JP6045331B2

JP6045331B2 - 軸方向の空隙増幅装置を含む発射ロック組立体およびこの組立体を含む宇宙機分離システム

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Publication number: JP6045331B2
Application number: JP2012280903A
Authority: JP
Inventors: ティム・ダニエル・バーバー; ティモシー・ヒンドル; ケン・ヤング; トリー・デーヴィス
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2032-12-25
Also published as: EP2634095A2; US8678323B2; JP2013177117A; EP2634095B1; EP2634095A3; US20130221163A1

Description

連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
[0001]本発明は、ＮＡＳＡによって授与されたＮＮＧ０９ＨＲ００Ｃ下で連邦政府の支援を得て為されたものである。連邦政府は、本発明に一定の権利を有する。

[0002]本発明は、一般に、振動分離システムに関し、より詳細には、軸方向の空隙増幅装置を含む発射ロック組立体、ならびに１つまたは複数の発射ロック組立体を含む宇宙機分離システムに関する。

[0003]姿勢調整目的で宇宙機内に配備された、制御モーメントジャイロスコープアレイ、リアクションホイールアレイ、および他のそのような装置は、作動中、起振力を発生させる。振動分離システムは、一般に、そのような姿勢調整装置から発せられた起振力が、宇宙機本体全体を通って、宇宙機によって担持された振動に敏感な構成要素（たとえば光学ペイロード）に伝達されるのを最小限に抑えるために使用される。振動分離システムは、一般に、いくつかの個々の振動分離装置（通常３から８つの分離装置）を含み、これらの分離装置は、宇宙機ペイロードと宇宙機本体の間に多地点の装着構成で配置される。振動分離システムの性能は、大きくは、システム内に含まれた分離装置の数、分離装置が配置される方法、および各々の個々の分離装置の振動減衰特性によって決定される。直列結合された二次ばねおよびダンパと平行で一次ばねとして機械的に機能する３パラメータ分離装置を使用する振動分離システムは、他のタイプの受動式分離装置（たとえば粘弾性分離装置）を使用する振動分離システムと比較して（一般的に「ジッタ」と称される）高周波数の起振力の優れた減衰をもたらす。３パラメータ分離装置は、有利には、単一の長手方向軸に沿って緩衝をもたらす単一自由度（「ＤＯＦ」）装置として実施される。単一ＤＯＦの一例として、３パラメータ分離装置は、ニュージャージー州、モリスタウンに現在本社を置くＨｏｎｅｙｗｅｌｌ、Ｉｎｃによって開発され市販されているＤ−ＳＴＲＵＴ（登録商標）分離装置である。

[0004]宇宙機分離システムはまた、いくつかの発射ロック組立体を装備することもでき、これらの組立体は、宇宙機とペイロード支持構造体（一般的には「パレット」または「ベンチ」と称される）の間に分離装置と平行に配置される。宇宙機の発射中、発射ロック組立体は、ペイロード支持構造体を宇宙機と固定された空間的関係で維持する。そのようにする際、発射ロック組立体は、分離装置の周りに宇宙機発射中に発生した有意な慣性または衝撃負荷をそらし、分離装置を、そうでなければ生じていたであろう損傷から保護する。発射後の所望の時点で、発射ロック組立体が作動され、ペイロード支持構造体と宇宙機の間の相対移動を可能にする。たとえば、宇宙機分離システムが上述のタイプのいくつかの単一ＤＯＦ、３パラメータ分離装置を含む実装形態では、分離装置は、発射前、発射ロック組立体によって圧縮状態で維持され得る。分離装置はその圧縮された位置で前負荷がかけられ、設計位置または自由な長さ位置に向かって偏倚される。発射ロック組立体が解放されたとき、分離装置は、軸方向に拡張して設計位置になり、ペイロード支持構造体を宇宙機本体から外向きに変位させる。分離装置によって支持される、または分離装置上に「浮遊している」ペイロード支持構造体は、このとき宇宙機に対して移動することができ、分離装置は、集合的に機能してペイロード支持構造と宇宙機本体の間で伝達される振動を抑制する。

[0005]発射ロック組立体の実施形態が提供される。１つの実施形態では、発射ロック組立体は、第１および第２の装着体と、解放可能な固定装置と、軸方向の空隙増幅装置とを含む。解放可能な固定装置は、通常、第１および第２の装着体を固定式係合状態で維持し、作動時、第１および第２の装着体を固定式係合から解放して装着体間の相対的な軸方向動作を可能にする。軸方向の空隙増幅装置は、通常、第１と第２の装着体間の相対的な軸方向動作を遮ぎる遮断位置に存在する。軸方向の空隙増幅装置は、第１および第２の装着体が固定式係合から解放されたときに非遮断位置に移動して、第１と第２の装着体間の軸方向の動作の範囲を増大させる。

[0006]さらに、宇宙機分離システムの実施形態が、宇宙機とペイロード間で展開するために提供される。１つの実施形態では、宇宙機分離システムは、宇宙機とペイロードの間に多点構成で配設された複数の分離装置と、宇宙機とペイロードの間に複数の分離装置と平行に結合された少なくとも１つの発射ロック組立体とを含む。発射ロック組立体は、第１および第２の装着体と、解放可能な固定装置と、軸方向の空隙増幅装置とを含む。解放可能な固定装置は通常、第１および第２の装着体を固定式係合状態に維持し、作動時、第１および第２の装着体を固定式係合から解放してこれらの装着体間の相対的な軸方向動作を可能にする。軸方向の空隙増幅装置は、通常、第１と第２の装着体間の相対的な軸方向動作を遮ぎる遮断位置に存在する。軸方向の空隙増幅装置は、第１および第２の装着体が固定式係合から解放されたときに非遮断位置に移動して、第１と第２の装着体間の軸方向の動作の範囲を増大させる。

[0007]本発明の少なくとも１つの例が、これ以後、同じ番号が同じ要素を示す以下の図と共に説明される。

[0008]本発明の例示的な実施形態によって示された、ロック（発射前）位置にあるいくつかの発射ロック組立体を含む、例示的な宇宙機分離システムの簡単な概略図である。本発明の例示的な実施形態によって示された、ロック解除（分離）位置にあるいくつかの発射ロック組立体を含む、例示的な宇宙機分離システムの簡単な概略図である。 [0009]図１および図２に示され、本発明の例示的な非限定的実施形態によって示された、発射ロック組立体の１つまたはすべてとして使用するのに適した、ロック位置にある発射ロック組立体の側面図である。図１および図２に示され、本発明の例示的な非限定的実施形態によって示された、発射ロック組立体の１つまたはすべてとして使用するのに適した、ロック位置にある発射ロック組立体の上面図である。 [0010]図３および図４に示され、図４に特定された線５−５に沿って切り取られた、発射ロック組立体の断面図である。 [0011]図３〜図５に示された例示的な発射ロック組立体内に含まれ得る解放可能な固定装置および軸方向の空隙増幅装置の等角図である。 [0012]図３〜図５に示された例示的な発射ロック組立体内に含まれ得る軸方向の伸張可能なボルトの等角図である。 [0013]図３〜図５に示された例示的な発射ロック組立体内に含まれ、図７に示された軸方向に伸張可能なボルトの周りに配設され得る形状記憶合金のボルト伸張アクチュエータの等角図である。 [0014]図６に示された解放可能な固定装置および軸方向の隙間増幅装置の底面図である。 [0015]図６および図９に示された軸方向の空隙増幅装置内に含まれ得る下側横歯リングの等角図である。 [0016]ロック位置にある図３に示された発射ロック組立体の部分切断図である。ロック解除位置にある図５に示された発射ロック組立体の部分切断図である。

[0017]以下の発明を実施するための形態は、本質的に例示的なものにすぎず、本発明または本発明の適用および用途を限定することは意図されていない。さらには、先行の背景技術または以下の発明を実施するための形態に提示されるいかなる理論によっても縛られないものとする。

[0018]前述の「背景技術」という表題の項において説明されたように、宇宙機分離システムは、しばしば発射ロック組立体を装備して、システム分離装置を発射中の衝撃負荷から保護する。ロケット点火（ｐｙｒｏｔｅｃｈｎｉｃ）装置が一般的に使用されて、そのような発射ロック組立体を所望の展開時に作動させる。しかし、ロケット点火装置もまた、起爆時に望ましくない大きな衝撃力を生み出す傾向がある。本出願の譲受人、ＨｏｎｅｙｗｅｌｌＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＩｎｃは、解放中にほとんど衝撃力を生み出さない発射ロック組立体を開発し、商業的に実装している。１つの設計では、各々の発射ロック組立体は、第１および第２の装着体を含み、これら装着体は、それぞれペイロード支持構造体および宇宙機に固着される。特殊なボルトが、通常、第１および第２の装着体を固定式係合状態に維持する。所望の展開時、アクチュエータは、ボルトを折ることも破砕することもなく伸張させてその軸方向の長さを増大させる。ボルトが伸張することにより、第１および第２の装着体は固定式係合から解放される。このため、これまで軸方向に圧縮され、前負荷がかけられた位置に発射ロック組立体によって維持されており、また、通常（自由長）または設計位置に向かって内部で偏倚される分離装置は、軸方向に拡張してペイロード支持構造体を宇宙機本体から離すことを可能にする。分離装置が拡張するときに軸方向の空隙が装着体間に作り出され、それによってペイロード支持構造体と宇宙機本体の間の相対移動および分離装置の適正な作動を可能にする。

[0019]解放中の衝撃負荷の発生を効果的に解消することにより、上述のタイプのボルト伸張式発射ロック組立体は、従来のロケット点火作動式発射ロック組立体に比べて有意な利点をもたらす。しかし追加の特徴が無いために、ボルト伸張式発射ロック組立体もまた、ロケット点火作動式発射ロック組立体に通常関連付けられない欠点を有する。すなわち、第１と第２の装着体の間に作り出された軸方向の空隙は、一般的には、ボルトの伸張に直接的に起因する長さの増大に限定される。この限定を克服するために、以下では、少なくとも１つの軸方向の空隙増幅装置を含む発射ロック組立体の実施形態を説明しており、この装置は、ボルトまたは他の軸方向に伸張可能な部材の伸張によって作り出された空隙の軸方向幅を増大させるものである。そのようにする際、以下で説明される発射ロック組立体は、宇宙機分離システムを初期の、前負荷がかけられた位置から展開された分離位置への解放を、有意な衝撃力を発生させることなく可能にしながら、主体の宇宙機と分離されたペイロードの間の軸方向動作の範囲を増大させることを可能にする。軸方向の空隙増幅装置の実施形態は、特に、ボルト伸張タイプの固定機構と併用する用途に良好に適合されており、したがって以下でそのように説明されるが、軸方向の空隙増幅装置の実施形態は、他のタイプの解放可能な固定機構と併用して使用され得ることが強調される。

[0020]図１および図２は、本発明の例示的な実施形態によって示された、それぞれロック（発射前）位置およびロック解除（設計された分離）位置にある振動分離システム２０の簡単な概略図である。図２に示されるロック解除位置にあるとき、振動分離システム２０は、ペイロード２２と主体の宇宙機２４の間の振動伝達を低減する。図示された例では、分離システム２０は、単一自由度または軸方向制振式の複数の振動分離装置２６を含み、これらの装置は、ペイロード２２に機械的に結合され、集合的にこれを支持する。より詳細には、振動分離装置２６は、ペイロード２２内に含まれた１つの構成要素または複数の構成要素を支持するペイロード支持構造体２８に枢動式に結合され得る。分離装置２６の対向する端部は、枢動タイプの連結をもたらし得る複数の装着ブラケット３２を利用して宇宙機の装着接合面３０に装着される。この特定の例では、分離システム２０は、８つの振動分離装置２６を含み、これらの装置は、８本足の装着構成で配置されて６自由度の高忠実度の制振をもたらす。しかし、別の実施形態では、分離システム２０は、より少ない数またはより多い数の分離装置を含むことができ、これらの装置は、他の装着構成で配置されてよい。たとえば代替の実施形態では、分離システム２０は、６脚型のまたはスチュワートプラットフォームタイプの装着構成で配置された６個の振動分離装置２６を含むこともできる。分離装置２６は、好ましくは、但し必ずではないが、上述のタイプの３パラメータ分離装置である。

[0021]ペイロード２２は、さらに１つの振動に敏感な構成要素、たとえば光学ペイロードまたはセンサ一式を含むことができ、分離システム２０は、宇宙機２４内の１つの振動発生源または複数の振動発生源からの振動が、宇宙機装着接合面３０、ペイロード支持構造体２８を通ってペイロード２２に伝達されることを最小限に抑えるような役割を果たすことができる。そのような場合、ペイロード支持構造体２８は、炭素繊維などの軽量の高強度材料から製作された光学ベンチの形をとることができる。他の実施形態では、ペイロード２２は、１つまたは複数の振動発生装置を含むことができ、分離システム２０は、ペイロード２２から宇宙機２４および宇宙機上に展開された振動に敏感な構成物への振動の伝達を低減する役割を果たすことができる。たとえば、ペイロード２２は、１つまたは複数のリアクションホイールまたは制御モーメントジャイロスコープなどの宇宙機２４の姿勢調整に使用される１つまたは複数の回転装置を含むことができる。たとえば、１つの実施形態では、ペイロード２２は、いくつかのリアクションホイールを含むリアクションホイールアレイの形をとり、ペイロード支持構造２８は、リアクションホイールが円周方向に離間されたアレイで装着された支持プラットフォームの形をとる。

[0022]分離装置２６およびその関連付けられた装着機械設備に加えて、振動分離システム２０は、いくつかの発射ロック組立体３４をさらに含み、これらの装置は、機械的または動力学的に、ペイロード支持構造２８と宇宙機装着接合面３０の間に分離装置２６と平行に結合される。図１および図２に示されるように、分離システム２０は、４つの発射ロック組立体３４を含むことができ、これらは、ペイロード支持構造体２８の外側部分の周りに円周方向に離間されて置かれる。たとえば、ペイロード支持構造体２８が、略矩形のプラットフォーム形状を有する実施形態では、発射ロック組立体３４は、構造体２８の４つのコーナにまたはその近くに配置されてよい。しかし、発射ロック組立体３４の数および配置は、さまざまな実施形態において必然的に変わること、および組立体３４は通常、ロック形態にあるときにペイロードの所望の固有振動数をもたらすように離間されて置かれることが理解されよう。発射ロック組立体３４は、図１および図２に全体的に示されており、これらの各々は、第１の装着体３６（「上部装着部」とも称される）および第２の装着体３８（「基部」とも称される）を含む。装着体３６および３８が、図１に示されるような固定式係合状態にあるとき、発射ロック組立体３４は、ペイロード支持構造体２８およびペイロード２２の宇宙機２４に対する空間位置を固定または動かなくする。このロック位置（図１）にあるとき、発射ロック組立体３４は、集合的に、分離装置２６を軸方向に圧縮された、前負荷がかけられた状態に、かつ各分離装置２６をその非圧縮のまたは設計位置に向けて押し出す内部偏倚に対抗して維持する。したがって、ロック位置（図１）では、発射ロック組立体３４は、分離装置２６の周りの衝撃負荷を効果的にそらすための剛性の構造的な頑丈な力伝達経路をもたらして分離装置２６を宇宙機発射中の損傷から保護する。

[0023]宇宙機発射に続いて行われる所望の展開時、発射ロック組立体３４が作動して装着体３６および３８を固定式係合から解放する。分離装置２６は、もはやその軸方向に圧縮された状態に発射ロック組立体３４によって維持されないため、自由に拡張してその設計位置になり、ペイロード支持構造体２６を宇宙機２４の本体から外向きに変位させる。分離装置２６が拡張するとき、装着体３６および３８の各対は分離してそれらの間に軸方向の空隙４０を形成する（全体的に図２に示される）。このとき、相対的な軸方向の移動が装着体３６と３８の間で可能になり、分離装置２６は、ペイロード支持構造体２８（より全体的にはペイロード２２）と宇宙機２４の間の相対移動に伴って圧縮および拡張することができる。空隙４０の軸方向長さを最大限にして分離装置２６に十分な範囲の軸方向範囲をもたらし、多点分離システム２０の制振性能を最適化することが、通常望ましい。しかし、解放中の望ましくない衝撃力を低減または解消するために、各発射ロック組立体３４はまた、好ましくは、以下で説明されるタイプのボルト伸張アクチュエータ（または類似の装置）も装備するが、この装置は、作動時、装着体３６と３８の間に比較的限定された軸方向の変位しかもたらすことができない。この限定を克服し、分離装置２６に、作動すべき範囲にわたってより大きい変位範囲をもたらすために、発射ロック組立体３４それぞれは、少なくとも１つの軸方向の空隙増幅装置を装備しており、この装置は、装着体３６および３８の各対の解放によって作り出された軸方向の空隙の長さを増大させる。そのような軸方向の空隙増幅装置を含み、発射ロック組立体３４の１つまたはすべてとして使用するのに適した発射ロック組立体の例が、図３〜図１２と共に以下で詳細に説明される。

[0024]図３および図４はそれぞれ、ロック位置にある発射ロック組立体４２の側面図および上面図であり、本発明の例示的な非限定的実施形態によって示されている。図５は、図４に特定された線５〜５に沿って切り取られた、発射ロック組立体４２の断面図である。説明の便宜上、以下の説明において、「上側」、「下側」などの方向用語は、図３および図５に示された発射ロック組立体の向きに対応して使用される。しかし、発射ロック組立体４２の向きは、３次元的に変更することができ、したがってほとんど任意のものであることを理解されたい。図３〜図５を集合的に参照すれば、発射ロック組立体４２は、上側装着体４４および下側装着体４６を含む。多点分離システム内に設置されるとき、発射ロック組立体４２の第１の端部は、直接的または間接的にペイロードに取り付けられ、発射ロック組立体４２の第２の対向する端部は、直接的または間接的に宇宙機本体に取り付けられる。たとえば、上側装着体４４の外側端部（すなわち図３および図５の装着体４４の上側端部）は、図１および２に示されたペイロード支持構造体２８に取り付けられてよく、一方で下側装着体４６の外側端部（すなわち図３および図５の装着体４６の下側端部）は、図１および図２に示された宇宙機装着接合面３０に取り付けられる。反対に、装着体４４の外側端部が、宇宙機装着接合面３０（図１および図２）に取り付けられてよく、一方で装着体４６の外側端部は、ペイロード支持構造体２８（図１および図２）に取り付けられる。複数のボルトまたは他のそのような締結具（図示せず）を使用した取り付けを容易にするために、装着体４４および４６の外側端部それぞれは、複数の締結具開口部５０を中に有する円周方向のフランジ４８を含むように製作され得る（図４および図５に示される）。

[0025]図示された例では、図５を参照することによって最も容易に理解され得るように、装着体４４および４６それぞれは、ほぼ管状または環状の表面形状を有する。上側装着体４４は、詳細には、略管状の本体を有し、その本体を通って略円筒状の内側孔または空洞５２が延びる。内側空洞５２は、装着体４４全体を通って延び、それにより、装着体４４の対向する端部はいずれも開放している。下側装着体４６の管状本体も同様に、略円筒状の内側孔または空洞５４を画定するが、内側空洞５４は、下側装着体４６全体を通って延びず、その代わり、装着体４６の装着フランジ４８近くに設けられた下側終点端壁５６によって封入される。したがって、概説すると、下側装着体４６は、開放上側端部および閉鎖下側端部を有する。異なるように述べると、上側装着体４４および下側装着体４６の隣り合う、または軸方向に隣接する端部は、いずれも開放しており、発射ロック組立体４２内に中央空洞を集合的に画定し、この空洞は、組立体４２のさまざまな他の構成要素（以下で説明される）を収容する。装着体４４および４６それぞれは、好ましくは、単一の、軽量金または合金、たとえばアルミニウムベース合金などからの機械加工された構成要素として製作される。この例にも関わらず、装着体４４および４６は、さまざまな他の材料から形成されてよく、代替の実施形態では、複数の別々の構造的構成要素からそれぞれ組み立てられてもよい。加えて、上側装着体４４および下側装着体４６の寸法および表面形状は、変更することができ、代替の実施形態では、装着体４４および４６は、発射ロック組立体４２内に含まれる他の構成要素のすべてを収容しなくてもよく、または全く収容しなくてもよい。

[0026]装着体４４および４６は、同軸の端と端を突き合わせた構成で配置され、それにより、空洞５２および５４は、軸方向に、すなわち発射ロック組立体４２の長手方向軸に沿うように整列される。図３〜図５に示されたロック位置では、装着体４４および４６の隣り合う端部同士が当接する。より詳細には、上側装着体４４は、第１の接触表面５８を含み、この表面は、発射ロック組立体４２がロック位置にあるとき、下側装着体４６上に設けられた第２の接触表面６０上に着座する。接触表面５８は、内側環状突起部６２によって少なくとも部分的に画定され、この突起部は、上側装着体４４の下側端部分の内部周りにかつ内部空洞５２内に設けられる。これと比較して、接触表面６０は隆起した環状周縁によって画定され、この周縁は、下側装着体４６の上側端部分の周りに設けられ、そこから軸方向に上側装着体４４に向かって延びる。接触表面５８および６０それぞれは、好ましくは略環状の表面形状を有する。図示された例では、接触表面５８および６０は、対応する円錐台形の表面形状を有するように製作されて、径方向の位置合わせをもたらし、ボルト軸に対する垂直なせん断負荷に対処する。

[0027]装着体４４および４６に加えて、発射ロック組立体４２は、（図４および図５に示される）解放可能な固定装置６４と、（図５に示される）少なくとも１つの軸方向の空隙増幅装置（６６）とをさらに含む。解放可能な固定装置６４は、任意の形態をとることができ、装着体４４および４６（詳細には円錐台形の接触表面５８および６０）を、所望の展開時まで固定式係合状態に維持するのに適した任意の数の構成要素を含んでよい。解放可能な固定装置６４は、理想的には、比較的軽量の、小型で信頼高いものである。特定の知られているロケット点火作動式固定装置とは対照的に、解放可能な固定装置６４が、作動時にほとんど衝撃力を発生させないこともまた、通常好ましい。この目的を達成するために、また非限定的な例として、解放可能な固定装置６４は、少なくとも３つの主な構成要素、すなわち（ｉ）（図４および図５に示される）摺動式固定部材６８と、（ｉｉ）（図４および図５に示される）軸方向に伸張可能なボルト７０などの軸方向に伸張可能な１つの構造的要素または複数の構造的要素と、（ｉｉｉ）（図５に示される）ボルト伸張アクチュエータ７２などの、所望の展開時に、軸方向に伸張可能な構造的要素を調節式に伸張させるのに適したアクチュエータとを含むことができる。これらの構成要素の各々は、次に以下で説明される。

[0028]図６は、解放可能な固定装置６４および軸方向の空隙増幅装置６６の等角図であり、摺動式固定部材６８をより詳細に示している。図５および図６を合わせて参照すると、摺動式固定部材６８は、縦長の管状本体７４と、径方向に拡大された、円筒状の頭部またはキャップ７６とを含む。円筒状のキャップ７６は、管状本体７４の上側端部に固着され、これと共に単一の機械加工品として一体的に形成され得る。管状本体７４は、軸方向に、キャップ７６から下側方向に下側装着体４６に向かって延びて、空洞５４内に入る。管状本体７４は、空洞５４内で軸方向に摺動することができ、それにより、固定部材６８は、下側装着体４６に対して軸方向に摺動することができる。管状本体７４は、有利には、空洞５４の内径および表面形状それぞれとほぼ共形である外径および表面形状を有するように製作され、摺動式固定部材６８の摺動移動を案内する。下側装着体４６に対する管状本体７４の回転、したがって下側装着体４６に対する摺動式固定部材６８の回転は、１つまたは複数の回転防止特徴によって防止される。たとえば図７に示されるように、管状本体７４は、キー７８を含むように製作されてよく、このキーは、固定部材６８が下側装着体４６に対して軸方向に摺動するとき、内側の環状表面の有界空洞５４内に形成された、対合する長手方向のキー溝（図示せず）内を進行する。

[0029]軸方向に伸張可能なボルト７０は、摺動式固定部材６８のキャップ７６を貫通して設けられた軸方向に整列する開口部を通り抜け、下側装着体４６の終点端壁５６を通り抜けて延びる。軸方向に伸張可能なボルト７０は、発射ロック組立体４２の長手方向軸に対してほぼ平行な軸、好ましくはこの長手方向軸とほぼ共線的である軸に沿って延びる。軸方向に伸張可能なボルト７０の上側端部は、径方向に拡大された頭部８０内で終端し、この頭部は、キャップ７６の上側表面と、その中に設けられた中央開口部の近位で当接する。図５に全体的に示されるように、ナット８２がボルト７０の下側端部上にねじ込まれ、終点端壁５６内に設けられた円筒状の反対側の孔内に受け入れられ得る。発射ロック組立体４２の組立て中、ナット８２は、所定のトルク負荷で締め付けられ、それにより、ナット８２は、軸方向の前負荷力を装着体４６上に、摺動式固定部材６８の方向に及ぼすようになる。また、ナット８２を締め付けた結果、ボルト頭部８０は、軸方向の前負荷力を摺動式固定部材６８上に、下側装着体４６の方向に及ぼす。この軸方向の前負荷力は、上側装着体４４に伝えられる。たとえば、径方向に拡大されたキャップ７６の下面は、軸方向の空隙増幅装置６６に当接することができ、この装置は、さらに、上側装着体４４の内部の周りに設けられた環状の固定表面８４と当接する。図５に示されるように、環状固定表面８４は、内側の環状突起部６２の上側表面によって画定されてよく、この表面は、上側装着体４４内に形成され、下側の円錐台形の接触表面５８の反対側に位置する。この構造的形状により、収束する軸方向の前負荷力が、装着体４４および４６上に及ぼされて、接触表面５８および６０を固定式係合状態に維持する。

[0030]軸方向に伸張可能なボルト７０は、有意な衝撃負荷および他の妨害力が宇宙機の発射または輸送中に発生した場合、装着体４４および４６を固定式係合状態に維持するのに十分な引張強さを有するように選択される。軸方向に伸張可能なボルト７０はまた、所定の引張力を受けたときに降伏し、それにより、折ることも破砕するもことなく伸張させて所望の長さの増大をもたらすようにも設計される。ボルト７０の引張強さは、ボルトシャンクの外径およびボルト７０が製作される材料を変更することによって調節され得る。１つの実施形態では、非限定的な例として、ボルト７０は、Ａ２８６などの鋼合金から製作される。加えて、ボルト７０の引張強さは、ボルトシャンクの中央部分周りから材料を除去し、その外径を調節式に減少させることによって微調整され得る（一般的には「ネッキング」と称される）。その結果生じた構造、すなわちボルト７０が低減された外径または「逓減型の」中間部分を有する構造が、図５において８６で示されている。軸方向に伸張可能なボルト７０は、図７にさらに示される。

[0031]さまざまな異なる装置が、ボルト伸張アクチュエータ７２として利用可能であるが、そのような装置は、所望の展開時に信頼高く作動されて、以下で説明される方法で、ボルト７０を伸張させ、装着体４４および４６を固定式係合から解放できることを前提とする。しかし、ボルト伸張アクチュエータ７２は、比較的高い出力を小型の軽量パッケージ内にもたらすことができることが、通常好ましい。少なくともこの理由のため、ボルト伸張アクチュエータ７２は、形状記憶合金の（「ＳＭＡ」）装置でよい。図３〜図５に示され、かつ図８により詳細に示されるような例示的実施形態では、ボルト伸張アクチュエータ７２は、ＳＭＡコア８８（図８に特定される）と、回路加熱器９０とを含み、この回路加熱器は、ＳＭＡコア８８を囲むまたはその周りに巻き付く。ＳＭＡコア８８は、ニチノール（登録商標）または別の知られている形状記憶合金から製作されてよい。ＳＭＡコア８８は、略管状の本体を有し、その本体を通って中央経路または孔が延びる。ＳＭＡコア８８は、軸方向に伸張可能なボルト７０の周りに配設され、このボルトはコア８８の長手方向の経路を通り抜ける。ＳＭＡコア８８が加熱される効率性を最適化するために、ＳＭＡコア８８および回路加熱器９０は、断熱式に封入され得る。加えて、図５に示されるように、断熱用座金９２が、下側装着体４６の終点端壁５６とボルト伸張アクチュエータ７２の間に配設され得る。

[0032]作動前、ＳＭＡコア８８は、軸方向に圧縮された状態で存在する。加熱器９０によって所定の遷移温度に加熱されたとき、ＳＭＡコア８８は、軸方向に拡張して拡張力を、軸方向に伸張可能なボルト７０上に摺動式固定部材６８を通して及ぼす。ボルト伸張アクチュエータ７２の出力は、ボルト７０を伸張させ、その長さを所定量増大させるのに十分なものである。たとえば、非限定的な例として、ＳＭＡコア８８は、ボルト７０を、作動時に約０．１３７ｃｍ（０．０５４インチ）伸張させることができる。回路加熱器９０は、所望の作動時に制御器（図示せず）によって通電されてよく、この制御器は、加熱器９０に、下側装着体４６の環状側壁内に設けられた（図３に示される）窓９６を通って延びる有線接続によって接続される。波形ばね９４などの弾性要素が、空洞５４内にさらに設けられ、断熱用座金９２と終点端壁５６の間で圧縮されて、ＳＭＡコア８８の加熱、ならびにその後の冷却および軸方向の収縮後、ボルト伸張アクチュエータ７２を摺動式固定部材６８のキャップ７６に押し付けて保持する。

[0033]軸方向の空隙増幅装置６６が、次に、図３〜図８に示される発射ロック組立体４２の例示的な実施形態と共に説明される。軸方向の空隙増幅装置６６は、例としてのみ提供される。代替の実施形態では、軸方向の空隙増幅装置６６は、少なくとも１つの移動可能な部材、すなわち（ｉ）通常は、この部材が装着体４４と４６の間の相対的な軸方向動作を遮る遮断位置に存在し、また（ｉｉ）装着体４４および４６が、解放可能な固定装置、たとえば図４〜図６に示される固定装置６４などの作動によって固定式係合から解放されたときに非遮断位置に移動して、装着体間の軸方向動作の範囲を増大させる、部材を含む他の形をとることができる。軸方向の空隙増幅装置（詳細には移動可能な部材）は、作動前、前負荷力により、非遮断位置に向かって偏倚され、解放可能な固定装置によって遮断位置に保持され得る。好ましい実施形態では、軸方向の空隙増幅装置６６は、第１および第２の横歯リングを含み、その少なくとも一方は、他方に対して回転して、以下で説明されるように遮断位置から非遮断位置に移動することができる。代替の実施形態では、軸方向の空隙増幅装置６６はまた、２つまたはそれ以上の胸壁付きレールなどの他のタイプの歯付き部材を含むこともでき、この部材は、互いに対して摺動して遮断位置から非遮断位置に移動することができる。図示される例示的な実施形態では、発射ロック組立体４２は、単一の軸方向の空隙増幅装置６６を含んで、部品数、複雑性、およびコストを低減するが、別の実施形態では、発射ロック組立体４２は、別の実施形態における２つまたはそれ以上の軸方向の空隙増幅装置を含んで、装着体４４と４６の間の全体的変位を増大させ、および／または冗長性をもたらすことができる。

[0034]図３〜図８に示される例示的な実施形態では、詳細には図６を参照すると、軸方向の空隙増幅装置６６は、上側横歯リング９８と、下側横歯リング１００とを含む（ここでも、用語「上側」および「下側」は、非限定的な意味で、添付の図によって示された例示的な実施形態を説明する好都合な意味として使用される）。本明細書に現れる用語「横歯リング」は、環状構造の本体から全体的に軸方向に延びる複数の歯、胸壁、または同様の突起部を有する略環状構造を示す。図６に示されるように、上側横歯リング９８は、環状本体１０２を含むことができ、この環状本体から、複数のブロック形状の歯１０４が軸方向に下側横歯リング１００に向かって延びる。下側横歯リング１００も同様に、環状本体１０６を含むことができ、この環状本体から、複数のブロック形状の歯１０８が軸方向に上側横歯リング９８に向かって延びる。横歯リング９８および１００それぞれは、解放可能な固定装置６４の周り、詳細には摺動式固定部材６８の管状本体７４の周りを延びる。下側横歯リング１００の反対側において、上側横歯リング９８の環状本体１０２は、摺動式固定部材６８の拡大されたキャップ７６の下面に固着される。たとえば、上側横歯リング９８は、摺動式固定部材６８のキャップ７６に、複数の締結具（図示せず）を使用して、これに溶接またははんだ付けされて、または別の形でこれに接合されて取り付けられてよい。あるいは、上側横歯リング９８は、摺動式固定部材６８のキャップ７６と共に一体的に、単一の一体的部分として形成されてもよい。

[0035]上側横歯リング９８は、摺動式固定部材６８に対して回転式に固定される。対照的に、下側横歯リング１００は、摺動式固定部材６８および上側横歯リング９８に対して回転することができる。より詳細には、下側横歯リング１００は、図６に示される遮断位置から図１２に示される非遮断位置に回転することができ、これは以下でより完全に説明される。加えて、下側横歯リング１００は、非遮断位置（図１２）に移動する際に上側横歯リング９８に向かって軸方向に摺動して、軸方向の空隙増幅装置６６を軸方向に収縮または畳み、それによって追加の軸方向の隙間をもたらすことを可能にすることができる。下側横歯リング１００は、通常遮断位置（図６）に存在し、複数の引張ばね１１０によって非遮断位置に向かって偏倚されている。引張ばね１１０は、摺動式固定部材６８および軸方向の空隙増幅装置６６の底面図である図９にさらに示される。図６および図９でわかるように、引張ばね１１０は、いくつかのフック型の軸方向の突起部１１２であって、下側横歯リング１００の環状本体１０６から概ね下向き方向かつ上側横歯リング９８から離れるように延びる、突起部と、複数の取付けフランジ１１４であって、摺動式固定部材６８のキャップ７６の下面に固着された、フランジとの間で伸張される。引張ばね１１０は、下側横歯リング１００上に捩じり偏倚をもたらして、リング１００を非ブロック位置に向かって回転するように押し出す（以下で説明される）。さらには、その角度付けされた配設により、引張ばね１１０はまた、軸方向の偏倚を下側横歯リング１００上に及ぼして、横歯リング１００を上側横歯リング９８に向かって摺動式に移動するように押し出す。この例にも関わらず、下側横歯リング１００は、代替の実施形態では、１つまたは複数の捩じりばねまたはバーなどの他の手段を使用して偏倚されることも可能である。下側横歯リング１００が非遮断位置（図１２）から離れる方向に過剰回転することを防止するために、急停止特徴を、１つまたは複数の歯１０８上に設けることができる。たとえば、分離状態の下側横歯リング１００を示す図１０に示されるように、下側横歯リング１００の各歯１０８は、非遮断位置を超えた過剰回転を防止する小さい軸方向の段１１６を含むように機械加工されても、別の形で製作されてもよい。

[0036]図１１および図１２は、それぞれロック位置およびロック解除（設計）位置にある発射ロック組立体４２の等角図であり、上側装着体４４が切断面で示されている。図１１に示されるロック位置では、軸方向の空隙増幅装置６６の下側横歯リング１００は、遮断位置にある。この位置では、下側横歯リング１００の歯は、上側横歯リング９８の歯と先端同士を突き合わせた係合状態にあり、それにより、装置６６は、軸方向の拡張された位置に存在する。図１２では、引張ばね１１０によって非遮断位置に向かって偏倚されて示されているが、下側横歯リング１００は、摩擦力、より詳細には、摺動式固定部材６８と環状固定表面８４の間に配置されることから考えて空隙増幅装置６６上に及ぼされた軸方向の固定力によって、非遮断位置に回転することが防止される。内側環状突起部６２は、下側横歯リング１００と下側装着体４６の円錐台形の接触表面６０との間に捕捉または保持され、装着体４４と４６の間の相対的な軸方向移動が防止される。下側横歯リング１００を発射ロックの作動前に非遮断位置（図１１）に保持するのをさらに助けるために、横歯リング９８および１００は、１つまたは複数の正の位置合わせ特徴、たとえばリング９８および１００の一方に設けられた、いくつかの（図９に部分的に示される）わずかに隆起した突起部またはボス１１８を含むように機械加工されまたは別の形で製作されてよく、これらの突起部または浮き出しは、下側横歯リング１００が遮断位置（図１１）にあるとき、他方のリング９８および１００に設けられた（図９および図１０に部分的に示される）対応する数の開口部またはピン穴１２０と対合式に係合する。

[0037]所望の展開時、解放可能な固定装置６４は、前述で説明された方法で作動され、すなわち、ボルト伸張アクチュエータ７２が通電されてボルト７０を伸張させ、固定部材６８が摺動移動して下側装着体４６から（図示された向きでは上方向に）離れることを可能にする。上記で示されたように、固定部材６８の摺動移動は、前負荷がかけられた分離装置によって与えられ得るような外部の偏倚力によって駆動される。摺動式固定部材６８、詳細には径方向に拡大されたキャップ７６が移動して下側装着体４６から離れることにより、装着体４４および４６は固定式係合から解放される。そのような解放のため、上側装着体４４はこのとき、下側装着体４６から軸方向に分岐または分離しており、図１２の円１２２によって示されるように、軸方向の空隙が、接触表面５８と６０の間に生じる。また、摺動式固定部材６８が摺動して下側装着体４６から軸方向に離れるとき、これまで下側横歯リング１００を遮断位置に維持していた軸方向の固定力は除去される。したがって、下側横歯リング１００は、引張ばね１１０の影響下で回転し、摺動して図１２に示される非遮断位置に軸方向になることが可能にされる。非遮断位置では、下側横歯リング１００の歯は、回転して上側横歯リングの相互係止または噛み合い位置になり（横歯リング９８および１００の歯は回転して歯と根元を突き合わせて係合し）、それにより、横歯リング９８および１００は、軸方向に収縮しまたは畳まれ、隙間増幅装置６６の有効な軸方向高さは低減される。この方法において、軸方向の空隙増幅装置６６は、図１２に円１２４によって示されるように、下側横歯リング１００と円錐台形の接触表面６０の間に追加の軸方向の隙間をもたらして装着体４４と４６の間の利用可能な軸方向動作の範囲を増大させる。１つの実施形態では、この追加の軸方向の隙間は、約０．３１８ｃｍ（０．１２５インチ）の軸方向長さを有することができ、これは一般的な意味では相対的に小さいが、装着体４４および４６の相対的な軸方向動作に利用可能な隙間幅の３倍を上回る増大に相当し得る。

[0038]厳密な意味では、下側横歯リング１００は、比較的大きい軸方向の変位が装着体４４と４６の間に起こった場合でも、依然として当接し、上側装着体４４が図１２に示される非遮断位置に軸方向移動することを妨げる。これを考えると、用語「非遮断」は、本明細書では、比較の意味で使用されて、横歯リング１００（または軸方向の空隙増幅装置内に含まれた同様の移動可能な部材）が、「非遮断」位置では遮りがより小さく、それによって遮断位置と比べて、装着体４４と４６の間のより大きい範囲の軸方向動作を可能にすることを示していることが理解されよう。図１１および図１２には示されていないが、発射ロック組立体４２は、１つまたは複数の軟質の止め特徴を装備して、非遮断位置（図１２）に回転する際に下側横歯リング１００のスナップアクションによって生み出されたいかなる衝撃力も低減することができる。

[0039]こうして前述は、多点振動分離システム内で使用するのに適した発射ロック組立体の例示的な実施形態を提供してきた。発射ロック組立体は、少なくとも１つの軸方向の空隙増幅装置を含み、この装置は、解放可能な固定装置の作動時に隣り合う装着体を分離させることによって作り出された空隙の軸方向幅を増大させて、第１と第２の装着体の間の軸方向動作の利用可能な範囲を増大させ、それによってシステム分離装置に、作動すべき範囲にわたってより大きな変位範囲をもたらす。上述のように、軸方向の空隙増幅装置は、上述のタイプのボルト伸張式固定装置と共に使用するように特に良好に適合されているが、軸方向の空隙増幅装置の実施形態はまた、他のタイプの解放可能な固定装置と共に使用されてもよい。好ましい実施形態では、空隙増幅装置は、少なくとも２つの歯付きまたは胸壁付き摺動部材（たとえば横歯リング）を含み、これらの部材は、通常、軸方向に畳まれる位置に向かって偏倚される、軸方向に拡張された位置に存在し、前負荷がかけられて、解放可能な固定装置が作動するまで摺動部材を軸方向に拡張された位置に維持する。

[0040]少なくとも１つの例示的な実施形態が、前述の発明を実施するための形態で提示されてきたが、膨大な数の変形形態が存在することを理解されたい。また、１つの例示的な実施形態または複数の例示的な実施形態は、例にすぎず、本発明の範囲、適用性、または構成をいかなる方法でも限定するものではないことも理解されたい。そうではなく、前述の発明を実施するための形態は、当業者に本発明の例示的な実施形態を実施するための好都合な指針を与えるものである。さまざまな変更が、付属の特許請求の範囲に記載された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に加えられてよいことが理解されよう。

２０振動分離システム
２２ペイロード
２４宇宙機
２６振動分離装置
２８ペイロード支持構造体
３０装着接合面
３２装着ブラケット
３４発射ロック組立体
３６第１の装着体
３８第２の装着体
４０空隙
４２発射ロック組立体
４４上側装着体
４６下側装着体
４８円周方向のフランジ
５０締結具開口部
５２空洞
５４空洞
５６下側終点端壁
５８第１の接触表面
６０第２の接触表面
６２内側環状突起部
６４解放可能な固定装置
６６軸方向の空隙増幅装置
６８摺動式固定部材
７０ボルト
７２ボルト伸張アクチュエータ
７４縦長の管状本体
７６キャップ
７８キー
８０ボルト頭部
８２ナット
８４固定表面
８６「逓減型の」中間部分を有する構造
８８ＳＭＡコア
９０回路加熱器
９２座金
９６窓
９８上側横歯リング
１００下側横歯リング
１０２上側横歯リングの環状本体
１０４上側横歯リングの歯
１０６下側横歯リングの環状本体
１０８下側横歯リングの歯
１１０引張ばね
１１２軸方向突起部
１１４取付けフランジ
１１６段
１１８突起部またはボス
１２０開口部またはピン穴
１２２、１２４円

Claims

第１および第２の装着体（３６、３８、４４、４６）と、
通常、前記第１および第２の装着体（３６、３８、４４、４６）を固定式係合状態に維持し、作動時、前記第１および第２の装着体（３６、３８、４４、４６）を固定式係合から解放して前記装着体間の相対的な軸方向動作を可能にする、解放可能な固定装置（６４）と、
通常、前記第１と第２の装着体（３６、３８、４４、４６）の間の相対的な軸方向動作を遮る遮断位置にある、軸方向の空隙増幅装置（６６）であって、前記第１および第２の装着体（３６、３８、４４、４６）が固定式係合から解放されたときに非遮断位置に移動して、前記第１と第２の装着体（３６、３８、４４、４６）の間の軸方向動作の範囲を増大させる、軸方向の空隙増幅装置（６６）とを備える、発射ロック組立体（３４、４２）。
前記解放可能な固定装置（６４）が、
通常、前記第１および第２の装着体（３６、３８、４４、４６）を固定式係合状態に維持する軸方向に伸張可能なボルト（７０）と、
前記軸方向に伸張可能なボルト（７０）の近位にある形状記憶合金のアクチュエータ（７２）であって、作動時、前記軸方向に伸張可能なボルト（７０）を、軸方向に伸張させて前記第１および第２の装着体（３６、３８、４４、４６）を固定式係合から解放する、アクチュエータとを備える、請求項１に記載の発射ロック組立体（３４、４２）。
前記軸方向の空隙増幅装置（６６）が、
第１の横歯リング（９８）と、
第２の横歯リング（１００）であって、通常、前記第２の横歯リング（１００）の歯（１０８）および前記第１の横歯リング（９８）の歯（１０４）が先端同士を突き合わせた係合状態である、第１の位置に存在し、前記第１の横歯リング（９８）に対して摺動して、前記第２の横歯リング（１００）の前記歯（１０８）および前記第１の横歯リング（９８）の前記歯（１０４）が根元と先端を突き合わせた係合状態である、第２の位置になることできる、第２の横歯リング（１００）と、
前記第２の横歯リング（１００）と前記解放可能な固定装置（６４）の間に結合された複数のばね（１１０）であって、前記第２の横歯リング（１００）を、前記第２の位置に対応する回転方向および軸方向に偏倚する、複数のばねと（１１０）を備える、請求項１に記載の発射ロック組立体（３４、４２）。