ES2949059T3 - Procedimiento y dispositivo de conexión y de separación de dos elementos, con placas de conexión - Google Patents
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Abstract
El procedimiento y el dispositivo según la invención permiten separar linealmente dos elementos (1, 2) que están fijados entre sí mediante dos superficies de unión (10, 20) respectivas que pertenecen a los dos elementos (1, 2). La capa de conexión (30) se coloca entre las dos piezas de conexión (10, 20). Se utiliza termita (15) para fundir esta capa de medios de conexión (30). Esta termita se puede colocar en el otro lado de la primera pieza de conexión (10) hacia el primer elemento (1), completando esta configuración una placa de protección térmica (17). La termita también se puede colocar en ranuras realizadas en la superficie de conexión (22) de la segunda placa de conexión (20) para que esté en contacto directo con la capa de medios de conexión (30). Aplicación a la separación de dos etapas de un lanzador aeronáutico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento y dispositivo de conexión y de separación de dos elementos, con placas de conexión
Campo de invención
La invención se refiere a una separación lineal, lo más suave posible, de un primer elemento con respecto a un segundo elemento, los cuales están previamente unidos de manera rígida. La invención se aplica, de preferencia, a los lanzadores espaciales, para la separación de los cuerpos entre ellos, de un lanzador y de su ojiva, o de un cuerpo y la carga útil, de misiles, de sondas espaciales, o incluso de aeronaves, en el caso de lanzamiento de la carga útil. Esta separación tiene por objetivo reducir la masa del conjunto de a bordo, o del lanzamiento de una carga útil. Estas aplicaciones se caracterizan por el hecho de que es necesario separar objetos los cuales pueden ser frágiles, por ejemplo, un satélite, y cuya conexión ha tenido que soportar cargas mecánicas elevadas, como las que soporta durante la propulsión de un lanzador.
Técnica anterior y problema planteado
Las Figuras 1A y 1B ilustran este principio de separación entre dos elementos 1 y 2 de un lanzador. El primer elemento 1 es, de preferencia, un elemento de rango n, de preferencia, un primer cuerpo de motor. El segundo elemento es un elemento de rango n+1, ya sea un segundo elemento de motor, o una carga útil, por ejemplo, un satélite. Por lo tanto, la separación lineal, en el eje del lanzador, debe ser efectuada sin deterioro de la base del segundo elemento y, en el caso de que se desee recuperar el primer elemento 1, sin deterioro de la superficie de este último, donde se encuentra la conexión entre estos dos elementos 1 y 2.
En el estado actual de la técnica, el sistema de conexión-separación es principalmente de cuatro tipos, los cuales son los siguientes:
1°) las conexiones por pernos, remachado y corte pirotécnico por presión y elevación de la temperatura localmente de la estructura. Estos sistemas, por su funcionamiento, generan desechos de material eyectado. Además, el corte provoca un choque importante en la estructura, lo cual puede ser perjudicial para las cargas útiles del lanzador; Los documentos de patente FR 2 947 808 y WO 2011/003965 muestran ejemplos de implementación de una tal solución.
2°) las conexiones por pernos, remachado y corte pirotécnico por ruptura de la estructura, por medio de la deformación de un elemento pirotécnico. Esta solución es la más empleada y no genera desechos, pero provoca un choque muy importante;
3°) las conexiones por perno pirotécnico y ruptura o separación de la tuerca. Este tipo de solución genera muchos menos choques que las dos anteriores, pero requiere varios pernos para pasar los esfuerzos de un elemento a otro, generando así riesgos más importantes de falla debido al número de dispositivos involucrados;
4°) las conexiones por correa y rupturas de estas últimas por pernos pirotécnicos. Este tipo de solución no permite pasar grandes esfuerzos entre los dos elementos y no permite diámetros demasiado importantes para los lanzadores. También en este caso, la liberación de las tensiones provoca un choque importante en las estructuras.
De manera general, en el estado actual de estas técnicas, los sistemas que derivan de estas soluciones de conexiónseparación tienen la particularidad de dejar, la mayor parte de las veces, asperezas en la forma externa del lanzador, después de la separación.
El objetivo de la invención es remediar los inconvenientes antes mencionados.
Objetos de la invención
Para este efecto, un primer objeto principal de la invención como es indicado por las reivindicaciones 1 y 2 es un procedimiento de conexión y de separación de dos elementos unidos entre sí por una conexión local definida y que deben ser separados de la manera segura, teniendo lugar la separación al nivel o alrededor de la conexión, siendo el calentamiento activado a distancia.
Según una realización, el procedimiento comprende las siguientes etapas:
- unir los elementos primero y segundo por medio de dos placas de conexión, fijadas respectivamente en el primer elemento y en el segundo elemento, con medios de conexión situados entre las dos superficies de conexión respectivas de estas dos placas de conexión de la termita, que pueden ser iniciados por una conexión eléctrica de control, estando situada cerca de los medios de conexión; y
- activar la dicha termita por un orden eléctrico para provocar, por su solo calentamiento, el calentamiento rápido, y no la explosión, y la destrucción de los medios de conexión.
Un segundo objeto principal de la invención como es indicado por las reivindicaciones 3 y 5 es un dispositivo de conexión y de separación de dos elementos, un primer elemento y un segundo elemento, unidos entre sí por una conexión local definida, y que deben ser separados de manera segura, teniendo lugar la separación al nivel de la conexión, siendo este calentamiento activado a distancia.
Según una realización, el dispositivo comprende:
- una capa de conexión del primer elemento y del segundo elemento, estando esta capa de conexión situada entre dos placas de conexión de los elementos primer y segundo respectivamente;
- de la termita situada cerca de los medios de conexión; y
- medios de activación pirotécnica a distancia de la termita.
Una variante del dispositivo prevé que la termita esté situada sobre una primera superficie, denominada superficie de material, de una primera de las dos placas de conexión, estando esta superficie de material opuesta a una segunda superficie, denominada de conexión, de esta primera pieza de conexión y la cual está en contacto con los medios de conexión.
En este caso, se utiliza, de preferencia, una placa de protección térmica, completa con una cubierta, situadas las dos entre la primera placa de conexión que lleva la termita y el primer elemento.
Según otra variante del dispositivo, la termita se sitúa en las ranuras practicadas en la superficie de conexión de la segunda placa de conexión.
De preferencia, las placas de conexión se fijan a su respectivo elemento mediante pernos.
Los medios de conexión pueden estar constituidos por el pegamento, o por soldadura fuerte.
Una realización de la invención es un lanzador aeronáutico que incluye un primer cuerpo portador y un segundo cuerpo portado por el primer cuerpo portador, estando estos dos cuerpos unidos linealmente y debiendo estar separados linealmente, comprendiendo el lanzador una pluralidad de dispositivos tales como los descritos anteriormente, distribuidos sobre toda la circunferencia del lanzador, entre los dos cuerpos, para solidarizar y separar estos cuerpos, siendo el primer elemento de cada dispositivo anterior la pared del primer cuerpo portador, siendo el segundo elemento de cada dispositivo anterior la pared del segundo cuerpo portado.
En una primera realización de un tal lanzador, la primera de las dos placas de conexión tiene un primer talón interno que se extiende lateralmente tomando apoyo sobre un extremo de la placa de conexión, y poseen dos segundos talones externos para rodear la placa de protección térmica y el capó.
En una segunda realización del lanzador, la segunda placa de conexión posee un talón interno que se extiende lateralmente tomando apoyo sobre un extremo de la primera placa de conexión.
Lista de las figuras
La invención y sus características técnicas se comprenderán mejor con la lectura de la siguiente descripción, la cual están acompañadas de catorce Figuras, que representan respectivamente:
- Las Figuras 1A y 1B, dos esquemas que representan la separación de dos elementos en un lanzador;
- La Figura 2, una vista lateral del dispositivo según la invención;
- Las Figuras 3A y 3B, dos secciones diferentes del dispositivo según la invención, en una primera realización; - La Figura 4, en sección, un detalle del dispositivo según la invención, en esta primera realización;
- Las Figuras 5A y 5B, en vista caballera, el dispositivo según la invención, en esta primera realización;
- Las Figuras 6A y 6B, dos secciones del dispositivo según la invención, en una segunda realización de la invención; - La Figura 7, en sección, un detalle del dispositivo según la invención, en esta segunda realización de la invención; y - Las Figuras 8A y 8B, en vista caballera, el dispositivo según la invención, en esta segunda realización de la invención.
Descripción detallada de la invención
La Figura 2 permite situar mejor, entre sí, las Figuras 3A y 3B relacionadas a la primera realización descrita de la invención, pero se comentará más adelante.
En las dos Figuras 3A y 3B, el elemento 1 y el elemento 2, los cuales se ensamblarán y separarán después, están representados cada uno por una placa la cual constituye cada una la estructura externa de dos cuerpos de lanzador que se fijarán y separarán después.
Los principales elementos de conexión de los dos elementos 1 y 2, entre ellos, están constituidos por una capa 30 de conexión que contiene un agente de conexión, situada entre dos placas 10 y 20 de conexión las cuales están respectivamente asociadas a los elementos 1 y 2, y más exactamente entre las superficies 12 y 22 de conexión de las placas 10 y 20 de conexión. Permitiendo los pernos 40 solidarizar cada uno de los elementos 1 y 2 con su respectiva placa 10 y 20 de conexión. La capa del medio de conexión puede estar constituida por el pegamento o una soldadura fuerte.
Las líneas A-A y B-B de la Figura 2 explican las secciones representadas por las Figuras 3A y 3B. En efecto, la línea A-A corta la estructura pasando por un elemento de fijación mediante pernos, es decir, un tornillo 40. Por tanto, a lo largo de toda la estructura por mantener ensamblada, y luego por separar, se encuentra una pluralidad de elementos de fijación, tales como tornillos 40 cada uno atornillado a través de uno de los dos elementos 1 o 2, sobre los cuales toma apoyo el cabezal del tornillo. El atornillado de estos tornillos 40 se efectúa en tuercas 41 incorporadas y encerradas en las placas 10 y 20 de conexión, gracias a un desacoplamiento.
Se observa que la placa 10 de conexión posee un primer talón 14 que se extiende lateralmente con respecto al sentido de las estructuras de los elementos 1 y 2, tomando así apoyo en un extremo de la otra placa 20 de conexión. En efecto, en el caso de un lanzador aeronáutico, o incluso espacial, las fuerzas tangenciales entre los elementos 1 y 2 pueden ser considerables. En consecuencia, para completar la función de conexión del elemento de conexión de la capa 30 de conexión, el talón 14 de la primera placa 10 de conexión permite recuperar una gran parte de los esfuerzos longitudinales transmitidos entre los dos elementos 1 y 2.
La línea B-B no corta estos elementos de fijación. Por tanto, la Figura 3B representa únicamente el cabezal de los dos tornillos 40 que sobresalen con respecto a toda la estructura.
El montaje según la invención se completa mediante una capa 15 térmica constituida de termita, situada sobre una superficie 16 térmica de la primera pieza 10 de conexión, y opuesta a la superficie 12 de conexión (definición de termita: mezcla de un combustible metálico que a menudo puede ser el aluminio, pero no únicamente, y de un oxidante, a menudo un oxidante metálico). Se precisa que el término «termita» engloba, en este caso, las nanotermitas. Esta capa 15 térmica está recubierta por una placa 17 de protección térmica, situada entre dos segundos talones 19 de la primera pieza 10 de conexión, en el lado del primer elemento 1.
Esta placa 17 de protección térmica está recubierta a su vez con un capó 18 para poner en compresión el conjunto de la capa 15 térmica y su placa 17 de protección térmica. Una junta puede asegurar, opcionalmente, la estanqueidad frente a la primera pieza 10 de conexión. Finalmente, el propio capó 18 encierra entre los dos segundos talones 19, gracias al primer elemento 1.
La Figura 4 muestra en detalle este apilamiento de diferentes piezas y capas.
La Figura 5A muestra el conjunto en perspectiva, especialmente el elemento 1, la primera pieza 10 de conexión, la capa 30 de conexión, la segunda pieza 12 de conexión, el segundo elemento 2 y el cabezal de los tornillos 40.
La Figura 5B muestra, en perspectiva, el conjunto del elemento 1, de la primera pieza 10 de conexión, habiendo sido el segundo elemento 2 y la segunda pieza 20 de conexión retirados. Se distinguen orificios 42 practicados a través de la primera pieza 10 de conexión, que permiten el paso de los elementos de fijación con pernos.
La segunda realización de la invención se ilustra mediante las siguientes figuras.
Las Figuras 6A y 6B muestran, en sección, esta segunda realización la cual comprende menos elementos que la primera. Se encuentra que los dos elementos 1 y 2, los cuales encierran sus dos respectivas piezas 11 y 21 de conexiones. También se representan los tornillos 40 y sus tuercas 41. La diferencia entre esta realización y la primera radica en el hecho de que la termita, está situada en las ranuras 23, mecanizadas en la superficie 22 de conexión de la segunda pieza de conexión. Por tanto, la capa 30 de conexión está en contacto directo con la termita la cual debe fundirla.
La Figura 7 muestra, en sección, el detalle de esta especificidad, es decir, de la termita 24, situada en una ranura 23, practicada en la superficie 22 de conexión de la segunda pieza 21 de conexión. También son representadas la capa 30 de conexión, así como la primera pieza 11 de conexión. Para efectuar la separación de los elementos 1 y 2, es necesario destruir la capa 30 de conexión situada entre las dos placas 10 y 20 de conexión o la termita 24 situada en las ranuras 23. Por lo tanto, se utilizan los medios de activación pirotécnica a distancia, no se representan en estas figuras.
La Figura 5A se puede utilizar para mostrar que el aspecto externo de esta segunda realización es similar a la primera realización.
La Figura 8A muestra, en perspectiva, el elemento 2 y la segunda pieza 21 de conexión, en cuya superficie 22 de conexión están practicadas las ranuras 23. Se aprecia que estas ranuras 23 se pueden mecanizar según dos direcciones perpendiculares para permitir que se sitúe suficiente termita destinada para hacer fundir la capa 30 de conexión. También son visibles los orificios 43 que atraviesan la segunda placa 21 de conexión y el elemento 2, que permiten el paso de los elementos de fijación con pernos.
La Figura 8B muestra, en perspectiva, la otra parte de este montaje, es decir el elemento 1 y la segunda pieza 11 de conexión con su talón 14 interno y sus orificios 42.
Los elementos 1 y 2 son, en la aplicación preferencial de la invención, para el primer elemento 1 un cuerpo de lanzador aeroespacial o aeronáutico de rango n, en cuyo extremo se fija el segundo elemento 2, el cual es, ya sea un segundo cuerpo de lanzador de rango n 1, de lanzador, o una carga operacional, por ejemplo, que contiene el material o una instalación que se va a poner en órbita.
Para realizar la inmovilización de los dos elementos 1 y 2, estos últimos se llevan a la temperatura de fusión de la soldadura fuerte o del pegamento utilizado para este ensamblaje. Por ejemplo, si estas estructuras por ensamblar son realizadas de titanio y la soldadura fuerte elegida es una aleación de plata, toda la zona por ensamblar se lleva a la temperatura de fusión de la aleación de plata, es decir, aproximadamente 960 °C. Para realizar esto, se eligen varios métodos convencionales, por ejemplo, la soldadura fuerte por inducción, la soldadura fuerte por calentamiento en horno, bajo atmósfera neutra, o la soldadura fuerte por resistencia. Para el ensamblaje considerado por la presente invención, se señala que la soldadura fuerte por inducción, o la soldadura fuerte por resistencia son más adecuadas para los grandes volúmenes. Siendo la soldadura fuerte realizada, se retiran los medios de calentamiento y la conexión es entonces funcional.
La termita que constituye los medios de calentamiento es de preferencia, la termita envuelta. Este tipo de material, por reacción de oxidorreducción exotérmica, produce temperaturas del orden de 1800 °C, es decir entre 1230 °C y 5770 °C para las nanotermitas. Se precisa que los dispositivos según la invención se sitúan alrededor del conjunto de la conexión, es decir en la periferia del conjunto del primer elemento 1 y del segundo elemento 2, de preferencia de un lanzador aeronáutico.
En el caso de dos elementos de un lanzador aeroespacial, el primer elemento 1 y segundo elemento 2 se sitúan intencionalmente bajo presión. De este modo, durante la activación pirotécnica, se alejarán entre sí, bajo el efecto de corcho de champán, según el eje lineal del conjunto. En el caso de que no exista presión en el interior de los dos elementos, o entre las estructuras, el alejamiento puede realizarse por cualquier otro medio conocido, tal como resortes, cohetes de alejamiento, medios neumáticos u otros.
Después de la separación del primer elemento y el segundo elemento, la estructura interior del segundo elemento encuentra una superficie sin saliente, ni rasgadura.
Además, la invención responde a una disposición del Artículo 5 de la Ley relacionada con las operaciones Espaciales (LOS), relacionada con los operadores de lanzamiento de satélites, con el fin de asegurar la protección del entorno del espacio extra atmosférico, especialmente con el fin de limitar los riesgos asociados con los desechos espaciales.
Claims (9)
1. Procedimiento de conexión y de separación de un primer elemento (1) y un de segundo elemento (2), unidos entre sí por medio de una conexión local definida y que deben ser separados de manera segura, teniendo lugar la separación por calentamiento rápido y parcial, al nivel o alrededor de esta conexión, siendo el calentamiento activado a distancia, comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas:
- unir los elementos (1, 2) primero y segundo por medio de dos placas (10, 20) de conexión, fijadas respectivamente en el primer elemento (1) y el segundo elemento (2), con una capa (30) de conexión constituida de soldadura situada entre dos superficies (12, 22) de conexión respectivas de estas dos placas (10, 20) de conexión, una capa (15) de termita, que puede iniciarse mediante una conexión eléctrica de control, que está situada cerca de la capa (30) de conexión, en una superficie (16) térmica de una primera placa (10) de conexión entre las dos placas de conexión, estando esta superficie (16) térmica opuesta a la superficie (12) de conexión de la primera placa (10) de conexión; y - activar de manera pirotécnica la dicha capa (15) de termita para provocar, por su único calentamiento, el calentamiento y la destrucción rápida de la capa (30) de conexión.
2. Procedimiento de conexión y de separación de un primer elemento (1) y un segundo elemento (2), unidos entre sí por medio de una conexión local definida y que deben ser separados de manera segura, teniendo lugar la separación por calentamiento rápido y parcial, al nivel o alrededor de esta conexión, siendo el calentamiento activado a distancia, comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas:
- unir los elementos (1, 2) primero y segundo por medio de dos placas (11, 21) de conexión, fijadas respectivamente en el primer elemento (1) y el segundo elemento (2), con una capa (30) de conexión constituida de soldadura situada entre dos superficies (12, 22) de conexión respectivas de estas dos placas (11, 21) de conexión, de la termita (24), que se puede iniciar por una conexión eléctrica de control, que está situada cerca de la capa (30) de conexión, en las ranuras (23) practicadas en la superficie (22) de conexión de una segunda placa (21) de conexión entre las dos placas de conexión; y
- activar de manera pirotécnica la dicha termita (24) para provocar, por su único calentamiento, el calentamiento y la destrucción rápida de la capa (30) de conexión.
3. Dispositivo de conexión y de separación de un primer elemento (1) y un segundo elemento (2), unidos entre sí por una conexión local definida y que deben estar separados de manera segura, teniendo lugar la separación, al nivel de la conexión, por un calentamiento que se puede activar a distancia,
comprendiendo el dispositivo:
- una capa (30) de conexión para unir el primer elemento (1) al segundo elemento (2), estando esta capa (30) de conexión constituida de soldadura situada entre dos superficies (12, 22) de conexión respectivas;
- una capa (15) de termita, situada cerca de la capa (30) de conexión, sobre una superficie (16) térmica; y
- medios de activación pirotécnica a distancia de la termita,
caracterizado porque la capa de conexión se sitúa entre las dos superficies de conexión respectivas de dos placas (10, 20) de conexión configuradas para fijarse respectivamente en el primer elemento (1) y el segundo elemento (2) y porque la capa (15) de termita se sitúa sobre una superficie (16) térmica de una primera placa (10) de conexión entre las dos placas de conexión, estando esta superficie (16) térmica opuesta a la superficie (12) de conexión de la primera placa (10) de conexión.
4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque una placa (17) de protección térmica, así como un capó (18), se sitúan entre la primera placa (10) de conexión, que lleva la capa (15) de termita, y el primer elemento (1).
5. Dispositivo de conexión y de separación de un primer elemento (1) y de un segundo elemento (2), unidos entre sí por una conexión local definida y debiendo estar separados de manera segura, teniendo lugar la separación, al nivel de la conexión, por un calentamiento que puede ser activado a distancia,
comprendiendo el dispositivo:
- una capa (30) de conexión para unir el primer elemento (1) al segundo elemento (2), estando esta capa (30) de conexión constituida de soldadura situada entre dos superficies (12, 22) de conexión respectivas;
- la termita (24) situada cerca de la capa (30) de conexión en las ranuras (23); y
- medios de activación pirotécnica a distancia de la termita,
caracterizado porque la capa de conexión se sitúa entre las dos superficies de conexión respectivas de dos placas (11, 21) de conexión configuradas para fijarse respectivamente sobre el primer elemento (1) y el segundo elemento (2) y porque la termita (24) se sitúa en las ranuras practicadas en la superficie (22) de conexión de una segunda placa (21) de conexión entre las dos placas de conexión.
6. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque las placas (10, 11,20, 21) de conexión están configuradas para ser fijadas a sus respectivos elementos (1,2) mediante fijación con pernos.
7. Lanzador aeronáutico que incluye un primer cuerpo portador y un segundo cuerpo portado por el primer cuerpo portador, unidos linealmente y debiendo ser separados linealmente, comprendiendo el lanzador una pluralidad de dispositivos según una de las reivindicaciones 3 a 6, distribuidos por toda la circunferencia del lanzador, entre los dos cuerpos, para solidarizar y separar estos dos cuerpos, siendo el primer elemento (1) la pared del primer cuerpo portador, siendo el segundo elemento (2) la pared del segundo cuerpo portado.
8. Lanzador según la reivindicación 7 que depende de la reivindicación 4, caracterizado porque la primera placa (10) de conexión posee un primer talón (14), que se extiende desde un lado de la primera placa (10) de conexión tomando apoyo en un primer extremo de la segunda placa (20) de conexión, y dos segundos talones (19) que se extienden lateralmente por el otro lado de la primera placa (10) de conexión, para rodear la placa (17) de protección térmica y el capó (18).
9. Lanzador según la reivindicación 7 que depende de la reivindicación 6, caracterizado porque una primera placa (11) de conexión entre las dos placas de conexión posee un talón (14) que se extiende lateralmente para tomar apoyo en un extremo de la segunda placa (21) de conexión.
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