JP2012240674A

JP2012240674A - 熱伝導性振動分離装置およびこれを用いる宇宙船分離システム

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Publication number: JP2012240674A
Application number: JP2012105706A
Authority: JP
Inventors: Dennis Wayne Smith; デニス・ウェイン・スミス; Steven Hadden; スティーヴン・ハデン
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2012-12-10
Also published as: EP2524872A1; US8899389B2; EP2524872B1; US20120292476A1

Abstract

【課題】宇宙船とペイロード間の熱伝導性振動分離装置を提供する。
【解決手段】熱伝導性振動分離装置５０は、第１端部１０２と、第１端部に実質的に対向する第２端部１０４と、第１端部１０２から第２端部１０４への第１および第２の負荷伝達経路とを含む。第１および第２の負荷伝達経路はそれぞれ、主バネ５４および主バネ５４に並列なダンパ６６を有する。第１負荷伝達経路および第２負荷伝達経路の熱伝導性よりも大きな熱伝導性を備える細長い熱導管が第１端部１０２から第２端部１０４へ延びる。
【選択図】図５

Description

[0001]本発明は、一般的に宇宙船分離システムに関し、より具体的には、熱伝導性振動分離装置の実施形態、および複数の熱伝導性振動分離装置を用いる宇宙船分離システムの実施形態に関する。

[0002]コントロールモーメントジャイロアレイ、リアクションホイールアレイ、および宇宙船に搭載される姿勢調整をするめの他のものは、動作中に振動力を発生させる。そのような姿勢調整ペイロードと宇宙船本体との間に振動分離システムを採用することができ、振動力の宇宙船本体およびそこに搭載される振動に敏感なコンポーネント（たとえば光学ペイロード）への伝達を最小化する。典型的な振動分離システムは、多数の個別の振動分離装置（典型的には３個から８個の分離装置）を含み、これらは、マルチポイントマウント構成で宇宙船ペイロードと宇宙船本体との間に位置決めされる。振動分離システムの性能は、主として、システム内に含まれる分離装置の数、分離装置が配置される態様、および個別の分離装置の振動減衰特性により決定される。受動減衰システムの場合、３パラメータ分離装置を採用する振動分離システムは、第１バネ、およびこれに並列である、直列に連結される第２バネおよびダンパとして機械的に機能し、他のタイプの分離装置（粘弾性分離装置）を採用する振動分離システムと比較して、典型的には高周波数振動力（一般に「ジター」と称される）の優れた減衰性を提供する。

[0003]振動の生成に加えて、また、姿勢調整ペイロードは、動作中に、少なくとも部分的に回転インターフェースにおける摩擦力および電子機器内に内在する熱非効率により、過度な熱を生成する傾向にある。十分に消散されない場合、宇宙船ペイロードにより生成された過度な熱は、ハードウェハの寿命を低下させ、周囲の温度を望ましくないレベルに上昇させ、過酷な場合、機器を故障させ得る。限られた過度な熱が放射によりペイロードから除去される。しかし、放射熱伝達は、一般に、相対的に大きな熱出力を備える大きなコントロールモーメントジャイロアレイおよびリアクションホイールアレイのような、ペイロード場合、熱の十分な消散を提供するには不十分である。放射熱伝達は、加熱ペイロード表面に対する宇宙船取付部品の累積表面積（「放射形態係数」と称される）を増加させることで改善することができるが、そのようなやり方は、宇宙船に望ましくない重量およびバルクを追加し、また、十分な熱消散を提供できないことがある。

[0004]宇宙船ペイロードから宇宙船本体への効率的な補充的な熱伝達経路を提供するために、振動分離システムに関連して熱ストラップを採用することができる。熱ストラップは、一般に、宇宙船ペイロードと宇宙船本体との間で接続される、高伝導率で可撓性の金属ストラップまたはワイヤ編を使用することができる。一般に、熱ストラップの熱伝導率は、熱ストラップの断面積に比例する。したがって、宇宙船ペイロードが多くの熱の除去を必要とする場合、熱ストラップの断面寸法は、望ましい熱容量を提供するように大きくすることができる。しかし、熱ストラップの寸法が大きくなると、熱ストラップの重量や剛性も増す。ペイロードの熱の消散に優れた熱伝導経路を提供するが、大きな断面積を持つ熱ストラップは、宇宙船上に搭載するには望ましくなくかさおよび重量が大きくなる傾向にある。さらに重要なことに、大きな断面積を備える熱ストラップは、相対的に硬く、振動分離装置の周りの振動力を直接的に宇宙船本体へ向けることがあり、それゆえ、部分的に振動分離システムの効率を悪くすることがある。

[0005] 効率的な振動の減衰を提供し、一方で、宇宙船ペイロードからホスト宇宙船への熱の消散の効率的な熱経路を提供する、相対的に軽量、小型、低コストの振動分離装置の実施形態を提供することが望まれる。また、複数の熱伝導性振動分離装置を採用する宇宙船分離システムの実施形態を提供することが望ましい。本発明の実施形態の他の望ましい特徴および特性は、添付図面および上述の背景とともに、以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。

[0006]熱伝導性振動分離装置の実施形態が提供される。一実施形態において、熱伝導性振動分離装置は、第１端部、実質的に第１端部の反対の第２端部、第１端部から第２端部への第１および第２の負荷伝達経路を含む。第１および第２の負荷伝達経路は、それぞれ、主バネおよび主バネに並列なダンパを有する。第１負荷伝達経路および第２負荷伝達経路の熱伝導性を越える熱伝導性を備える細長い熱導管が、第１端部から第２端部へ延びる。

[0007]さらに、宇宙船とペイロードとの間の振動の伝達を最小化する宇宙船分離システムの実施形態が提供される。一実施形態において、宇宙船分離システムは、複数の熱伝導性振動分離装置、および複数の熱伝導性振動分離装置に連結される取付ハードウェアを含む。各熱伝導性振動分離装置は、第１端部、実質的に第１端部の反対の第２端部、第１端部から第２端部への第１および第２の負荷伝達経路を含む。第１負荷伝達経路は、主バネを含む。第２負荷伝達経路は、主バネに平行な第２バネを含み、また、主バネに並列であり第２バネに直列であるダンパを含む。各熱伝導性振動分離装置はさらに、細長い熱パイプを含み、これは、細長い本体、および細長い本体に連結される少なくとも１つのベローズセクションを含む。熱パイプの細長い本体は、各主バネ、第２バネ、およびダンパを通って第１端部から第２端部へ延びる。少なくとも１つのベローズセクションは、細長い熱パイプに、主バネの軸方向の剛性より小さく、第２バネおよびダンパの累積した軸方向の剛性より小さい、軸方向の剛性を付与する。

[0008]添付図面とともに本発明の少なくとも１つの例が説明される。図面において同様の符号は同様の要素を示す。

本発明の例示的な実施形態による、６自由度における高忠実度の分離を提供するために８個の振動分離装置を採用する分離システムの単純化した概略図である。本発明の例示的な実施形態による、６自由度における高忠実度の分離を提供するために８個の振動分離装置を採用する分離システムの単純化した斜視図である。図１、２に示される例示的な分離システム内に含まれ得る例示的な３パラメータ振動分離装置の概略図である。周波数（横軸）に対する利得（縦軸）の伝達性プロットであり、２パラメータ分離装置および減衰されない装置と比較した３パラメータ分離装置の例示的な伝達性プロファイルを示す図である。本発明の例示的な実施形態による、熱伝達性振動分離装置の断面斜視図である。

[0013]以下の詳細な説明は、本来的に単なる例示であり、本発明および本発明の用途、使用を限定することを意図するものではない。さらに、本発明は、上述の背景および以下の詳細な説明に示されるいかなる理論にも制限されない。

[0014]図１は、本発明の例示的な実施形態による、ペイロード１２とホスト宇宙船１５との間の振動の伝達を低減させるのに好適な振動分離装置１０の単純化した概略図である。図示の例において、分離装置１０は、複数の１自由度または軸方向減衰振動分離装置１４を含み、これは、集合的にペイロード１２を支持するように機械的に連結される。分離装置１４の反対側の端部１４は、複数の取付ブラケット１８を用いて宇宙船取付インターフェースに取り付けられる。この具体例において、分離システム１０は、８個の振動分離装置１４を含み、これらは６自由度における高忠実度の減衰を提供するようにオクトポッド取付構成で位置決めされる。しかし、さらなる実施形態において、分離システム１０は、より少ないまたは多い数の分離装置を含むようにすることができ、他の取り付け構成で位置決めすることもできる。たとえば、代替実施形態において、分離システム１０は、ヘクサポッドまたはスチュアートタイプの取り付け構成で位置決めされる６個の振動分離装置１４を含むことができる。

[0015]ある実施形態において、ペイロード１２は、光学ペイロードまたはセンサのような振動に敏感なコンポーネントの形態とすることができ、分離システム１０は、宇宙船１５に搭載される振動放射源から宇宙船取付インターフェース１６を通り、ペイロード１２への振動の伝達を最小化するように機能する。他の実施形態において、ペイロード１２は、１つまたはそれ以上の振動放出装置を含むことができ、分離システム１０は、ペイロード１２から宇宙船１５およびそこに搭載される振動に敏感なコンポーネントへの振動の伝達を低減するように機能する。後者に関して、ペイロード１２は、１つまたはそれ以上のリアクションホイールまたはコントロールモーメントジャイロのような、宇宙船１５の姿勢調整に用いられる１つまたはそれ以上の回転装置を含むことができる。一具体例として、図２に示されるように、ペイロード１２は、リアクションホイールアレイ２０の形態であり、多数のリアクションホイール２２が取り付けられ、支持プラットフォーム２４を中心に円周状に間隔が隔てられ、プラットフォーム２４は、分離装置１４（図２では３つだけ見える）に支持される。

[0016]振動分離装置１４は、必要的ではないが、好ましくは、３パラメータ装置である。図３に概略的に示されるように、３パラメータ装置は、以下の機械的要素を含む。すなわち、（ｉ）マスＭ（たとえば、図１に示されるペイロード１２）とベースＢ（たとえば、図１に示される衛星取付インターフェース１６）との間に連結される第１バネ部材Ｋ_Ａ、（ｉｉ）バネ部材Ｋ_Ａと並列に減衰されるマスＭとベースＢとの間に連結される第２バネ部材Ｋ_Ｂ、（ｉｉｉ）バネ部材Ｋ_Ａと並列に、第２バネ部材Ｋ_Ｂに直列に、マスＭとベースＢとの間に連結されるダンパＣ_Ａ、である。このような３パラメータ装置は、望まれる動作周波数範囲にわたって、減衰されない装置および２パラメータ装置に比較して優れた減衰特性（すなわち、全体として低い伝達性）を提供する。伝達性は以下の式で表すことができる。

ここで、Ｔ（ω）は伝達性であり、Ｘ_{ｏｕｔｐｕｔ}（ω）は、ペイロードの出力運動であり、Ｘ_{ｉｎｐｕｔ}（ω）はベースの入力運動である。

[0017]図４は伝達性のプロットであり、２パラメータ分離装置の減衰特性（曲線４２）および減衰されない装置（曲線４４）と比較した、３パラメータ装置の減衰特性（曲線４０）を示している。図４において符号４６で示されるように、減衰されない装置（曲線４４）は、閾値周波数において望ましくない高いピーク利得を示す。これは例として示され、１０ヘルツより少し低い。比較すると、２パラメータ装置（曲線４２）は、閾値周波数において有意に低いピーク利得を与えるが、閾値周波数を越えた後に、周波数の増加とともに望ましくない利得の漸進的な減少がある（「ロールオフ」と称される）。図示の例において、２パラメータ装置（曲線４２）のロールオフは、１単位当たり約２０デシベル（「dB/decade」）である。最後に、３パラメータ装置（曲線４０）は、２パラメータ装置（曲線４２）により達成されるのと実質的に同等の低いピーク利得を与え、さらに、約４０dB/decadeの相対的に急なロールオフを与える。３パラメータ装置（曲線４０）は、図４において曲線４０および４２に境界付けられる面積４８により定量化されるように、より高い周波数で有意に低い伝達性を与える。非限定的な例として、３パラメータ分離装置のさらなる議論は、１９９４年１月２６日に発行された「THREE PARAMETER VISCOUS DAMPER AND ISOLATOR」という表題の米国特許第５３３２０７０号明細書、２００７年２月２７日に発行された「ISOLATOR USING EXTERNALLY PRESSURIZED SEALING BELLOWS」という表題の米国特許７１８２１８８号明細書に記載されている。これらの特許文献は本願の出願人に譲渡されている。

[0018]図１を参照すると、ペイロード１２は、特にペイロード１２がコントロールモーメントジャイロアレイまたはリアクションホイールアレイ（たとえば図２に示されるリアクションホイールアレイ２０）の実施形態の場合、動作中に過度な熱を生成することがある。従来の設計による３パラメータ分離装置を含む振動分離装置は、典型的には、熱伝導性が悪く、そのため、ペイロード１２から宇宙船１５への熱の消散のための効率的な伝導経路を提供しない。ペイロード１２から宇宙船１５への効率的な熱伝達経路を提供するために熱ストラップを使用することができるが、熱ストラップの使用は、宇宙船１５の望ましくなく重量およびかさを増加させ、分離装置１４の周りで振動力を逸らすことにより振動分離システム１９の効率を低下させることがある。本発明の実施形態によれば、振動分離装置１４は、宇宙船ペイロード１２と宇宙船１５との間の振動力の伝達を制限するだけでなく、ペイロード１２から宇宙船１５への高い熱伝導性経路を提供する。振動分離装置１４、より一般的に、振動分離システム１０は、熱ストラップを使用せずに、高い効率で、ペイロード１２の動作中に生成される過度な熱が宇宙船１５の本体に消散されるようにする。それにより、分離システム１０は、ペイロード１２内の望ましくない熱の蓄積を防止し、ペイロード１２の温度および周囲の温度を許容範囲内に維持する。これにより、ペイロード１２内に含まれるハードウェハの動作寿命を長くすることができ、また、ペイロード１２により生成される振動力の最適な減衰を確保する。

[0019]図５は、例示的な実施形態による、図１および２に示される１つまたは全ての分離装置１４に好適な、熱伝導性振動分離装置５０の断面斜視図である。他のコンポーネントにおいて、振動分離装置５０は、主分離装置ハウジング５２、主バネ５４、および取付ブラケット５６を含む。図５に示されるように、主バネ５４は、機械加工により、分離装置ハウジング５２のセクション内に一体的に形成することができ、すなわち、主バネ５４は、分離装置ハウジング５２の、コイルバネ状の構造を形成するように材料が取り除かれたセクションの形態とすることができる。他の実施形態において、主バネ５４は、ハウジング５２に機械的に連結される分離したまたは独立のもの（たとえば、コイルバネ）とすることができる。図示の例において、分離装置ハウジング５２は、一体的なまたは単一部材構成の全体として円筒形の形態であるが、分離装置ハウジング５２は、代替実施形態として、他の幾何学形態とすることもでき、また、複数のコンポーネントから組み立てることもできる。

[0020]取付ブラケット５６は、分離装置ハウジング５２の端部に固定的に取り付けられ（たとえば溶接または接合）、軸方向に外側に延びる。振動分離装置５０が、宇宙船とペイロードとの間に搭載されると、取付フランジ５８が取り付けられ、宇宙船ペイロードおよび分離装置ハウジング５２の対向する端部は、宇宙船本体に取り付けられる。反対に、取付フランジ５８は、宇宙船本体に取り付けることができ、分離装置ハウジング５２の対向する端部を宇宙船ペイロードに取り付けることができる。図５に示されるように、取付ブラケット５は、複数のボルトまたは他の固定具（図示せず）を用いて宇宙船ペイロードまたは宇宙船本体への取り付けを容易にする、複数の固定具開口部６０を備える取付フランジ５８を含むように製造することができる。同様に、分離装置ハウジング５２の対向する終端部は、複数の固定具開口部６２を含むように製造することができ、複数の固定具を用いて宇宙船本体またはペイロードへの取り付けを容易にする。

[0021]ダンパアセンブリ６６は、分離装置ハウジング５２に設けられる概ね円筒形のキャビティまたはボア７２内に収容される。図示の例において、ダンパアセンブリ６６は、第１ベローズ７４、第２ベローズ７６、環状ディスク部材７８、およびダンパピストン８２を含む。ディスク部材７８は、ベローズ７４、７６の間にシールされて配置され、分離装置ハウジング５２の内側の周りに設けられる環状棚部８０に着座する。ダンパピストン８２は、第１端部キャップ８、対向する第２端部キャップ８６、および第１端部キャップ８４から第２端部キャップ８６へ延びる接続シャフト８８を含む。ベローズ７４は、ダンパピストン８２の端部キャップ８４とディスク部材７８の第１半径面との間にシールされて連結され（たとえば、溶接または接合）、ベローズ７６は、ダンパピストン８２の端部キャップ８６と第２のディスク部材７８の対向する半径面との間にシールされて連結される（たとえば、溶接または接合）。集合的に、ベローズ７４、ベローズ７６、ディスク部材７８、およびダンパピストン８２はベローズアセンブリを形成する。

[0022]ベローズ７４、ダンパピストン８２、ディスク部材７８は、協働して振動分離装置５０内に第１液圧チャンバ９０を画定し、ベローズ７６、ダンパピストン８２、およびディスク部材７８は、協働して分離装置５０内に第２の対向する液圧チャンバ９２を画定する。対向する液圧チャンバ９０、９２は、ディスク部材７８の内側円周表面とダンパピストン８８の接続シャフト８８の外側円周表面との間に設けられる環により画定される環部９４により流体連結される。分離装置５０の動作の前に、液圧チャンバ９０、９２は、シリコーンベース液体のような減衰流体（図示せず）で満たされる。減衰流体は、環部９４を介して液圧チャンバ９０、９２の間で交換され、ダンパピストン９２の軸方向運動および対応するベローズ７４、７６のたわみのときに減衰を提供する。代替実施形態において、液圧チャンバ９０、９２は、１つまたはそれ以上のオリフィスのような異なるタイプの流体通路により流体連結することができる。図示の例示の実施形態においては内部加圧されるが、ベローズ７４、７６は、振動分離装置５０の代替実施形態において外部的に加圧することができる。

[0023]熱伝導性振動分離装置５０はさらに、第２バネ６８、およびダンパアセンブリ６６の対向する端部上のボア７２内に配置される軸延長部片７０を含む。より具体的には、第２バネ６８は、取付ブラケット５６の内側環状壁９６と、ダンパピストン８２の端部キャップ８４との間で圧縮される。所望であれば、図５に示されるように、環状凹部９８をキャップ８４の内側に形成することができ、第２バネ６８を所定位置に維持するのを助ける。軸延長部７０の第１端部は、ダンパピストン９２の端部キャップ７６に当接し、軸延長部７０の対向する第２端部は、分離装置ハウジング５２の内側壁１００に当接する。第２バネ６８、軸延長部片７０、およびダンパアセンブリは、振動分離装置５０のハウジングコンポーネントと協働して、以下でより完全に説明されるように、分離装置５０を通る負荷伝達経路を提供する。

[0024]第１および第２の負荷伝達経路は、分離装置５０の第１端部１０２と分離装置５０の対向する第２端部１０４との間に振動分離装置５０を通して提供される。振動分離装置５０の第１端部から始まり、図示の向きにおいて右方に移動し、第１負荷伝達経路は、取付ブラケット５６、分離装置ハウジング５２の外側本体、主バネ５４、および分離装置５０の端部１０４を通って延びる。比較して、第２負荷経路は、取付ブラケット５６を通り、第２バネ６８を通り、ダンパアセンブリ６６を通り、軸延長部７０を通り、分離装置５０の端部１０４へ延びる。第１および第２の負荷伝達経路は双方向であり、振動力は、第１および第２の負荷伝達経路に沿って、分離装置５０の端部１０４から端部１０２へ伝達される。上述の図３、４で示された用語を維持すると、Ｋ_Ａは分離装置５０の軸方向の剛性であり、これは、全体として、主バネ５４の軸方向の剛性により支配的に決定され、Ｋ_Ｂは、分離装置５０の容量の剛性により決定され、これは、第２バネ６８の軸方向の硬度により支配的に決定され、Ｃ_Ａは、ダンパアセンブリ６６の減衰特性により決定される。主バネ５４（Ｋ_Ａ）は、第２バネ６８（Ｋ_Ｂ）およびダンパアセンブリ６６（Ｃ_Ａ）に並列に連結され、第２バネ６８（Ｋ_Ｂ）およびダンパアセンブリ６６（Ｃ_Ａ）は第２負荷伝達経路に沿って直列に連結される。例示的な振動分離装置５０は、３パラメータ装置であり、上述の望ましい振動減衰特性を提供し、すなわち、相対的に低いピーク伝達性および高周波数の優れた減衰性を提供する。この例にも関わらず、振動分離装置５０は、全ての実施形態において３パラメータ分離装置である必要はなく、代わりに単一自由度の軸方向減衰の形態とすることもでき、また、ダンパ（たとえばダンパアセンブリ８２）に並列な主バネ（たとえばバネ５４）を含み、主バネに並列でダンパに直截な第２バネ（バネ６８）が存在しない２パラメータ分離装置とすることもできる。

[0025]振動分離装置５０はさらに、少なくとも１つの細長い熱導管を含み、これは、分離装置５０の第１端部１０２から第２端部１０４まで延びる。熱導管（または複数の熱導管）は、任意の形態とすることができ、または、第１負荷伝達経路または第２負荷伝達経路に沿って、振動分離装置５０の熱伝導性を越える熱伝導性を備える任意の装置とすることができる。たとえば、ある実施形態において、熱導管は、細長い円筒形の形態することができ、または、銅またはアルミニウムのような相対的に高い熱伝導率を備える金属または合金から製造されるワイヤ編みの形態とすることができる。しかし、好ましい実施形態において、熱導管は、熱パイプの形態とすることができ、すなわち、密封して閉じられるパイプまたは、作動流体（たとえばアンモニア、アルコール、および／または水混合物など）を収容するめくらチューブであり、作動流体はチューブの一方の端部から他方へ効率的に熱を伝達する。多くの場合、熱パイプ内の流体は、状態変化し、具体的には、潜熱を吸収し、熱パイプの熱いインターフェース（たとえば第１の閉鎖端部）で蒸気化する。蒸気相は熱パイプの冷たいインターフェース（たとえば対向する閉鎖端部）へ流れ、凝縮し、潜熱を解放する。液体相は、熱いインターフェースへ戻り、熱伝達循環を完結させる。多くの熱パイプは、毛管作用を介して冷たいインターフェースから熱いインターフェースへの液体相の流れを促進する浸透排出材料（wicking material）を含みまたはこれで裏打ちされる。特定の形状または材料に限定されないが、熱パイプのシェルは、細長い形状とすることができ、銅またはアルミニウムのような高い熱伝導性の金属または合金から製造されるめくらチューブである。熱パイプは、同等のサイズまたは形状の固体金属または合金体（たとえば、細長い銅シリンダ）の熱伝導性よりも数倍高い熱伝導性を達成することができる。

[0026]図５に示される例示的な実施形態を参照すると、細長い熱パイプ１０６は、分離装置５０の中心線または長手方向軸に沿って、第１端部１０２から、第２バネ６８を通り、ダンパアセンブリ６６を通り、軸延長部７０を通り、第２端部１０４まで延びる。したがって、熱パイプ１０６は、第２バネ６８、ダンパアセンブリ６６、および軸延長部７０と実質的に同軸である。熱パイプ１０６を収容するために、軸延長部７０およびダンパピストン８２の接続シャフト８８は、それぞれ実質的に管状の幾何形状を備えるように形成される。ダンパピストン８２に関して、特に、軸チャネル１０７は、接続シャフト８８を通って提供され、ここを通って熱パイプ１０６が延びる。軸チャネル１０７の内側直径は、好ましくは、熱パイプ１０６の外側直径と実質的に等しい。熱パイプ１０６は、好ましくは、実質的に真っすぐなプロファイルを備え、実質的に直線の経路に沿って分離装置５０の端部１０２と端部１０４の間に延び、熱パイプの全体の長さを最小化し、相対的に短く直接的な熱伝導経路を提供する。さらに、図５に示されるように、熱パイプ１０６の対向する端部は、端部１０２、１０４を通って延びるようにし、熱パイプ１０６は、分離装置５０の対向する端部表面を通って露出されるようにすることができる。換言すれば、端部１０２は、中心開口部１０８を含むように製造でき、ここを通って熱パイプ１０６が延び、熱パイプ１０６の第１端部が露出され、好ましくは端部１０２の外側終端表面と実質的に同一平面になるようにする。同様に、端部１０４は、中心開口部１１０を含むように製造でき、ここを通って熱パイプ１０６が延び、熱パイプ１０６の反対の終端部が露出され、好ましくは、端部１０４の外側終端表面と実質的に同一平面になるようにする。このような実施形態において、熱パイプ１０６の長さは、分離装置５０の長さに実質的に等しくなるであろう。このようにして、熱パイプ１０６の対向する端部は、宇宙船ペイロードおよび宇宙船取付インターフェースに直接的または緊密に接触するように配置することができ、振動分離装置５０が振動分離システム内に取り付けられたときに、伝導熱伝達を最適化する。しかし、熱パイプ１０６は、全ての実施形態において振動分離装置５０の全体にわたって延びる必要はなく、端部１０２、１０４の終端部表面に到達する前に、終端するようにしてもよい。

[0027]熱パイプ１０６は、好ましくは、少なくとも１つのベローズセクション１１２を含むように製造され、パイプ１０６に、主バネ５４、第２バネ６８、およびダンパアセンブリ６６とともに圧縮および拡張するのに好適な軸方向のコンプライアンスを与える。図５に示されるように、熱パイプ１０６は、単一のベローズセクション１１２を含むように製造することができ、これは、熱パイプ１０６の細長い本体１１４と一体的に形成され、取付ブラケット５６を通して提供される長手方向チャネル内に位置する。好ましい実施形態において、ベローズセクション１１２は、熱パイプ１０６に、主バネの軸方向の剛性よりも小さく、第２バネ６８およびダンパアセンブリ６６の累積の軸方向の剛性よりも小さな軸方向の剛性を与える。ベローズ１１２は、熱パイプ１０６に、分離装置５０を通って伝達される振動力に対して実質的に透明となるような、十分に小さい軸方向の剛性を与えることができる。代替的に、ベローズセクション１１２は、熱パイプ１０６に、ダンパ５０（Ｋ_Ａ）の全体の軸方向の剛性に寄与する十分に有意な軸方向の剛性を与えることができる。しかし、そのような実施形態において、熱パイプ１０６の軸方向の剛性は、典型的には、主バネ５４の軸方向の剛性のわずか端数（たとえば十分の１）を構成するようにする。さらなる実施形態において、熱パイプ１０６は、ベローズセクション１１２を含まないようにすることができ、また、スリップジョイントのような異なるタイプの軸方向にコンプライアンスを持つ特徴または要素を含むようにすることができる。

[0028]ある実施形態において、振動分離装置５０は、液圧チャンバ９０および／または液圧チャンバ９２に流体連結される熱膨張チャンバ１１６内に設けられるようにすることができ、高温度動作条件下での減衰流体の膨張に便宜をはかる。たとえば、図５に示されるように、熱膨張チャンバ１１６は、ピストン部材８２の壁を通して設けられるオリフィス１１８を介して液圧チャンバ９２に流体連結される。この場合、熱膨張チャンバ１１６は、ピストン端部キャップ８６の内側円周表面、第３ベローズ１２０、第４ベローズ１２２、および熱膨張ピストン１２４により画定される。ベローズ１２０は、ピストン端部キャップ８６と熱膨張ピストン１２４の第１半径面との間で圧縮され、対向するベローズ１２２は、熱膨張ピストン１２４の第２の反対の半径面と軸延長部片７０との間で圧縮される。熱膨張ピストン１２４は、熱膨張バネ１２６により分離装置５０の端部１０２に向けてバイアスされる。減衰流体の温度が上昇すると、熱膨張ピストンの露出された領域に付与される圧力も上昇する。減衰流体により熱膨張ピストン１２４に作用する力がバネ１２６により付与されるバイアスを越えると、ピストン１２４は、端部１０４に向かって移動し、ベローズ１２０は拡張し、ベローズ１２２は圧縮される。ベローズ１２０の外側直径がベローズ１２２の外側直径よりも小さい場合、熱膨張チャンバ１１６の容積は増加し、減衰流体の熱膨張に適合し、主液圧チャンバ９０、９２内のない部圧力を望ましい範囲に維持するのを助ける。反対に、低い動作温度条件の下で、減衰流体により熱膨張ピストン１２４の露出される領域に作用する力がバネ１２６によりピストン１２４上に付与されるバイアスよりも小さくなり、ピストン１２４は端部１０２に向かってスライドし、ベローズ１２０は圧縮され、ベローズ１２２は拡張され、熱膨張チャンバ１１６の容積は小さくない、主液圧チャンバ９０、９２の圧力を維持するのを助ける。注目すべきことに、図示の例示的な実施形態において、ベローズ１２０、１２２は外部的に圧力が付与され、すなわち、ベローズ１２０、１２２の外側表面は、部分的に熱膨張チャンバ１１６を画定し、チャンバ１１６が充填されるときに減衰流体に露出される。このように、外部的にベローズ１２０、１２２に圧力付与することで、熱膨張チャンバ１１６と熱パイプ１０６の貫通セグメントとの間に信頼できるシールを形成することができ、減衰流体が振動分離装置５０から漏れる可能性を最小化する。

[0029]振動分離装置５０の動作中、熱パイプ１０６は熱伝導コアとして機能し、これは、振動分離装置５０の中心部分を通って延び、宇宙船ペイロードからの熱を消散させるための有効な熱経路を提供する。他の実施形態において、振動分離装置５０は、１つまたはそれ以上の熱パイプを含むことができ、これらは中心に配置されないが、同様に分離装置５０を通る有効な熱伝達経路を提供する。熱パイプ１０６が振動分離装置５０内に統合される方法により、分離装置の全体の重量および寸法は、他の公知の３パラメータ分離装置の重量および寸法と類似する。多数（たとえば６個から８個）の熱伝導性振動分離装置５０を採用する振動分離システムは、熱ストラップを備える従来の振動分離装置を採用する同等の振動分離システムよりも、重量が軽く、より小型であり、扱いやすい。さらに、熱パイプ１０６は、主バネ５４、第２バネ６８、およびダンパアセンブリ６６と比較して相対的に小さな軸方向の剛性を備えるように設計されるので、熱パイプ１０６は、熱伝導性振動分離装置５０の振動減衰特性にほとんどまたは全く影響を与えず、あるいは、多数の熱伝導性振動分離装置を採用する振動分離システムの全体の性能にほとんどまたは全く影響を与えない。

[0030]ある実施形態において、熱パイプ１０６の第１軸方向における熱伝導性は、第２の反対の軸方向における熱パイプ１０６熱伝導性を越えるようにすることができる。そのような実施形態において、熱パイプ１０６の熱伝導性は、宇宙船ペイロードから宇宙船本体への軸方向に沿って、反対方向の宇宙船本体からペイロードへの軸方向に沿った熱パイプ１０６の熱伝導性を越えるようにすることが好ましい。そのような実施形態において、熱パイプ１０６は、多かれ少なかれ熱ダイオードとして機能し、これは、宇宙船本体からペイロードへの熱勾配が低下するときに、望ましくない宇宙船ペイロードの加熱を抑制し、ペイロードから宇宙船本体への熱勾配が増加するときに宇宙船ペイロードからの熱の除去を促進する。

[0031]上記のように、振動物間の振動を減衰させ、宇宙船ペイロードからホスト宇宙船への熱の消散のための有効な熱経路を提供するのに好適な熱伝導性振動分離装置の実施形態が提供された。また、上記のように、複数の熱伝導性振動分離装置を採用する宇宙船分離システムの実施形態が提供された。熱ストラップを用いる振動システムに対して、上述の熱伝導性振動分離装置を用いる振動分離システムは、より小型、軽量であり、安価に製造できる。また、上述の例示的な実施形態において、細長い熱導管は、中心に配置される概ね円筒形の熱パイプとすることができるが、これは常にそうする必要はない。たとえば、振動分離装置の他の実施形態は、細長い管状の熱パイプ要素を採用することができ、これは、振動分離装置の長手方向軸に実質的に同軸であり、振動分離装置の他の要素内に入れ子にすることができる。たとえば、そのような実施形態において、第２バネ（あるならば）、ダンパアセンブリ、熱膨張チャンバ（あるならば）、および／または他の様々な要素は、管状の熱パイプ内に入れ子にすることができる。

[0032]上述の詳細な説明において少なくとも１つの例示的な実施形態が示されたが、多数の変形例が存在することを理解されたい。また、１つまたは複数の例示的な実施形態は、単なる例であり、いかなる意味でも本発明の範囲、用途、構成を限定することを意味するものではないことを理解されたい。上述の詳細な説明は、当業者に、本発明の例示的な実施形態を実施するのに便宜的なロードマップを提供するものである。添付の特許請求の範囲に示される本発明の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態で説明された要素の機能および構成を様々に変更することができることを理解されたい。

Claims

熱伝導性振動分離装置（５０）であって、
第１端部（１０２）と、
前記第１端部（１０２）に実質的に対向する第２端部（１０４）と、
主バネ（５４）を有する、前記第１端部（１０２）から前記第２端部（１０４）への第１負荷伝達経路と、
前記第１端部（１０２）から前記第２端部（１０４）への第２負荷伝達経路と、を有し、
前記第２負荷伝達経路は、
前記主バネ（５４）に並列するダンパ（６６）と、
前記主バネ（５４）に並列し且つ前記ダンパ（６６）に直列の第２バネ（６８）と、を有し、
前記熱伝導性振動分離装置（５０）はさらに、前記第１端部（１０２）から前記第２端部（１０４）へ延びる細長い熱導管（１０６）を有し、前記熱導管（１０６）は、前記第１負荷伝達経路および前記第２負荷伝達経路の熱伝導性を越える熱伝導性を備える、熱伝導性振動分離装置。
請求項１に記載の熱伝導性振動分離装置（５０）であって、前記細長い熱導管（１０６）は、少なくとも１つのベローズセクション（１１２）を備える熱パイプ（１０６）を有し、前記少なくとも１つのベローズセクション（１１２）は、前記主バネ（５４）の軸方向の剛性よりも小さく、且つ、前記第２バネ（６８）および前記ダンパ（６６）の累積の軸方向の剛性よりも小さい、軸方向の剛性を与える、熱伝導性振動分離装置。
請求項１に記載の熱伝導性振動分離装置（５０）であって、前記ダンパ（６６）は、ベローズアセンブリを有し、前記ベローズアセンブリを通って前記細長い熱導管（１０６）が延び、前記ベローズアセンブリは、
第１および第２のベローズ（７４、７６）と、
前記第１および第２のベローズ（７４、７６）を少なくとも部分的に通って延びるダンパピストン（８２）と、を有し、前記ダンパピストン（８２）は軸チャネル（１０７）を含み、前記軸チャネルを通って前記細長い熱導管（１０６）が延び、
前記ベローズアセンブリはさらに、第１および第２の液圧チャンバ（９０、９２）を有し、前記第１および第２の液圧チャンバ（９０、９２）は、少なくとも部分的に前記ダンパピストンおよび前記第１および第２のベローズ（７４、７６）により画定され、前記第１および第２の液圧チャンバ（９０、９２）は、前記ダンパピストン（８２）の軸方向の運動および前記第１および第２のベローズ（７４、７６）のたわみに応答して、前記第１および第２の液圧チャンバ（９０、９２）の間で液圧流体の流れを介して減衰を提供するように、流体連結される、熱伝導性振動分離装置。