JP4723506B2

JP4723506B2 - 低衝撃分離ジョイントとその動作方法

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Inventors: クリーブランドル、マーク・エー．
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Description

本発明は一般に分離ジョイントに関し、特に爆発兵器を有する分離ジョイントに関する。

発明の背景

ロケットのような発射する乗り物は、地球の重力から脱却するのに相当多量のエネルギーを必要とする。従って、ロケットのデザインの目指すところは、最少の燃料を使用してペイロードを最大にすることである。航空宇宙産業で広く使用されてきた効果的な方法は、多段ロケットである。多段ロケットの背後にある前提は、不必要なものを可能な限り早く投げ捨て、運ぶべきペイロードを増加することである。図1は従来の2段ロケット100を示している。ロケット100は１段目のロケットステージ101、２段目のロケットステージ102とフェアリング103とからなる。静止状態からロケット100を最初に加速するには、高推進力のエンジンを有する第1段ロケットステージ101と、これらエンジンに燃料を供給する大きな推進燃料タンクを必要とする。第１段のロケットステージ101はロケット100全体を加速させる推進力を提供する。第１段のロケットステージ101は、分離ジョイント104により第２段のロケットステージ102とフェアリング103から切り離される。分離は典型的には、大きなエンジンがもはや必要でなくなる高高度で起こり、その結果ロケット100の量を多大に減少することが可能となる。

第２段のロケットステージ102は、第１段のロケットステージ101からの分離後に動作可能となり、ロケット100を意図する軌道上で推進させる。第１段のロケットステージ101と同様に、第２段のロケットステージ102は、全燃料を使い尽くすときに近づくに伴い、もはや必要でなくなる。分離ジョイント105はフェアリング103から第２段のロケットステージ102を分離する。第１段のロケットステージ101が燃え尽きている期間、できる限り早く量を落とし、軌道のペイロードを最大にするために、フェアリング103がロケットから切り離されるような場合もある。

図2は、図1の従来の2段ステージロケット100を示し、第1段ロケットステージ101、第2段ロケットステージ102、フェアリング103が相互に分離されている状態を示している。第2段ロケットステージ102から第1段ロケットステージ101が分離されると、第2段ロケットステージ102のロケットエンジンが露出される。フェアリング103が分離されると、フェアリング103に覆われていたペイロード107が露出される。ロケット100は非常に簡略化されているが、それは非常に信頼性のある分離システムを提供する必要性のためである。図1の分離ジョイント104−106のひとつでも失敗すると、時間、お金、そして人間の生命を犠牲にして、飛行は完全に失敗に終わる。

多くの異なるタイプの分離ジョイントが上述した応用分野に似た分野で非常に信頼性を有していることが証明されている。あるタイプは、拘束した状態から解放される状態に分離ジョイントを変えるために爆発物装置を利用している。一般に、分離ジョイントは第１と第２の素子から構成されている。第１と第２の素子は、ある状態のもとで分離される第１と第２の構造物にそれぞれ結合されていている。典型的には、分離ジョイントの第１と第２の素子は、互いに結合され、通常の状態では分離せず、爆発物装置が爆発した際には分離する。分離ジョイントを互いに結合させておくための広く行われている方法は、ボルト、リベット或いはほかの機械的締め金具を使用することである。

図3は、分離ジョイントに使用されている従来の爆発物装置300断面図である。爆発装置300は、チューブ301と爆発物302とからなる。爆発装置300の例では、爆発物302は柔らかい爆発コードである。その柔らかい爆発コードはチューブ301の空間に適合するさやに入れられていて、爆発コードはしっかりとチューブ301内に位置づけられている。例えば、さやはシリコーンゴム或いは衝撃を吸収したり、熱を断絶する物質からなっていてもよい。分離ジョイントの周囲の汚染は極めて重要な問題である。チューブ301は、分離ジョイントの近傍の汚染を防ぐために、爆発で生じる破片を含んでいる。また、チューブ301は特別な用途に向けた形に容易に形成される。例えば、２つのロケットステージ間の分離ジョイントは環状形をしており、チューブ301は２つのロケットステージを分離するジョイントの周囲に配置され、爆発が起こった際に同時に離れさせるようになっている。

第4図は、爆発後の第3図の従来の爆発装置300の断面図である。チューブ301内の爆発物302が爆発すると、ガスを発生し、そのガスは装薬から放射方向に放射する。チューブ301は爆発から生じるガスの圧力によって膨張するが、粒子の汚染を防ぐため破裂しないように設計されている。爆発装置300の例では、チューブ301は薄い壁を有するステンレススチールから作られている。爆発物302の爆発によって急激に圧力が上昇すると、チューブ301は、図4に示されるような最終状態まで膨張する。

分離ジョイントが分離する状態を作り出されるのは、爆発物302の爆発の後、図3から図4のようにチューブ301の容積変化が起こるためである。上述したように、分離ジョイントは、リベット、ボルト或いはその他の機械的締め金具と一緒に保持されている。チューブ301の膨張により非常に強力な力が生成される。この力により、リベットが切断されたり、分離ジョイントの素子が折られ、ジョイントは分離する。

分離ジョイントのこのタイプの重要な問題は、生成される衝撃波である。衝撃波は、分離ジョイントに付属している構造と結合する。分離プロセスでのコンポーネンツの切断や破壊により不自然なエネルギーが放たれるので、この問題は悪化する。衝撃波が5000グラムを超えると、衝撃波は付属構造に結合する。例えば、ＮＡＳＡは、全ての初日の宇宙船の欠陥は、高ダイナミック環境により引き起こされる損傷に起因していると評価している。この問題は、現在も全ての新規な宇宙船設計につき物である。宇宙船は地上でテストされ、ランダム振動テスト、音響的テスト、衝撃テストを使用して欠陥を検出し、宇宙船を打ち上げた環境をシミュレートしている。たぶん分離ジョイントによって生じる衝撃波にもっと敏感なのは、宇宙船内のペイロードである。ペイロードはしばしば衝撃に極めて敏感で、もろい。ペイロード内のコンポーネントをよりショックに強くする設計を行うと、コストが非常に増大する。ペイロードが配置されるプラットフォーム上での隔離技術や振動防止技術を使用して、ペイロードへの損傷を最小にする方法に関する研究に、焦点が向けられている。

したがって、分離が生じた際に付属構造へ送られる衝撃波を劇的に減少させる分離ジョイントを提供することが求められている。更に、分離システムの製造コストを削減し、分離システムの信頼性を向上させることが求められている。更に、本発明のその他の望まれる特徴や特質は、添付図面、技術分野の説明、背景の説明を参照して以下の詳細な説明と添付の特許請求の範囲から明らかになるだろう。

発明の簡単な概要

低衝撃分離ジョイントの方法と装置が提供される。その装置は、第１の構造に結合した第１の部材と、第２の構造に結合した第２の部材と、爆発装置とからなる。第１の部材は、圧縮力と張力のもとで分離ジョイントの分離を防止する表面を含んでいる。第２の部材は、第１の部材の前記表面に対応する表面を含んでいる。第１の部材は、第１と第２の部材の表面が互いに揃うように弾性的な柔軟性がある。第１の部材を自由にすると、第１と第２の部材の表面は一緒になり、第１と第２の部材は互いに結合する。爆発装置は第１の部材を第２の部材から離すために分離ジョイントの内部に配置されていて、爆発が起こった際に第１の部材を第２の部材から切り離す。本発明の方法では、第１の部材と第２の部材が互いに密接な接触にある表面を有していて、圧縮力と張力のもとで分離ジョイントの分離を防止するように、第１の部材は第２の部材に結合させる。次に、爆発装置を爆発させて、第１と第２の部材の表面を移動させ、互いに非接触の状態にする。爆発の後、第１と第２の部材は無傷である。第１と第２の部材は互いに自ずと加速される。
本発明を以下の図面を参照して説明する。参照符号は構成要素を示す。

本発明の詳細な説明

以下詳細に説明するが、これはあくまで例であって、本発明を限定したり、本発明の応用や使用を限定するものではない。更に、前述した技術分野、背景、簡単な概要或いは後述する詳細な説明に現れる明示的或いは暗示的な理論によって束縛されるものではない。

図5は、従来の推進分離ジョイント500の断面図である。推進分離ジョイント500は爆発装置505を利用して力を発生させ、分離部材501と502とを分離させる。例えば、ロケットフェアリングを分離させる応用においては、部材501と502とが互いから所定の速度で離れ去って、ロケットフェアリング内に保たれているペイロードを確実に開放させることが重要である。ある実施例では、この分離速度は毎秒20フィート以上のオーダーである。分離ジョイント500は部材501と、部材502と、爆発装置505と、膨張素子506と、リベット507とからなる。

部材501は、分離ジョイント500のメス部材である。爆発装置500は、部材501形成された窪みに納められている。爆発装置505は、爆発の間に生成されるガスを膨張素子506へ送り込むように設計されている。膨張素子506は、急激な膨張を起こしている間に破損しないよう、十分な強度を有する物質で作られている。爆発装置505と膨張素子506は、部材501に取り付けられている。部材501は第１と第２のＵリンクを有している。構造503は第１のＵリンクに適合し、ボルト508で部材501に取り付けられ、ボルト508は第１のＵリンクと構造503の両方を貫いて結合している。構造503は、部材501に硬く取り付けられている。第２のＵリンクは、部材501を部材502に結合させる構造の一部となっている。図に示されるように、膨張のない状態において膨張素子506は、第２のＵリンク内にぴったり取り付けられている。

部材502は分離ジョイント500のオス部材であり、部材501に挿入されるように設計されている。特に、部材502の一部は、部材501の第２のＵリンク内にぴったりと嵌合している。部材502は、膨張素子506と接触する表面を有している。膨張素子506は、爆発が起こった際に、部材502に力を加えて、この表面を押す。部材502は、部材501の第２のＵリンク上の内面と嵌合する滑り表面を有している。部材501と部材502とが互いに嵌合した際に、最小限度の抵抗が存在することに注意しなければならない。実際、分離ジョイント500は自由に分離するように設計されている。リベット507は、部材501を部材502に固定させている。リベットは、部材501の第２のＵリンクと部材502の一部の両方を貫通して結合し、部材502の一部は第２のＵリンク内にぴったりと合わせられている。リベット507は、分離ジョイント500の通常の動作状態の下では、部材501を部材502に確実に縛っている。部材502もＵリンクを有している。構造504は、ボルト508によって、部材502のＵリンク内にぴったりと嵌合している。構造504は、部材502に強固に取り付けられている。

図6は、図5の従来の推進分離ジョイント500が分離された状態の断面図を示している。この分離動作は、爆発装置505が爆発した際に開始する。制御された爆発の間に生成されるガスは、膨張素子506に注入される。膨張素子506は、部材501の第２のＵリング内で膨張する。爆発装置505と膨張素子506は２つの機能を有している。第１に分離ジョイント500を解放し、第２に部材501と502に力を与えて、お互いを加速度的に離れさせることである。膨張素子506が膨張すると、部材502の表面を押す。部材502に与えられた力は、リベット507を切断し、部材501と502とが合体していることはもはやできなくなる。以前述べたように、リベット507が破壊された際に、部材501と502は互いに殆ど抵抗がない状態なので、分離に至る。構造503は強固に部材501に取り付けられている。同様に、構造504は強固に部材502に取り付けられている。このように、構造503と504の分離が達成され、膨張素子506は部材501と502を互いに引き離して所定の速度で推進させる。これが分離ジョイント500の設計に基づく動作である。

上述したように、リベット507が切断されるまで分離は生じない。その他の従来例では、分離ジョイント500の構成素子がジョイントを分離するために折られている。これらの解放方法に共通な概念は、不自然なエネルギーの大半が折れや破断が生じた際に解放されている点である。この解放エネルギーは高振幅の衝撃波を生み出し、分離ジョイント500を通して構造503と504の両方に与えられる。衝撃波は構造503或いは504、或いは積荷にダメージを与える。

図7は、本発明に基づき、衝撃を減少させる分離ジョイント700の断面図である。一般に、分離ジョイント700は、構造720を721に結合させる。通常の動作状態では、分離ジョイント700は、構造720と721とを互いに強固に保持し、一体としての構造を形成している。一体としての構造の例として、ロケットアセンブリーのフェアリングがある。このフェアリングは、半枚の貝殻を２つ合わせたものからなり、分離ジョイントにより一体に保持され、単一の貝殻として機能してロケットアセンブリーのペイロードを囲んでいる。同様に、ロケットの第１段と第２段間の分離ジョイントは、各段を一体に結合し、一体としての構造要素を形成する。分離ジョイントは部材701と部材702とからなる。構造720は部材701に結合している。構造721は部材702に結合している。部材701と702は互いに結合し分離ジョイント700を形成している。

従来の分離ジョイントは爆発装置を使用して、分離ジョイントの要素を切断或いは折り、ジョイントが自由に分離できる状態を形成している。この破壊的方法で生成される衝撃波は、分離ジョイントを介して付属構造に結合するときダメージを生む大きさを有している。分離ジョイント700は、一桁以上の大きさで衝撃波の強度を減少させる。その際、分離ジョイント700を解放させるための要素の切断や折れを除去するため、爆発装置706を使用して確実に分離を行っている。即ち、分離ジョイント700の全ての要素は、爆発装置706の爆発の後、そのまま残っている。従来の分離ジョイントを使用した際には、固定機構に溜まったエネルギーが同時に解放されて高振幅の衝撃波が生成されるが、分離ジョイント700にはそのようなことは起こらない。分離ジョイント700は、接触表面を移動させて無理なエネルギーを解放させる方法でなく、通常の動作状態における圧縮力と張力のもとで、分離が起こる際に互いから離れるような分離ジョイント700の分離を防止する方法をとっている。

部材701は、構造素子712、構造素子713と構造素子714とからなる。構造素子713と714は、互いにほぼ平行である。部材701の実施例において、構造素子713と714は、例えば爆発装置706のような内部素子を外部環境から離隔する壁を形成している。構造部材712は、構造素子713と714とに結合し、それら素子を支持している。構造素子712は、構造素子713と714の主面に近接して位置し、それらにほぼ直角に位置している。部材701の実施例で、断面図で見ると、構造素子712、713と714はＩ型鋼に似た構造を形成している。構成素子712の取り付け側では、構造素子712、713と714とは構造720を受け入れる窪みを形成している。構造720は、構造714、構造720と構造713とを貫通するボルト711によって部材701に強固に取り付けられている。当業者に知られている他の均等な締め手段を用いて、構造720を構造701に取り付けることができる。

爆発装置706は、構造720に関連して構造712のジョイント側に納められている。部材701のジョイント側は、部材702に結合する構成要素が存在する側である。分離ジョイント700の実施例では、爆発装置706は、チューブ型の爆発装置であり、爆発前には平坦或いは長円形の形をしており、第１の容積を有している。爆発が起こると、爆発装置706内で急激なガス膨張が起こり、チューブを膨張させて、第１の容積よりも大きい第２の容積になる。チューブは薄い壁を有するステンレススチールのような物質から作られていて、膨張はするが、爆発装置706内の爆発物質の爆発によって破裂はしない。爆発装置706は、分離ジョイント700の分離の後に、分離領域近傍の領域を汚染する破壊物の破片を生み出さない。

部材701の実施例では、爆発装置706は構造素子713と714とにより加えられる圧力によって保持されている。保持部材704は、構造素子714からジョイント側に伸び、支持表面に至る。同様に、保持部材705は構造素子713から伸び、支持表面に至る。保持部材704と705の支持表面は、互いに対面し、爆発装置706を保持するために所定の距離だけ離隔している。構成素子712の薄くなった部分708のおかげで、保持部材704と705の支持表面間に爆発装置706を置くことができるが、このことは後に詳述する。

分離ジョイント700の実施例において、爆発装置706は、押しつぶし可能な物質707があるので、部材701によって与えられる振動と衝撃から隔離されまた振動と衝撃を弱めることができる。押しつぶし可能な物質707は、保持部材704と705の支持表面間の所定距離より若干大きい厚みを有している。部材701の実施例において、押しつぶし可能な物質707の中央に、溝が切られていて、爆発装置706がその中に納められる。爆発装置706は、保持装置704と705の支持面の間の中央に配置される。このように、爆発装置706と保持部材704、705の支持面との間に押しつぶし可能な物質があるので、減衰を起こすことができる。ある実施例では、押しつぶし可能な物質707は、保持部材704と705の支持面を越して伸び、構造素子712の表面を越えている。このようにすると、部材701内に押しつぶし可能な素子707と爆発装置とを配置する際に簡単に整列でき、通常の動作の際にずれることを防止できる。押しつぶし可能な物質707の例として、網状の硝子体液アルミニウムのスポンジ物質があるが、或いは同様の特性を有する非金属物質が当業者によって容易に置換可能である。

構造素子713と714は、それぞれフランジ709とフランジ710を含む。分離ジョイント700の実施例では、フランジ709と710は、部材701のジョイント側の末端に位置している。フランジ709と710は、各々通常の動作状態においてかかる圧縮力と張力のもとで、分離ジョイント700の分離を防止するための表面を有している。フランジ709と710の表面は、部材702の対応する表面に合わさっている。構造素子713と714には単一のフランジが描かれているけれども、部材702の対応する表面に接触する表面積が、分離ジョイント700により扱われる負荷に関係していることに注意する必要がある。このように、応用状態に応じてより多くの表面積を加えるために、1個より多くのフランジを構造素子713と714とに設けることができる。例えば、ロケットのフェアリングに分離ジョイント700を必要とする場合には、分離ジョイント700にかかる圧縮力と張力を制御するための表面積は必要ないが、2段ロケットの分離のために分離ジョイント700が使用される場合には、通常の動作状態でより多くの負荷がかかるので、その場合にはフランジを多く設ける。

部材702は、構造素子715、構造素子716と構造素子719とからなる。構造素子719は、互いにほぼ平行に保持された構造素子715と716との主表面に結合している。構造素子719の取り付け側において、構造素子715、716と719は、構造721を受ける窪みを形成している。構造721はボルト711によって部材702に強固に取り付けられており、ボルト711は構造素子715、構造素子721と構造素子716を貫通して結合している。当業者に知られた他の均等な手段を使用して、構造721を部材702に取り付けることが可能である。

構造素子719のジョイント側には、フランジ717と718がそれぞれ構成要素715と716上に形成されている。フランジ717と718は、それぞれ部材701のフランジ710と709に対応している。フランジ717と718は、フランジ710と709の対応する表面に接触する表面を含んでいて、圧縮力と張力のもとで分離ジョイント700が分離しないようにしている。分離ジョイント700の実施例では、フランジ710と709はオスの役割を果たしている。逆に、フランジ717と718は、それぞれフランジ710と709を受けるメスの役割を果たしている。部材701を部材702に結合させると、フランジ710と709はそれぞれフランジ717と718に相互に連結し、分離ジョイント700が通常の動作状態では分離しないようになる。

図8は、静止状態での図7の部材701の断面図である。静止状態とは、部材701が通常の動作状態にあることである。例えば、通常の状態とは、分離ジョイントがまだ分離されていない状態である。爆発装置706が爆発すると、分離ジョイントは静止状態にはない。部材701の実施例では、構造素子713と714は、静止状態で互いにほぼ平行である。爆発装置706は、保持部材704と705の支持表面の間の開口801に配置される。押しつぶし可能な物質707は、爆発装置706と、保持部材704と705の支持表面との間に配置される減衰物質である。押しつぶし可能な物質707は高さh、幅ｗを有する直方形に形成されている。溝が押しつぶし可能な物質707の長方形の一端に形成され、爆発装置706がその溝に納められる。爆発装置706は、押しつぶし可能な物質707の上面と底面の間に位置する。部材701の実施例では、押しつぶし可能な物質707の高さは、開口801の大きさよりもわずかに大きくされている。このようにすると、構造素子713と714は、押しつぶし可能な物質707が開口801に納められた際に、押しつぶし可能な物質707に圧力を加えるので、爆発装置は分離ジョイント700の通常の動作の間、所定の場所に保たれる。押しつぶし可能な物質の幅は、取り付けられている間、構造素子712の表面に接触するように選ばれる。押しつぶし可能な物質707を、組み立ての際に構造素子712に接触させると、爆発装置706は、保持部材704と705の支持面の間の中心に位置づけられる。

図9は、図7の部材701と702とが結合される際の断面図である。部材701と702は、少しの移動の際には弾性的に柔軟性がある物質から形成されている。その物質は、通常の動作状態や分離の際に破壊されず或いは折れないような物質から選ばれる。一般的に、部材701と702は機械加工或いは成形加工された金属構造を有している。分離ジョイント700の実施例では、部材701と702は、軽量、強度及び柔軟性の観点からアルミニウムから作られている。

組み立ての際に部材701にダメージを与えないようにするためスペーサ901が使用される。スペーサ901の高さは、取り付け側の構造素子713と714との間の開口の大きさより小さい。圧縮力或いは押圧力が構造素子713と714に生成される。開口801は、この押圧力のもとで広げられる。同様に、フランジ709と710の間の空間が大きくなる。スペーサ901は、この押圧力のもとで部材701に加えられる曲げ変形を制限して、部材701が永久に形が崩れてしまうのを防止する。構造素子712の薄い部分708は、部材701が曲がって開口801を広げるために設けられている。押しつぶし可能な物質707と爆発装置706は、押しつぶし可能な物質707が構造素子712の表面に接触するまで、開口801を貫通して位置している。爆発装置706は保持部材704と705の支持表面間の中心に位置づけられている。部材702は、部材701と結合するように整合され、部材701の方向に移動する。フランジ710と709は、それぞれフランジ717と718とに結合する際に、フランジ717と718とを通過させるために十分な距離広げられる。フランジ710と709のオス部分がフランジ717と718のメス部分に嵌合するまで、部材702は移動する。

図10は、部材701と702とが結合した状態の断面図である。構造素子713と714にかかっている圧力は、フランジ709と717を、フランジ709と717を合わせることにより解除される。フランジ709と710のオス部分がフランジ718と717のメス部分に嵌合して、互いの表面が接触すると、圧縮力と張力のもとで、分離ジョイント700が分離するのを防止できる。部材701は静止状態に弾性的に戻り、構造素子713と714はほぼ平行になる。保持部材704と705の支持面は、押しつぶし可能な物質707を押し付ける。部材701の実施例では、押しつぶし可能な物質707は、静止状態に戻った構造素子713と714により加えられる圧力によって僅かばかり変形する。その圧力は、押しつぶし可能な物質707と爆発装置706を定められた位置にぴったりと保持するのに有効である。次に、構造720が部材701の窪みに配置され、構造素子713と714に取り付けられる。前述したように、構造720の取り付けは、ボルト止めか、ほかの強固な縛り止め手段により行われる。図示されていないが、構造721が部材702に同様に取り付けられる。

図11は、爆発装置706が爆発した後の、図7の分離ジョイントの断面図である。分離ジョイント700を分離し、構造720と721とを互いに加速度的に離れさせるために、推進装置が使用される。分離ジョイント700の実施例では、図示されていないスプリングが部材701と702とに結合し、分離のための力を与える。従来の推進分離ジョイントとは異なり、爆破装置706は構造701と702とを互いに推進して離れさせるために使用されるのではなく、部材701と702との結合を解除するために使用されている。分離ジョイント700はスプリングのような実施例に限定されるのではなく、当業者に知られている他の装置を用いることもできる。要は、構造720と721とに十分な衝撃波を与えることなく分離ジョイント700に力を与えればよい。

爆発装置706を爆破すると、ガスが発生され、爆発物質を覆っているチューブを容易に膨張させる。爆発装置は、静止状態の第１の容積から爆破後の第２の容積に膨張する。膨張したチューブは保持部材704と705を押し上げて、フランジ709と710を広げて更に互いを離隔させる。フランジ709と710は破壊することもなくまた折れることもなく、構造素子713と714とを柔軟性をもって曲げることに注意すべきである。爆発装置706が第２の容積になると、フランジ709と710は十分な距離だけ広がり、部材702のフランジ717と718とを取り除く。即ち、フランジ710と717及びフランジ709と718において互いに合わさっている面は、もはや接触せず、部材701を部材702から自由に分離できる。推進装置は、部材701と702とを互いに離隔させる。分離ジョイント700によって生成される衝撃は非常に減少され、これは要素の折れ或いは切断に起因する不自然なエネルギーがこの方法により解放されないからである。分離ジョイント700は、ペイロードの加重を減少させて耐衝撃を有するようにするので、ペイロードを低コストで生産可能にする。現在行われている分離方法の多くは、もはや必要なくなるので、重量を減少できる。更に、分離ジョイント700は、複雑な設計や動作を減少できるので、組み立てを容易にし、製造コストを低くできる。

図12は、本発明によるフェアリング1000を示す図である。フェアリング1000は、ロケットが飛行中ペイロードを守るための、ロケット組み立て品の構成要素である。フェアリング1000は、分離ジョイント1001によって一体化された2個の半シェルを含んでいる。分離ジョイント1001は、図7−11に記載された分離ジョイントである。フェアリングの実施例では、フェアリング1000の半シェルは、ヒンジ1002を介してロケット組み立て品に結合されている。ロケット組み立て品から離すことなく分離ジョイント1001を解除する際に、ヒンジ1002によって、フェアリング1000を翼のように開かせることができる。フェアリング1000の実施例では、フェアリング1000の各半シェルに力を加えるために、推進装置1003が使用される。例えば、推進装置1003はスプリングである。フェアリング1000が開く際の、金属破壊や折れによる不自然なエネルギーを解放することの結果としての衝撃波を、分離ジョイント1001と推進装置1003は両方とも、伝えることはない。

図13は、フェアリングの分離ジョイント1001が爆発した後に、推進装置1003により開かれた図12のフェアリング1000を示す図である。分離ジョイント1001は、爆発の後にフェアリングの各半シェルをもはや一体化して保持していない。フェアリング1000の実施例では、分離ジョイント1001の爆発により、殆ど推力は与えられないで、フェアリング1000の各半シェルをお互いから分離することができる。推進装置1003はフェアリング1000に力を与え、半シェルを互いに分離する。例えば、スプリングのような推進装置1003は力を加えてフェアリング1000を開く。この際、各半シェルはヒンジ1002を軸にして回転し、径方向のアークを描いて互いに離れる。

今までの説明では、少なくとも１つの実施例が示されたが、種々の変形が可能である。更に、上記実施例はあくまで例であって、本発明の概要、応用、構成を限定するものではない。むしろ、上述した説明に基づき、当業者は種々の実施例を導き出すことができる。本発明の概念から逸脱することなく、特許請求の範囲とその均等物に述べられるように、機能及び構成を種々変形可能である。

図1は、従来の2段ロケットを示す図である。図2は、図1の従来の2段ロケットを示し、第１のロケットステージと、第２のロケットステージと、互いに分離されたフェアリングとを示す。図3は、分離ジョイントに使用される従来の爆発装置の断面図である。図4は、図３の従来の爆発装置の爆発後の断面図である。図5は、従来の分離ジョイントの断面図である。図6は、図5の従来の分離ジョイントが分離された状態の断面図である。図7は、本発明による衝撃を低下させる分離ジョイントの断面図である。図8は、図7の部材701の静止した状態での断面図である。図9は、図7の部材701と702が互いに結合した状態の断面図である。図10は、図7の部材701と702が互いに結合された状態の断面図である。図11は、爆発装置706の爆発の後に、図7の分離ジョイント700の結合が解除された状態の断面図である。図12は、本発明によるフェアリングを示す図である。図13は、フェアリング分離ジョイントが爆発した後に、図12のフェアリングが推進装置と共に開いた状態を示す図である。

Claims

第１構造を第２構造に取り付ける低衝撃分離ジョイントであって、
少なくとも１つのフランジを有する第１部材と、
前記第１部材の前記少なくとも１つのフランジに対応する少なくとも１つのフランジを有する第２部材であって、前記第１部材は弾性的に柔軟で、前記第１部材の前記少なくとも１つのフランジを前記第２部材の前記少なくとも１つのフランジに合わすことができ、前記第１と第２部材の前記少なくとも１つのフランジは、前記第１の部材が柔軟性を解除した後に、互いに嵌合して、張力と圧縮力のもとでの分離ジョイントの分離を防止する、第２部材と、
分離ジョイント内に設けられた爆発装置であって、爆発した際に前記第１の部材を前記第２の部材から分離させる、爆発装置と、
分離ジョイントの通常の動作状態で前記爆発装置の移動を防止するための前記爆発装置に設けられた押しつぶし可能な物質と
を含む
低衝撃分離ジョイント。
前記第１部材は、第１の構造素子と、第２の構造素子と、前記第１と第２の構造素子の主面に近接して結合され、Iビーム形を構成する第３の構造素子と、を含む請求項１に記載の低衝撃分離ジョイント。
前記第１と、第２と、第３の構造素子は、前記第３の構造素子の構造的な取り付け側にＵリンクを形成し、第１の構造を受け、前記第１の構造を強固に取り付ける、請求項２に記載の低衝撃分離ジョイント。
前記第１部材は、更に
前記第１の構造素子から前記第３の構造素子のジョイント側に延びて、支持表面で終わる第１の保持部材と、
前記第２の構造素子から前記第３の構造素子のジョイント側に延びて、支持表面で終わる第２の保持部材と、を含み、
前記爆発装置は、前記第１と第２の保持部材の前記支持表面間に保持される、
請求項３に記載の低衝撃分離ジョイント。
前記第１と第２の保持部材の支持表面は前記押しつぶし可能な物質と接触し、前記第１と第２の保持部材を介して前記押しつぶし可能な物質に圧力が加えられている、請求項４に記載の低衝撃分離ジョイント。
前記第２部材は、第１の構造素子と、第２の構造素子と、前記第１と第２の構造素子が互いにほぼ平行になるように前記第１と第２の構造素子の主面に結合された第３の構造素子とを含み、
前記第１の構造素子は前記第３の構造素子のジョイント側に第１のフランジを含み、前記第２の構造素子は前記第３の構造素子のジョイント側に第２のフランジを含み、
前記第１と、第２と、第３の構造素子は、前記第３の構造素子の構造的な取り付け側にＵリンクを形成し、第２の構造を受け、前記第２の構造を強固に取り付ける、請求項１に記載の低衝撃分離ジョイント。
第１部材の構造素子を静止状態から広げるステップと、
前記構造素子間に爆発装置を挿入するステップと、
前記第１部材と結合させるため、第２部材を所定の場所に移動させるステップと、
前記第１部材の前記構造素子を解放して前記静止状態に復帰させ、前記第１と第２部材の表面が互いに親密に接触して、圧縮力と張力のもとで分離ジョイントの分離を防止するステップと、
を含む請求項１に記載された分離ジョイントを組み立てる方法。
第１部材を第２部材に結合させ、前記第１と第２部材が互いに親密に接触している表面を有して、圧縮力と張力のもとで分離ジョイントの分離を防止するステップと、
爆発装置を爆発させて、前記第１と第２部材の前記表面を互いに接触しないように移動させて、第１と第２部材をそのまま保つステップと、
前記第１と第２部材を互いに積極的に加速度的に離隔させるステップと、
を含む請求項１に記載された分離ジョイントの衝撃減少方法。
爆発の前に第１の容積の膨張可能なハウジングを有する爆発装置を設けるステップと、
前記爆発装置の前記膨張可能なハウジングを第２の容積に増加させるステップと、
第１容積から第２容積への膨張可能なハウジングの変化を使用して、前記第１部材の構造素子に力を加え、圧縮力と張力のもとで分離ジョイントの分離を防止する第１と第２部材の前記表面を互いに接触しない状態にするステップと、
を更に含む請求項４に記載の分離ジョイントの衝撃を減少させる方法。
前記爆発装置の爆発により、前記第１部材の構造素子を曲げるステップを更に有する請求項９に記載の分離ジョイントの衝撃を減少させる方法。