ES2975864T3 - Dispositivo de protección térmica mejorado para boquillas - Google Patents
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Abstract
Se divulga una boquilla (1) de un motor de nave espacial, que comprende un cuerpo de boquilla (10) que se extiende en una dirección principal (ZZ), desde un extremo proximal (12) asegurado al motor de la nave espacial, y un extremo distal libre (14). teniendo el cuerpo de boquilla (10) una pluralidad de refuerzos (20) que se extienden desde una superficie exterior del cuerpo de boquilla (10), radialmente con respecto a la dirección principal (ZZ), comprendiendo la boquilla (1) un sistema de aislamiento térmico, que comprende al menos al menos una tira de material aislante (30) dispuesta para rodear la superficie exterior del cuerpo de boquilla (10) sobre al menos parte de la altura del cuerpo de boquilla (10), comprendiendo el sistema de aislamiento térmico una pluralidad de elementos de sujeción (40), estando colocado cada elemento de sujeción (40) de manera que rodee las tiras de material aislante (30), y estando dispuesto entre dos refuerzos (20) del cuerpo de boquilla (10). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de protección térmica mejorado para boquillas
Sector de la técnica
La presente divulgación se refiere al campo de los lanzadores espaciales y, más concretamente, las boquillas de lanzadores espaciales.
Estado de la técnica
Los lanzadores espaciales presentan un motor dotado de una boquilla, comúnmente denominada divergente, que guía el flujo de fluido generado por el motor.
Por tanto, las boquillas deben resistir a la vez esfuerzos térmicos y mecánicos. Sin embargo, las limitaciones específicas de los lanzadores espaciales, sobre todo en términos de volumen ocupado, masa y coste, hacen especialmente compleja la obtención de propiedades que puedan soportar estos esfuerzos.
Los dispositivos conocidos, en particular los presentados en los documentos FR3060062 y FR3074539, proponen el uso de bloques aislantes rígidos que se colocan alrededor de la boquilla. Sin embargo, tales dispositivos implican limitaciones importantes para la fabricación de los bloques aislantes, que deben realizarse para corresponderse perfectamente a la geometría de la boquilla. Por consiguiente, la presente invención tiene por objeto proporcionar una estructura aislante que no presente tales limitaciones.
Objeto de la invención
Con el fin de abordar al menos parcialmente estas problemáticas, la presente divulgación se refiere a una boquilla de motor de nave espacial como se define en la reivindicación 1, que comprende un cuerpo de boquilla que se extiende en una dirección principal, desde un extremo proximal solidario con el motor de la nave espacial, y un extremo distal libre, presentando dicho cuerpo de boquilla una pluralidad de refuerzos que se extienden desde una superficie exterior del cuerpo de boquilla, radialmente con respecto a la dirección principal, comprendiendo dicha boquilla un sistema de aislamiento térmico, que comprende al menos una banda de material aislante dispuesta de manera que rodea la superficie exterior del cuerpo de boquilla en al menos una parte de la altura de dicho cuerpo de boquilla, midiéndose la altura según la dirección principal, comprendiendo dicho sistema de aislamiento térmico una pluralidad de elementos de retención, estando cada elemento de retención colocado de manera que rodea dichas bandas de material aislante, y disponiéndose entre dos refuerzos del cuerpo de boquilla.
En un ejemplo, cada elemento de retención comprende un cable asociado a un sistema de tensado.
En un ejemplo, cada elemento de retención comprende un revestimiento de aislamiento térmico.
En un ejemplo, el sistema de tensado es un tensor.
En un ejemplo, se dispone un elemento de retención en cada intervalo entre dos refuerzos.
En un ejemplo, el sistema de aislamiento térmico comprende al menos dos bandas de material aislante superpuestas.
En un ejemplo, el sistema de aislamiento térmico comprende una pluralidad de bandas de material aislante, estando cada banda de material aislante colocada para solapar al menos parcialmente las bandas de material aislante adyacentes.
La presente divulgación también se refiere a una nave espacial que comprende una boquilla como se ha definido anteriormente.
Descripción de las figuras
La invención y sus ventajas se comprenderán mejor tras la lectura de la siguiente descripción detallada de diversas realizaciones de la invención proporcionadas a modo de ejemplos no limitativos.
[Figura 1] La figura 1 es un ejemplo de estructura de una boquilla.
[Figura 2] La figura 2 es una vista detallada que muestra de forma esquemática la disposición de refuerzos de la boquilla.
[Figura 3] La figura 3 representa un ejemplo de sistema de aislamiento térmico.
[Figura 4] La figura 4 representa un ejemplo de sistema de aislamiento térmico.
[Figura 5] La figura 5 ilustra el efecto de tensado de los elementos de retención de un ejemplo de sistema de aislamiento térmico, y es una representación esquemática del sistema antes del tensado.
[Figura 6] La figura 6 ilustra el efecto del tensado de los elementos de retención de un ejemplo de sistema de aislamiento térmico, y representa esquemáticamente el sistema después del tensado de los elementos de retención.
[Figura 7] La figura 7 representa un ejemplo de sistema de aislamiento térmico.
En las figuras, los elementos comunes se identifican mediante referencias numéricas idénticas.
Descripción detallada de la invención
La figura 1 presenta un ejemplo de estructura de boquilla 1.
La boquilla 1, tal como se muestra, comprende un cuerpo 10 de boquilla que presenta una forma generalmente frustocónica alrededor de un eje Z-Z principal que define una dirección principal, con paredes curvas.
Una altura de la boquilla 10 se define según el eje Z-Z principal, que se extiende entre un extremo 12 proximal, normalmente solidario con un motor de lanzador espacial, y un extremo 14 distal, normalmente libre, siendo en este caso arbitrarias las designaciones “proximal” y “distal”.
El cuerpo 10 de boquilla está dotado de una pluralidad de refuerzos 20. Cada refuerzo 20 es normalmente una nervadura que se extiende desde una cara externa del cuerpo 10 de boquilla, radialmente con respecto al eje Z-Z principal.
Los refuerzos 20 suelen estar espaciados regularmente y se extienden a lo largo de toda o parte de la altura de la boquilla 1, normalmente a una altura comprendida entre el 50 % y el 80 % de la altura de la boquilla 1, desde su extremo 14 distal. La figura 2 presenta un ejemplo en una vista detallada que representa la disposición de los refuerzos 20.
Los refuerzos 20 suelen tener una dimensión comprendida entre 30 y 60 mm medida según una dirección radial con respecto al eje Z-Z principal.
Los refuerzos 20 suelen estar separados una distancia comprendida entre 30 y 100 mm medida según la dirección definida por el eje Z-Z principal.
Para aislar térmicamente la boquilla 1, se coloca un sistema de aislamiento térmico alrededor del cuerpo 10 de boquilla, en la totalidad o parte de su altura.
Las figuras 3 y 4 representan un ejemplo de sistema de aislamiento térmico. En este caso, se ha colocado una banda 30 de material aislante y una pluralidad de elementos 40 de retención alrededor de una parte del cuerpo 10 de boquilla que comprende los refuerzos 20.
La banda 30 de material aislante está dimensionada para cubrir al menos dos refuerzos 20 sucesivos. En el ejemplo ilustrado, se han colocado dos bandas 30 de material aislante, cada una de las cuales se extiende por toda la altura del cuerpo 10 de boquilla, comprendidos los refuerzos 20, pero cubriendo solamente una parte de la circunferencia del cuerpo 10 de boquilla.
Según un ejemplo, el sistema de aislamiento térmico comprende una o más bandas 30 de material aislante que forman tiras que se colocan de extremo a extremo o de manera que se solapen en su unión para cubrir todos los refuerzos 20. Cada banda 30 de material aislante suele tener un tamaño suficiente para poder dar una vuelta completa alrededor del cuerpo 10 de boquilla. Los dos extremos de la banda 30 de material aislante se solapan entonces habitualmente en una anchura definida, normalmente comprendida entre 30 y 100 mm, para garantizar la continuidad de la protección térmica. Alternativamente, las bandas 30 de material aislante pueden dimensionarse de manera que cubran solamente una parte de la periferia exterior del cuerpo 10 de boquilla. Por tanto, resulta necesario colocar varias bandas 30 de material aislante para cubrir toda la circunferencia del cuerpo 10 de boquilla. Las bandas 30 de material aislante se colocan entonces de manera que sus extremos adyacentes se solapen a lo largo de una anchura definida, normalmente comprendida entre 30 y 100 mm, para garantizar la continuidad de la protección térmica. Más generalmente, las bandas 30 de material aislante pueden solaparse según la dirección definida por el eje Z-Z principal, y/o según la circunferencia del cuerpo 10 de boquilla.
Las bandas 30 de material aislante utilizadas para envolver el cuerpo 10 de boquilla pueden ser idénticas o diferentes, en particular en lo que se refiere al tamaño. A modo de ejemplo, las bandas 30 de material aislante pueden estar compuestas por una envoltura de fibras de alúmina, sílice y óxido de boro, por ejemplo fibras de un material comercializado con el nombre de “Nextel ®” (marca registrada), estando la envoltura rellena de un material aislante de lana policristalina, por ejemplo un material comercializado con el nombre de “Fibermax ®” (marca registrada). Las bandas 30 de material aislante son elementos flexibles que, por tanto, pueden colocarse libremente alrededor del cuerpo 10 de boquilla, independientemente de la sección transversal de la boquilla y de la disposición de los refuerzos 20.
A continuación, los elementos 40 de retención se colocan alrededor del cuerpo 10 de boquilla. Cada elemento 40 de retención se coloca entre dos refuerzos 20 sucesivos. Los elementos 40 de retención son normalmente medios elásticos, medios que presentan una función elástica o tensora, o correas acopladas a un sistema de tensado. Según un ejemplo, cada elemento 40 de retención comprende un cable metálico normalmente rodeado por un aislante térmico y un sistema de tensado tal como un tensor. A modo de ejemplo, un elemento 40 de retención puede estar compuesto por un cable hecho de acero o de un material comercializado bajo el nombre “Inconel ®” (marca registrada), estando el cable normalmente rodeado por un aislante térmico realizado, por ejemplo, de un material comercializado bajo el nombre “Fibermax ®” (marca registrada) rodeado por una envoltura hecha de un material comercializado bajo el nombre “Nextel ®” (marca registrada), o hecho de una o más capas de material comercializado bajo el nombre “Nextel ®” (marca registrada). El cable también puede estar hecho de un material comercializado bajo el nombre “Fibermax ®” (marca registrada), de fibras de vidrio rodeadas de un aislante térmico, o de fibras de carbono.
El tensado de cada elemento 40 de retención agarra la banda 30 de material aislante, que queda de este modo aprisionada entre el cuerpo 10 de boquilla, por una parte, y el elemento 40 de retención, por otra. Este tensado aloja de este modo los elementos de retención en los intervalos entre dos refuerzos 20 sucesivos, así como la banda 30 de material aislante. El tensado de los diferentes elementos 40 de retención deforma y moldea de este modo sustancialmente la banda 30 de material aislante a la geometría del cuerpo 10 de boquilla, incluidos los refuerzos 20, y permite obtener una capa aislante continua y estable alrededor del cuerpo 10 de boquilla.
En un ejemplo, se coloca un elemento 40 de retención en cada intervalo entre dos refuerzos 20 sucesivos, como se presenta, por ejemplo, en la figura 4.
Las figuras 5 y 6 ilustran el efecto de tensar los elementos 40 de retención sobre una parte solapada de una banda 30 de material aislante. Como se ha indicado anteriormente, las bandas 30 de material aislante dispuestas alrededor del cuerpo 10 de boquilla se dimensionan normalmente de manera que sus extremos se solapan sobre una anchura definida. Esto se representa esquemáticamente en la figura 5. Cuando se tensa el elemento 40 de retención, éste comprime la banda 30 de material aislante, y en particular las partes solapadas, para obtener un grosor sustancialmente uniforme, tal como se representa esquemáticamente en la figura 6.
La figura 7 representa un ejemplo de realización en el que dos bandas 30 de material aislante están superpuestas. Se denominan 30a y 30b respectivamente para designar la banda de material aislante en contacto con el cuerpo 10 de boquilla, y la banda de material aislante más externa, respectivamente.
El tensado de los elementos 40 de retención conforma las distintas bandas 30a y 30b de material aislante en la superficie externa del cuerpo 10 de boquilla, comprendidos los refuerzos 20.
En funcionamiento, cualquier aire que pueda estar presente entre la divergente 10 y el aislante 30a y entre las diversas bandas 30 de material aislante normalmente escapará a nivel de parte de solapamiento de los extremos de las bandas de material aislante representadas esquemáticamente en las figuras 5 y 6.
Se entiende que este ejemplo de realización no es limitativo, y que puede superponerse cualquier número de bandas 30 de material aislante para obtener las propiedades deseadas, permaneciendo inalterado el funcionamiento. En particular, la utilización de varias bandas 30 de material aislante superpuestas permite utilizar bandas 30 de material aislante con propiedades diferentes, en particular en cuanto a grosor y propiedades térmicas y/o mecánicas.
El sistema de aislamiento térmico propuesto es ventajoso, en particular, por los siguientes motivos.
Presenta una buena resistencia a la onda expansiva resultante del encendido de los motores principales de la nave espacial y también a las vibraciones de la boquilla 1. Las bandas 30 de material aislante se apoyan, en efecto, en toda su superficie contra la pared exterior del cuerpo 10 de boquilla, que es rígida. También presenta una buena resistencia a la despresurización externa, ya que el aire presente entre el cuerpo 10 de boquilla y las bandas 30 de material aislante o entre las diferentes bandas 30 de material aislante puede escapar a nivel de zonas de solapamiento de las bandas 30 de material aislante.
El sistema de aislamiento térmico también es ventajoso en cuanto a su instalación, ya que no requiere ninguna modificación estructural de la boquilla 1, y únicamente requiere la adición de bandas de material aislante y un elemento de tensado. Su masa y su coste también son reducidos. Además, los distintos componentes del sistema de aislamiento térmico propuesto no se ven sometidos a esfuerzos mecánicos durante su funcionamiento, lo que garantiza la fiabilidad del sistema de aislamiento térmico. Además, a diferencia de los dispositivos conocidos que emplean elementos aislantes rígidos, las bandas 30 de material aislante no requieren ningún dimensionamiento específico para adaptarse a la geometría de la boquilla 1. Las bandas 30 de material aislante son flexibles y pueden colocarse libremente alrededor del cuerpo 10 de boquilla, garantizándose la conformación a la geometría de la boquilla 1 cuando se aprietan los elementos 40 de retención.
Aunque la presente invención se ha descrito con referencia a ejemplos de realización específicos, es evidente que pueden realizarse modificaciones y cambios en estos ejemplos sin alejarse del alcance general de la invención tal como se define en las reivindicaciones. En particular, las características individuales de las diversas realizaciones ilustradas/mencionadas pueden combinarse en realizaciones adicionales. En consecuencia, la descripción y los dibujos deben considerarse en un sentido ilustrativo y no restrictivo.
También resulta evidente que todas las características descritas con referencia a un procedimiento son extrapolables, solas o en combinación, a un dispositivo, y a la inversa, todas las características descritas haciendo referencia a un dispositivo son extrapolables, solas o en combinación, a un procedimiento.
Claims (8)
1. Boquilla (1) de un motor de nave espacial, que comprende un cuerpo (10) de boquilla que se extiende en una dirección (Z-Z) principal, desde un extremo (12) proximal solidario con motor de nave espacial, y un extremo libre (14) distal,
presentando dicho cuerpo (10) de boquilla una pluralidad de refuerzos (20) que se extienden desde una superficie externa del cuerpo (10) de boquilla, radialmente con respecto a la dirección (Z-Z) principal, comprendiendo dicha boquilla (1) un sistema de aislamiento térmico, que comprende al menos una banda (30) de material aislante flexible dispuesta de manera que rodea la superficie exterior del cuerpo (10) de boquilla en al menos una parte de la altura de dicho cuerpo (10) de boquilla, midiéndose la altura en la dirección (ZZ) principal, comprendiendo dicho sistema de aislamiento térmico una pluralidad de elementos (40) de retención, estando cada elemento (40) de retención dispuesto entre dos refuerzos (20) del cuerpo (10) de boquilla y colocándose de modo que rodea dichas bandas (30) de material aislante y de modo que conforma las bandas (30) de material aislante a la superficie exterior del cuerpo (10) de boquilla y a los refuerzos (20).
2. Boquilla (1) según la reivindicación 1, en la que cada elemento (40) de retención comprende un cable asociado a un sistema de tensado.
3. Boquilla (1) según la reivindicación 2, en el que cada elemento (40) de retención comprende un revestimiento realizado de aislamiento térmico.
4. Boquilla (1) según una de las reivindicaciones 2 o 3, en la que el sistema de tensado es un tensor.
5. Boquilla (1) según una de las reivindicaciones 1 a 4, en la que un elemento (40) de retención está dispuesto en cada intervalo entre dos refuerzos (20).
6. Boquilla (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, en la que el sistema de aislamiento térmico comprende al menos dos bandas (30) de material aislante superpuestas.
7. Boquilla (1) según una de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el sistema de aislamiento térmico comprende una pluralidad de bandas (30) de material aislante, estando cada banda (30) de material aislante colocada para solapar al menos parcialmente las bandas (30) de material aislante adyacentes.
8. Nave espacial que comprende una boquilla (1) según una de las reivindicaciones anteriores.
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