ES2347934T3 - Pared multicapas especialmente para estructuras hinchables del tipo gossamer. - Google Patents

Abstract

Pared multicapas especialmente para estructuras hinchables y rigidizables de tipo Gossamer, comprendiendo esta pared una capa de material compuesto (1) que puede rigidizarse por polimerización, recubierta, por el lado interior, por una capa (2) estanca a los gases y, por el lado interior, por al menos una capa (3) de protección y anti-adhesión, caracterizada porque la referida capa exterior (3) es, parcialmente, permeable a los gases y no permeable a las fases líquida o viscosa de la matriz del expresado material compuesto (1).

Description

Pared multicapas especialmente para estructuras hinchables del tipo Gossamer.

La presente invención hace referencia de una manera especial a las estructuras corrientemente denominadas Gossamer que son unas estructuras espaciales ultraligeras desplegables.

De una manera general, cuando se envían objetos hacia el espacio, se dispone de un emplazamiento de reducidas dimensiones bajo las cúpulas de los cohetes o en la bodega o cala de los transportadores. En este caso, deben compactarse los indicados objetos los cuales ceben ser desplegados cuando alcanzan la órbita. El ejemplo mas conocido de este tipo de estructuras está constituido por los paneles solares.

Los expresados despliegues se llevan actualmente a cabo por medio de sistemas mecánicos que pueden ser complejos teniendo en cuenta las difíciles condiciones del ambiente espacial.

Sea cual sea la tecnología de despliegue que se utilice, resulta fundamental dominar la geometría del objeto que se trate de desplegar, dado que esta geometría constituye por lo general un elemento fundamental del funcionamiento, por ejemplo, cuando se trata de antenas de radio o de paneles solares.

Una de las dificultades con las que se tropieza para dominar el indicado despliegue está relacionada con el vacío del espacio. En efecto, como es obvio, las estructuras se montan sobre la superficie de la tierra, a la presión atmosférica, y durante su transporte hasta la órbita, deben quedar sometidas a un descenso de presión. Esta depresurización se halla acompañada por unos flujos gaseosos susceptibles de deformar las estructuras o de perturbar su despliegue, si estos flujos no son convenientemente controlados.

La presente invención se refiere de manera muy particular a las estructuras denominadas Gossamer del tipo de pared hinchable rigidizable multicapas.

Una pared del indicado tipo comprende una capa de un material compuesto capaz de ser convertido en rígido, constituido por un tejido preimpregnado polimerizable, una capa estanca a los gases dispuesta en la parte interior de la estructura multicapas desplegable para posibilitar su hinchado y, en la parte exterior, al menos una capa que constituye una protección y evita que la capa de material compuesto pueda adherirse sobre sí misma cuando se realiza el plegado de la estructura para alojarla en el contenedor que será finalmente alojado en el cohete o el transportador.

En las estructuras que nos ocupan resulta primordial tener la seguridad de que después de la reducción de presión, no subsiste ningún gas residual aprisionado durante la fabricación y/o el plegado. En efecto, ello podría resultar muy perjudicial en vistas a un buen desplegamiento después del emplazamiento en órbita.

Conviene, en efecto, dominsar el despliegue para que se realice de acuerdo con la geometría deseada teniendo en cuenta los sistemas del ambiente y la situación en gravedad.

El objetivo de la invención estriba en permitir, en especial durante la fase de reducción de presión, la evacuación del aire aprisionado entre las diferentes capas integrantes de una pared multicapas de estructuras hinchables y rigidizables del tipo Gossamer.

Al indicado efecto, la invención tiene pos objeto una pared multicapas, especialmente de estructuras hinchables y rigidizables del tipo Gossamer, que comprende una capa de material compuesto capaz de ser rigidizado por polimerización, revestida, por su cara interior, por una capa estanca a los gases y, por su cara anterior, por al menos una capa de protección y anti-adhesiva, caracterizada porque la expresada cara exterior es, parcialmente, permeable a los gases y no permeable a las fases líquida o viscosa de la matriz del referido material compuesto.

Las referidas partes permeable a los gases e impermeable a los restantes fluidos, se hallan ventajosamente constituidas por unas aberturas de ventilación integradas por unos orificios previstos en la referida capa y recubiertas por un material que permite la libre circulación de los gases, impidiendo al mismo tiempo el paso de la fase liquida o viscosa de la matriz del referido material compuesto, siendo aplicada la referida membrana sobre la indicada capa exterior y siendo solidarizada a ésta última a través, eventualmente, de un medio de fijación apropiado, habiéndose calculado la superficie acumulada apta para permitir el paso de los gases de las referidas membranas en vistas a permitir un rápido descenso de presión en el interior de la pared multicapas.

Ventajosamente, la membrana se constituye a base de un material que no pueda empaparse con la resina del material compuesto, tratándose preferentemente de una membrana microporosa a base de politetrafluoroetileno expandido.

Las membranas se hallan aplicadas y fijadas, por ejemplo, por adhesión, por medio de un adhesivo de tipo silicona.

A titulo de ejemplo ilustrativo, el espesor de la membrana es del orden de algunos centenares de mocrómetros, típicamente del orden de 300 micrómetros.

Otras características y ventajas se desprenderá de la descripción que sigue relativa a unos ejemplos de realización de elementos de ventilación de acuerdo con la invención, descripción que se da tan sólo a título de ejemplo y haciendo referencia al dibujo anexo, en el que:

- la Figura 1 es una sección esquemática de una pared multicapas de una estructura hinchable y rigidizable;

- en la figura 2 se ha representado una forma de realización de la pared multicapas que constituye objeto de la invención;

- la Figura 3 ilustra la disposición de aberturas de ventilación de acuerdo con la invención, sobre una estructura plegable; y

- la figura 4 es una curva de descenso de presión de una estructura multicapas de acuerdo con la invención.

En la Figura 1 se ha representado esquemáticamente, en sección, una pared de de una estructura multicapas de una estructura desplegable por hinchado y rigidizable del tipo Gossamer.

Esta estructura de hojas comprende una capa central 1, a base de un material compuesto, constituida por al menos un pliegue de fibras preimpregnadas con una resina apropiada a la rigidización en órbita de la estructura, una vez desplegada. La rigidización se opera siguiendo una de las tecnologías habitualmente utilizadas en estas circunstancias y cuya enumeración aparece, por ejemplo, en el artículo "Recent advances in rigidización of Grossamer structures" de la obra ECCOMAS titulada "Recent Advances in Textile Membranes and inflable structures", página 1-19, Editor SPRINGER BERLIN ALEMANIA.

El material compuesto 1 se halla revestido por el lado interno de la estructura hinchable, por una película 2, delgada y estanca a los gases, por ejemplo, por medio de una película de poliamida.

La familia de las poliamidas es una familia de materiales conocidos por sus altas propiedades mecánicas y por sus excelentes propiedades eléctricas, así como por su resistencia a las altas temperaturas, su reducida absorción de la humedad, sus buenas propiedades de barrera a los gases de hinchado y su estabilidad química.

Para la realización de la película 2, resultan particularmente apropiadas las poliamidas aromáticas, en especial el material conocido bajo la denominación comercial KAPTON^{R}.

Por el lado exterior de la estructura hinchable, el material compuesto 1 se halla recubierto por una película 3, por ejemplo, igualmente a base de poliamida (especialmente una poliamida aromática) que protege dicho material compuesto, evitando que pueda adherirse sobre sí mismo cuando se lleva a cabo el plegado de la estructura hinchable como paso previo a su colocación en un espacio o alojamiento lo más compacto posible, en el correspondiente contenedor de lanzamiento. La película 3 participa igualmente en la conformación de la estructura desplegable desarrollando de alguna manera la función de "matriz de moldeo".

La estructura multicapas 1, 2, 3, es mantenida en posición durante su realización y su manipulación por el carácter adherente de la capa central de material compuesto 1.

Cuando se realiza el despliegue por hinchado de la estructura 1, 2, 3, que se realiza en el vacío, resulta sumamente interesante por razones de regularidad y de precisión en el despliegue de la estructura, evacuar al máximo posible cualquier presencia de burbujas de gas residuales que puedan subsistir en el espacio entre las dos capas 2 y 3 que envuelven el material compuesto, siendo inevitable la presencia de estos gases residuales dado que el conjunto 1, 2, 3 se realiza y se pliega en tierra.

De acuerdo con la invención, la capa exterior 3 se halla provista de al menos una abertura de ventilación, y preferentemente de varias aberturas, cada una de las cuales se halla constituida por un orificio 4 previsto en la película 3 en un punto determinado de la superficie de la misma y que, tal como se ha representado en la figura 2, se halla recubierto por una membrana independiente 5 fijada sobre dicha película.

Los orificios 4 pueden presentar una forma cualesquiera, pero la forma circular debe considerarse preferente dado que es más fácil de realizar y presenta un mejor grado de resistencia mecánica.

Las membranas 5 se hallan constituidas por unas simples pastillas, por ejemplo, circulares, de un diámetro ligeramente superior al de los orificios 4.

Las pastillas se realizan, por ejemplo, por recortado a partir de una película delgada 3 de un material apto para permitir el paso de los gases, tal como se na representado con las flechas 6 (figura 2), desde el interior del espacio definido entre las películas 2 y 3 hacia el exterior de la pared multicapas.

El espesor de las membranas-pastillas 5 es de algunos centenares de micrómetros, por ejemplo, del orden de 300 micrómetros.

Por el contrario, el material constitutivo de las pastillas 5 no debe permitir la difusión hacia el exterior de la pared multicapas de la formulación líquida o viscosa de la matriz del compuesto 1, lo que engendraría una polución de la estructura desplegada.

Preferentemente, la fijación de las membranas-pastillas 5 se lleva a cabo por adhesión.

Un material que resulta adecuado para la constitución de las pastillas 5 es el politetrafluoroetileno expandido y, muy en particular, uno de los materiales que se comercializan bajo la denominación MIKROTEX^{R} de la sociedad MIKROPULL o bajo la denominación GORE-TEX^{R} de la sociedad W.L. GORE ASOCIATES y preferentemente los materiales de la serie HPM de esta última sociedad, en los que la microporosidad resulta muy adecuada, dado que los poros no pueden quedar obturados por la resina del material compuesto, un material de este tipo no puede quedar mojado por la resina y al mismo tiempo se presta muy bien a ser adherido sobre un material de tipo polimida por medio de una cola de silicona 7 dispuesta formando un anillo sobre la periferia de cada una de las membranas 5.

La sección de los orificios 4 y el número de los mismos dependerán del caudal de aire que se desee alcanzar, siendo su objetivo el de obtener un rápido descenso de presión, del orden de algunas decenas de segundos.

En lo que respecta a la localización de las aberturas de ventilación (4, 5) dependerá de las formas, de las dimensiones y del sistema de plegado de las estructuras desplegables.

A título de ejemplo, en la figura 3 se ha representado un motivo repetitivo 8 de una forma de plegado en acordeón, en sí conocida, de una estructura tubular. En este motivo hexagonal 8, se han previsto dos orificios 4 dispuestos simétricamente, cada uno de los cuales se halla recubierto por una membrana 5. La posición de estas aberturas se hallará preferentemente optimizada.

En lo que afecta a la posición, las aberturas se situaran en vistas a limitar al máximo el recorrido que deberán efectuar las moléculas de gas, a saber en las cuatro zonas del motivo hexagonal 8, e igualmente en cada zona ''aislada por el plegado, es decir, en los puntos en los que los pliegues pueden determinar que se convierta en localmente estanco el producto, engendrando unas zonas entre las que los gases no pueden circular.

En la figura 4 se ha representado un perfil de pérdida de presión en función del tiempo de una estructura multicapas de acuerdo con la invención.

En la prueba que de esta manera se ha representado, se obtiene una bajada de presión casi total, pasando de 1 bar a 0,05 bar en un lapso de tiempo de 90 segundos que debe considerarse como totalmente satisfactorio. Puede observarse que el descenso de presión, no es únicamente rápido sino relativamente regular, lo que contribuye desde luego a un desplegado armonioso de la estructura hinchable.

Debe hacerse notar que la invención puede igualmente aplicarse a las paredes multicapa con una capa central de material compuesto interpuesta entre dos capas estancas a los gases, destinadas a ser utilizadas en otros contextos distintos de la realización de estructuras Gossamer que requieran la presencia de un material compuesto sin burbujas, hallándose provista una al menos de las expresadas capas estancas de un dispositivo de ventilación de acuerdo con

\hbox{la invención.}

Claims (11)

1. Pared multicapas especialmente para estructuras hinchables y rigidizables de tipo Gossamer, comprendiendo esta pared una capa de material compuesto (1) que puede rigidizarse por polimerización, recubierta, por el lado interior, por una capa (2) estanca a los gases y, por el lado interior, por al menos una capa (3) de protección y anti-adhesión, caracterizada porque la referida capa exterior (3) es, parcialmente, permeable a los gases y no permeable a las fases líquida o viscosa de la matriz del expresado material compuesto (1).

2. Pared multicapas según la reivindicación 1, caracterizada porque la referida capa exterior (3) comporta una o varias partes (4, 5) permeables a los gases y no permeables a las fases líquida o viscosa de la matriz del expresado material compuesto (1).

3. Pared multicapa según la reivindicación 2, caracterizada porque la referidas partes son unas aberturas de ventilación constituidas por unos orificios (4) practicados en la expresada capa (3) y recubiertos por una membrana (5) de un material que permite la libre circulación (6) de los gases impidiendo al mismo tiempo el paso de la fase líquida o viscosa de la matriz del indicado material compuesto (1), estando dicha membrana (5) aplicada aplicada sobre la expresada capa exterior (3) y hallándose solidarizada a la misma con auxilio eventualmente de un medio de fijación apropiado (7), determinándose la superficie acumulada apta para permitir el paso de los gases (6) de las indicadas membranas en vistas a asegurar un descenso rápido de presión del interior de la pared multicapas (1, 2, 3).

4. Pared multicapas según la reivindicación 3, caracterizada porque la referida membrana (5) se halla constituida a base de un material no mojable por la resina del material compuesto (1).

5. Pared multicapas según la reivindicación 4, caracterizada porque la referida membrana (5) es una membrana microporosa a base de politetrafluoretileno expandido.

6. Pared multicapas según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la referida capa exterior (3) se constituye a base de polimida.

7. Pared multicapas según la reivindicación 6, caracterizada porque la polimida es una polimida aromática.

8. Pared multicapas según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque la membrana (5) se halla fijada por adhesión.

9. Pared multicapas según la reivindicación 8, caracterizada porque la adhesión se realiza por medio de una cola a la silicona (7).

10. Pared multicapas según una de las reivindicaciones 3 a 9, caracterizada porque la membrana (5) presenta un espesor del orden de algunos centenares de mocrómetros.

11. Pared multicapas según la reivindicación 10, caracterizada porque la membrana (5) presenta un espesor del orden de 300 micrómetros.