JP2012528033A - 二つのアセンブリを一時的に接続しかつ火工式分離させるためのデバイス - Google Patents

二つのアセンブリを一時的に接続しかつ火工式分離させるためのデバイス Download PDF

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Abstract

本発明は、分離させられる第1(2)および第2のアセンブリ(4)間の接続ゾーンに形成されるスペース(11)内に設けられる火工式膨張チューブ(14)を具備してなる、長手方向軸線(X)を備えた一時的接続および火工式分離のためのデバイスに関し、第2のアセンブリ(4)は、一つに接合された層(12.1,12.2)のスタックから形成されており、二つのアセンブリ(2,4)は、二つの金属部分(10.1,10.2)によって互いに接続され、当該金属部分は第1のアセンブリに対して固定されかつ第2のアセンブリ(4)の外側層(12.1)に対して接合され、外側層(12.1)および隣接する内側層(12.2)間の接合面積は、ヒューズ層を形成する二つの内側層プライ(12.2)間の接合面積よりも小さく、この結果、加工式膨張チューブ(14)が使用されたとき、外側層(12.1)は隣接する内側層から分離する。

Description

本発明は、二つのアセンブリを一時的に接続し、そして、それらを火工式分離させるためのデバイスに関する。
そうしたデバイスは、二つの構造アセンブリを一時的に接続し、そして極めて短時間でその分離を制御するために航空・宇宙産業において使用できる。
宇宙産業において、そうしたデバイスは、たとえばランチャーの上端部に設置され、あるいは、それは、ランチャーの二つのステージの分離あるいは衛星支持構造体の切り離しのために使用できる。
まず、こうしたデバイスは、二つの要素を一つに固定するために、それらの間に接続部を提供するよう設計される。ランチャーの場合、それらは、二つの組み立てられた要素間の長手方向引っ張り・圧縮力に抗することができる。それらはまた、固体および気体汚染などの有害物、ならびにランチャー設備および衛星などの輸送されるペイロードに引き起こされる衝撃を制限しながら、二つの要素の確実な分離を実現するよう設計される。
こうしたタイプのデバイスは従来公知である。あるデバイスは、火工炸薬によって、二つの連結されたアセンブリ間の接続部を形成する素材、通常は金属を切断する。だが、素材を切断するために加える必要がある大きな力に起因して、発生する衝撃レベルは非常に大きく、かつ、それは、ステージ、設備および/またはペイロードなどの分離ゾーン付近の要素に対して加えられるが、これはそれらにとって非常に有害である。衝撃吸収デバイスを環境に影響を与える衝撃レベルを低減するために設けることができるが、こうしたデバイスは全質量を増大させる。
そうしたデバイスの別な例は特許文献1に開示されている。当該デバイスは一時的に組み合わされかつ分離させられる二つのアセンブリを備え、これら二つのアセンブリは、それに対して接着されるストリップによって互いに固定される。火工式膨張チューブは接続部に形成されたハウジング内に配置され、ストリップに伝達される衝撃波によって、ストリップとアセンブリの一つとの間の結合を破壊する。
このタイプのデバイスは満足できるものである。というのは、生じる衝撃のレベルが、部品が切断される場合に生じるものよりも著しく小さいからである。したがって、火工炸薬は少量であってもよく、そして分離させられる要素およびその他の周辺システムに加えられる制約は軽微である。吸収デバイスはもはや必要なく、あるいは、より小さなものとすることができる。リンクの質量は、それゆえ、より小さなものとすることができる。
だが、だが、そこからストリップが分離する部分が複合材、すなわちレジンに埋設された繊維層のスタックから形成された素材からなる場合、複合材の一つ以上の層が千切れるリスクが存在し、この千切れた繊維が、スタートラッカーなどの周囲のシステムにとって、そしてペイロードにとって特に有害な汚染を引き起こす。
仏国特許発明第2 779 222号明細書
したがって、本発明の一つの目的は、生じる汚染が限定されたものである衝撃レベルの低い分離を実現する一時的接続・分離のためのデバイスを提供することである。
上記目的は、二つの金属製接続要素によって接続された二つの部分間の一時的接続・分離デバイスによって達成され、部品の一方は複数の層を含む複合材からなり、分離は、ヒューズプライと呼ばれる当該部分の外側層の少なくとも一つを離層させることによって実現され、したがって分離は僅かな汚染因子の放出しか伴わずになされる。これは、スタックの残部から分離させられる層の部分の接着面積を、内側層間の接続面積よりも小さくすることによって達成される。
言い換えれば、分離は、二つの部分間の剥離ではなく、複合材内の制御された剥離によって生じる。
特に有利なことには、要素を接続する金属と複合材部分との間の接続部はエラストマー素材からなる層を備え、その一面は外側ヒューズプライに接着され、かつ、他面は要素を接続する金属に対して接着される。
本発明の対象事項は、したがって、主として、分離させられる第1および第2のアセンブリ間の接続ゾーンに形成されるスペース内に設けられる火工式膨張チューブを具備してなる、長手方向軸線を備えた一時的接続および火工式分離デバイスであって、第2のアセンブリは、一つに接合されたプライのスタックから形成されており、当該スタックは二つの外側プライおよび内側プライを具備してなり、これらプライは長手方向軸線と略平行であり、二つのアセンブリは、少なくとも一つの金属部分によって互いに接続され、金属部分は第1のアセンブリに対して固定されかつ第2のアセンブリの外側プライの一方に対して接合され、外側プライおよびそれに隣接する内側プライ間の接合面積は、ヒューズプライを形成する二つの内側プライ間の接合面積よりも小さく、かつ、金属部分と外側プライとの間の接合面積は、外側プライの面積よりも小さいかあるいはそれと等しく、加工式膨張チューブが使用されたとき、外側プライは隣接する内側プライから離層状態となるよう構成されているデバイスである。
特に有利なことには、金属部分と外側プライとの間の接着接続部はエラストマーコアを備え、一方の面は金属部分に接合され、かつ、他方の面は外側プライに接合される。
ある例証的実施形態では、本発明に基づくデバイスは、第1および第2のアセンブリを接続する二つの金属部分を備え、かつ、第2のアセンブリは二つのヒューズ外側プライを備える。
別な例証的実施形態では第1のアセンブリおよび火工チューブ用のハウジングは、単一部品から形成され、第2のアセンブリは第1のアセンブリに当接するか、あるいは小さな間隙によって、それから分離させられる。
別な例証的実施形態では、本発明に基づくデバイスは二つの金属部分を備えてもよく、一方の金属部分は第1のアセンブリの外側プライに接着されると共に第2のアセンブリに対して固定され、かつ、他方の金属部分は第2のアセンブリに固定されると共に第1のアセンブリの外側プライに対して接着され、当該デバイスは、分離中、アセンブリの一方の横方向移動を可能とする交互接続部を形成する。
たとえば、金属部分は、ボルト結合によって、第1あるいは第2のアセンブリに固定される。
第1のアセンブリは、たとえば、複合材あるいは金属材から形成できる。金属部分は、たとえば、スチールあるいはアルミニウムからなる。
本発明の他の対象事項は、スペースランチャーの要素を一時的に組み立てるための、本発明に基づく少なくとも一つのデバイスの使用法である。当該要素は湾曲形状を有していてもよく、複数の一時的接続デバイスが、続いて、セクター化された接続部を形成するために使用される。
本発明は、以下の説明ならびに図面から、より完全に理解されるであろう。
本発明に基づく一時的接続・分離デバイスの第1実施形態の結合状態での長手方向断面図である。 図1Aのデバイスを分離状態で示す図である。 本発明に基づくデバイスの第2実施形態の結合状態での長手方向断面図である。 図2Aのデバイスを分離状態で示す図である。 本発明に基づく、いわゆる交互リンクの例証的実施形態の長手方向断面図である。 それに対して本発明を適用可能なセクター化された接続部によって固定されたランチャーの二つのステージの斜視図である。
図1Aは、本発明に基づく二つのアセンブリ2,4のための一時的接続・分離デバイスの第1実施例を示す。
アセンブリ2および4は、所与の時間にわたって組み立て状態で保持されかつその後分離させることになる構造アセンブリである。たとえば、それらは、発射後に分離させることになるランチャーの二つのステージであってもよい。
図示する実施例では、二つのアセンブリ2,4は長手方向Aに沿って組み付けられる。
図4は、本発明に基づく接続デバイス1を備えたランチャーの二つのステージE1,E2の一部概略図である。この実施例では、アセンブリ2,4は二つの湾曲プレートから、さらに正確には円筒形プレートから形成されている。
本発明は、平面プレートの接続部に対しても明らかに適用可能である。
図1A、図1B、図2Aおよび図2Bは、本発明に基づく接続デバイスの例証的実施形態の二つの長手方向断面図である。以下では、簡便のために、各アセンブリ2,4を「プレート」と呼ぶ。
二つのアセンブリ2,4の接続ゾーンに対してアセンブリ2,4の端部のポジションを規定するために、「遠位」および「近位」との形容詞を使用する。
プレート2は、二つの面6.1,6.2によって接続された遠位端部2.1および近位端部2.2を備え、かつ、アセンブリ4は、二つの面8.1,8.2によって接続された遠位端部4.1および近位端部4.2を備える。近位端部2.2,4.2は、スペース11を形成するために、互いに向き合ってかつ距離を置いて配置される。接続デバイスは、二つのアセンブリ2,4間の分離ゾーンとオーバーラップする二つのストリップすなわちフィッシュプレート10.1,10.2を備える。ストリップ10.1は面6.1および面8.1を接続し、そしてストリップ10.2は面6.2および面8.2を接続する。
図示する実施形態では、ストリップ10.1,10.2は、ボルト接続によってプレート2に対して固定される。だが、明らかに、他の接続形式を利用可能である。
本発明によれば、アセンブリ4を形成するために使用される素材は、プライのスタックから形成された複合材であり、そのスタックの最外プライはスタックの残部から分離できる。ストリップ10.1,10.2は、接着によって、プレート4の外側プライ12.1に対して固定される。外側プライ12.1は、以下では、「ヒューズプライ」と呼ぶ。
以下で説明するように、上記プライは、それらが接続部の長手方向軸線Xと概ね整列するように配置され、かつ、火工式膨張チューブが使用されたとき加えられる力に対して交差するように方向付けることができる。
各プライは、整列させられた、すなわち織られた繊維から形成される。たとえば、プレート4は、引っ張りおよび圧縮力の方向に配向された単方向プライから形成され、プライは熱硬化性レジンに埋め込まれる。
本発明によれば、スタックの最外プライ12.1を分離させることのみが意図されている。
長手方向Xに沿った内側プライの長さはL1である。外側ヒューズプライ12.1と最内プライ12.2との間の接合ゾーンの長さはL2である。外側ヒューズプライ12.1とストリップ10.1,10.2との間の接合ゾーンの長さはL3である。
本発明によれば、L2はL1よりも小さく、かつ、L2はL3より大きいかあるいはそれと同じである。
これは、内側プライ12.2からの外側プライ12.1の離層を制御する。
この説明は、簡便のために、断面で見たときの接合ゾーンの長さに関連する。だが、接合ゾーンは面であり、かつ、長さ間の上記関係は接合面に言い換えることができる。
接続ストリップ10.1,10.2は、金属材、たとえばアルミニウムあるいはスチールから形成される。
プレート2は、アセンブリの質量を低減するために、いかなる好適な素材からでも、たとえば合金あるいは複合材から形成可能である。
ストリップ10.1,10.2間の接続方式の選択は、接続部に作用する引っ張りおよび圧縮応力の関数としてなされる。
ストリップ10.1,10.2と外側プライ12.1との間の接続は接着によって実現される。特に有利な様式においては、この接続はプレートの形態のエラストマー部分を含み、その一面はストリップ10.1,10.2に接着され、かつ、別な面は外側プライ12.1に対して接着される。エラストマーの存在は剪断負荷の強度を増大させ、かつ、火工炸薬の爆発によって生じる衝撃波の一部を吸収し、これは、周囲のシステムのダメージのリスクを低減する。
火工式膨張チューブ14は、プレート2,4の二つの近位端部6.2,8.2と二つの接続ストリップ10.1,10.2との間に形成されたハウジング11内に収まる。このチューブ14は従来使用されているチューブと類似しており、当業者には公知である。
理解を容易にするために、火工式膨張チューブ14が、密封されかつ変形可能な金属製エンベロープ16、起爆コード(図示せず)、そして起爆コードとエンベロープ16との間に介在させられたフレキシブルな素材(図示せず)を備えることを述べるに留める。フレキシブルな素材の主要な機能はエンベロープ内で起爆コードを中心に位置させることである。たとえば、それは、シリコーンラバーから形成できる。点火前に、エンベロープ16は、たとえば扁平円あるいは楕円の形態の、一般的な長円形状(図1A)を有する。ハウジング11は、チャンバーの長円形断面に合致した概ね矩形断面を有し、チューブ14の長円形断面の短径は、二つのストリップ10.1,10.2の表面と概ね直交する。
本発明は、火工式膨張チューブが直線状である例に限定されず、たとえば図4のプレートなどのプレートの湾曲形状に適合するために、チューブが湾曲している例も本発明の範疇に包含される。
実際、プレート4は、別な方法を用いて製造できる。
たとえば、スタックは、概ね同じ面積および特に同じ長さを有するn枚の繊維プライ12.2と、n枚のプライのスタックの外面のそれぞれの上に配置された、より小さな面積を、特により短い長さL2を有する2枚のプライ12,1とから構成される。n+2枚のプライのこのスタックは、続いて、公知の手法を用いて、レジン内に埋設される。
参照数字18によって示す外側プライ12.1の遠位端部は、図1Aにおいて認識できる。
火工式膨張チューブの寸法は小さく、複合材のプライを分離させるために加えられる力に適合させられる。したがって、発生する衝撃のレベルは、金属部品切断デバイスにおいて使用されるチューブによって生じるものよりも著しく小さい。
図示する実施例では、2枚のプレート2,4の面6.1および8.1と、2枚のプレート2,4の面6.2および8.2は概ね同一面内に配置される。だが、この形態は限定ではない。たとえば、第1のアセンブリ2のプレートを第2のアセンブリ4のプレートよりも厚くすることが可能であり、逆も同様である。この例では、ストリップは、組み合わされたとき変形状態となり、かつ/または不定厚みを有する。
ここで、本発明に基づくデバイスの作用について説明する。
2枚のプレート2,4は、接続ストリップ10.1および10.2によって一時的に組み合わされ、これらのストリップは、所要の引っ張りおよび圧縮強度を提供する。
2枚のプレート2,4を分離させる必要があるとき、火工炸薬が点火され、ストリップ10.1,10.2およびプレート4へと伝達される衝撃波が生じる。ガスも発生し、膨張チューブ11のエンベロープ14を膨張させる。この膨張は、図1Bにおいて矢印22で示すように、主として、ストリップと交差する方向に沿って生じる。
衝撃波の作用は、外側プライ12.1を内側プライ12.2から離層させることである。離層は、外側プライ12.1の遠位端部18において始まり、長さL2にわたってヒューズプライの近位端部へと伝播する。
さらに、その膨張によって、エンベロープ14はストリップ8,10に概ね横向きの力を加える。この力は、外側ヒューズプライを内側プライから離れるように移動させる。この例証的実施形態は、要素の一方に固定されたストリップを残すという利点を有し、これは汚染を低減する。
衝撃波は、本質的に、プライの剥離を引き起こし、チューブエンベロープによって加えられた機械的力は、おそらく、離層ならびに外側ヒューズプライの分離動作に、あるいは外側ヒューズプライの分離動作のみ寄与する。
図示する例では、外側ヒューズプライ12.1の遠位端部は接続ストリップ10.1,10.2を越えて延在しているが、外側ヒューズプライ12.1の遠位端部18は、ストリップの端部と同じレベルにあってもよく、あるいはそれらから後退していてもよい。
外側プライの長さL2は、この外側プライが内側プライから分離するのを保証するのに十分なほど外側プライの長さL1に対して短くなるよう選択される。
たとえば、接合長さは、数mmないし数十cmである。ヒューズプライは結合ストリップの端部を越えて数cmだけ突出でき、あるいは、それは数mmだけそれから後退させられてもよい。
図2Aおよび図2Bは、単一の結合ストリップが使用される別な例証的実施形態を示している。この例では、本発明に基づく接続部は、信頼性の高い接続部を実現するために、より大きなものである。
この別な実施例においては、接続部は、第1のアセンブリ102に固定されかつ第2のアセンブリ104に接着されたストリップ110と、第1のアセンブリ102に固定された受け部124とを備え、火工チューブ114は、受け部124と第2のアセンブリ104との間に形成されたハウジング111内に配置される。
図示する実施例では、受け部124および第2のアセンブリ102は単一部品として構成され、かつ、ハウジング111の三つの側面を画定するリセスを備え、第4の側面はストリップ110によって形成されている。
ストリップ110は、ボルト結合によって、第1のアセンブリ102に対して第1の端部において固定され、かつ、それはプレート104に対して結合される。
プレート104は、支持部124に当接してもよく、あるいは、プレート104と支持部124との間に小さな間隙が存在してもよい。
火工チューブ114はリセス111内に配置される。
この例証的実施形態では、その上にストリップ110が接着されるプレート104の面のみがヒューズプライ112.1を備え、このために離層が容易になっている。このヒューズプライ112.1は、第1実施例に関連して説明したプライと同じものである。
ここで、二つのアセンブリの分離について説明する。
分離が必要になったとき、火工チューブ114が点火される。爆発が生じるとき、衝撃波が発生し、これはストリップ110およびプレート102に加えられ、ヒューズプライ112.1の完全なあるいは部分的な離層を引き起こす。エンベロープはガスの作用のもとで膨張し、そして受け部124およびストリップ110に対して半径方向の力122を加える。この半径方向の力122は、必要ならばヒューズプライの離層および内側プライ112.2からヒューズプライの分離の終了をもたらす作用を有する。
本発明に基づく一時的接続・分離デバイスは、火工炸薬が点火された際に分離を保証するという利点を有する。
この一時的接続・分離デバイスはまた、汚染のリスクを低減できる。
このデバイスは製造が容易であり、かつ、軽量である。
さらに、火工式膨張チューブによって必要とされるパワーが低減されるので、周囲の要素に加えられるショックが低減される。
デバイスの質量もまた低減される。というのは、火工式膨張チューブはより小さなものであり、かつ、ショック吸収体が排除されるか、あるいは、より小さなものとなるからである。
本発明は、特に、分離されたアセンブリを横方向に移動させることが必要とされる場合に使用される、いわゆる交互接続部に対して適用可能である。
図3は、そうした接続部の代表例を示している。
この接続部は、金属製接続ストリップ210.1,210.2によって接続された複合材からなる2枚のプレート202,204を備える。二つの近位端部202.2および204.2は、火工チューブ214のためのハウジング211を形成するために、互いに向き合って距離を置いて配置されている。
ストリップ210.1はスクリューナットアセンブリによってプレート202に対して固定されると共にプレート204に対して接着され、かつ、ストリップ210.2はスクリューナットアセンブリによってプレート204に対して固定されると共にプレート202に対して接着される。この別な実施形態に関しては、各プレート202,204は外側ヒューズプライ212.1,212.1'を備え、それに対してプレート202,204のそれぞれが接着される。
火工チューブが作動させられたとき、ヒューズプライ212.1はプレート202から離層し、かつ、ヒューズプライ212.1'はプレート204から離層する。このタイプの構成は、分離させられた部分が横方向に離れるように移動することを可能とする。
アセンブリ202,204は、湾曲した、すなわち円筒形状を有してもよい。この例では、本発明に基づく接続部はセクターの形態であり、すなわち、複数の接続ストリップが、一時的に一つに固定されるアセンブリの輪郭の周囲に割り当てられる。
本発明は、特に、スペースランチャーの要素の接続・分離に適用可能である。
E1,E2 ステージ
2,4 アセンブリ
2.1 遠位端部
2.2 近位端部
4.1 遠位端部
4.2 近位端部
6.1,6.2 面
8.1,8.2 面
10.1,10.2 ストリップ
11 ハウジング
12.1 外側プライ
12.2 内側プライ
14 火工式膨張チューブ
16 エンベロープ

Claims (10)

  1. 分離させられる第1(2,102,202)および第2のアセンブリ(4,104,204)間の接続ゾーンに形成されるスペース(11,111,211)内に設けられる火工式膨張チューブ(14,114,214)を具備してなる、長手方向軸線(X)を備えた一時的接続および火工式分離デバイスであって、前記第2のアセンブリ(4,104,204)は、一つに接合されたプライ(12.1,12.2,112.1,112.2,212.1,212.2)のスタックから形成されており、前記スタックは二つの外側プライ(12.1,112.1)および内側プライ(12.2,112.2)を具備してなり、前記プライ(12.1,12.2.112.1,112.2,212.1,212.2)は前記長手方向軸線(X)と略平行であり、前記二つのアセンブリ(2,4,102,104)は、少なくとも一つの金属部分(10.1,10.2,110,210.1,210.2)によって互いに接続され、前記金属部分は前記第1のアセンブリに対して固定されかつ前記第2のアセンブリ(4,104,204)の前記外側プライ(12.1,112.1,212.1)の一方に対して接合され、前記外側プライ(12.1,112.1,212.1)およびそれに隣接する前記内側プライ(12.2,112.2,212.2)間の接合面積は、ヒューズプライを形成する二つの内側プライ(12.2,112.2,212.2)間の接合面積よりも小さく、かつ、前記金属部分(10.1,10.2,110,210.1,210.2)と前記外側プライ(12.1,112.1,212.1)との間の接合面積は、前記外側プライ(12.1,112.1,212.1)の面積よりも小さいかあるいはそれと等しく、前記加工式膨張チューブ(14,114,214)が使用されたとき、前記外側プライ(12.1,112.1,212.1)は前記隣接する内側プライから離層状態となるよう構成されていることを特徴とするデバイス。
  2. 前記金属部分(10.1,10.2,110,210.1,210.2)と前記外側プライ(12.1,112.1,212.1)との間の接着接続部はエラストマーコアを備え、一面は前記金属部分(10.1,10.2,110,210.1,210.2)に対して接着され、かつ、他面は前記外側プライ(12.1,112.1,212.1)に対して接着されることを特徴とする請求項1に記載のデバイス。
  3. 前記第1および前記第2のアセンブリ(2,4)を接続する二つの金属部分(10.1,10.2)を具備してなり、前記第2のアセンブリ(4)は二つのヒューズ外側プライ(12.1)を具備してなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のデバイス。
  4. 前記第1のアセンブリ(102)および前記火工チューブ(114)のための前記ハウジング(111)は単一の部材から構成されており、前記第2のアセンブリ(104)は前記第1のアセンブリ(102)に当接するか、あるいは微小な間隙によってそれから分離させられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のデバイス。
  5. 二つの金属部分(210.1,210.2)を具備してなり、一方の金属部分(210.1)は、前記第1のアセンブリ(202)の外側プライ(212.1')に対して結合されかつ前記第2のアセンブリ(204)に対して固定され、かつ、他方の金属部分(210.2)は、第2のアセンブリ(204)に対して固定され、かつ、前記第1のアセンブリ(202)の前記外側プライ(212.1)に対して結合され、前記デバイスは、分離中、前記アセンブリの一方の横方向移動を可能とする交互接続部を形成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のデバイス。
  6. 前記金属部分(10.1,10.2,110,210.1,210.2)は、ボルト結合によって、前記第1あるいは第2のアセンブリ(2,4,102,104,202,204)に固定されていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のデバイス。
  7. 前記第1のアセンブリ(2,102,202)は複合材あるいは金属材からなることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載のデバイス。
  8. 前記金属部分(10.1,10.2,110,210.1,210.2)はスチールあるいはアルミニウムからなることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載のデバイス。
  9. スペースランチャーの要素を一時的に組み立てるための、請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の少なくとも一つのデバイスの使用法。
  10. 前記要素は、湾曲した形状であり、複数の一時的接続デバイスはセクター化接続部を形成するように使用される請求項9に記載の使用法。
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