ES2582481T3 - Una estructura tensegrítica desplegable, especialmente para aplicaciones espaciales - Google Patents

Una estructura tensegrítica desplegable, especialmente para aplicaciones espaciales Download PDF

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ES2582481T3 ES12716619.7T ES12716619T ES2582481T3 ES 2582481 T3 ES2582481 T3 ES 2582481T3 ES 12716619 T ES12716619 T ES 12716619T ES 2582481 T3 ES2582481 T3 ES 2582481T3
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Valfredo ZOLESI
Pier Luigi GANGA
Paolo PODIO-GUIDUGLI
Gunnar TIBERT
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Abstract

Una estructura tensegrítica desplegable que comprende, en el estado desplegado, una estructura de soporte (100) que tiene una forma de anillo alrededor de un eje longitudinal y que comprende: - un primer miembro de tensión flexible (101) que define un primer contorno de dicho anillo y un segundo miembro de tensión flexible (102) que define un segundo contorno de dicho anillo; - una primera pluralidad de miembros de compresión rígidos (103, 103', 103'') que se extienden entre dichos primer y segundo contornos (101, 102), estando un extremo (1030, 1030') de cada miembro de compresión rígido de la primera pluralidad montado sobre el primer contorno (101) mientras que el otro extremo (1031, 1031'') no está montado sobre un contorno; y una segunda pluralidad de miembros de compresión rígidos (104, 104') que se extienden entre dichos primer y segundo contornos (101, 102), estando un extremo (1040') de cada miembro de compresión rígido de la segunda pluralidad montado sobre el segundo contorno (102) mientras que el otro extremo (1041, 1041') no está montado sobre un contorno; estando dichas primera y segunda pluralidad de miembros de compresión rígidos (103, 103', 103'', 104, 104') dispuestas con un patrón de cruzamiento repetitivo alrededor del anillo; - una primera pluralidad de miembros de tensión flexibles (105, 106, 107, 110, 111) que conectan cada extremo (1030, 1030', 1040') de un miembro de compresión montado sobre uno de dichos contornos (101, 102) con un extremo de otro miembro de compresión el cual no está montado sobre uno de dichos contornos, y una segunda pluralidad de miembros de tensión flexibles (108, 109, 112) que conectan cada extremo (1031, 1031'', 1041, 1041') de un miembro de compresión el cual no está montado sobre un contorno con un extremo de otro miembro de compresión el cual tampoco está montado sobre un contorno.

Description

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DESCRIPCION
Una estructura tensegntica desplegable, especialmente para aplicaciones espaciales
La invencion se refiere a una estructura la cual es desplegable desde un estado plegado hasta un estado desplegado.
La invencion se refiere, mas en particular, a una estructura tensegntica desplegable.
La tensegridad es un principio estructural basado en el uso de componentes aislados, tales como barras ngidas o puntales (en compresion), conectados juntos mediante una red continua de cables o tendones (en tension), de tal manera que las barras ngidas o puntales no se tocan entre st
La distribucion de fuerzas de compresion y tension dentro de la estructura es tal que una estructura tensegntica toma y mantiene su forma sin ningun contacto directo o union entre las diferentes barras ngidas o puntales.
Las estructuras tensegnticas pueden ser desplegables o no de acuerdo con el campo tecnico al cual pertenecen.
En la industria espacial, un reflector desplegable con un soporte tensegntico ya ha sido propuesto en el documento de patente de EE.UU. US 6,542,132.
Una ventaja para usar una estructura tensegntica para tal reflector desplegable es disminuir el riesgo de fallo del despliegue. Ciertamente, en estructuras no tensegnticas, las uniones entre dos barras ngidas o puntales aumentan el riesgo de fallos.
Sin embargo, el documento citado propone una estructura prismatica en la que barras ngidas se extienden desde la periferia hacia el centro.
En consecuencia, las barras ngidas son bastante largas y, en la practica, diffcilmente pueden ser estibadas dentro de la envolvente de lanzaderas espaciales tfpicas, incluso en el caso de estructuras a pequena escala.
Ademas, puesto que la estructura prismatica propuesta no es simetrica con respecto a ningun plano perpendicular al eje longitudinal de la estructura, en orbita, no es optima.
Hasta donde conoce el solicitante, esta estructura no ha sido usada hasta la fecha.
Estructuras desplegables anteriores no presentan los inconvenientes de la estructura tensegntica propuesta en el documento de patente de EE.UU. US 6,542,132.
De hecho, estas estructuras desplegables anteriores pueden ser estibadas dentro de la envolvente de las lanzaderas espaciales tfpicas y tambien son estables en orbita.
Una estructura desplegable de este tipo se propone en el documento de patente de EE.UU. US 5,680,145. Es bien conocida para los expertos en el campo bajo el nombre “Astromesh”.
La “Astromesh” esta compuesta por una estructura de soporte en forma de anillo alrededor de un eje longitudinal la cual incluye una serie de elementos de contorno ngidos superiores y elementos de contorno inferiores los cuales, cuando estan conectados extremo con extremo, forman un contorno superior y un contorno inferior, mantenidos separados por varios puntales ngidos verticales.
Esta estructura de soporte permite obtener una estructura desplegable la cual es sustancialmente simetrica con respecto a un plano transversal, perpendicular al eje longitudinal (eje de simetna) de la propia estructura de soporte. Asf, puede obtenerse una buena estabilidad en orbita.
Sin embrago, la estructura “Astromesh” no es una estructura tensegntica, puesto que los elementos de contorno en la secuencias de contorno ngido superior e inferior estan montadas una con otra a traves de uniones sin las cuales la estructura no podna ser estibada en la lanzadera espacial. Ademas, los puntales ngidos verticales tambien se montan a traves de miembros de conexion ngidos en dichos elementos de contorno.
En consecuencia, el riesgo de fallo de despliegue no es despreciable.
Ademas, el numero de partes ngidas (elementos de contorno y puntales) incrementa el peso de la estructura de soporte, mientras que es preferible para una lanzadera espacial tener una estructura de masa baja.
Otra estructura tensegntica se divulga en el documento de patente de EE.UU. US 2004/0261351.
Un objetivo de la invencion es proponer una estructura tensegntica mejorada la cual es desplegable desde un estado plegado hasta un estado desplegado.
Para alcanzar este objetivo, la invencion propone una estructura tensegntica desplegable que comprende, en el
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estado desplegado, una estructura de soporte que tiene una forma de anillo alrededor de un eje longitudinal y que comprende:
- un primer miembro de tension flexible que define un primer contorno de dicho anillo y un segundo miembro de tension flexible que define un segundo contorno de dicho anillo;
- una primera pluralidad de miembros de compresion ngidos que se extienden entre dichos primer y segundo contornos, estando un extremo de cada miembro de compresion ngido de la primera pluralidad montado sobre el primer contorno mientras que el otro extremo no esta montado sobre un contorno; y una segunda pluralidad de miembros de compresion ngidos que se extienden entre dichos primer y segundo contornos, estando un extremo de cada miembro de compresion ngido de la segunda pluralidad montado sobre el segundo contorno mientras que el otro extremo no esta montado sobre un contorno; estando dichas primera y segunda pluralidad de miembros de compresion ngidos dispuestas con un patron de cruzamiento repetitivo alrededor del anillo;
- una primera pluralidad de miembros de tension flexibles que conectan cada extremo de un miembro de compresion montado sobre uno de dichos contornos con un extremo de otro miembro de compresion el cual no esta montado sobre uno de dichos contornos, y una segunda pluralidad de miembros de tension flexibles que conectan cada extremo de un miembro de compresion el cual no esta montado sobre un contorno con un extremo de otro miembro de compresion el cual tampoco esta montado sobre un contorno.
La estructura puede tener tambien las propiedades tecnicas siguientes solas o en combinacion:
- la primera pluralidad de miembros de tension flexibles comprende primeros miembros de tension flexibles los cuales conectan miembros de compresion ngidos que pertenecen a la misma primera o segunda pluralidad de miembros de compresion ngidos;
- la primera pluralidad de miembros de tension flexibles comprende segundos miembros de tension flexibles los cuales conectan miembros de compresion ngidos de la primera pluralidad con miembros de compresion ngidos de la segunda pluralidad;
- la segunda pluralidad de miembros de tension flexibles conectan miembros de compresion ngidos de la primera pluralidad con miembros de compresion de la segunda pluralidad;
- varios miembros de compresion ngidos comprenden unos medios, tales como un muelle, para variar la longitud de al menos un miembro de tension flexible;
- varios miembros de compresion ngidos comprenden un dispositivo para bloquear al menos un miembro de tension flexible;
- dos redes flexibles estan montadas todo alrededor de un respectivo contorno de la estructura de soporte, estando conectadas dichas redes juntas mediante una pluralidad de miembros de conexion de forma que las redes tienen ambas una forma concava y estan dispuestas simetricamente con respecto a un plano de simetna transversal de la estructura de soporte;
- los miembros de compresion ngidos son barras o puntales;
- la miembros de tension flexibles son cables o tendones;
- esta provista de una pluralidad de actuadores activos para pretensar la estructura de soporte hasta un valor requerido;
- se proveen tres actuadores activos para pretensar la estructura de soporte, estando distribuidos dichos actuadores a intervalos regulares alrededor del eje longitudinal de dicha estructura de soporte.
La invencion tambien propone una combinacion de una estructura tensegntica desplegable de acuerdo con una de la invencion con un dispositivo que comprende una placa destinada para ser montada sobre un brazo extensible de una nave espacial y una pluralidad de barras cuyos primeros extremos estan articulados sobre la placa y cuyos segundos extremos comprenden rotulas montadas sobre respectivos extremos de miembros de compresion ngidos de la estructura de soporte.
Esta combinacion puede tambien ser de tal forma que dos barras de dicha pluralidad de barras esten montadas sobre extremos de miembros de compresion ngidos los cuales estan a su vez montados sobre un contorno, estando una tercera barra de dicha pluralidad de barras montada sobre un extremo de otro miembro de compresion ngido montado a su vez sobre le otro contorno.
Como alternativa, la invencion propone otra combinacion de una estructura tensegntica desplegable de acuerdo con una de la invencion con un brazo extensible de una nave espacial, comprendiendo dicho brazo extensible un tronco central y tres ramas las cuales estan fijadas al tronco central y dispuestas a intervalos regulares alrededor del eje longitudinal del tronco, estando destinadas dichas ramas para ser articuladas sobre extremos de miembros de
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compresion ngidos de la estructura de soporte.
La estructura de acuerdo con la invencion es particularmente conveniente para aplicaciones espaciales. No obstante, algunas de estas propiedades la hacen bien adaptada tambien para aplicaciones no espaciales, como se describira mas adelante en este documento.
La invencion se entendera mejor, y otros objetivos, ventajas y propiedades apareceran leyendo la descripcion que sigue escrita con referencia a los dibujos que acompanan, en los cuales:
- la figura 1 es una vista en perspectiva de una estructura de soporte de una estructura tensegntica desplegable de acuerdo con la invencion, que muestra dicha estructura de soporte tanto en el estado plegado como en el estado desplegado;
- la figura 2 es una vista en primer plano de la figura 1 que muestra solo la estructura de soporte en el estado desplegado;
- la figura 3 es una vista esquematica de una realizacion generica de una estructura tensegntica desplegable de acuerdo con la invencion, que comprende, ademas, dos redes de miembros de tension flexibles opuestas, una de las cuales esta destinada para soportar un reflector de ondas electromagneticas (no mostrado en la imagen);
- la figura 4 es una vista en primer plano de las dos redes flexibles opuestas, tal como las mostradas en la figura 3, al nivel del centro de las redes de cables flexibles;
- la figura 5 es una vista en corte vertical de un miembro de compresion, usado en la estructura de soporte mostrada en las figuras 1 y 2;
- la figura 6 muestra una nave espacial, un brazo extensible unido a dicha nave espacial y unos medios de union de dicho brazo extensible a la estructura de soporte mostrada en las figuras 1 y 2, comprendiendo dichos medios de union una pluralidad de barras articuladas unidas a dicha estructura de soporte;
- la figura 7 es una vista en perspectiva de la placa que comprende la pluralidad de barras articuladas mostrada en la figura 6;
- la figura 8 muestra una realizacion alternativa para unir la nave espacial a la estructura de acuerdo con la invencion.
La estructura de soporte 100 se muestra en la figura 1, tanto en un estado plegado como en un estado desplegado y en una vista en primer plano en la figura 2 en su estado desplegado.
El estado plegado corresponde al estado de la estructura cuando esta estibada en el vehnculo de lanzamiento. El estado desplegado corresponde al estado de la estructura cuando esta en operacion.
La estructura de soporte 100 desplegada tiene una forma de anillo cuyo eje Z longitudinal pasa a traves del centro geometrico C.
La estructura de soporte 100 comprende un primer miembro de tension flexible 101 que define un primer contorno (superior) de dicha forma de anillo.
Aquella tambien comprende un segundo miembro de tension flexible 102 que define un segundo contorno (inferior) de dicho anillo.
Como la estructura de soporte 100 tiene la forma de un anillo, se comprende que los contornos 101, 102 tienen diametros similares cuando la estructura 100 esta en el estado desplegado.
Los miembros de tension flexibles 101, 102 pueden ser cables o tendones. Ademas, cada miembro de tension 101, 102 puede estar compuesto por un cable/tendon unico o por una pluralidad de cables/tendones dispuestos en serie con el fin de formar dicho contorno.
Los miembros de tension 101, 102 flexibles son inextensibles, es decir, que no vanan en longitud.
Los miembros de tension 101, 102 pueden estar enrollado en un lado del anillo para lograr la configuracion estibada 100 mostrada en la figura 1.
El enrollamiento puede lograrse simplemente mediante un sistema de poleas motorizadas.
En la configuracion estibada de la figura 1, una cantidad adecuada de energfa elastica se almacena en muelles de compresion alojados en miembros de compresion ngidos. Esto se discutira mas a fondo mas adelante en este documento con la figura 5.
Desenrollando los miembros de tension 101, 102 de manera controlada, la energfa elastica almacenada en dichos
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miembros de compresion puede ser liberada gradualmente, obteniendo de este modo un despliegue progresivo y controlado de la estructura tensegntica segun se muestra en la figura 1.
Ademas, la estructura de soporte 100 comprende una pluralidad de miembros de compresion ngidos 103, 103', 104, 104' que se extienden entre dichos primer y segundo contornos 101, 102.
Estos miembros de compresion ngidos pueden ser barras o puntales.
Un extremo 1030, 1030', 1040' de cada miembro de compresion ngido 103, 103', 104' esta montado sobre uno de dichos dos contornos 101, 102, mientras que el otro extremo 1031, 1041, 1041' no esta montado sobre un contorno.
Adicionalmente, la estructura de soporte 100 comprende una pluralidad de miembros de tension flexibles 105, 106, 107, 110, 111, 108, 109, 112 los cuales conectan los miembros de compresion ngidos uno con otro.
Estos miembros de tension flexibles 105, 106, 107, 110, 111, 108, 109, 112 pueden ser divididos en dos tipos.
El primer tipo de miembros de tension flexibles 105, 106, 107, 110, 111, conecta cada extremo 1030, 1030', 1040' de un miembro de compresion montado sobre uno de dichos contornos 101, 102 con un extremo de otro miembro de compresion el cual no esta montado sobre uno de dichos contornos.
El segundo tipo de miembros de tension flexibles 108, 109, 112, conecta cada extremo 1031, 1031'', 1041, 1041' de un miembro de compresion el cual no esta montado sobre un contorno con un extremo de otro miembro de compresion el cual tampoco no esta montado sobre un contorno.
Estos miembros de tension flexibles pueden ser cables o tendones.
Los miembros de compresion 103, 104, 103', 104' pueden ser tambien divididos en dos tipos, segun estan montados sobre el primer contorno 101 o sobre el segundo contorno 102.
Los miembros de compresion del mismo tipo son, preferiblemente, identicos. Adicionalmente, todos los miembros de compresion de la estructura de soporte 100 son, ventajosamente, identicos.
El primer tipo de miembros de compresion 103, 103' esta montado sobre el primer contorno 101 (superior) mediante un extremo 1030, 1030' respectivo. La distancia entre dos miembros de compresion 1030, 1030' sucesivos del primer tipo es la misma de forma que estos miembros de compresion 103, 103' forman un patron repetitivo.
Esto es posible porque un miembro de compresion 103' esta montado sobre el primer contorno 101 (superior) por un primer extremo 1030' y el miembro de compresion 103 precedente es mantenido en posicion con respecto al miembro de compresion 103' siguiente por su segundo extremo 1031 a, por un lado, el primer extremo 1030' del miembro de compresion 103' siguiente y a, por otro lado, el primer extremo 1040' de otro miembro de compresion 104 (del segundo tipo) por medio de un respectivo miembro de tension flexible 105, 111.
En consecuencia, son necesarios dos miembros de tension flexibles 105, 111 para mantener el extremo 1031 del miembro de compresion ngido 103, el cual no esta montado sobre un contorno 101, 102, en posicion con respecto a los extremos 1030', 1040' de los miembros de compresion ngidos 103', 104', cuyos extremos 1030', 1040' estan ambos montados sobre un contorno 101, 102.
Debe notarse que los miembros de tension flexibles 105, 111 son ambos del primer tipo.
Ademas, el miembro de tension flexible 105, mostrado en la figura 2, es, en el presente caso, un cable sustancialmente vertical y el miembro de tension flexible 111, tambien mostrado en la figura 2, es un cable, denominado cable diagonal.
El cable vertical 105 conecta dos miembros de compresion 103, 103' sucesivos del mismo tipo mientras que el cable diagonal 111 conecta dos miembros de compresion 103, 104' de tipos diferentes.
El segundo tipo de miembros de compresion ngidos 104, 104' esta montado sobre el segundo contorno 102 (inferior) por uno respectivo extremo 1040'. La distancia entre dos miembros de compresion ngidos 104, 104' sucesivos del segundo tipo es la misma de forma que estos miembros de compresion 104, 104 tambien forman un patron repetitivo.
Esto es posible porque un miembro de compresion 104' esta montado sobre el segundo contorno 102 (inferior) por un primer extremo 1040' y el miembro de compresion 104 precedente es mantenido en posicion con respecto al miembro de compresion 104' siguiente por su segundo extremo 1041 al primer extremo 1040' del miembro de compresion 104' siguiente y al primer extremo 1030 del miembro de compresion 103 por medio de un respectivo miembro de tension flexible 106, 107.
Una vez mas, son necesarios dos miembros de tension flexibles 106, 107 para mantener el extremo 1041 del miembro de compresion ngido 104, el cual no esta montado sobre un contorno 101, 102, en posicion con respecto a los extremos de los miembros de compresion ngidos, cuyos extremos 1030, 1040' estan montados ambos sobre un
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contorno 101, 102.
Debe notarse que los miembros de tension flexibles 106, 107 son ambos del primer tipo.
El miembro de tension flexible 106, mostrado en la figura 2, es, en el presente caso, un cable sustancialmente vertical y el miembro de tension flexible 107, tambien mostrado en la figura 2, es un cable diagonal.
Los miembros de tension flexibles 107, 106, 111, 105 forman un patron repetitivo alrededor del anillo.
Para garantizar la estabilidad de la estructura de soporte 100 cuando esta desplegada, otros miembros flexibles 108, 112 se anaden entre el segundo extremo 1041, 1041' de los miembros de compresion 104, 104' del segundo tipo y el segundo extremo 1031 de un miembro de compresion 103 del primer tipo. Estos miembros de tension flexibles adicionales conectan dos extremos los cuales no estan montados sobre los contornos 101, 102.
Debe notarse que estos miembros de tension flexibles 108, 112 adicionales son del segundo tipo, de forma que conectan extremos de miembros de compresion los cuales no estan montados sobre un contorno 101, 102.
Estos miembros flexibles adicionales pueden ser cables, denominados cables de equilibrio, o tendones.
De manera similar, los miembros flexibles 108, 109 conectan el segundo extremo 1041 de un miembro de compresion 104 del segundo tipo y los respectivos segundos extremos 1031, 1031'' de dos miembros de compresion 103, 103'' del primer tipo.
Una vez mas, el miembro flexible 109 puede ser un cable, denominado cable de equilibrio, o un tendon.
Las conexiones entre los diferentes miembros de compresion 103, 103', 104, 104' estan hechas, ventajosamente, entre los miembros de compresion mas cercanos, segun se muestra en la figura 2.
Los miembros de tension flexibles 108, 109, 112 del segundo tipo tambien definen un patron repetitivo alrededor del anillo.
Ademas, miembros de compresion ngidos de ambos tipos estan dispuestos con un patron de cruzamiento repetitivo todo alrededor del anillo. Como la estructura de soporte 100 es una estructura tensegntica, no hay ninguna conexion mecanica entre cualesquiera dos miembros de compresion: estos estan dispuestos en un patron de cruzamiento pero mantienen una distancia de separacion no nula entre ellos.
La estructura de soporte 100 descrita aqu arriba es totalmente compatible con la instalacion de dos redes flexibles 201, 202 las cuales son montadas cada una de ellas todo alrededor de uno de los contornos 101, 102 de la estructura de soporte 100.
La figura 3 muestra las dos redes flexibles 201, 202 opuestas junto con una pluralidad de miembros de conexion 203 en una realizacion representativa de una configuracion de hardware de vuelo posible.
En esta figura, las barras de compresion ngidas 103, 104, 103', 104', 103'' y sus conexiones flexibles no estan representadas.
Gracias a los miembros de conexion 203, cada red 201, 202 tiene una forma concava. De esa manera, una de las redes 201,202 puede soportar un reflector de ondas electromagneticas (no mostrado en la figura).
Segun se muestra en esta figura, las redes 201, 202 estan montadas de tal manera que estan dispuestas simetricamente con respecto a un plano P de simetna transversal de la estructura de soporte 100.
La figura 4 muestra, mas espedficamente, una vista en primer plano del centro de las redes 201, 202. Realmente, hay que fijarse en que la figura 4 represente una realizacion relacionada con una realizacion particular de un prototipo de estructura tensegntica, por lo cual solo tuvieron que ser representadas las caractensticas mecanicas de dichas redes flexibles y dichos miembros de conexion.
No obstante, el diseno mostrado en la figura 3 es consistente con la figura 4.
El centro C1, C2 de cada red 201, 202 pertenece al eje Z longitudinal del anillo (eje de simetna). Estos centros, preferiblemente, estan conectados por unos medios de acoplamiento 204.
El despliegue de la estructura desde su estado plegado hasta su estado desplegado se realiza, ventajosamente, con las dos fases siguientes.
En la primera fase, el despliegue completo de la estructura de soporte se logra por medio de la actuacion basada en un muelle 113, alojado en un miembro de compresion 103. Liberando su energfa, el muelle 113 permite desplegar la estructura de soporte 100 desde su estado plegado hasta su estado desplegado.
Se asume que el muelle 113 esta comprimido inicialmente para almacenar energfa cuando la estructura de soporte
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100 esta en un estado plegado.
Durante el despliegue, un miembro de tension flexible 110 alojado parcialmente en el miembro de compresion ngido 103 entra en el miembro de compresion 103 ngido. En consecuencia, la longitud del miembro de tension flexible 110 fuera del miembro de compresion 1093 ngido se reduce.
Una vez que la estructura de soporte 100 esta desplegada, un dispositivo de bloqueo 112 tambien alojado en dicho miembro de compresion 103 ngido bloquea el miembro de tension 110 flexible en suposicion final.
Esto evita la relajacion de la tension despues del despliegue.
Los medios empleados para la primera fase de despliegue se muestran mas espedficamente en la figura 5. La figura 5 es una vista en corte vertical de un miembro de compresion, en este caso el miembro de compresion 103 mostrado en la figura 2.
El miembro de tension flexible que es escogido a este fin es un cable vertical 110. No obstante, puede ser llevado a cabo con otro miembro de tension flexible tal como un cable diagonal de la estructura de soporte 100.
El miembro de compresion 103 aloja al muelle 113, cuyo un extremo 1130 esta acoplado a la cubierta del miembro de compresion 103 y cuyo otro extremo 1131 esta acoplado a la parte superior 1120 del dispositivo de bloqueo 112.
La parte inferior 1121 del dispositivo de bloqueo 112 bloquea el cable vertical 110. El dispositivo 112 esta un una posicion desbloqueada cuando la estructura de soporte esta en un estado plegado. Cuando se logra el despliegue completo, es bloqueado para evitar la relajacion de la tension.
La figura 5 tambien muestra el otro cable vertical 105 el cual esta conectado al miembro de compresion 103'. La longitud de la parte visible del cable vertical 105 puede tambien variar en longitud mediante un correspondiente dispositivo (muelle, dispositivo de bloqueo) alojado en el miembro de compresion 103', en conformidad con el diseno mostrado en la figura 5.
Ademas, la figura 5 muestra tambien los cables diagonales 107, 111 los cuales conectan respectivamente dicho miembro de compresion 103 a los miembros de compresion 104, 104'.
Ventajosamente, todos los miembros de compresion de la estructura de soporte 100 incluiran un diseno interno descrito con la figura 5 como, en ese caso, el riesgo de fallo de despliegue esta limitado.
No obstante, se puede seleccionar tambien algunos miembros de compresion ngidos de entre todos los miembros de compresion ngidos contenidos en la estructura de soporte.
En la segunda fase de despliegue de la estructura de soporte 100, se aplica una actuacion activa a uno o varios miembros de tension flexibles de la estructura de soporte 100 para alcanzar un estado pretensado requerido.
La segunda fase garantiza rigidez y estabilidad de la estructura de soporte 100 desplegada. Tambien asegura el tensado apropiado de las dos redes flexibles 201, 202 las cuales tienen que soportar el reflector electromagnetico. Ciertamente, la estabilidad de la forma del reflector tiene que ser mantenida durante la vida operativa del reflector.
La actuacion activa se lleva a cabo mediante actuadores los cuales seran alimentados de energfa por la nave espacial.
Debido a las propiedades espedficas de las estructuras tensegnticas, un numero limitado de actuadores es suficiente para asegurar un tensado eficiente de los contornos 101, 102, de los diferentes miembros de tension flexibles desde el 105 hasta el 111 y de las redes flexibles 201, 202.
Por ejemplo, un numero de tres actuadores ha probado ser suficiente.
Ciertamente, el solicitante ha disenado y ensayado a pequena escala la estructura de acuerdo con la invencion, en la cual tres actuadores distribuidos a intervalos regulares alrededor del eje longitudinal de la estructura han probado ser suficientemente eficientes. Esto quiere decir que los actuadores fueron separados entre sf en un angulo periferico de 120°.
En los ensayos realizados, la actuacion fue llevada a cabo sobre cables diagonales pero pueden haber sido escogidos otros cables.
Ademas, debe notarse que pueden emplearse mas de tres actuadores para aumentar la seguridad.
Las dos fases de despliegue de la estructura de soporte 100 descritas aqrn arriba son preferenciales.
No obstante, se puede concebir un diseno mas simple para la secuencia de despliegue, de forma que la segunda fase no se lleve a cabo. A este fin, un dimensionamiento adecuado de los muelles 113 de compresion que estan dentro de los miembros de compresion de la figura 5 proporcionana suficiente energfa para lograr el pretensado
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requerido al final del despliegue de la primera fase.
Otro aspecto importante en el despliegue de los reflectores electromagneticos esta relacionado con la interfaz entre su estructura de soporte 100 y la nave espacial.
En general, se preve un brazo extensible desplegable largo para llevar la estructura que comprende el reflector a una distancia dada desde nave espacial para evitar cualquier problema durante el despliegue de dicha estructura. En el caso particular en el que la estructura de soporte tiene la forma de un anillo, el brazo extensible de la nave espacial esta unido generalmente a al menos un contorno de la estructura de soporte.
Sin embargo, la invencion propone unos medios de union espedficos entre el brazo extensible 400 de la nave espacial 500 y la estructura de soporte 100 de acuerdo con la invencion.
Las figuras 6 y 7 muestran tales medios de union, en operacion en la figura 6 y aislados en la figura 7.
Estos medios de union estan dirigidos mas espedficamente a reflectores de ondas electromagneticas cuando se usan en una configuracion optica de antena de tipo “desviada”, concretamente cuando el anillo reflector esta unido al brazo extensible de la nave espacial solo por un lado.
Los medios de union son un dispositivo 300 que comprende una placa 301 destinada para ser fijada sobre el brazo extensible 400 de la nave espacial 500 y una pluralidad de barras ngidas 302, 303, 304 destinadas para ser conectadas a respetivos extremos de miembros de compresion de la estructura de soporte 100.
Las barras ngidas estan articuladas sobre la placa 301 por primeros extremos, de forma que es posible un movimiento de rotacion de dichas barras ngidas 302, 303, 304 con respecto a la placa 301.
Los otros extremos de las barreas ngidas 301, 302, 303 comprenden rotulas a ser montadas sobre los extremos de los miembros de compresion, de forma que un movimiento de rotacion en tres direcciones es posible con respecto a estos miembros de compresion.
Segun se muestra en la figura 7, tres barras 301, 302, 303 articuladas pueden ser suficientes para asegurar un despliegue apropiado de la estructura de soporte 100. Es particularmente interesante cuando la placa 301 tiene una forma triangular, pues cada barra ngida 302, 303, 304 puede estar articulada al nivel de una esquina de la placa 301.
No obstante, la placa 301 puede tener otra forma, siempre que se provean tres puntos de union.
Ciertamente, una placa con tres barras articuladas montadas con rotulas sobre tres extremos respectivos de miembros de compresion proporciona una estructura isostatica la cual es particularmente adecuada para obtener una estructura de soporte/reflector con un plano de simetna transversal.
En la practica, dos barras 303, 304 articuladas se montaran sobre un primer contorno 101 y la ultima 302 sobre el otro contorno 102.
En una realizacion alternativa, es posible tener un brazo extensible 400' que comprende un tronco central 401' conectado a la nave espacial 500 y una pluralidad de ramas 402', 403', 404' fijadas todas, por un lado, al tronco central 401', y cada una de ellas articulada con una rotula a un correspondiente extremo de un miembro de compresion que pertenece a la estructura de soporte 100.
La figura 8 muestra tal alternativa.
Esta alternativa esta dirigida mas espedficamente a escudos solares o aplicaciones de propulsion por vela solar.
Como puede verse en esta figura, la nave espacial 500 esta situada por encima de la estructura de soporte 100 de forma que el brazo extensible 400' se extiende hacia abajo con respecto a la nave espacial 500.
Las diferentes ramas, en este caso tres ramas 402', 403' 404', estan distribuidas a intervalos regulares alrededor del eje longitudinal del tronco central 401'. Esto quiere decir que las ramas 402', 403', 404' estan separadas entre sf en un angulo periferico de 120°.
En ese caso, el despliegue de la estructura de soporte 100 es llevado a cabo en una direccion radial, en un plano situado por debajo de la nave espacial 500 y del brazo extensible 400'.
Asf se obtiene un despliegue conveniente.
La estructura desplegable tensegntica de acuerdo con la invencion puede ser usada en conjunto con muchos tipos de reflectores, de entre los cuales esta una antena.
Tambien puede ser usada en conjunto con un escudo solar, una vela solar o cualquier superficie grande util para la captacion de radiofrecuencias.
Otras aplicaciones tales como generar resistencia aerodinamica para le reentrada de la nave espacial en la atmosfera tambien pueden ser consideradas.
Ademas, son posibles aplicaciones en tierra.
Por ejemplo, la invencion puede encontrar aplicacion para carpas o refugios temporales o portatiles.
5 De acuerdo con otro ejemplo, la invencion puede encontrar una aplicacion para acuicultura.
Para aplicaciones en tierra, debe notarse que la fase de despliegue puede limitarse a la primera fase, ya que el pretensado de la estructura de soporte hasta un valor requerido no es generalmente tan importante como para aplicaciones espaciales, en las cuales la forma del reflector tiene que ser controlada de manera precisa. Ademas, las redes 201,202 generalmente no seran previstas.
10 Cualquiera que sea la aplicacion, la invencion propone una estructura desplegable tensegntica la cual es ligera, estable y fiable, especialmente cuando se considera su despliegue.
Ademas, en aplicaciones espaciales, la estructura de acuerdo con la invencion puede ser estibada en la envolvente de una lanzadera espacial.

Claims (12)

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    REIVINDICACIONES
    1. Una estructura tensegntica desplegable que comprende, en el estado desplegado, una estructura de soporte (100) que tiene una forma de anillo alrededor de un eje longitudinal y que comprende:
    - un primer miembro de tension flexible (101) que define un primer contorno de dicho anillo y un segundo miembro de tension flexible (102) que define un segundo contorno de dicho anillo;
    - una primera pluralidad de miembros de compresion ngidos (103, 103', 103'') que se extienden entre dichos primer y segundo contornos (101, 102), estando un extremo (1030, 1030') de cada miembro de compresion ngido de la primera pluralidad montado sobre el primer contorno (101) mientras que el otro extremo (1031, 1031'') no esta montado sobre un contorno; y una segunda pluralidad de miembros de compresion ngidos (104, 104') que se extienden entre dichos primer y segundo contornos (101, 102), estando un extremo (1040') de cada miembro de compresion ngido de la segunda pluralidad montado sobre el segundo contorno (102) mientras que el otro extremo (1041, 1041') no esta montado sobre un contorno; estando dichas primera y segunda pluralidad de miembros de compresion ngidos (103, 103', 103'', 104, 104') dispuestas con un patron de cruzamiento repetitivo alrededor del anillo;
    - una primera pluralidad de miembros de tension flexibles (105, 106, 107, 110, 111) que conectan cada extremo (1030, 1030', 1040') de un miembro de compresion montado sobre uno de dichos contornos (101, 102) con un extremo de otro miembro de compresion el cual no esta montado sobre uno de dichos contornos, y una segunda pluralidad de miembros de tension flexibles (108, 109, 112) que conectan cada extremo (1031, 1031'', 1041, 1041') de un miembro de compresion el cual no esta montado sobre un contorno con un extremo de otro miembro de compresion el cual tampoco esta montado sobre un contorno.
  2. 2. Una estructura tensegntica desplegable de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que la primera pluralidad de miembros de tension flexibles (105, 106, 107, 110, 111) comprende primeros miembros de tension flexibles (105, 106, 110) los cuales conectan miembros de compresion ngidos que pertenecen a la misma primera o segunda pluralidad de miembros de compresion ngidos.
  3. 3. Una estructura tensegntica desplegable de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en la que la primera pluralidad de miembros de tension flexibles (105, 106, 107, 110, 111) comprende segundos miembros de tension flexibles (107, 111) los cuales conectan miembros de compresion ngidos de la primera pluralidad (103, 103', 103'') con miembros de compresion ngidos de la segunda pluralidad (104, 104').
  4. 4. Una estructura tensegntica desplegable de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en la que la segunda pluralidad de miembros de tension flexibles (108, 109, 112) conectan miembros de compresion ngidos de la primera pluralidad de la primera pluralidad (103, 103', 103'') con miembros de compresion de la segunda pluralidad (104, 104').
  5. 5. Una estructura tensegntica desplegable de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en la que varios miembros de compresion ngidos (103, 103', 103'', 104, 104') comprenden unos medios (113), tales como un muelle (113), para variar la longitud de al menos un miembro de tension flexible (110).
  6. 6. Una estructura tensegntica desplegable de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en la que varios miembros de compresion ngidos (103, 103', 103'', 104, 104') comprenden un dispositivo (112) para bloquear al menos un miembro de tension flexible (110).
  7. 7. Una estructura tensegntica desplegable de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en la que dos redes flexibles (201, 202) estan montadas todo alrededor de un respectivo contorno (101, 102) de la estructura de soporte (100), estando conectados dichas redes juntas mediante una pluralidad de miembros de conexion (203) de forma que las redes tienen ambas una forma concava y estan dispuestas simetricamente con respecto a un plano de simetna transversal de la estructura de soporte (100).
  8. 8. Una estructura tensegntica desplegable de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en la que los miembros de compresion ngidos (103, 103', 103'', 104, 104') son barras o puntales.
  9. 9. Una estructura tensegntica desplegable de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en la que los miembros de tension flexibles (105 a 112) son cables o tendones.
  10. 10. Una estructura tensegntica desplegable de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en la que esta provista de una pluralidad de actuadores activos para pretensar la estructura de soporte (100) hasta un valor requerido.
  11. 11. Una estructura tensegntica desplegable de acuerdo con la reivindicacion precedente, en la que se proveen tres actuadores activos para pretensar la estructura de soporte (100), estando distribuidos dichos actuadores a intervalos regulares alrededor del eje longitudinal de dicha estructura de soporte.
  12. 12. Una combinacion de una estructura tensegntica desplegable de acuerdo con una las reivindicaciones precedentes con un dispositivo (300) que comprende:
    5 - una placa (301) destinada para ser montada sobre una brazo extensible (400) de una nave espacial (500);
    - una pluralidad de barras (302. 303, 304) cuyos primeros extremos estan articulados sobre la placa (301) y cuyos segundos extremos comprenden rotulas montadas sobre respectivos extremos de miembros de compresion ngidos de la estructura de soporte (100).
    10 13. Una combinacion de acuerdo con la reivindicacion precedente, en la que dos barras de dicha pluralidad de
    barras (303, 304) estan montadas sobre extremos de miembros de compresion ngidos los cuales estan a su vez montados sobre un contorno (101), estando una tercera barra (302) de dicha pluralidad de barras (302. 303, 304) montada sobre un extremo de otro miembro de compresion ngido montado a su vez sobre le otro contorno (102).
    15 14. Una combinacion de una estructura tensegntica desplegable de acuerdo con una las reivindicaciones 1 a 11 con
    un brazo extensible (400') de una nave espacial, comprendiendo dicho brazo extensible (400) un tronco central (401') y tres ramas (402', 403', 404') las cuales estan fijadas al tronco central (401') y dispuestas a intervalos regulares alrededor del eje longitudinal del tronco (401'), estando destinadas dichas ramas para ser articuladas sobre extremos de miembros de compresion ngidos de la estructura de soporte (100).
    20
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