WO2014083213A1 - Dispositivo simulador de un flujo de gas y procedimiento de utilización del mismo - Google Patents

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WO2014083213A1
WO2014083213A1 PCT/ES2012/070841 ES2012070841W WO2014083213A1 WO 2014083213 A1 WO2014083213 A1 WO 2014083213A1 ES 2012070841 W ES2012070841 W ES 2012070841W WO 2014083213 A1 WO2014083213 A1 WO 2014083213A1
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valve
combustion chamber
combustion
reagents
pressure
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PCT/ES2012/070841
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Inventor
Alberto Mansilla Gallo
Andrés MELGAR BACHILLER
Alberto REGIDOR GONZÁLEZ
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Fundación Cidaut
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C3/00—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D91/00—Burners specially adapted for specific applications, not otherwise provided for
    • F23D91/02—Burners specially adapted for specific applications, not otherwise provided for for use in particular heating operations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/03005—Burners with an internal combustion chamber, e.g. for obtaining an increased heat release, a high speed jet flame or being used for starting the combustion

Definitions

  • the present invention belongs to the field of airbag generators, particularly in the dispositi ⁇ vos and procedures that simulate operation.
  • Said invention is a gas flow simulator device and its method of use, said device reproduces all or some of the temporary fluid dynamics variables of pressure, mass flow and / or temperature, and comprises a combustion chamber with an opening, in said introducing a reacti camera ⁇ vos and ignition means which act on the same to start the combustion process, it said combustion chamber being connected, via a valve, with means for receiving the combustion gases.
  • valve in connection with the combustion chamber, reagent introduction means are arranged, and the valve is reversible and ultrafast opening, which comprises a body for actuation by means of actuation thereof and a head that makes the closure on a seat chamber combus ⁇ agement.
  • the procedure for using the airbag generator simulator device comprises the following steps:
  • a particular airbag generator is characterized by its three main thermodynamic variables that are the mass flow of the expelled gas, the temperature and the pressure thereof. In this way, the simulator device must reproduce these three variables in time.
  • PCT / CA2008 / 001556 patent discloses a disposi ⁇ tive simulating an airbag generator and consists of a pressurized boiler with cold gas and a valve opening flash.
  • the main disadvantage of this device is that only adjusts the time curve of pressure in the tank test, and even approxi ⁇ ma temperature.
  • the present invention is charac terizada established and in the independent claims, mien ⁇ after the dependent claims describe other characteristics of the same.
  • the object of the invention is a device that simulates a gas flow.
  • the technical problem is to solu- nar said simulated gas flow play some or all of the three variables fluidodynamic season them ⁇ main airbag generators: mass flow, temperature and gas pressure which expels the generator and inflating the bag of the airbag, in time.
  • the present invention relates to a simulator device a gas flow comprising a chamber combus ⁇ agement in which reagents are introduced, and an opening through which exhaust gases are expelled of combustion
  • the device also provides means of introducing the reactants into the chamber combus ⁇ agement.
  • dispo nen ignition means acting in said combustion chamber to start the combustion process of the reactants, and a valve to control the flow of combustion gases through the aperture, where they are expelled towards reception means.
  • the valve is reversible and ultra-fast opening, less than 100 ms, and comprises a body for actuation by means of actuation thereof and a head that closes on a combustion chamber seat.
  • the valve opening ⁇ refers to movi ment thereof, from start to move until its fully open passage area of the gas flow. In said movement, in its beginning when the valve begins to open and create the gas flow area, it is very large due to the great pressure inside the chamber, subsequently decreasing said flow until the valve fully opens.
  • the invention also relates to a proce ⁇ tion of using a device simulator gas flow as described comprising the following steps:
  • Mass flow curves are known, tempera ture and pressure ⁇ media in real time which are to reproduce the invention.
  • the technical problem is solved as is reproductiv ⁇ cen one or all of the three time for fluid dynamics main generators airbag: mass flow, temperature and gas pressure expels the generator and that inflates the airbag bag.
  • An advantage of this invention is that the mode of action is more accurate than with the use of conventional airbag modules, as these have a high dispersion and are not configurable, while the device utili ⁇ Zado according to the procedure to configure and change their variables in a simple and precise way.
  • Figure 1 shows a profile view ⁇ sec tioned simulator device wherein the means for introducing the reactants and means igni- tion are arranged on a wall of the combustion chamber and the opening of the chamber and the valve in a wall opposite the first.
  • Figure 2 shows a profile view of the sec- tioned simulator device wherein the means for introducing the reactants and means igni ⁇ are arranged in a side wall of the combustion chamber relative to the wall in which they have the opening of the chamber and the valve, forming the side walls and one of the walls adjacent to them a single piece.
  • FIG. 3 shows a variant of disposi ⁇ tive of Figure 1, in which the components of the reagents arranged separately flow into a single duct that connects to the camera by a wall late ⁇ ral the same as in Figure 2, the camera is tempered and the means of reception are a tank or a bag.
  • FIG. 4 shows a variant of disposi ⁇ tive of Figure 3, in which the conduit is connected to the camera on a wall of the combustion chamber opues ⁇ ta to the wall with the opening of the chamber and the valve, as in Figure 1, and includes a conduit and a nozzle between the combustion chamber and the receiving means.
  • FIG. 5 shows a variant of disposi ⁇ tive of Figure 4 wherein the receiving means is the outside environment.
  • FIG. 6 shows a variant of disposi ⁇ tive of Figure 3, wherein the conduit through which the reactants are introduced into the combustion chamber flows into the opening of said chamber.
  • Figure 7 is a diagram of a detail of a variant of the means for introducing the reagents in which the components thereof are introduced through different conduits and through a different chamber wall where the opening thereof is located. and the valve
  • Figure 8 is a schematic of a detail of a variant of the means for introducing the reagents in which the components thereof are introduced through different conduits leading to the combustion chamber opening.
  • the present invention is a ⁇ dor simulates a gas flow that reproduces all or some of the temporary pressure for fluid dynamics, mass flow and / or temperature device.
  • said device comprises a combustion chamber (1), in which reagents (3,4) are introduced, once inside, ignition means (5) initiate the combustion process of the reagents (3 , 4) in said combustion chamber (1).
  • This ignition causes combustion which resul ⁇ Tado are gases at high pressure and temperature, which are ejected through an opening (1.1) of said combustion chamber (1), to receiving means (7).
  • the combustion chamber (1) means for introducing the reagents (2) are arranged.
  • the reactants are more simply a fuel (3), otherwise the reagents are composed of a fuel (3) and a oxidizer (4).
  • Figures 1 and 2 represent the simplest form of fuel only (3). In renderings ⁇ tions of other shapes can be used both compo ⁇ nents, fuel (3) and oxidant (4) or shut off the oxidizer (4), by for example a key, and thus only introducing a fuel (3) .
  • the option is shown that the fuel tanks (3) and oxidizer (4), both components being the ones that form the reagents, and means for measuring the pressure (8) and the temperature ( 9) are arranged inside the chamber combus ⁇ fumes (1) and / or in the media itself introduction of the reactants (2).
  • the passage is not completely open and free, but a valve (6) is provided to regulate the passage of the combustion gases towards the receiving means (7).
  • the valve (6) is reversibly opening and ⁇ trarrápida ul. It is flash because the valve opening is performed in less than 100 ms, having com ⁇ proven particularly good results in less than 50 ms, being optional also be opened for a shorter partial opening 10 ms which is the time in which the maximum mass flow is obtained. It is reversible because unlike the valves of conventional airbag devices, which are diaphragm membranes to break at a certain pressure, it allows operated by performing a movement and this can also be done in reverse, reverse way or rever ⁇ so the first, so go to your starting position and reused again.
  • This configuration of the device allows the passage of gases at very high temperature and very low tempera ture ⁇ in a wide temperature range between 3000 ° C and -200 ° C.
  • the valve (6) comprises a body (6.1) for its actuation by means of actuation thereof (10) and a head (6.2) which closes on a seat (1.2) in the chamber of combustion (1).
  • the body (6.1) of the valve (6) optionally, is a cylindrical stem and the head (6.2) thereof is a cone trunk whose minor base is connected to said stem (6.1), in this way the seat (1.2) will have the negative shape of the cone trunk in order to guarantee a seal as close as possible between the head (6.2) and the seat (1.2).
  • Stroke ⁇ ment of the valve (6) are placed to know its time displacement, velocity and acceleration. Two of these magnitudes are obtainable from one of them because, as is known, some are merely derivatives or other integrated ⁇ tions.
  • the preferred actuation means (10) of the valve (6) are a hydraulic device, pneumatic or electromechanical
  • the combustion chamber (1) is cylindrical or prismatic in shape, being a base (1.4) thereof where the ignition means (5) are arranged, the reagent introduction means ( 2), optionally the means for measuring the pressure (8) and the temperature (9) inside it if any, and on the other base (1.5) the opening (1.1) and the valve (6) are arranged ), as in Figure 1.
  • Figure 6 is that the ignition means (5) and reagent introduction means (2) are arranged in the same base (1.5) as the opening (1.1) and the valve (6).
  • a variant of this option is that a base (1.5) of the chamber (1) and its side wall (1.3) be a single piece, thus forming a "U" section, as shown in Figure 2.
  • This simple configuration to produce correspondingly robust device for avoiding joints between parts are always Laborio ⁇ sas and susceptible to leakage when the pieces form a single assembly.
  • the option of ro ⁇ deando to the side wall (1.3) of the chamber combus ⁇ fumes (1) shows means tempering (14) are arranged, such as a shirt that can contain a fluid or other Type of elements, such as an electrical resistor. With tempering it is possible to increase the thermal inertia of the combustion chamber (1) and thus achieve that there are the minimum temperature variations within it between some uses and others.
  • reagents (2) In relation to the means of introduction of reagents (2), they comprise means for introduc ⁇ each component: one for combustion (2.1), when present, and other for fuel (2.2). It has been found advantageous that the combu ⁇ ent can be arranged by adjusting a low flow rate and one on top of it, which means introduction of oxidizer (2.1) in turn comprising a regulator low flow (2.11) and a regulator high flow rate (2.12), as shown in the figures.
  • the way to introduce the reagents in the AC ⁇ camera (1) is carried out using two options: the means of introducing the reactants (3,4), such as fuel (2.2) and the oxidizer (2.1), when any, flow into a duct (2.3) only, whereby the reactants are introduced into the chamber combus ⁇ fumes (1), 1 to 6, or the reactants, when there are two: fuel (3) and oxidizer (4), are introduced into the combustion chamber (1) through different ducts: the fuel (3) through a duct (2.4) and the oxidizer (4) through a different duct (2.5), figures 7 and 8.
  • the reactants such as fuel (2.2) and the oxidizer (2.1)
  • the reactants when there are two: fuel (3) and oxidizer (4), are introduced into the combustion chamber (1) through different ducts: the fuel (3) through a duct (2.4) and the oxidizer (4) through a different duct (2.5), figures 7 and 8.
  • the conduits (2.3,2.4,2.5) through which the reagents are introduced into the combustion chamber (1) can, alternatively, lead to the opening (1.1) of said chamber (1), figures 6 and 8, for which they pass through the receiving means (7) through a hole or holes that act as a seal.
  • this place can be any of the chamber (1).
  • several options are shown, as in Figures 1, 4 and 5 where said ducts (2.3,2.4,2.5) are arranged in a wall opposite the wall where the valve (6) and the chamber opening (1.1) are arranged. Instead, in Figures 2 and 3, they are arranged in a side wall adjacent to the wall in which the valve (6) and the chamber opening (1.1) are arranged. And in figures 6 and 8 they are arranged on the same wall.
  • means for measuring pressure (8) and temperature (9) can be placed in the reagent introduction means (2) and / or inside the combustion chamber ⁇ tion (1).
  • the pressure measuring means (8) inside the combustion chamber (1) can consist of a static pressure probe and a dynamic pressure probe, thus measuring the chamber (1) under conditions static and also when the gases are in motion, dynamic conditions.
  • the temperature measuring means (9) can be a temperature probe.
  • the means for measuring the pressure in the receiving means may be a probe of static pressure and dynamic pressure probe ca and temperature (16) probe temperatu ⁇ ra.
  • a conduit (12) leading the gases to said reception means (7) may be provided between the combustion chamber (1) and means of recep ⁇ (7).
  • the receiving means (7) may be a closed tank, a bag airbag or the external environment, as the device is used to calibrate or fire, as explained in the proce ⁇ dure below. So, to calibrate the device, in the tank
  • the method of using a simulator dispositi ⁇ vo gas flow as described comprises the following steps:
  • valve (6) actuate the valve (6) by means of the actuation means (10) of said valve (6), so that the gases pass through the opening (1.1) of the chamber of combustion (1).
  • the simulator device is calibrated.
  • stage a For the calibration of the device, the following steps are followed before stage a:
  • Reagents (3,4) can be formed by components in any state, for example, both may be gaseous, or the oxidizer (4) gaseous fuel and (3) do ⁇ Liqui state or the oxidizer (4) in the gaseous state and the fuel (3) in the solid state forming a tablet, etc.
  • the diffuser of the airbag module to be simulated can be placed after the nozzle (11) or replacing it.

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Abstract

Dispositivo simulador de un flujo de gas que reproduce al menos una de las variables fluidodinámicas temporales de presión, flujo másico y temperatura, que comprende una cámara de combustión con medios de ignición, estando la misma conectada, mediante una válvula, con unos medios de recepción de los gases de la combustión. Además, en la cámara de combustión se disponen unos medios de introducción de unos reactivos, y la válvula es de apertura ultra-rápida y reversible, con un cuerpo accionado mediante unos medios de accionamiento y una cabeza que hace el cierre sobre un asiento de la cámara de combustión. En el procedimiento de utilización del dispositivo se produce la combustión de los reactivos, expulsando los gases resultantes de la misma mediante la apertura de la válvula.

Description

DISPOSI TIVO SIMULADOR DE UN FLUJO DE GAS Y PROCEDIMIENTO
DE UTILIZACIÓN DEL MISMO
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se engloba en el campo de los generadores de airbag, en concreto en los dispositi¬ vos y procedimientos que simulan su funcionamiento.
Dicha invención son un dispositivo simulador de un flujo de gas y su procedimiento de utilización, dicho dispositivo reproduce todas o algunas de las variables fluidodinámicas temporales de presión, flujo másico y/o temperatura, y comprende una cámara de combustión con una abertura, en dicha cámara se introducen unos reacti¬ vos y medios de ignición que actúan en la misma para iniciar el proceso de combustión, estando dicha cámara de combustión conectada, mediante una válvula, con unos medios de recepción de los gases de la combustión.
Además, en conexión con la cámara de combustión se disponen medios de introducción de los reactivos, y la válvula es de abertura reversible y ultrarrápida, la cual comprende un cuerpo para su accionamiento mediante medios de accionamiento de la misma y una cabeza que hace el cierre sobre un asiento de la cámara de combus¬ tión .
El procedimiento de utilización del dispositivo simulador de generador airbag comprende las siguientes etapas :
a . -establecer la cantidad de cada uno de los componen¬ tes de los reactivos,
b . -introducir los reactivos en la cámara de combustión mediante los medios de introducción de los mismos en la cámara de combustión,
c. -accionar los medios de ignición para iniciar el proceso de combustión,
d. -accionar la válvula mediante los medios de acciona- miento de dicha válvula, para que los gases pasen a través de la abertura de la cámara de combustión.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Actualmente, en los vehículos se disponen dispo¬ sitivos de seguridad conocidos como airbags o módulos airbag, que incluyen un generador, sujeto a una carcasa, que expulsa un gas a una bolsa, tapada con una cubierta, que al desplegarse proporcionan una amortiguación para protección de los ocupantes.
En el I+D+i de sistemas airbag se hace necesario recurrir a pruebas experimentales de despliegue de airbags con el objetivo de diseñar, desarrollar, validar y optimizar sus prestaciones. Así, estas pruebas permi¬ ten estudiar el funcionamiento del sistema completo integrado dentro del sistema de retención del vehículo y también analizar las operativas de los elementos inde¬ pendientes: el saco o bolsa (su geometría, tejido cons- titutivo, permeabilidad, sus "straps", sus costuras desgarrables , válvulas de venteo, etc.), la cubierta (su material constitutivo, su definición geométrica para su rotura programada, etc.), la carcasa (su material cons¬ titutivo, sus requerimientos mecánicos para soportar el despliegue del airbag, etc.) .
Además, estos sistemas también tienen que su¬ perar controles de calidad en su producción.
Para todas estas pruebas experimentales resulta necesario contar con un generador de gas real para cada prueba. Estos generadores no siempre están disponibles, tienen un coste elevado, ofrecen cierta dispersión en su funcionamiento y no pueden ser configurados de forma sencilla para modificar su comportamiento.
Asi, existe la necesidad de disponer de un dis¬ positivo que simule de forma completa el flujo de gas generado por un generador de airbag y que permita eva¬ luar los módulos airbag o sus componentes en condiciones reales, sin necesidad del generador real. Además, seria deseable que pueda ser configurado de forma sencilla para que pueda reproducir una amplia gama de generadores de airbag. Y también seria positivo, que el sistema tuviera una mayor repetibilidad en su funcionamiento que la que ofrecen los generadores reales.
Un generador de airbag particular se caracteriza por sus tres variables termodinámicas principales que son el flujo másico del gas expulsado, la temperatura y la presión del mismo. De esta forma, el dispositivo simulador debe reproducir estas tres variables en el tiempo .
La patente PCT/CA2008/001556 expone un disposi¬ tivo que simula un generador de airbag y consiste en un calderin presurizado con gas frío y una válvula de apertura ultrarrápida. La desventaja principal de este dispositivo es que ajusta únicamente la curva temporal de presión en el ensayo de tanque, y ni siquiera aproxi¬ ma la temperatura.
También se conocen prototipos de generadores de airbag que incluyen una cámara de combustión donde se quema una mezcla de gases que es expulsada a través de las válvulas usuales de membrana. La desventaja de estos generadores es que se destruyen en cada utiliza¬ ción y no son configurables para poder cambiar sus variables y asi adaptarse a distintas configuraciones.
Para solventar la necesidad expuesta y solventar las desventajas mencionadas se propone el siguiente dispositivo simulador de un flujo de gas y su procedi¬ miento de utilización.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención queda establecida y carac terizada en las reivindicaciones independientes, mien¬ tras que las reivindicaciones dependientes describen otras características de la misma.
El objeto de la invención es un dispositivo que simula un flujo de gas. El problema técnico a solucio- nar es que dicho flujo de gas simulado reproduzca todas o algunas de las tres variables fluidodinámicas tempora¬ les principales de los generadores de airbag: flujo másico, temperatura y presión del gas que expulsa el generador y que infla la bolsa del airbag, en el tiempo.
A la vista de lo anteriormente enunciado, la presente invención se refiere a un dispositivo simulador de un flujo de gas que comprende una cámara de combus¬ tión en la que se introducen unos reactivos, y una abertura por la que se expulsan los gases de escape de la combustión.
En el dispositivo también se disponen medios de introducción de los reactivos en la cámara de combus¬ tión .
Asi mismo, en la cámara de combustión se dispo¬ nen medios de ignición que actúan en dicha cámara de combustión para iniciar el proceso de combustión de los reactivos, y una válvula para regular el paso de los gases de combustión a través de la abertura, por donde son expulsados hacia unos medios de recepción.
La válvula es de apertura reversible y ultrarr pida, menor a 100 ms, y comprende un cuerpo para su accionamiento mediante medios de accionamiento de la misma y una cabeza que hace el cierre sobre un asiento de la cámara de combustión.
La apertura de la válvula se refiere al movi¬ miento de la misma, desde que comienza a moverse hasta que abre totalmente su área de paso del flujo de gas. En dicho movimiento, en su comienzo cuando la válvula empieza a abrir y crear el área de flujo de gas, éste es muy grande debido a la gran presión dentro de la cámara, decreciendo posteriormente dicho flujo hasta que la válvula abre totalmente.
Asimismo, la invención se refiere a un procedi¬ miento de utilización de un dispositivo simulador de un flujo de gas según se ha descrito que comprende las siguientes etapas:
a . -establecer la cantidad de cada uno de los componentes que forman los reactivos,
b . -introducir los reactivos en la cámara de com- bustión mediante los medios de introducción de los mismos en la cámara de combustión,
c. -accionar los medios de ignición para iniciar el proceso de combustión,
d. -accionar la válvula mediante los medios de accionamiento de dicha válvula, para que los gases pasen a través de la abertura de la cámara de combustión.
Se conocen las curvas de flujo másico, tempera¬ tura media y presión en el tiempo reales que se quieren reproducir con la invención. Con el dispositivo expuesto y mediante el procedimiento de utilización citado se soluciona el problema técnico planteado pues se reprodu¬ cen una o todas de las tres variables fluidodinámicas temporales principales de los generadores de airbag: flujo másico, temperatura y presión del gas que expulsa el generador y que infla la bolsa del airbag.
Una ventaja de dicha invención es que la manera de actuar es más exacta que con el uso de módulos airbag habituales, pues éstos presentan una gran dispersión y no son configurables , mientras que el dispositivo utili¬ zado según el procedimiento descrito permite configurar y variar sus variables de una forma sencilla y precisa.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Se complementa la presente memoria descriptiva, con un juego de figuras, ilustrativas del ejemplo prefe- rente, y nunca limitativas de la invención.
La figura 1 representa una vista del perfil sec¬ cionado del dispositivo simulador en el que los medios de introducción de los reactivos y los medios de igni- ción se disponen en una pared de la cámara de combustión y la abertura de la cámara y la válvula en una pared opuesta a la primera.
La figura 2 representa una vista del perfil sec- cionado del dispositivo simulador en el que los medios de introducción de los reactivos y los medios de igni¬ ción se disponen en una pared lateral de la cámara de combustión respecto a la pared en la que se disponen la abertura de la cámara y la válvula, formando las paredes laterales y una de las paredes adyacentes a las mismas una única pieza.
La figura 3 representa una variante del disposi¬ tivo de la figura 1, en la que los componentes de los reactivos dispuestos por separado desembocan en un solo conducto que se conecta a la cámara por una pared late¬ ral de la misma como en la figura 2, la cámara está atemperada y los medios de recepción son un tanque o una bolsa .
La figura 4 representa una variante del disposi¬ tivo de la figura 3, en la que el conducto se conecta a la cámara en una pared de la cámara de combustión opues¬ ta a la pared con la abertura de la cámara y la válvula, como en la figura 1, e incluye un conducto y una tobera entre la cámara de combustión y los medios de recepción.
La figura 5 representa una variante del disposi¬ tivo de la figura 4, en donde los medios de recepción es el medio exterior.
La figura 6 representa una variante del disposi¬ tivo de la figura 3, en el que el conducto por el que se introducen los reactivos en la cámara de combustión desemboca en la abertura de dicha cámara. La figura 7 es un esquema de un detalle de una variante de los medios de introducción de los reactivos en la que los componentes de los mismos se introducen por conductos distintos y por una pared de la cámara diferente a donde se encuentran la abertura de la misma y la válvula.
La figura 8 es un esquema de un detalle de una variante de los medios de introducción de los reactivos en la que los componentes de los mismos se introducen por conductos distintos que desembocan en la abertura de la cámara de combustión.
EXPOSICION DE TALLADA DE LA REALIZACION PREFERENTE DE LA
La presente invención es un dispositivo simula¬ dor de un flujo de gas que reproduce todas o algunas de las variables fluidodinámicas temporales de presión, flujo másico y/o temperatura. En la realización aquí mostrada dicho dispositivo comprende una cámara de combustión (1), en la cual se introducen unos reactivos (3,4), una vez dentro, unos medios de ignición (5) inician el proceso de combustión de los reactivos (3,4) en dicha cámara de combustión (1) .
Esta ignición provoca la combustión cuyo resul¬ tado son gases a elevada presión y temperatura, los cuales son expulsados, a través de una abertura (1.1) de dicha cámara de combustión (1), hacia unos medios de recepción ( 7 ) .
En la cámara de combustión (1) se disponen medios de introducción de los reactivos (2) . En su forma más sencilla los reactivos son sólo un combustible (3), en otra forma los reactivos están compuestos por un combustible (3) y un comburente (4) . En las figuras 1 y 2 se representa la forma más sencilla de sólo combustible (3) . En las representacio¬ nes del resto de figuras se pueden utilizar ambos compo¬ nentes, combustible (3) y comburente (4), o bien cerrar el paso del comburente (4), mediante por ejemplo una llave, y asi sólo introducir un combustible (3) .
En las figuras 3 a 6, se muestra la opción de que los depósitos de combustible (3) y comburente (4), siendo ambos componentes los que forman los reactivos, y unos medios de medida de la presión (8) y la temperatura (9) se disponen en el interior de la cámara de combus¬ tión (1) y/o en los propios medios de introducción de los reactivos (2) . En la salida de la cámara de combustión (1), es decir, en el trasiego a través de la abertura (1.1), el paso no es completamente abierto y libre, sino que se dispone una válvula (6) para regular el paso de los gases de combustión hacia los medios de recepción (7) .
La válvula (6) es de apertura reversible y ul¬ trarrápida. Es ultrarrápida porque la apertura de la válvula se realiza en menos de 100 ms, habiéndose com¬ probado en concreto buenos resultados en menos de 50 ms, siendo opcional también realizar la apertura en un tiempo de apertura parcial menor a 10 ms que es el tiempo en el que se obtiene el flujo másico máximo. Es reversible porque a diferencia de las válvulas de los dispositivos de airbag convencionales, que son membranas taradas para romperse a una determinada presión, permite accionarse realizando un movimiento y éste puede también ser llevado a cabo de manera contraria, inverso o rever¬ so del primero, para asi pasar a su posición inicial y volverse a utilizar de nuevo.
Esta configuración del dispositivo permite el paso de gases a muy alta temperatura y muy baja tempera¬ tura, en un amplio rango de temperaturas, entre 3000°C y -200°C.
En su realización más general, la válvula (6) comprende un cuerpo (6.1) para su accionamiento mediante medios de accionamiento de la misma (10) y una cabeza (6.2) que hace el cierre sobre un asiento (1.2) en la cámara de combustión (1) .
En las realizaciones mostradas en las figuras, el cuerpo (6.1) de la válvula (6), de manera opcional, es un vástago cilindrico y la cabeza (6.2) de la misma es un tronco de cono cuya base menor está conectada a dicho vástago (6.1), de esta manera el asiento (1.2) tendrá la forma negativa del tronco de cono para asi garantizar un cierre lo más estanco posible entre cabeza (6.2) y asiento (1.2) .
De manera opcional, en las proximidades del cuerpo (6.1) se sitúan medios de medida (11) del movi¬ miento de la válvula (6) para conocer su desplazamiento en el tiempo, velocidad y aceleración. Dos de estas magnitudes son obtenibles de una de ellas pues, como es conocido, unas no son más que las derivadas o integra¬ ciones de otras.
Asimismo, los medios de accionamiento (10) de la válvula (6) preferidos son un dispositivo hidráulico, neumático o electromecánico.
Una opción ventajosa que se ha comprobado es que la cámara de combustión (1) sea de forma cilindrica o prismática siendo una base (1.4) de la misma donde se disponen los medios de ignición (5), los medios de introducción de los reactivos (2), opcionalmente los medios de medida de la presión (8) y la temperatura (9) en el interior de la misma si los hay, y en la otra base (1.5) se disponga la abertura (1.1) y la válvula (6), como en la figura 1. Otra opción, figura 6, es que los medios de ignición (5) y los medios de introducción de los reactivos (2) se dispongan en la misma base (1.5) que la abertura (1.1) y la válvula (6) .
Una variante de esta opción es que una base (1.5) de la cámara (1) y su pared lateral (1.3) sean una única pieza, formando asi una sección en "U", como se muestra en la figura 2. Esta configuración sencilla de fabricar proporciona gran robustez al dispositivo pues evita uniones entre piezas que siempre son más laborio¬ sas y susceptibles de fugas que cuando las piezas forman un único conjunto. En las figuras se muestra la opción de que ro¬ deando a la pared lateral (1.3) de la cámara de combus¬ tión (1) se disponen medios de atemperamiento (14), como pueden ser una camisa que puede contener un fluido u otro tipo de elementos, como una resistencia eléctrica. Con el atemperamiento se consigue aumentar la inercia térmica de la cámara de combustión (1) y asi conseguir que haya las mínimas variaciones de temperatura dentro de la misma entre unas utilizaciones y otras. En relación a los medios de introducción de los reactivos (2), éstos comprenden unos medios de introduc¬ ción por cada componente: unos para el comburente (2.1), cuando existe, y otros para el combustible (2.2) . Se ha comprobado que es ventajoso que el combu¬ rente pueda disponerse regulando un caudal bajo y uno alto del mismo, con lo que los medios de introducción del comburente (2.1) comprenden a su vez un regulador de bajo caudal (2.11) y un regulador de alto caudal (2.12), como se muestra en las figuras.
La manera de introducir los reactivos en la cᬠmara (1) se lleva a cabo mediante dos opciones: los medios de introducción de los reactivos (3,4), como son los del combustible (2.2) y del comburente (2.1), cuando lo hay, desembocan en un conducto (2.3), único, por el que los reactivos se introducen en la cámara de combus¬ tión (1), figuras 1 a 6, o bien los reactivos, cuando son dos: combustible (3) y comburente (4), se introducen en la cámara de combustión (1) por conductos distintos: el combustible (3) a través de un conducto (2.4) y el comburente (4) a través de otro conducto (2.5) distinto, figuras 7 y 8. Los conductos (2.3,2.4,2.5) por los que los reactivos se introducen en la cámara de combustión (1) pueden, como alternativa, desembocar en la abertura (1.1) de dicha cámara (1), figuras 6 y 8, para lo cual atraviesan los medios de recepción (7) por un orificio u orificios que hacen la función de estanqueidad . En relación con el lugar de la cámara (1) en que se disponen los conductos (2.3,2.4,2.5) por los que los reactivos se introducen en la cámara de combustión, este lugar puede ser cualquier de la cámara (1) . En los ejemplos de realización se muestran varias opciones, como en las figuras 1, 4 y 5 en donde dichos conductos (2.3,2.4,2.5) están dispuestos en una pared opuesta a la pared donde se disponen la válvula (6) y la abertura de la cámara (1.1) . En cambio, en las figuras 2 y 3, están dispuestos en una pared lateral adyacente a la pared en la que se disponen la válvula (6) y la abertura de la cámara (1.1) . Y en las figuras 6 y 8 están dispuestos en la misma pared.
Con el fin de obtener unas mediciones precisas, se pueden disponer medios de medida de la presión (8) y la temperatura (9) en los medios de introducción de los reactivos (2) y/o en el interior de la cámara de combus¬ tión (1) . Los medios de medida de la presión (8) en el interior de la cámara de combustión (1) pueden consistir en una sonda de presión estática y una sonda de presión dinámica, de esta forma se obtiene medida de la cámara (1) en condiciones estáticas y también cuando los gases están en movimiento, condiciones dinámicas. También, los medios de medida de la temperatura (9) pueden ser una sonda de temperatura.
De manera análoga, los medios de medida de la presión en los medios de recepción (15) pueden ser una sonda de presión estática y una sonda de presión dinámi- ca y los de la temperatura (16) una sonda de temperatu¬ ra .
Asi mismo, como se aprecia en las variantes del dispositivo simulador mostradas en las figuras 4 y 5, entre la cámara de combustión (1) y los medios de recep¬ ción (7) puede disponerse un conducto (12) que conduce los gases hacia dichos medios de recepción (7) .
Dicho conducto (12), acoplado a la parte infe- rior de la base (1.5) de la cámara de combustión (1), desemboca en una tobera (13) que regula el flujo de los gases a la entrada de los medios de recepción (7) .
Por su parte, los medios de recepción (7) pueden ser un tanque cerrado, una bolsa de airbag o el medio exterior, según que el dispositivo se utilice para calibrar o disparar, tal y como se explica en el proce¬ dimiento aquí debajo. Asi, para calibrar el dispositivo, en el tanque
(7) se disponen medios de medida de la presión (15) y la temperatura (16) . Para utilizar o disparar el disposi¬ tivo, en lugar del tanque se dispone una bolsa de airbag y en el interior de ésta se incluyen medidos de medida de presión (15) .
En cuanto a la variante del medio exterior em¬ pleado como medios de recepción (7), vista en la figura 5, será para los casos en que se requiera disparar para ensayar una válvula (17), conocida también como "ven- ting", de los airbags.
El procedimiento de utilización de un dispositi¬ vo simulador de un flujo de gas según se ha descrito comprende las siguientes etapas:
a . -establecer la cantidad de cada uno de los componentes que forman los reactivos (3,4),
b . -introducir los reactivos (3,4) en la cámara de combustión (1) mediante los medios de introducción de los mismos (2) en la cámara de combustión (1),
c. -accionar los medios de ignición (5) para iniciar el proceso de combustión,
d. -accionar la válvula (6) mediante los medios de accionamiento (10) de dicha válvula (6), para que los gases pasen a través de la abertura (1.1) de la cámara de combustión (1) .
Preferiblemente, con anterioridad a la etapa a, se realiza el calibrado del dispositivo simulador.
Para dicho calibrado, se parte de los datos ob¬ tenidos a partir de un ensayo de tanque de un generador real, lo que se conoce como "tank test", obteniendo los valores de presión, temperatura media y flujo másico. La curva medida es la de presión, y la temperatura media y el flujo másico se pueden calcular mediante el algo¬ ritmo MTA (según las siglas en inglés de "Madymo Tank test Analysis") conocido en el estado de la técnica. Por otro lado, estos datos pueden ser suminis¬ trados por el fabricante del generador. En este caso, la obtención de estos datos no entra dentro del procedi¬ miento objeto de esta invención, es decir, dentro de las etapas previas de calibrado.
Asi, se conocen las curvas de flujo másico, pre¬ sión y temperatura media en el tiempo y en el tanque (7) del generador real. Con estas curvas podemos calibrar el dispositivo de manera que se ajustan las curvas obtenidas en el tanque (7) mediante los gases creados por el dispositivo a las curvas también obtenidas en el tanque (7) mediante el generador real. De esta manera el dispositivo repro- duce al generador real.
Para el calibrado del dispositivo se siguen los siguientes pasos antes de la etapa a:
i . -introducir los reactivos (3,4) en la cámara de combustión (1) mediante los medios de introducción de los mismos ( 2 ) ,
ii. -accionar los medios de ignición (5) para iniciar el proceso de combustión,
iii . -accionar la válvula (6) mediante los medios de accionamiento (10) de dicha válvula (6), para que los gases pasen al tanque (7),
iv. -medir los valores de presión en el tiempo y temperatura final de los gases en el tanque (7) mediante los medios de medida de la presión (15) y la temperatura (16), aunque la medida de temperatura no es imprescindi¬ ble,
v. -comparar las curvas obtenidas en el tanque (7) de flujo másico, presión y temperatura media en el tiempo con las mismas curvas reales.
Una vez comparadas las curvas obtenidas se va¬ rían los parámetros necesarios para que las curvas obtenidas coincidan con las reales. Esto se lleva a cabo mediante conocimientos teóricos y de acuerdo a la experiencia adquirida y sobre los parámetros del dispo¬ sitivo: geometría de la tobera, masa de los reactivos, presión de los reactivos, composición de los reactivos, masa molecular de los reactivos, velocidad de apertura de la válvula, instante de apertura de la válvula, temperatura al inicio de la combustión, etc.
Los reactivos (3,4) pueden estar formados por componentes en cualquier estado, por ejemplo, ambos pueden estar en estado gaseoso, o bien el comburente (4) en estado gaseoso y el combustible (3) en estado líqui¬ do, o bien el comburente (4) en estado gaseoso y el combustible (3) en estado sólido formando una pastilla, etc . Una vez que el dispositivo está calibrado, no queda más que colocar una bolsa de airbag en el lugar del tanque (7) y hacer funcionar el dispositivo simula¬ dor, lo que se denomina efectuar disparos, pero esta vez, siguiendo el procedimiento desde la etapa a hasta la d con los datos de presión y temperatura de los reactivos obtenidos como resultado de la comparación de las curvas de presión, temperatura y flujo másico reales del generador con las obtenidas en los pasos precedentes de calibrado del dispositivo.
De manera ventajosa se ha comprobado que si el instante de accionar la válvula (6) corresponde a cual¬ quiera del tramo descendente de la curva presión-tiempo de la combustión, es decir, cualquiera posterior a la combustión, se puede controlar mejor dicho instante, en otras palabras, el manejo de elegir dicho instante es más sencillo.
De igual manera, se ha comprobado en los ensayos que si la cantidad de los componentes (3,4) que forman los reactivos se ajusta de manera exacta mediante la masa molecular de dichos componentes, se consiguen resultados con alta precisión. Es decir, dicho ajuste hace que el gas generado tenga la misma masa molecular que el gas liberado por el generador real que se quiere reproducir .
Opcionalmente, con el fin de ajustarse lo máximo posible a las características del módulo airbag real, puede colocarse el difusor del módulo airbag a simular después de la tobera (11) o sustituyendo a la misma.

Claims

REIVINDICACIONES
1. -Dispositivo simulador de un flujo de gas que re¬ produce al menos una de las variables fluidodinámicas temporales de presión, flujo másico y temperatura, que comprende una cámara de combustión (1), medios de intro¬ ducción (2) por los que se introducen unos reactivos (3,4) en dicha cámara (1), una abertura (1.1) por la que se expulsan los gases producidos en la combustión, medios de ignición (5) que actúan en dicha cámara de combustión (1) para iniciar el proceso de combustión de los reactivos (3,4), una válvula (6) para regular el paso de los gases de combustión a través de la abertura
(1.1) , por donde son expulsados hacia unos medios de recepción (7), caracterizado por que la válvula (6) es de apertura reversible y ultrarrápida, menor a 100 ms, y comprende un cuerpo (6.1) para su accionamiento mediante medios de accionamiento (10) de la misma y una cabeza
(6.2) que hace el cierre sobre un asiento (1.2) de la cámara de combustión (1) .
2. -Dispositivo según la reivindicación 1 en el que el cuerpo (6.1) de la válvula (6) es un vástago cilin¬ drico y la cabeza (6.2) de la misma es un tronco de cono cuya base menor está conectada a dicho vástago (6.1) .
3. -Dispositivo según las reivindicaciones 1 ó 2 en el que los medios de accionamiento (10) de la válvula (6) son un dispositivo hidráulico, neumático o electro- mecánico.
4. -Dispositivo según cualquiera de las reivindica¬ ciones 1 a 3 en el que en las proximidades del cuerpo (6.1) se sitúan medios de medida (11) del movimiento de la válvula (6) para conocer su desplazamiento, velocidad y aceleración.
5. -Dispositivo según la reivindicación 1 en el que entre la cámara de combustión (1) y los medios de recep- ción (7) está dispuesto un conducto (12) que desemboca en una tobera (13), conduciendo los gases que atraviesan la abertura (1.1) hacia dichos medios de recepción (7) .
6. -Dispositivo según la reivindicación 1 en el que la cámara de combustión (1) es de forma cilindrica o prismática, con una pared lateral (1.3) y dos bases (1.4,1.5), de manera que los medios de ignición (5) y los medios de introducción de los reactivos (2) se disponen en una base (1.4), la abertura (1.1) y la válvula (6) se disponen en la otra base (1.5) o los medios de ignición (5) y los medios de introducción de los reactivos (2) se disponen en la misma base (1.5) que la abertura (1.1) y la válvula (6) .
7. -Dispositivo según la reivindicación 6 en el que una base (1.5) de la cámara (1) y su pared lateral (1.3) son una única pieza.
8. -Dispositivo según las reivindicaciones 6 ó 7 en el que rodeando a la pared lateral (1.3) de la cámara de combustión (1) se disponen medios de atemperamiento (14) .
9. -Dispositivo según las reivindicaciones 1 ó 6 en el que los medios de introducción de los reactivos (2) comprenden unos medios de introducción de un comburente (2.1), los cuales comprenden a su vez un regulador de bajo caudal (2.11) y un regulador de alto caudal (2.12) .
10. -Dispositivo según las reivindicaciones 1 ó 9 en el que los medios de introducción de los reactivos (2) comprenden unos medios de introducción de un combustible (2.2), de manera que dichos medios de introducción del combustible (2.2) y los medios de introducción de un comburente (2.1) desembocan en un conducto (2.3) por el que los reactivos se introducen en la cámara de combus¬ tión ( 1 ) .
11. -Dispositivo según las reivindicaciones 1 ó 10 en el que los medios de introducción de los reactivos (2) comprenden unos medios de introducción de un combustible (2.2), de manera que dicho combustible (3) se introduce en la cámara de combustión (1) a través de un conducto (2.4) y un comburente se introduce en la cámara de combustión (1) a través de otro conducto (2.5) .
12. -Dispositivo según las reivindicaciones 1 ó 6 en el que se disponen medios de medida de la presión (8) y la temperatura (9) en los medios de introducción de los reactivos (2) y/o en el interior de la cámara de combus¬ tión ( 1 ) .
13. - Dispositivo según la reivindicación 12 en el que los medios de medida de la presión (8) en el inte¬ rior de la cámara de combustión (1) comprenden una sonda de presión estática y una sonda de presión dinámica y los de la temperatura (9) son una sonda de temperatura.
14. -Dispositivo según las reivindicaciones 10 y 11 en el que los conductos (2.3,2.4,2.5) por los que los reactivos se introducen en la cámara de combustión (1) desembocan en la abertura (1.1) de dicha cámara (1) .
15. -Dispositivo según la reivindicación 1 en el que los medios de recepción (7) son un tanque cerrado, en donde se disponen medios de medida de la presión (15) y la temperatura (16) .
16. -Dispositivo según la reivindicación 1 en el que los medios de recepción (7) son una bolsa de airbag, en donde se disponen medios de medida de la presión (15) .
17. -Dispositivo según la reivindicación 1 en el que los medios de recepción (7) son el espacio exterior al dispositivo .
18. -Procedimiento de utilización de un dispositivo simulador de un flujo de gas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que com¬ prende las siguientes etapas:
a . -establecer la cantidad de cada uno de los compo¬ nentes (3,4) que forman los reactivos,
b . -introducir los reactivos (3,4) en la cámara de combustión (1) mediante los medios de introduc¬ ción del mismo (2) en la cámara de combustión (1) ,
c. -accionar los medios de ignición (5) para iniciar el proceso de la combustión,
d. -accionar la válvula (6) mediante los medios de accionamiento (10) de dicha válvula (6), para que los gases pasen a través de la abertura (1.1) de la cámara de combustión (1) .
19. -Procedimiento de utilización según la reivindi¬ cación 18 en el que con anterioridad a la etapa a se calibra el dispositivo de acuerdo a las siguientes etapas :
i . -introducir los reactivos (3,4) en la cámara de combustión (1) mediante los medios de introducción de los mismos (2) ,
ii. -accionar los medios de ignición (5) para iniciar el proceso de la combustión,
iii . -accionar la válvula (6) y mediante los medios de accionamiento (10) de dicha válvula (6), para que los gases de la combustión pasen a un tanque (7), iv. -medir el valor de presión en el tiempo de los gases en un tanque (7) mediante unos medios de medi¬ da de la presión (15) y calcular el flujo másico y la temperatura media,
v. -comparar las curvas obtenidas en el tanque (7) de flujo másico, presión y temperatura media en el tiempo con las mismas curvas reales.
20. -Procedimiento de utilización según las reivindi caciones 18 ó 19 en el que el instante de accionar la válvula (6) corresponde a cualquiera posterior a la combustión .
21. -Procedimiento de utilización según las reivindi¬ caciones 18 ó 19 en el que la cantidad de los componen¬ tes que forman los reactivos (3,4) se ajusta de manera exacta mediante la masa molecular de dichos componentes.
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