a los diversos cables que forman parte de los separadores (3 y 4) del dispositivo ilustrado en la Figura 1, de modo que se garanticen la separación y la eyección de las semi-caperuzas de protección (2a, 2b) de acuerdo con las flechas (f1, f2), respectivamente.

La impulsión necesaria para dicha eyección se obtiene mediante el encendido del separador (4). En efecto, el encendido del separador (3) no es capaz de desarrollar una fuerza radial suficiente para garantizar dicha eyección.

Cuando se enciende el cable o cables pirotécnicos (7, 8, 9) del separador (3), la detonación de la carga pirotécnica hace que se infle el tubo expansible (7), el cual transmite entonces la onda de choque producida por la detonación a los flancos (5_{1}, 5_{2}) en los cuales se apoya. Dicha onda de choque hace aparecer en las zonas debilitadas (14_{1}, 14_{2}) unas tensiones de cizallamiento de modo que dichas zonas se rompen y hacen aparecer la superficie de rotura (S).

El inflado del tubo (7) le hace perder su forma oblonga y le proporciona una forma esencialmente elíptica (tal y como se ilustra en la Figura 3), lo que provoca el bloqueo del tubo contra las caras enfrentadas de los flancos (5_{1}, 5_{2}). Esto es posible debido al espesor de los flancos (5_{1}, 5_{2}) que limita sus deformaciones permanentes después de la activación del separador. El tubo (7) se mantiene unido a la semi-caperuza de protección (2a o 2b) que se ha eyectado, lo que evita cualquier dispersión peligrosa de los componentes en el entorno de la lanzadera.

Después del inflado, el tubo (7) permanece tangente con respecto a la superficie de rotura (S) (Ver Figura 3), lo que permite a la semi-caperuza de protección a la que está unido separarse libremente de la lanzadera, gracias a la impulsión proporcionada por el separador (4), y esto sin que exista ningún riesgo de enganche mecánico en la superficie situada enfrente de la virola (1), de conformidad con uno de los objetivos de la presente invención.

Una elección apropiada del semi-ángulo existente en el vértice de la superficie de rotura (S), tronco-cónica, por ejemplo, entre 10º y 20º, permite eliminar completamente el citado riesgo de enganche. La geometría de conjunto del separador realizado de conformidad con la invención es parecida a la de un separador del tipo denominado "simétrico", por lo que se mantiene de forma adicional la ventaja de éste último, a saber, el reducido nivel de impacto aplicado a la estructura colindante cuando se enciende el separador, en especial, en una banda de frecuencia de aproximadamente 500 Hz a 10.000 Hz.

El separador realizado de conformidad con la invención no está limitado a su utilización en un dispositivo del tipo que se ilustra en la Figura 1 adjunta.

Por el contrario, dicho separador se puede aplicar, cuando sea necesario, con motivo de la separación pirotécnica de dos piezas, eliminar cualquier riesgo de interferencia mecánica entre las citadas dos piezas al tiempo que se minimiza el nivel de impacto pirotécnico que se transmite a las piezas ensambladas.

Claims (6)

1. Un separador pirotécnico diseñado para ser instalado a lo largo de una línea de unión de dos piezas mecánicas (1; 2a, 2b) ensambladas temporalmente y diseñadas para separarse de acuerdo con una dirección (D) predeterminada, que incluye un primer (5_{1}) y un segundo (5_{2}) flancos de ensamblaje de dichas piezas (1; 2a, 2b) que fijan entre ellos un cable pirotécnico (7, 8, 9) aplastado que se extiende a lo largo de dicha línea de unión, una primera (14_{1}) y una segunda (14_{2}) zonas debilitadas que se extienden sobre dichos primer (5_{1}) y segundo (5_{2}) flancos, respectivamente, de forma paralela y en las proximidades de dicho cable (7, 8, 9), y unos medios (11) para activar selectivamente dicho cable (7, 8, 9) y provocar de este modo la ruptura de dichos flancos (5_{1}, 5_{2}) a lo largo de dichas zonas debilitadas (14_{1}, 14_{2}), caracterizado porque dichas zonas debilitadas (14_{1}, 14_{2}) definen en su conjunto una superficie envolvente de rotura (S) que es tangente con respecto a dicho cable pirotécnico (7, 8, 9) y que está inclinada en cualquier punto en la citada dirección (D) predeterminada, y dicha inclinación está orientada de modo que se permite un desacoplamiento mutuo de dichas piezas (1; 2a, 2b) de acuerdo con dicha dirección (D) sin que existan interferencias mecánicas, cuando se activa dicho cable (7, 8, 9), el cual se encuentra, después de la activación, retenido entre dichos flancos (5_{1}, 5_{2}) y por dichos flancos (5_{1}, 5_{2}), totalmente en un mismo lado de dicha superficie de rotura (S).

2. Un separador realizado de conformidad con la 1ª reivindicación, caracterizado porque dichos flancos (5_{1}, 5_{2}) cuentan con un espesor al menos igual al de dicho cable pirotécnico (7, 8, 9).

3. Un separador realizado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1ª o 2ª, caracterizado porque la ruptura de las zonas debilitadas se deriva esencialmente de la aplicación de unas tensiones de cizallamiento.

4. Un dispositivo de separación pirotécnica que incluye al menos una primera (1), una segunda (2a) y una tercera (2b) piezas mecánicas ensambladas temporalmente de acuerdo con una primera y una segunda líneas de unión equipadas con el primer (3) y el segundo (4) separadores que se extienden entre la primera pieza (1) y dichas segunda (2a) y tercera (2b) piezas, respectivamente, y las citadas primera y segunda líneas de unión se desarrollan en un primer (P1) y un segundo (P2) planos perpendiculares entre sí, y dichas segunda (2a) y tercera (2b) piezas son simétricas con respecto al segundo plano (P2), caracterizado porque dicho primer separador (3) está realizado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 3ª, y porque dicho segundo separador (4) coopera con el primer separador (3) con el fin de separar las citadas segunda (2a) y tercera (2b) piezas de acuerdo con dicha dirección (D) predeterminada, de forma perpendicular a dicho segundo plano (P2).

5. Un dispositivo realizado de conformidad con la 4ª reivindicación, caracterizado porque dicha primera pieza (1) forma parte de la envuelta de una lanzadera espacial, y porque dichas segunda (2a) y tercera (2b) piezas son las semi-caperuzas de protección de una lanzadera de este tipo.

6. Un dispositivo realizado de conformidad con la 5ª reivindicación, caracterizado porque al menos un extremo de dicho cable (7, 8, 9) está equipado con dichos medios de activación (11), porque dicho extremo atraviesa la citada envuelta de dicha lanzadera, y porque cuenta con un anillo (12) fijado a dicha envuelta con el fin de retener el citado extremo.