ES2372613T3 - Aparato de detección de radiación infrarroja, autodirector equipado con dicho aparato y proyectil autoguiado equipado con dicho autodirector. - Google Patents

Aparato de detección de radiación infrarroja, autodirector equipado con dicho aparato y proyectil autoguiado equipado con dicho autodirector. Download PDF

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Abstract

Aparato (5) de detección de ondas electromagnéticas, que comprende: - una carcasa (6) que define un recinto (7) al vacío, y formada por ensamblaje de varias piezas, de las cuales tres (24, 29, 34) son de titanio o de aleación de titanio, estando dos de ellas (29, 34) fijadas una a la otra por soldadura láser, y - un dedo frío (12), que comprende un recipiente Dewar (14) tubular, de titanio o de aleación de titanio, que se extiende en el interior del citado recinto (7), estando fijado de manera estanca a la citada carcasa (6) a nivel de una extremidad del citado recipiente Dewar (14), cuya otra extremidad está cerrada por una pared terminal (16) sobre la cual está montado un sensor (4) de ondas electromagnéticas; siendo las dos piezas (29, 34) de la carcasa (6) fijadas entre sí (29, 34): - una brida (29) de fijación del aparato (5) a un soporte (30) externo a la citada carcasa (6); y - una caperuza (34) provista de una abertura (35) situada en la vertical del citado sensor (4), y cerrada con estanqueidad por una ventana (11) transparente a la radiación electromagnética a la cual el citado sensor (4) es sensible; estando caracterizado este aparato (5) porque la tercera de las citadas tres piezas (24, 29, 34) de titanio o de aleación de titanio ensambladas para formar la carcasa (6) es un cuerpo principal (24) provisto de pasos (19, 23) estancos para conectores (18, 22) de conexión del citado sensor (4) a una tarjeta electrónica externa a la citada carcasa (6); y porque la citada brida (29) está fijada a una y a la otra de las otras dos piezas (24, 34) de titanio o aleación de titanio de la citada carcasa (6) por soldadura láser, y la citada pared terminal (16) del dedo frío (12) es igualmente de titanio o de aleación de titanio, de modo que el dedo frío (12) y la carcasa (6) están ambos realizados de titanio o de aleación de titanio, siendo los materiales del citado dedo frío (12) y de la citada carcasa (6) idénticos, y porque el citado dedo frío (12) comprende además una base (13), igualmente de titanio o de aleación de titanio, preferentemente del mismo material que la citada carcasa (6) y/o el citado recipiente Dewar (14), y que se presenta en forma de un cilindro perforado por un ánima central (36) y fijado de manera estanca, por soldadura láser, por una parte al citado cuerpo principal (24) de la citada carcasa (6), a lo largo de un borde periférico (37) de la citada base (13) y, por otra, al citado recipiente Dewar (14), queda encajado en la citada ánima (36) de la citada base (13), de modo que el citado recipiente Dewar (14) se extiende en saliente a partir de la citada base (13).

Description

Aparato de detecci6n de radiaci6n infrarroja, autodirector equipado con dicho aparato y proyectil autoguiado equipado con dicho autodirector
La invenci6n se refiere a los aparatos de detecci6n de radiaci6n electromagnetica, destinados especialmente a equipar a los autodirectores de proyectiles autoguiados (misiles, cohetes, etc.).
Los aparatos de este tipo estan equipados generalmente con un sensor de radiaci6n electromagnetica (denominado habitualmente « FPA », acr6nimo del ingles « Focal Plane Array » que solamente puede funcionar al vacio y a baja temperatura. Aparatos de este tipo estan divulgados en los documentos US5198671, EP0518515, US6070414, US4954708 y US5598966.
El enfriamiento del sensor, montado en el interior de una carcasa provista de una ventana transparente a la radiaci6n electromagnetica para la transmisi6n de esta al sensor, esta asegurado habitualmente por un intercambiador de calor alojado en un dedo frio fijado a la carcasa y cuya pared forma soporte para el sensor. En este caso, el material utilizado para la ventana de transmisi6n es elegido entre el germanio, el zafiro o la silice.
El pliego de especificaciones tecnicas al cual debe responder un aparato de este tipo es extremadamente severo. En primer lugar, su carcasa debe ser perfectamente estanca para asegurar el mantenimiento del vacio en el interior del recinto. Esta estanqueidad debe ser asegurada no solamente en la uni6n de las diferentes piezas constitutivas de la carcasa, sino igualmente, por una parte, en la uni6n de estas piezas con la ventana de transmisi6n y, por otra, a nivel del paso de conectores electricos que atraviesan la carcasa y que unen el sensor a una tarjeta electr6nica externa de tratamiento de los datos transmitidos por este (denominada igualmente « tarjeta de proximidad »). En segundo lugar, la carcasa debe ser estructuralmente rigida con el fin de reducir al minimo los errores de medici6n. En tercer lugar, el material en el cual esta realizada la carcasa debe presentar un coeficiente de dilataci6n termica relativamente bajo frente a las importantes diferencias de temperatura a las que esta sometido el aparato (de 40 DC a +80 DC).
Hace varias decadas, la carcasa del aparato era realizada de vidrio soplado. Las conexiones del sensor eran simplemente picadas en el vidrio todavia blando, y la ventana de transmisi6n simplemente sellada a la carcasa.
Habida cuanta del aumento del tamafo de los aparatos, debido a la multiplicaci6n de las conexiones que unen el sensor a la tarjeta de proximidad, la utilizaci6n del vidrio se ha revelado rapidamente inadaptada y se han preferido aleaciones metalicas, siendo en la actualidad las mas empleadas habitualmente una aleaci6n de hierro/niquel/cobalto, disponible en el comercio con las denominaciones comerciales « Kovar », o « Dilver ».
El Kovar da total satisfacci6n frente a las especificaciones tecnicas anteriormente mencionadas. La tecnica de vidriado (es decir de sellado del vidrio) de las conexiones al Kovar esta actualmente relativamente bien controlada. Han sido propuestas otras tecnicas de paso estanco de las conexiones (vease, por ejemplo, la solicitud de patente francesa FR 2 717 981).
Sin embargo, los inventores han deseado proponer una soluci6n alternativa que permita aumentar todavia las prestaciones del aparato.
A tal efecto, estos proponen, de acuerdo con un primer aspecto, un aparato de detecci6n de ondas electromagneticas de acuerdo con las caracteristicas de la reivindicaci6n 1.
De acuerdo con un modo de realizaci6n, las piezas de la carcasa son:
un cuerpo principal provisto de pasos estancos para conectores de conexi6n del sensor a una tarjeta electr6nica externa,
una brida de fijaci6n del aparato a un soporte externo, y
una caperuza provista de una abertura situada enfrente del sensor, y en la cual esta montada una ventana transparente a la radiaci6n electromagnetica a la cual el sensor es sensible.
Se obtienen asi un cierto numero de ventajas, entre las cuales se pueden citar:
un mejor posicionamiento del dedo frio con respecto a la carcasa, en beneficio del perfecto posicionamiento del FPA y por tanto de las prestaciones optr6nicas,
una simplificaci6n de la fabricaci6n del aparato, estando mejor controlada la utilizaci6n del titanio que la del Kovar, y pudiendose hacer el ensamblaje de la carcasa y del dedo frio por simple soldadura laser,
una reducci6n de la masa de aproximadamente un 30% con respecto a un aparato en Kovar,
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una mejor adaptaci6n del aparato al funcionamiento en entorno no estanco, siendo el titanio, en efecto, insensible a la corrosi6n, con respecto especialmente al Kovar.
De acuerdo con un modo de realizaci6n, el dedo frio comprende una base, a partir de la cual se extiende en saliente el recipiente Dewar, y por la cual el dedo frio esta fijado a la carcasa.
Preferentemente, la fijaci6n del dedo frio a la carcasa es realizada por soldadura laser.
De acuerdo con un modo de realizaci6n, los pasos estancos en el cuerpo principal estan guarnecidos con vidrio sellado al cuerpo principal.
En cuanto a la ventana, esta es realizada preferentemente de germanio, pero puede ser realizada igualmente de zafiro o de silice. Ademas, esta preferentemente queda fijada a la abertura del sensor por soldadura, por ejemplo poniendo en practica una aleaci6n plomo/indio.
En lo que respecta al material en el cual son realizados la carcasa y el dedo frio, se trata por ejemplo de una aleaci6n de titanio TA6V, o tambien de un titanio TA40.
Los inventores proponen igualmente, de acuerdo con un segundo aspecto, un autodirector equipado con un aparato de este tipo, asi como un proyectil autodirigido equipado con un autodirector de este tipo.
Otros objetos y ventajas de la invenci6n se pondran de manifiesto a la luz de la descripci6n hecha seguidamente refiriendose a los dibujos anejos, en los cuales:
la figura 1 es una vista esquematica en corte parcial de un proyectil provisto de un autodirector equipado con un aparato de detecci6n de radiaci6n electromagnetica;
la figura 2 es una vista en perspectiva que muestra un aparato de detecci6n de radiaci6n electromagnetica;
la figura 3 es una vista en planta desde arriba del aparato de la figura 2;
la figura 4 es un vista en alzado en corte del aparato de las figuras 2 y 3, segun el plano de corte IV IV de la figura 3;
la figura 5 es una vista en planta desde abajo del aparato de las figuras precedentes;
la figura 6 es una vista en perspectiva parcial que muestra el aparato de las figuras precedentes en el que se ha omitido una parte superior;
la figura 7 es una vista similar a la figura 6, y en la que se han omitido piezas suplementarias del aparato;
la figura 8 es una vista en planta desde arriba del aparato tal como esta representado en la figura 7;
la figura 9 es una vista en alzado en corte del aparato de la figura 8, segun el plano de corte IX IX; y
la figura 10 es una vista en alzado en corte del aparato de la figura 8, segun el plano X X.
En la figura 1 esta representado un proyectil 1 (en este caso un misil) autoguiado, y equipado a tal efecto con un autodirector 2 6ptico que comprende unaunidad de tratamiento de datos 3 que provienen de un sensor infrarrojo 4, asi como un aparato 5 de detecci6n de radiaci6n electromagnetica (en este caso de radiaci6n infrarroja) en el cual esta montado este sensor 4.
El aparato 5, representado especialmente en las figuras 2 a 5, comprende una carcasa 6 hueca que define un recinto 7 en el interior del cual reina un vacio parcial (aproximadamente 106 mbar). Este vacio es realizado por bombeo a traves de un tubo de vacio 8 fijado permanentemente a la carcasa 6 a traves de un agujero 9 practicado en esta, y cuya extremidad externa 10 es aplastada y sellada al fin del bombeo.
Como se ve en la figura 2, la carcasa 6 presenta una ventana 11 realizada en un material que transmite la radiaci6n electromagnetica a la cual es sensible el sensor (para el infrarrojo, se elegira preferentemente germanio, zafiro o silice).
Como se ve en la figura 4, el aparato comprende ademas un dedo frio 12 que comprende una base 13 fijada de manera estanca a la carcasa 6, asi como un recipiente Dewar 14 en forma de un tubo hueco que se extiende axialmente (es decir perpendicularmente a la ventana) en el interior del recinto a partir de la base 13. El recipiente Dewar 14 desemboca, en una extremidad aguas arriba, por una abertura 15 y esta cerrado, en una extremidad aguas abajo, por una pared terminal 16 que presenta una cara externa 17, situada en la vertical de la ventana 11 y vuelta hacia esta.
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El sensor infrarrojo 4 esta montado sobre la pared terminal 16 del recipiente Dewar 14, en el lado de su cara externa 17, de manera que pueda ser afectado por la radiaci6n infrarroja que atraviesa la ventana 11. El sensor 4 esta unido electricamente a una tarjeta de circuito integrado (denominada tarjeta de proximidad, no representada), montada al exterior de la carcasa 6, por intermedio de conectores 18 que atraviesan la carcasa 6 por pasos 19 estancos guarnecidos con vidrio.
Como se ve en la figura 6, los conectores 18 estan repartidos en dos grupos diametralmente opuestos; cada grupo de conectores esta unido al sensor 4 por una linea flexible 20 en la cual estan serigrafiadas pistas electricas (no visibles) para la conexi6n del sensor 4 a cada conector 18.
El sensor 4 solamente puede funcionar a temperaturas extremadamente bajas, del orden de 77 DK a 100 DK. A tal efecto, el aparato 5 comprende un intercambiador de calor tubular (no representado) alojado en el recipiente Dewar 14, y que asegura el enfriamiento del sensor 4 por efecto �oule Thomson.
Este fen6meno es bien conocido por el especialista en la materia; este esta suficientemente descrito en la tecnica anterior y por tanto no parece necesario describirlo aqui mas en detalle. Si es necesario, podra referirse especialmente al documento FR 2 665 753.
Debera observarse que el vacio que reina en el interior del recinto con miras a evitar la formaci6n de condensaci6n, especialmente sobre el sensor 4 y sobre la ventana 11, lo que perjudicaria a la transmisi6n de la radiaci6n.
Ademas, con el fin de reducir al minimo la presencia de moleculas gaseosas en suspensi6n en el interior del recinto 7, el aparato 5 esta provisto, como se ve en las 4, 6 y 7, de tubos de vacio 21 conectados electricamente a la tarjeta de proximidad por intermedio de conectores 22 acodados que atraviesan la carcasa 6 a traves depasos 23 estancos guarnecidos igualmente con vidrio.
La carcasa 6 y el dedo frio 12 son ambos de titanio, por ejemplo un titanio TA40, denominado « puro » o de una aleaci6n de titanio, tal como una aleaci6n TAV6, es decir una aleaci6n de titanio, de aluminio (cuyo porcentaje en masa esta comprendido entre 5,5 y 6,75) y de vanadio (cuyo porcentaje en masa esta comprendido entre 3,5 y 4,5).
Debera observarse que el titanio presenta una mejor mecanibilidad especialmente que el Kovar. Resulta asi, con respecto a los aparatos de detecci6n de infrarrojos realizados en este material, una reducci6n del numero de piezas, en beneficio de la simplicidad de la estructura y del ensamblaje del aparato 5.
Asi, en el modo de realizaci6n ilustrado, la carcasa 6 se compone esencialmente de tres piezas estructurales, a saber:
un cuerpo principal 24, que comprende una secci6n tubular 25 que rodea al recipiente Dewar 14, prolongandose esta secci6n por un collarin 26 en el cual estan perforados agujeros 27, 28 para el paso de los conectores 18 y 22,
una brida 29 de fijaci6n del aparato 5 a un soporte 30 externo, provista a tal efecto de un collarin 31 perforado por agujeros 32 de fijaci6n y de una ranura 33 de posicionamiento apta para cooperar con un pe6n (no representado) previsto en saliente en el soporte 30, y
una caperuza 34 provista de una abertura 35, situada en la vertical del sensor 4, y en la cual esta montada la ventana 11.
La fijaci6n de la brida 29 al cuerpo principal 24 y de la caperuza 34 a la brida 29 es efectuada por encajamiento y por soldadura laser a nivel de las interfaces. Este tipo de soldadura, junto con el material de las piezas 24, 29, 34, asegura una perfecta estanqueidad del recinto 7 (siendo medida la estanqueidad al helio, siendo la tasa de fuga inferior a 10 10 Atm/cm3/s).
En cuanto al dedo frio 12, este se compone de dos piezas realizadas en el mismo material que la carcasa 6, a saber, por una parte, la base 13, que se presenta en forma de un cilindro perforado por un anima 36 central, soldado al laser, a lo largo de un borde 37 periferico superior, al cuerpo principal 24 de la carcasa 6 y, por otra, el recipiente Dewar 14, que esta encajado en el anima 36 de la base 13 estando soldado al laser a esta.
El tubo de vacio 8 esta a su vez realizado de cobre o de una aleaci6n a base de cobre. �ste atraviesa la carcasa 6 por el agujero 9; este queda fijado a la carcasa 6 por soldadura en un borde externo del agujero 9.
Los conectores 18, 22 realizados en una aleaci6n de hierro/niquel dorada y niquelada, quedan fijados al cuerpo principal 24 de la carcasa 6 por vidriado, es decir por sellado en los agujeros de manguitos de vidrio 38, 39 que encierran los conectores 18, 22 para formar asi los pasos estancos 19, 23.
La tecnica de sellado vidrio/metal no sera abordada en la presente descripci6n. Para mas detalle, podra referirse especialmente a la solicitud de patente francesa FR 2 613 171.
Una alternativa del vidriado para el paso estanco de los conectores 18, 22 es la utilizaci6n de pastillas de ceramica soldadas, como se describe en la solicitud de patente francesa FR 2 717 981, por medio de la adaptaci6n de la soldadura de ceramica a Kovar a la soldadura ceramica a titanio.
Cada tubo de vacio 21 comprende un cuerpo 40 cilindrico realizado en una aleaci6n absorbente (se trata por
5 ejemplo de una aleaci6n de hierro, de circonio y de vanadio) acoplado a presi6n alrededor de una espiga 41 metalica de molibdeno, soldada en una extremidad superior 42 al conector 22 y fijada, en una extremidad inferior 43, a la carcasa 6 por medio de una soldadura al arco. Cada tubo de vacio 21 es activado por circulaci6n en su espiga 41 de una corriente electrica de baja intensidad que proviene de la tarjeta de proximidad.
La ventana 11 esta a su vez fijada a la carcasa 6 (de modo mas preciso a un borde 44 de la abertura 35 practicada
10 en la caperuza 34) por medio de una soldadura de plomo/indio bajo atm6sfera de arg6n hidrogenado a una temperatura de 250 DC aproximadamente, tras metalizaci6n local del titanio con cromo o con oro. Debera observarse que esta tecnica esta particularmente adaptada cuando la ventana 11 es de germanio, siendo su fijaci6n a la carcasa 6 a la vez s6lida y estanca.
Siendo identicos los materiales del dedo frio 12 y de la carcasa 6, estos presentan coeficientes de dilataci6n termica
15 igualmente identicos, de modo que, por una parte, las variaciones de temperatura no implican ninguna tensi6n a nivel de las soldaduras al laser, cuyas resistencia a la fatiga y estanqueidad quedan asi aseguradas de modo duradero (debera observarse que la duraci6n de vida de servicio util que debe garantizarse al misil es de 25 afos, lo que tiene en cuenta la duraci6n de su almacenamiento) y, por otra parte, el posicionamiento del dedo frio 12 es a la vez preciso y estable.
20 Ademas, debera observarse que el titanio presenta una excelente resistencia a la corrosi6n, especialmente con respecto al Kovar. Este aspecto es importante cuando el aparato 5 esta inmerso en un entorno no estanco.
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Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Aparato (5) de detecci6n de ondas electromagneticas, que comprende:
    una carcasa (6) que define un recinto (7) al vacio, y formada por ensamblaje de varias piezas, de las cuales tres (24, 29, 34) son de titanio o de aleaci6n de titanio, estando dos de ellas (29, 34) fijadas una a la otra por soldadura laser, y
    un dedo frio (12), que comprende un recipiente Dewar (14) tubular, de titanio o de aleaci6n de titanio, que se extiende en el interior del citado recinto (7), estando fijado de manera estanca a la citada carcasa (6) a nivel de una extremidad del citado recipiente Dewar (14), cuya otra extremidad esta cerrada por una pared terminal (16) sobre la cual esta montado un sensor (4) de ondas electromagneticas;
    siendo las dos piezas (29, 34) de la carcasa (6) fijadas entre si (29, 34):
    una brida (29) de fijaci6n del aparato (5) a un soporte (30) externo a la citada carcasa (6); y
    una caperuza (34) provista de una abertura (35) situada en la vertical del citado sensor (4), y cerrada con estanqueidad por una ventana (11) transparente a la radiaci6n electromagnetica a la cual el citado sensor (4) es sensible;
    estando caracterizado este aparato (5) porque la tercera de las citadas tres piezas (24, 29, 34) de titanio o de aleaci6n de titanio ensambladas para formar la carcasa (6) es un cuerpo principal (24) provisto de pasos (19, 23) estancos para conectores (18, 22) de conexi6n del citado sensor (4) a una tarjeta electr6nica externa a la citada carcasa (6);
    y porque la citada brida (29) esta fijada a una y a la otra de las otras dos piezas (24, 34) de titanio o aleaci6n de titanio de la citada carcasa (6) por soldadura laser, y la citada pared terminal (16) del dedo frio (12) es igualmente de titanio o de aleaci6n de titanio, de modo que el dedo frio (12) y la carcasa (6) estan ambos realizados de titanio o de aleaci6n de titanio, siendo los materiales del citado dedo frio (12) y de la citada carcasa (6) identicos,
    y porque el citado dedo frio (12) comprende ademas una base (13), igualmente de titanio o de aleaci6n de titanio, preferentemente del mismo material que la citada carcasa (6) y/o el citado recipiente Dewar (14), y que se presenta en forma de un cilindro perforado por un anima central (36) y fijado de manera estanca, por soldadura laser, por una parte al citado cuerpo principal (24) de la citada carcasa (6), a lo largo de un borde periferico (37) de la citada base
    (13) y, por otra, al citado recipiente Dewar (14), queda encajado en la citada anima (36) de la citada base (13), de modo que el citado recipiente Dewar (14) se extiende en saliente a partir de la citada base (13).
  2. 2. Aparato (5) de acuerdo con la reivindicaci6n 1, caracterizado porque:
    el citado cuerpo principal (24) comprende una secci6n tubular (25) que rodea al citado recipiente Dewar (14), y un collarin (26) que forma un sola pieza con la secci6n tubular (25) y en el cual estan perforados agujeros (27, 28) para los pasos estancos (19, 23) de los conectores (18, 22); y/o,
    la citada brida (29) de fijaci6n comprende un collarin (31) perforado por agujeros de fijaci6n (32) y por una ranura
    (33) de posicionamiento apta para cooperar con un pe6n previsto en saliente en el citado soporte (30) externo.
  3. 3.
    Aparato (5) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque los citados pasos estancos (19, 23) en el cuerpo principal (24) estan guarnecidos con vidrio (38, 39) sellado al citado cuerpo principal (24) o con pastillas de ceramica soldadas al citado cuerpo principal (24), y que encierran los citados conectores (18, 22).
  4. 4.
    Aparato (5) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la fijaci6n de la citada brida (29) al citado cuerpo principal (24) y de la citada caperuza (34) a la citada brida (29) es efectuada por encajamiento y soldadura laser a nivel de las interfaces.
  5. 5.
    Aparato (5) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la citada ventana
    (11) esta fijada a la citada abertura (35) de la citada caperuza (34) por soldadura que pone en practica una aleaci6n de plomo/indio.
  6. 6. Aparato (5) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la citada ventana
    (11) esta realizada de germanio, zafiro o de silice.
  7. 7.
    Aparato (5) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la carcasa (6) y el dedo frio (12) estan realizados en una aleaci6n de titanio TA6V.
  8. 8.
    Aparato (5) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la carcasa (6) y el dedo frio (12) estan realizados en un titanio TA40.
  9. 9.
    Autodirector (2) equipado con un aparato (5) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8.
    10 Proyectil (1) autoguiado que comprende un autodirector (2) equipado con un aparato (5) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8.
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