JP2012532786A - 第１の部分と第２の部分を静かに線形に分離する装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、第１の部分（２）と第２の部分（４）を平穏に線形に分離する装置に関する。第１の部分（２）は第２の部分（４）に線形に連結されている。本装置は、第１の部分（２）に付与された熱源（１２）を備え、該熱源は第１の部分（２）の熱変形により第１の部分（２）が第２の部分（４）から分離するように第１の部分（２）に熱刺激を与える。
Description
本発明は、第２の部分に連結された第１の部分と第２の部分を平穏に線形に分離する装置に関し、該装置は第１の部分の熱変形により第１の部分を第２の部分から分離するために第１の部分に付与され第１の部分に熱刺激を与える熱源を備える。
このような機械的に連結されたアセンブリはスペースランチャ（段、ペイロードの分離）、ミサイル、宇宙探査機又は航空機（ペイロードの開放）に使用される。
これらの用途の特徴は、壊れやすい物体、例えば衛星を分離する必要があることであり、衛星においては、例えばランチャ上昇フェーズ中その連結部が高い機械的荷重に耐えなければならない
現在知られている分離装置は、点連結、例えば爆破ボルト連結及び線形連結を用いるものがある。本発明は特に線形型の分離装置に関する。
機械的線形連結部は既に開示されており、例えば特許文献１に開示されている。しかし、線形連結部に適用されている殆どの解決方法は、特許文献２に開示されているように、爆破技術である。点火符号を使用し、点火時に過大圧力を発生させて選択した破壊ゾーンを変形し破壊する。爆破技術は多くの場合激しい衝撃を発生する。
爆破技術を用いるすべての方法は、同様に特許文献２に開示されているように、必然的に極めて強い衝撃波を生じ、ランチャ及びそのペイロードに、時には追加の襲撃吸収システムを組み込まなければならないほどの損傷を与え得る。
穏やかな機械的分離も知られており、特許文献３、特許文献４及び特許文献５に開示されている。しかし、これらの分離装置は線形ではない。それらはねじ−ナット型の点装置である。それらは零次元である。
従って、本発明の目的は、例えばランチャの段を分離するとともにランチャ及びそのペイロードへの衝撃を制限することができる穏やかな線形分離装置及び方法を提供することにある。
これらの目的は、本発明によれば、第１の部分が線に沿って線形に第２の部分に連結され、熱源が線に沿って線形に前記第１の部分に与えられることによって達成される。
これらの特徴によって、連結部は線に沿う、例えば直線又は円に沿うことになる。連結部は線状になり、一次元である。本発明は２つの円筒部の連結に使用し、ロケット段の分離に適用することができる。
前記熱源は複数の側壁を有する気密のキャビティ内に収納され、前記キャビティの少なくとも２つの側壁上に断熱材を設けるのが好ましい。
また、前記断熱材は好ましくは可能最低の熱拡散率を有する材料からなり、前記熱拡散率はλ/ρ.Ｃｐの大きさであり、ここでλは前記材料の熱伝導率、ρはその密度及びＣｐはその発熱量である。
前記断熱材は、例えばマイカ又はプロシール(Prosial)（登録商標）からなるものとする。
例えば、前記熱源は発熱性化学組成物とすることができる。
前記発熱性化学組成物は８５０cal/g以上の発熱量を有する市販のテルミットとすることができる。
前記第１の部分は有利には前記第２の部分から１０秒以内に分離され、好ましくは３秒以内に分離される。
一つの特定の実施形態においては、前記第１の部分は軸対象部分であり、前記第２の部分は、互いに離して配置されたピンによって、又は分離可能な接着又はろう付けによって、前記第１の部分に線形に連結されたシリンダ部分である。
前記第１の部分はその変形を促進するスプライスを備えるのが有利である。
本発明は、第２の部分に連結された第１の部分と第２の部分を線形に分離するソフトな線形分離方法にも関する。本方法は、熱源を前記第１の部分上に付与するステップ、次に前記第１の部分が熱的に変形され前記第２の部分から分離するように前記第１の部分を前記熱源によって加熱するステップを備える。
本方法によれば、前記第１の部分は軸対象の部分とし、前記第２の部分は、互いに離して配置されたピンによって、又は分離可能な接着又はろう付けによって、前記第１の部分に線形に連結されたシリンダ状の部分とするのが好ましい。
本発明による装置はスペースランチャ、宇宙探査機、衛星及びミサイルに適用し得る。
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照して説明のために与えられる例示的な実施形態の下記の説明を読めば明らかになる。
図１において、番号２は第１の部分を、番号４は第２の部分を示す。第１の部分２及び第２の部分４は分離されるべき連決ゾーン６において互いに機械的に連結されている。開示する一実施形態において、連決ゾーンは第１の部分２の対応する孔に係合する第２の部分４に固定されたピン８からなる。ピン８の代わりに、ねじ、リベット又は他の任意の適切な取り付け手段を使用できる。特に図３に示されるように、第１の部分２及び第２の部分４は軸対象の部分である。
本発明によれば、熱源１２は第１の部分２に付与される。例えば、熱源１２は市販のテルミット（登録商標）とすることができる。熱源１２は第１の部分２に固定された溝１４内に収容される。溝１４は環状の閉鎖板１６により閉鎖される。閉鎖版１６は例えば２ｍｍの厚さのステンレススチール板とすることができる。板１６は先端が折り曲げられた板１８により所定の位置に保持される。板１８は例えば１ｍｍの厚さのステンレススチール板とすることができる。リベット２２で第１の部分２に固定された板２０が閉鎖板１を押さえる。板２０は例えば２ｍｍの厚さのアルミニウム板とすることができる。
図２は図１に示す装置の正面図を示す。この図は第１の部分２内に第２の部分４が挿入された状態を示す。図の左側の切除部分に第１の部分２に付与された熱源１２が示されている。
第１の部分２のスプライス２４も図２に示され、これらは熱刺激時の第１部分の変形を促進する。
例えば、熱源１２は８５０cal/g以上の発熱量を有する市販のテルミット（登録商標）とすることができる。テルミットは市販の着火剤で着火される。これらの着火剤はテルミット３〜４に対して着火剤１の質量比でテルミットと混合されるか、テルミットに隣接して同じ割合で溝内に収容される。テルミット／着火剤アセンブリはイグナイタ、例えば電気火花イグナイタで点火される。必要とされる電気イグナイタの数は分離ゾーンの長さに依存する。
熱源が収納されるキャビティは熱の流れが所要の方向になるように少なくとも２つの側面で断熱される。図４は熱源が収納されるキャビティの断熱部の詳細な断面図を示す。キャビティは、熱流束がキャビティの下方及び左方向に向かうように、上側及び右側が断熱される。ステンレススチール板１６はプロシール(Prosial)（登録商標）の層２６で二重にされ、溝１４は図に示される右側部分がマイカシート２８で断熱される。プロシール層及びマイカシートで得られる断熱作用は第１の部分２の連結ゾーン６における高速加熱を優先的にもたらす。
本発明による装置は次のように動作する。分離は第１の部分２の高速加熱により開始される。つまり、所定の位置に過渡温度分布を生じ、強い温度差を与えることが本発明の基本動作原理である。この熱不均一性の一つの結果は、右側面が左側面よりも熱源に近いために、第１の部分２が図１に変形された形３０で示すように変形することになる。従って、分離されるべき連結ゾーン６は適切な方向に応力を受ける。換言すれば、熱刺激が与えられると、第１の部分２と第２の部分４が有効に離れる。これは、分離されるべき連結ゾーンが発熱組成物１２により応力を受ける第１の部分２の高温側にあるために起こる。これは本発明の動作に必須の条件である。もし分離されるべき連結ゾーンが発熱組成物１２により応力を受ける部分２の低温側にあれば、分離されるべき第１及び第２の部分は離れる代わりの互いに圧接され、結合が増し、分離が不可能になる。
この断熱は可能な最低の熱拡散率を有する材料でなされ、その熱拡散率の大きさの程度はλ/ρ．Ｃｐである。λは材料の熱伝導率、ρはその密度及びＣｐはその発熱量である。この熱拡散率は過渡状態における熱移動を制限する断熱材の熱容量を特徴づける。
キャビティは本発明の正しい動作のためには気密にする必要がある点にも注意されたい。
図１はピンによる機械的連結を示す。しかし、この連結は任意の他の手段、例えば接着又はろう付けによって行うこともできる。ろう付け結合は低い融点を有する材料を使用するのが有利である。接着結合は制御分離可能なレスコール社のインダー(INDAR)接着方法を使用するのが好ましい。
本発明で特定されるような連結構造によれば、１．１g/cmのテルミット質量に対して、１００mm/sを上回る（最高４００mm/cまで可能）熱刺激の進行速度及び１．４秒以内に３００℃の連結ゾーン内の温度上昇という結果が得られた。分離は２秒以内に起こった。しかし、この分離時間はランチャ段、宇宙探査機などの分離には受け入れられない。必要とされるのは分離シーケンスと推進シーケンスを適宜適合させることだけである。
本発明は最初はランチャ段の分離用に開発された。しかし、本発明は、線形分離が起るすべの場合、例えば衛星を開放する分野にも適用可能である。
本発明は、航空、陸上及び海洋設備における機械的及び熱的負荷に耐えた後に破壊しなければならない連結部にも適用することができる。
Claims (13)
- 第２の部分（４）に連結された第１の部分（２）と第２の部分（４）を平穏に線形に分離する装置であって、前記第１の部分（２）の熱変形により前記第１の部分（２）を前記第２の部分（４）から分離するために前記第１の部分（２）に付与され前記第１の部分（２）に熱刺激を与える熱源(１２)を備える分離装置において、前記第１の部分（２）が前記第２の部分（４）に線に沿って線形に連結され、前記熱源（１２）が前記第１の部分（２）上に線に沿って線形に付与されている、ことを特徴とする装置。
- 前記熱源（１２）は複数の側壁を有する気密のキャビティ（１４）内に収納され、前記キャビティの少なくとも２つの側壁上に断熱材（２６，２８）を備える、ことを特徴とする請求項１記載の分離装置。
- 前記断熱材（２６，２８）は可能な最低の熱拡散率を有する材料からなり、前記熱拡散率はλ/ρ.Ｃｐの大きさであり、ここでλは前記材料の熱伝導率、ρはその密度及びＣｐはその発熱量である、ことを特徴とする請求項２記載の分離装置。
- 前記断熱材（２６，２８）はマイカからなる、ことを特徴とする請求項３記載の分離装置。
- 前記熱源（１２）は発熱性化学組成物である、ことを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載の分離装置。
- 前記発熱性化学組成物（１２）は８５０cal/g以上の発熱量を有する市販のテルミットである、ことを特徴とする請求項５記載の分離装置。
- 前記第１の部分（２）は前記第２の部分から１０秒以内に分離される、ことを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載の分離装置。
- 前記第１の部分（２）は前記第２の部分から３秒以内に分離される、ことを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載の分離装置。
- 前記第１の部分（２）は軸対象の部分であり、前記第２の部分（４）は、互いに離して配置されたピン（８）によって、又は分離可能な接着又はろう付けによって、前記第１の部分（２）に線形に連結されたシリンダ状の部分である、ことを特徴とする請求項１記載の分離装置。
- 前記第１の部分（２）はその変形を促進するスプライス（２４）を備える、前記第２の部分から１０秒以内に分離される、ことを特徴とする請求項９記載の分離装置。
- 第２の部分（４）に線形に連結された第１の部分（２）と第２の部分（４）とを線形に分離する方法であって、
熱源（１２）を前記第１の部分（２）上に付与するステップ、次に
前記第１の部分（２）が熱的に変形され前記第２の部分（４）から分離するように前記第１の部分（２）を前記熱源（１２）によって加熱するステップ
を備える、ことを特徴とする方法。 - 前記第１の部分（２）は好ましくは軸対象部分であり、前記第２の部分（４）は、互いに離して配置されたピン（８）によって、又は分離可能な接着又はろう付けによって、前記第１の部分（２）に線形に連結されたシリンダ部分である、ことを特徴とする請求項１１記載の方法。
- 宇宙発射装置、スペースランチャ、宇宙探査機、衛星及びミサイルへの請求項１−４のいずれかに記載の分離装置の使用。
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