ES2953334T3 - Dispositivo disparador activado por calor con elemento disparador bimetálico - Google Patents

Abstract

Un dispositivo disparador activado por calor, tal como para un misil o munición, incluye un elemento disparador bimetálico, con un pasador rompible de un primer metal rodeado por un manguito hecho de un segundo metal que es diferente al primer metal. El manguito puede estar hecho de una aleación con memoria de forma, tal como una aleación monocristalina con memoria de forma, que se precomprime alrededor de parte del pasador. El manguito puede configurarse para ejercer una fuerza de tensión sobre el pasador cuando el manguito pasa una temperatura predeterminada, por ejemplo una temperatura a la que se activa la característica de memoria de forma del manguito. El pasador puede tener una parte debilitada, tal como una parte con muescas, en la que se rompe el pasador. La rotura del pasador se puede utilizar para introducir un percutor en un cebador, para iniciar una reacción de detonación y/o combustión. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo disparador activado por calor con elemento disparador bimetálico

Campo de la invención

La invención está en el campo de los dispositivos disparadores, tal como para activar cargas explosivas.

Descripción de la técnica relacionada

Una preocupación con las municiones es el comportamiento de las municiones almacenadas en caso de incendio o fuga térmica o ambiental. Es deseable tener un mecanismo de seguridad para evitar problemas en la cocción lenta, cuando la temperatura de la munición aumenta, por ejemplo, para evitar que se active un motor de cohete para propulsar un misil en tal circunstancia.

El documento US-2017/016706 A1 divulga un dispositivo que incluye un disparador térmico que tiene un percutor, donde el disparador térmico está configurado para mover el percutor en respuesta a una temperatura elevada. El dispositivo también incluye un dispositivo de bloqueo fuera de línea configurado para desmontar el disparador térmico en respuesta a la aceleración del dispositivo de bloqueo.

El documento US-2006/054046 A1 divulga dispositivos para mitigar la reacción explosiva de una munición cuando está sujeta a una amenaza de riesgo térmico externo. Los dispositivos se basan en el uso de aleaciones con memoria de forma. En una disposición, hay un dispositivo que consiste en un conector que está formado al menos en parte a partir de una aleación con memoria de forma, que normalmente experimenta cambios dimensionales grandes cuando se calienta o enfría a través de un intervalo de temperatura de transición particular. El conector está diseñado para formar un acoplamiento de bloqueo, entre dos componentes de una cubierta de munición a una temperatura, pero cuando se somete a calentamiento externo a través del intervalo de temperatura de transición se deformará para permitir que el conector se desacople y, por lo tanto, libere los dos componentes unidos, permitiendo que se libere rápidamente cualquier acumulación de presión.

Breve descripción de los dibujos

Los dibujos adjuntos, los cuales no están necesariamente a escala, muestran diversos aspectos de la invención. La Figura 1 es una vista oblicua de una munición que incluye un dispositivo disparador de acuerdo con una realización de la invención.

La Figura 2 es otra vista oblicua de una munición que incluye un dispositivo disparador según una realización de la invención.

La Figura 3 es una vista oblicua del dispositivo disparador de la munición de la Figura 1.

La Figura 4 es una vista en sección del dispositivo disparador de la Figura 3.

La Figura 5 es una vista oblicua que muestra algunas de las partes activas del dispositivo disparador de la Figura 3. La Figura 6 es una vista final del dispositivo disparador de la Figura 3 en una primera etapa en el proceso de disparo. La Figura 7 es una vista lateral del dispositivo disparador de la Figura 3 en la primera etapa en el proceso de disparo. La Figura 8 es una vista de extremo del dispositivo disparador de la Figura 3 en una segunda etapa en el proceso de disparo.

La Figura 9 es una vista lateral del dispositivo disparador de la Figura 3 en la segunda etapa en el proceso de disparo. La Figura 10 es una vista de extremo del dispositivo disparador de la Figura 3 en una tercera etapa en el proceso de disparo.

La Figura 11 es una vista lateral del dispositivo disparador de la Figura 3 en la tercera etapa en el proceso de disparo. La Figura 12 es un diagrama de flujo de alto nivel de etapas en el funcionamiento del dispositivo disparador de la Figura 3.

Descripción detallada

Un dispositivo disparador activado por calor, tal como un misil o una munición, incluye un elemento disparador bimetálico, con un pasador rompible de un primer metal rodeado por un manguito hecho de un segundo metal que es diferente del primer metal. El manguito puede estar hecho de una aleación con memoria de forma, tal como una aleación con memoria de forma de cristal único, que se comprime previamente alrededor de parte del pasador. El manguito puede configurarse para poner una fuerza de tensión en el pasador a medida que el manguito pasa por una temperatura predeterminada, por ejemplo, una temperatura a la que se activa la característica de memoria de forma del manguito. El pasador puede tener una porción debilitada, tal como una porción con muescas, en la que se rompe el pasador. La rotura del pasador puede usarse para accionar un percutor en un detonador, para iniciar una reacción de detonación y/o combustión.

El percutor puede acoplarse mecánicamente a un enlace que evita la salida del detonador si la percutor no se ha movido. El enlace puede incluir un elemento de válvula cilíndrico con un orificio pasante, el orificio pasante que se puede alinear con un canal de salida del detonador cuando el percutor se ha movido lo suficiente. El movimiento del percutor desliza un pasador de espiga que se une al percutor. Esto, a su vez, traslada un elemento de leva que gira el elemento cilíndrico. El movimiento parcial del percutor todavía puede dejar la válvula cerrada. Evitar que el detonador funcione prematuramente a la explosión del disparador, por ejemplo, evitar el funcionamiento completo debido al calentamiento del detonador.

Las Figuras 1 y 2 muestran un misil o munición 10 que incluye un dispositivo disparador 12, para disparar una carga conformada 14 para marcar la cubierta del motor 16 del misil 10. Esto se hace para evitar el disparo de un motor de cohete, o una explosión del propelente, cuando el misil o la munición se someten a un evento de cocción lenta, por ejemplo un incendio. Tras la aparición de un evento de disparo, tal como alcanzar una temperatura elevada predeterminada, el dispositivo disparador 12 activa la detonación de la carga conformada 14, marcando y dividiendo la cubierta del motor 16, tal como se muestra en la Figura 2. Esto impide una explosión o un evento de propulsión, que sería un peligro de seguridad.

El dispositivo disparador 12 también necesita evitar la detonación de la carga conformada 14 por otros tipos de calentamiento, por ejemplo, evitando la activación del calentamiento térmico durante el vuelo del misil o la munición 10. En consecuencia, el dispositivo disparador 12 puede tener una o más características de seguridad para evitar la activación no deseada de la carga conformada 14.

Las Figuras 3 y 4 muestran algunos detalles del dispositivo disparador 12. El dispositivo 12 tiene tres partes generales: un elemento disparador 22 que se usa para mover un percutor 24 hacia un detonador 26; un bloqueo inercial 28 utilizado para impedir el movimiento del percutor 24 una vez que el misil 10 (Figura 1) se ha lanzado, y un enlace 32 que se usa para abrir o cerrar selectivamente un pasaje (puerto de salida) 34 a través del cual pasan los productos del detonador 26. Las partes generales operativas están ubicadas dentro de una carcasa 38.

El elemento disparador 22 incluye un pasador de metal 42 hecho de un primer metal, rodeado por un manguito 44 hecho de un segundo metal que es diferente del primer metal. El término “ metal” , como se usa en la presente descripción, debe interpretarse ampliamente para incluir metal elemental, así como aleaciones metálicas. El manguito 44 está configurado para poner una fuerza sobre el pasador de metal 42 cuando se aplica suficiente calor. Esta fuerza puede usarse rompiendo el pasador 42 en una porción debilitada 46 del pasador 42. En la realización ilustrada, la porción debilitada 46 es una porción con muescas del pasador 42, pero puede ser una porción que se ha adelgazado de otra manera. Por ejemplo, una muesca puede cortarse uniformemente o formarse de otro modo alrededor del pasador 42 para crear la porción debilitada 46. La profundidad de la muesca se puede seleccionar para hacer que el pasador 42 se rompa a una temperatura predeterminada.

El manguito 44 puede estar hecho de una aleación con memoria de forma, tal como una aleación con memoria de forma de cristal único, tal como una aleación de cobre-aluminio. El manguito 44 puede comprimirse previamente contra el pasador 42, con una forma de memoria que coloca tensiones contra el pasador 42. A medida que aumenta la temperatura, el manguito 44 rebasa eventualmente su temperatura de transición, experimentando una transformación de fase entre diferentes estructuras. Esto puede ocurrir, por ejemplo, a aproximadamente 160 °C. Esto hace que el manguito 44 produzca una fuerza que tiende a cambiar su forma. Esta fuerza se transmite al pasador 42, por ejemplo, colocando una fuerza sobre el pasador 42 que provoca una tensión dentro del pasador 42. Esta fuerza puede usarse para cortar el pasador 42 en la sección o porción debilitada 46 del pasador 42, donde el pasador 42 se rompe preferentemente.

Un extremo 52 del pasador 42 está sujeto al percutor 24, con el percutor 24 siendo hueco y recibiendo el extremo del pasador 52. Un extremo opuesto 54 del pasador 42 se extiende fuera de una cavidad 58 en la que se ubican el percutor 24 y el manguito 44. El extremo del pasador 54 comprime una pila de resortes 62, tal como una pila de arandelas Belleville, que está en un rebaje 64 en la carcasa 38. Cuando el pasador 42 se rompe en la porción debilitada 48, una fuerza separa las porciones del pasador metálico en lados opuestos de la porción debilitada 46. Esta fuerza proviene principalmente de la energía almacenada en el manguito 44 que se convierte en energía cinética que empuja el extremo del pasador 52 y el percutor 24 se desliza dentro de la cavidad 58 hacia el detonador 26. Además, parte de la fuerza que mueve el extremo del pasador 52 y el percutor 24 puede ser resultado de retroceso de la rotura del pasador 42. Los resortes comprimidos 62 proporcionan una carga uniforme en el pasador 42. Esto proporciona más consistencia en la temperatura de fractura y la fuerza del percutor 24.

Un resorte de retención 66 también está situado dentro de la cavidad 58, siendo el resorte de retención 66 un resorte helicoidal que está entre un reborde de la carcasa 38 que bordea la cavidad 58. Una función del resorte de retención 66 es evitar que partes sueltas, tales como el percutor 24, se muevan por la cavidad 58 después de la rotura del pasador 42. El resorte 66 también puede funcionar para proporcionar una fuerza adicional y/o de respaldo para mover el percutor 24 hacia el detonador 26, después de la rotura del pasador 42.

El detonador 26 se activa cuando se impacta por el percutor 24. Esto, a su vez, puede disparar un refuerzo 68 que produce productos de detonación/combustión, tales como llamas, gases calientes y/o material fundido. Estos productos se describen en el presente documento como productos de la detonación del detonador 26, aunque el refuerzo 68 también está involucrado en la creación de los productos que salen del elemento disparador 22 para detonar la carga conformada 14 (Figura 1).

Un pasador de espiga 82 está ubicado y se mueve con el percutor 24, proporcionando una conexión mecánica entre el elemento disparador 22 y el enlace 32. El pasador de espiga 82 une el percutor 24 a un miembro de enlace 84 que a su vez convierte el movimiento de traslación en movimiento de rotación. El miembro de enlace 84 se desliza dentro de una cavidad 88 en la carcasa 38, y con respecto a un manguito fijo 90 que también está dentro de la cavidad 88. Con referencia además de la Figura 5, el miembro de enlace 84 incluye una ranura de leva 92 que recibe un saliente del seguidor de leva 94 en un extremo de una válvula de barril 96. La válvula de barril 96 tiene un orificio pasante 98 que debe alinearse con el puerto de salida 34 para que la salida (gases calientes y otros productos de detonación) salgan del dispositivo 12 a través del puerto de salida 34. Estos productos se utilizan para detonar la carga conformada 14 (Figura 1). La válvula de barril 96 se usa como un dispositivo de seguridad para evitar la salida de los productos de detonación a menos que el percutor 24 se haya activado de hecho para moverse. El movimiento del percutor 24 mueve en traslación el pasador de espiga 82 y también el miembro de enlace 84. El movimiento del miembro de enlace 84 provoca la rotación de la válvula de barril 84 alrededor del eje de la válvula de barril 84. Esto ocurre a través de la interacción de la ranura de leva 92 y el saliente del seguidor 94.

Las Figuras 6-11 muestran el proceso de disparar el dispositivo 12. Las Figuras 6 y 7 muestran el dispositivo 12 en su estado seguro inicial, antes de la rotura en la parte debilitada 46 del pasador 42. En esta condición, el orificio pasante 98 de la válvula de barril no está alineado en absoluto con el puerto de salida 34, y las partes sólidas de la válvula de barril 96 bloquean completamente el puerto de salida 34.

Las Figuras 8 y 9 muestran una etapa intermedia, donde el pasador 42 se ha roto y el percutor 24 ha comenzado a moverse. La válvula de barril 96 ha girado hasta el punto donde el orificio pasante 98 ha comenzado a alinearse con el puerto de salida 34. Sin embargo, la válvula de barril 96 bloquea aún mayormente el puerto de salida 34. Por lo tanto, el dispositivo 12 todavía está en un estado seguro, con el detonador 26 incapaz de detonar la carga conformada 14 (Figura 1).

Las Figuras 10 y 11 muestran la situación justo antes de que el percutor 24 impacte en el detonador 26. El enlace 32 ahora ha girado la válvula de barril 96 de modo que el orificio pasante 98 está alineado con el puerto de salida 34. En esta condición, los productos de la detonación del detonador 26 por el percutor 24 pueden dejar la carcasa 38 a través del puerto de salida 34 para detonar la carga conformada 14 (Figura 1).

Volviendo ahora a la Figura 4, el dispositivo disparador 12 también incluye el bloqueo de inercia 28, que se usa para impedir el movimiento del percutor 24 una vez que se ha lanzado el misil 10 (Figura 1). Los componentes del bloqueo 28 están en una cavidad 110 del dispositivo 12. La cavidad 110 puede estar alineada con la cavidad 88, aunque son posibles otras orientaciones.

El bloqueo 28 incluye una masa inercial 114 que está configurada para desplazar su posición en reacción a la aceleración del lanzamiento del misil 10 (Figura 1). La masa 114 se mueve contra una fuerza de resorte de un resorte 116, que empuja la posición de la masa inercial 114 a un lado de la cavidad 110, en la realización ilustrada contra el manguito fijo 90. La masa 114 es hueca y tiene un orificio de amortiguación 118 insertado en uno de sus extremos, entre la masa 114 y el resorte 116. El orificio de amortiguación 118 tiene pasos de aire a su través configurados para controlar el movimiento de la masa inercial 114 a través de la resistencia al aire.

Otros componentes también están dentro del hueco dentro de la masa inercial 114: un émbolo de bloqueo 122, un resorte de émbolo 124 y una bola 126. Una segunda bola 128 también descansa inicialmente parcialmente en una ranura 134 en la masa inercial 114. La segunda bola 128 también está inicialmente en un agujero 136 que está entre las cavidades 58 y 110, alineada con una ranura 138 en el percutor 24.

La inercia del lanzamiento del misil 10 (Figura 1) hace que la masa inercial 114 se mueva hacia la derecha en el diagrama. El movimiento de la masa inercial 114 empuja la bola 128 fuera de la ranura de la masa inercial 134 y hacia la ranura del percutor 138. El movimiento hacia la derecha de la masa inercial 114 también permite que la bola 126 emerja del hueco central de la masa inercial 114, siendo empujada por una punta del émbolo de bloqueo 122, bajo la fuerza del resorte del émbolo 124. La bola 126 cae hacia abajo en el espacio que dejado por el movimiento de la masa inercial 114, bloqueando la masa inercial 114 de volver a su posición original. Este bloqueo del movimiento de retorno de la masa inercial 114 mantiene la bola 128 acoplada y de hecho bloqueada en la ranura del percutor 138. Esto impide el movimiento del percutor 24, evitando así también que el percutor 24 se acople al detonador 26.

Son posibles muchas variaciones, ya que algunas de las características descritas anteriormente pueden modificarse o, en algún caso, omitirse por completo. Por ejemplo, el bloqueo inercial 28 (Figura 4) puede tener una configuración diferente a la que se muestra. Alternativamente o además, el enlace 32 (Figura 4) puede tener una configuración diferente, o puede omitirse por completo. En el último caso, el puerto de salida 34 (Figura 4) puede permitir el paso de productos de detonación/combustión sin ningún bloqueo. Alternativamente, puede emplearse un dispositivo de seguridad configurado de manera diferente en el puerto de salida 34.

En funcionamiento, con referencia ahora además de la Figura 12, un método 200 de disparo del dispositivo disparador 12 (Figura 1) comienza en la etapa 202 con el dispositivo 12 que se calienta hasta que las fuerzas del manguito 44 (Figura 4) hacen que el pasador de metal 42 (Figura 4) se rompa, tal como en la porción con muescas o debilitada 46 (Figura 4).

En la etapa 204, la rotura del pasador 42 (Figura 4) hace que el percutor 24 (Figura 4) se mueva hacia el detonador 26 (Figura 4). Al mismo tiempo, en la etapa 206, el movimiento del percutor 24 actúa a través del enlace 32 (Figura 4) para rotar la válvula de barril 96 (Figura 4), abriendo eventualmente la válvula 96. Finalmente, en la etapa 208, el percutor 24 golpea el detonador 26 (Figura 4), lo que da como resultado productos de detonación del detonador 26 y el refuerzo 68 (Figura 4) que sale del dispositivo disparador 12 (Figura 1) a través del puerto de salida 34 (Figura 4).

El dispositivo disparador 12 proporciona muchas ventajas sobre dispositivos anteriores. El uso del manguito de aleación con memoria de forma proporciona un mecanismo simple y fácil de ajustar en base al calentamiento.

Aunque la invención se mostró y describió con respecto a una determinada realización o realizaciones preferidas, es obvio que a otros expertos en la técnica se les ocurrirán alteraciones y modificaciones equivalentes tras la lectura y comprensión de esta especificación y los dibujos adjuntos. En particular, con respecto a las diversas funciones que realizan elementos descritos anteriormente (componentes, conjuntos, dispositivos, composiciones, etc.), los términos (que incluyen una referencia a un “ medio” ) que se usan para describir dichos elementos se prevé que correspondan, a menos que se indique de cualquier otra manera, a cualquier elemento que realice la función especificada del elemento descrito (es decir, que sea funcionalmente equivalente), aunque no sea estructuralmente equivalente a la estructura descrita que realiza la función en la modalidad o modalidades ilustrativas de la invención que se ilustran en la presente descripción. Además, aunque una característica particular de la invención puede haberse descrito anteriormente con respecto a solo una o más de varias modalidades ilustradas, dicha característica puede combinarse con una o más características de las otras modalidades, según se desee y sea ventajoso para cualquier aplicación dada o particular.

Claims (15)

1. REIVINDICACIONES

   i. Un dispositivo disparador activado por calor (12) que comprende:

   una carcasa (38);

   un elemento de disparo bimetálico (22) que incluye:

   un pasador de metal (42) hecho de un primer metal; y

   un manguito (44) que rodea parte del pasador, estando el manguito hecho de un segundo metal diferente del primer metal, teniendo el manguito un primer extremo que se apoya contra la carcasa y un segundo extremo opuesto al primer extremo;

   un percutor (24) acoplado operativamente al elemento de disparo, en donde el segundo extremo del manguito se apoya contra el percutor, de manera que a una temperatura predeterminada el manguito coloca una fuerza sobre el pasador de metal, haciendo que el pasador de metal se rompa; y

   un bloqueo (28) configurado para evitar selectivamente el movimiento del percutor.
2. 2. El dispositivo disparador de la reivindicación 1, en donde el segundo metal es una aleación con memoria de forma.
3. 3. El dispositivo disparador de la reivindicación 2, en donde la aleación con memoria de forma está precomprimida, expandiéndose cuando se supera un umbral de temperatura predeterminado.
4. 4. El dispositivo disparador de la reivindicación 2 o la reivindicación 3, en donde la aleación con memoria de forma es una aleación con memoria de forma de cristal único.
5. 5. El dispositivo disparador de la reivindicación 1, en donde un extremo del pasador de metal está unido al percutor.
6. 6. El dispositivo disparador de la reivindicación 5, en donde tras la rotura del pasador metálico, el extremo se aleja del otro extremo del pasador metálico que está opuesto al extremo del pasador metálico, por una fuerza primaria aplicada por el manguito.
7. 7. El dispositivo disparador de la reivindicación 6, en donde el otro extremo del pasador de metal está acoplado mecánicamente a un dispositivo elástico (62); y

   preferiblemente, en donde el dispositivo elástico incluye una pila de arandela Belleville.
8. 8. El dispositivo disparador de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el pasador de metal tiene una porción debilitada (46); y

   preferentemente, en donde la porción debilitada es una porción con muescas.
9. 9. El dispositivo disparador de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8,

   en donde el percutor y el manguito están dentro de una primera cavidad (58) de la carcasa del dispositivo disparador;

   en donde el bloqueo está en una segunda cavidad (110) de la carcasa; y

   en donde el elemento disparador incluye además un muelle de retención (66) en la primera cavidad, para evitar el movimiento de piezas sueltas dentro de la primera cavidad; y

   preferentemente, en donde el bloqueo incluye una masa inercial (114) que se mueve contra un resorte durante un movimiento predeterminado del dispositivo disparador, con el movimiento de la masa inercial mediante el movimiento predeterminado del dispositivo disparador que se acopla a un mecanismo del bloqueo que impide el movimiento del percutor.
10. 10. El dispositivo disparador de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende además una válvula (96) que pasa selectivamente a través de los productos del disparo de un detonador (26) que se inicia por impacto del percutor.
11. 11. El dispositivo disparador de la reivindicación 10, que comprende además un enlace mecánico (32) que acopla mecánicamente el percutor a la válvula; y

    preferentemente, en donde el enlace incluye un miembro de enlace (84) que se traslada junto con el percutor, y un mecanismo de leva (92, 94) que convierte la traslación del miembro de enlace en rotación de la válvula.
12. 12. El dispositivo disparador de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el dispositivo disparador es parte de una munición (10), con el dispositivo disparador acoplado operativamente a una carga conformada (14) de la munición de manera que los productos de detonación de un detonador del dispositivo disparador que está acoplado operativamente al percutor, detonar la carga conformada.
13. 13. Un método para disparar un dispositivo disparador (12) según la reivindicación 1, comprendiendo el método:

    romper el pasador de metal (42) calentando el manguito (44) que rodea el pasador de metal, en donde el calentamiento del manguito coloca una fuerza sobre el pasador de metal que rompe el pasador de metal en una parte debilitada (46) del pasador de metal; y

    después de la rotura del pasador metálico, accionar el percutor (24) en un detonador (26).
14. 14. El método de la reivindicación 13, en donde el manguito está hecho de una aleación con memoria de forma y se expande con calentamiento para poner la fuerza sobre el pasador metálico.
15. 15. El procedimiento de la reivindicación 13 o la reivindicación 14, en donde el accionamiento del percutor incluye energía primaria para accionar el percutor que se aplica por el manguito.