JP7066733B2 - 相互連結される２つの要素の接続及び線形分離のための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、事前に堅固に接続されている第１の要素と第２の要素とを可能な限り円滑に線形分離させることに関する。好ましくは、本発明は、ミサイル、宇宙探査機、さらには航空機の段状物体（すなわち、段状物とペイロードと）を、ペイロードが投下される場合に互いに分離させるためのスペースランチャに適用される。この分離の目的は、ペイロードが搭載された組立体の重量を低減すること、すなわち、ペイロードの投下である。これらの適用は、破損し易い物体、例えば衛星を、これらの物体の接続部が多大な機械的負荷（例えばランチャによる推進中の）を受けた状態で分離しなければならないことにより特徴付けられる。

図１Ａ及び図１Ｂは、ランチャの２つの要素１と２との前記分離の原理を示す。第１要素１は、好ましくはｎ段目の要素、好ましくは第１のエンジン段である。第２要素は、ｎ＋１段目の要素であり、第２のエンジン要素、すなわち、ペイロード（実際の搭載物）、例えば衛星である。従って、ランチャの軸における線形分離は、第２要素のベース部を劣化させずに行われなければならず、その場合、第１要素１を、前記２つの要素（要素１と要素２）の接続位置における要素１の表面を劣化させずに回収することが望ましい。

現状技術において、接続‐分離システムは、主に、以下の４つのタイプである。すなわち、
１）構造物をボルト締め及びリベット締めにより接続し、そして、局所溶融により火工切断する。これらのシステムは、その動作時にデブリ物質を放出させる。これに加えて、切断により構造物に大きな衝撃が生じ、この衝撃が、ランチャのペイロードを損傷させ得る。

特許文献１が、このような方法の実施例を示している。

２）構造物をリベット締めにより接続し、そして、火工要素の変形による破断により火工切断する。この方法は最も採用されており、デブリは発生させないが、非常に大きい衝撃を生じる。

３）火工ボルト締めにより接続し、そして、ナットを破断又は分裂させる。このタイプの方法は、上記２つの方法よりも、生じる衝撃がかなり少ないが、１つの要素から他の要素に力を伝達するために複数のボルトを必要とし、従って、含まれる装置の個数により、故障の危険性が高い。

４）ストラップによる接続、及び、火工ボルトによるこれらの接続の断裂。このタイプの方法では、２つの要素間において高い応力の伝達ができず、また、ランチャの直径が大き過ぎて対応できない。またこの場合、応力の解放時に重大な衝撃を構造物にもたらす。

さらに、図２Ａ、２Ｂ及び図２Ｃに示されているように、接続要素１３が内壁１４に切断リング２０を含む装置及び方法が知られている。前記切断リングは主に本体２１から構成され、本体２１はリング状で、その外径側にて開放されている。本体２１には、発熱性材料２２、すなわち、テルミットなどの発熱体が充填されている。用語「テルミット」は、詳細にはナノテルミットも含む。

図２Ｂを参照すると、火工物質から成る材料２２が発火すると急激な昇温を生じ、この昇温は、前記材料２２に面して配置された接続要素１３の一部が溶融するまで続く。接続要素１３の前記部分をその融点まで加熱すると、前記接続要素１３が２つの部分に分離される。これらの２つの部分が、図２Ｃに、上側部分１３Ａと下側部分１３Ｂとして示されている。切断リング２０は、その縁部２０Ａの１つにより、接続要素１３の壁１４に予め取り付けられていた。従って、接続要素１３の２つの部分である下側部分１３Ｂと上側部分１３Ａとが分離した後、切断リング２０は、２つの部分の一方（この場合は、接続要素１３の下側部分１３Ｂ）に固定されたままである。実際、航空機ランチャでの使用において、切断リング２０は、下側の段（航空機の飛行を続行せずに地上に落下する）に固定されたままになるように選択される。これにより、飛行を続行する構造物が必要以上に長時間昇温することを防止できる。

一般的に、前記技術の現況において、前記接続‐分離方法から派生するシステムは多くの場合、分離後にランチャの外形上にアスペリティ（凸凹）が残る特徴を有する。

仏国特許第２９４７８０８号明細書

本発明の目的は、上記の欠点を改善することである。

この目的のために、本発明の第１の主な目的は、接続手段により互いに線状に接続され、且つ確実に分離されなければならない２つの要素、すなわち第１要素と第２要素とを接続及び線形分離するための装置であって、前記分離が前記接続手段を昇温させることにより行われ、前記昇温が遠隔的にトリガーされ、
－前記第１要素と前記第２要素との間の前記接続手段と、
－発熱性材料、前記接続手段の付近に配置された、すなわち、前記接続手段の昇温を可能にするように配置された熱発生器と、
－前記発熱性材料を遠隔的に火工トリガーするための手段と、を備えている前記装置である。

本発明によれば、前記装置において、
－前記発熱性材料は、前記第１要素と前記第２要素との間に配置されている管内に配置され、
－前記接続手段は、前記管と前記第１要素及び前記第２要素との間に配置された接着剤から構成されている。

前記装置の主要な実施形態において、前記接着剤は、前記管並びに前記第１要素及び前記第２要素に対して断熱性の接着剤である。

前記装置の特定の実施形態において、前記管を前記第１要素上に保持するためのリテーナシステムが設けられている。

好ましくは、前記リテーナシステムは金属製である。

前記装置の主要な用途において、前記第１要素は、宇宙船により担持される前記第２要素のキャリア段（担持する段）である。

本発明の好ましい実施形態において、前記発熱性材料は、テルミットと金属間化合物との混合物である。

本発明の別の主な目的は、接続手段により一時的に互いに線状に接続されることを意図され、且つ確実に分離されなければならない２つの要素、すなわち第１要素と第２要素とを接続及び線形分離するための方法であり、前記分離は、前記接続手段を全体的に迅速に、且つ部分的に昇温させることにより行われ、前記昇温は遠隔的にトリガーされる。

本発明によれば、前記方法は、
－前記第１要素と前記第２要素とを接着剤により接続するステップと、
－電気制御接続により活性化される発熱性材料、すなわち熱発生器を、前記第１要素と前記第２要素との間の、前記接着剤の中間に配置されている管内に配置するステップと、
－前記接着剤の迅速な昇温を生じさせるために、及び、前記第１要素と前記第２要素との分離を得るために、前記発熱性材料を火工トリガーするステップと、を含む。

本発明及びその技術的な特徴は、複数の添付図面と共に非限定的な例として提示される以下の説明を読むことにより、より良好に理解されよう。

航空機ランチャの２つの要素の分離を示す図である。 航空機ランチャの２つの要素の分離を示す図である。 先行技術の装置の動作原理を示す。 先行技術の装置の動作原理を示す。 先行技術の装置の動作原理を示す。 航空機ランチャに適用される本発明による装置の配置を示す図である。 本発明による装置及びその動作を示す図である。 本発明による装置及びその動作を示す図である。 本発明による装置及びその動作を示す図である。 本発明による装置及びその動作の優先的な実施に関する図である。 本発明による装置及びその動作の優先的な実施に関する図である。 本発明による装置及びその動作の優先的な実施に関する図である。

図３は航空機ランチャを示しており、ランチャは、プロペラを備えた第１のキャリア段１を有する。キャリア段１は、その上部より上に、軌道に投入される部分、すなわち、上側の段を搭載している。拡大図を示すボックスに、航空機ランチャの前記２つの要素の間の接続部が配置されている様子が示されている。

図４Ａは、第１要素１と第２要素２とが、接続手段を象徴的に矩形で示した部分により分離されている状態の断面を概略的に示す。前記接続手段は、発熱性材料５を収容している管を含む。好ましくは、前記発熱性材料は、テルミットと１以上の金属材料との混合物、すなわち、金属間組成物である。

テルミットは、ナノテルミットであってもよい。

管４が、特に第１要素１及び第２要素２に接触して配置された上部及び下部において、接着剤３により取り囲まれている。従って、接着剤３は、前記第１要素１と前記第２要素２との間の接合及び保持を提供し、この接合は密閉的である。

接着剤３は、例えば、ＲＥＳＣＯＬＬ社により開発されたＩＮＤＡＲプロセスにより得られる接着剤であり、又は、ＥＡ９３９５タイプの接着剤でもよい。

図４Ｂを参照すると、所与の瞬間に、発熱性材料がトリガー手段により火工的に発火される。このトリガー手段は、第１要素１と第２要素２との接続部に対して遠隔的に配置されており、発熱材料５に電気接続を用いて作用する。発熱性材料の少なくとも一部の非常に迅速な昇温が生じ、従って、接着剤を溶融させるのに十分な温度に急速に到達する。当然、管４は融点を有さねばならず、この融点は、前記トリガー中の管４の完全性及び温度上昇を保証するための融点であり、尚且つ、接着剤をその炭化まで昇温させることを可能にし、従って接着剤の、第１要素１と第２要素２との接続作用を無効にする。こうして、前記第１要素と第２要素とは分離される。

図４Ｃは、前記分離を示し、第１要素１は接続手段の残りの部分（すなわち、具体的には管４）を保持している。従って、第２要素２は第１要素１から分離されている。従って、航空機の２つの段、特には、第１要素１から成る第１のキャリア段と、宇宙に向かって上昇し続けなければならない、第２要素２から成る第２の段との分離が行われ得ることが理解されよう。

前記機構において、全体的な力が、接着された接続部及び金属管４を介して伝達され、従って、これらの部品は、この伝達に応じた寸法につくられる。図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃにおいて、第１要素１と第２要素２とが、航空機の２つの段の間に中間リング（すなわち、前記２つの段の間の中間接続部から成る）を形成し得ることに留意されたい。

発明の好ましい実施形態において、接続手段の第１要素１に、特には管４に、リテーナシステムが、火工トリガーの後に提供される。

図５Ａ、５Ｂ及び図５Ｃの軸方向断面の半図を参照すると、本発明の特定の実施形態は以下の通りである。

第１要素１及び第２要素２が拡大端を有する。前記第１要素及び第２要素における一端面に接着剤３が配置され、接着剤３は、発熱性材料５で充填された管４を、完全に又は少なくとも部分的に取り囲んでいる。

図５Ｂに示されているように、発熱性材料５の発火により、接着剤３の昇温及び融解又は炭化が生じる。

リテーナシステム６は、第１要素１に取り付けられ、且つ、少なくとも管４を取り囲んでいる。

好ましくは、リテーナシステム６は、接着剤３を通過させるためのアパーチャを含む。

図５Ｃに示されているように、火工トリガーの後、第１要素１と第２要素２とが分離される。リテーナシステム６は、依然として、第１要素１により保持されている管４を取り囲んでいる。前記リテーナシステムを、第１要素１及び第２要素２と同様に環状の管４の全周を取り囲む金属フィルムから構成することが提案される。前記リテーナシステム６は、発熱性材料により放出される熱に耐えるために、高い融点を有さなければならない。リテーナシステム６の融点及び管４の融点は、具体的には、接着剤３の融点よりも高い。

前記接着剤に関し、テルミットの選択は、使用される接着剤、及び、管を構成するために使用される材料の特徴に応じて行われ得る。

或いは、リテーナシステム６は、接着剤３と接触している管の部分の間にそれぞれ配置された管４の側方領域に直接取り付けられてもよい。

すなわち、本発明は、接続手段により互いに線状に接続された第１要素１と第２要素２とを含む組立体に関し、この組立体は、前記接続手段と、発熱性材料と、当該発熱性材料を遠隔操作で火工トリガーするための手段とを含み、
－発熱性材料５は管４内に配置され、管４は、第１要素１と第２要素２との間に配置され、
－接続手段は、管４と、第１要素１及び第２要素２の各々との間に配置された接着剤３から構成されている。

従って、本発明による第１要素と第２要素との一時的接続のための方法は、
－発熱性材料を、当該発熱性材料を遠隔操作で火工トリガーするための手段を備えた管内に配置するステップと、
－管と第１要素との間に、及び、管と第２要素との間に、接着剤を挿入して、当該接着剤により第１要素及び第２要素の各々が管に取り付けられるようにするステップと、から成る。

上述の一時的接続の方法により事前に接続された（従って、上述のタイプの組立体を形成していた）第１要素と第２要素を分離させる方法は、発熱性材料５を火工トリガーするステップから成り、このステップは、発熱性材料５の昇温が接着剤３の昇温を、前記接着剤３の融解又は炭化のために、そしてそれにより、第１要素１と第２要素２との相互分離を生じさせるように行われる。

本発明による装置及び方法は、軍事分野だけでなく民間分野でも使用され得る。本発明が、機器、特に第２要素の耐久性に不可欠な、火工衝撃レベルの低減、或いは排除も可能であることに留意されたい。

第１要素と第２要素との間に金属接続手段を使用しないことにより、火工トリガー後の溶融又は非溶融金属デブリの生成を防止できる。

Claims (7)

1. 接続手段により互いに線状に接続され、且つ確実に分離されなければならない２つの要素、すなわち第１要素（１）と第２要素（２）とを接続及び線形分離するための装置であって、前記分離が前記接続手段を昇温させることにより行われ、前記昇温が遠隔的にトリガーされ、
   －前記第１要素（１）と前記第２要素（２）との間の前記接続手段と、
   －発熱性材料（５）であって、前記接続手段の付近に配置された熱発生器と、
   －前記発熱性材料（５）を遠隔的に火工トリガーするための手段と、を備えている前記装置において、
   －前記発熱性材料（５）が、前記第１要素（１）と前記第２要素（２）との間に配置されている管（４）内に配置され、且つ
   －前記接続手段が、前記管（４）と前記第１及び第２要素（１，２）の各々の間に配置された接着剤（３）から構成されていることを特徴とする、装置。
2. 前記接着剤（３）が、前記管（４）並びに前記第１及び第２要素（１，２）に対して断熱性の接着剤であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記管（４）を前記第１要素（１）上に保持するためのリテーナシステム（６）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 前記リテーナシステム（６）が金属製であることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 宇宙船に用いられ、前記第１要素（１）が、担持する段に対応し、前記第２要素（２）が、担持される段に対応することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
6. 前記発熱性材料が、テルミットと金属間化合物との混合物であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
7. 接続手段により一時的に互いに線状に接続されることを意図され、且つ確実に分離されなければならない２つの要素、すなわち第１要素（１）と第２要素（２）とを接続及び線形分離するための方法であって、前記分離が前記接続手段を昇温させることにより行われ、前記昇温が遠隔的にトリガーされる方法において、
   －前記第１要素（１）と前記第２要素（２）とを接着剤（３）により接続するステップと、
   －電気制御接続により活性化される発熱性材料（５）、熱発生器を、前記第１要素（１）と前記第２要素（２）との間の、前記接着剤の中間に配置されている管（４）内に配置するステップと、
   －前記接着剤（３）の迅速な昇温を生じさせるために、及び、前記第１及び第２要素（１，２）の分離を得るために、前記発熱性材料（５）を火工トリガーするステップと、を含むことを特徴とする、方法。

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