WO2023118619A1 - Dispositivo de atenuación de choques - Google Patents

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WO2023118619A1
WO2023118619A1 PCT/ES2021/070932 ES2021070932W WO2023118619A1 WO 2023118619 A1 WO2023118619 A1 WO 2023118619A1 ES 2021070932 W ES2021070932 W ES 2021070932W WO 2023118619 A1 WO2023118619 A1 WO 2023118619A1
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WO
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casing
shock attenuation
attenuation device
elastomer
side walls
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PCT/ES2021/070932
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English (en)
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Inventor
Felipe CÁCERES DEL VISO
Original Assignee
Airbus Defence And Space, S.A.
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/04—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means
    • F16F15/08—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means with rubber springs ; with springs made of rubber and metal

Definitions

  • the invention belongs to the field of attenuation systems used to protect elements from shock sources. It can be used, for example, to protect electronic units from shock inputs from stage separations, loose antennas, etc. in the aerospace field.
  • JP 9008470 A discloses an outer casing for precision electrical equipment consisting of an outer casing and a thermoplastic elastomer damper that is injection molded into the casing and elastically supports precision electrical equipment.
  • the injection molded thermoplastic elastomer damper on the inner shell and outer shell are partially heat fused and blended as one piece to have a common fusion weld layer.
  • WO 2019005269 A1 presents an isolator configured to isolate a payload from unwanted vibrations and shocks.
  • the isolator includes a casing having a first end and a second end opposite the first end, a primary chamber defined in the casing, a back pressure chamber defined in the casing, a conduit placing the primary chamber in fluid communication with the back pressure, a back pressure membrane in the housing near the first end, an elastomeric dome in the housing near the second end, and a shaft connected to the elastomeric dome.
  • the primary chamber and the back pressure chamber are located between the back pressure membrane and the elastomer dome.
  • the axis is configured to be connected to the payload.
  • US 6381091 B1 discloses a disk drive apparatus including a movable part, a stationary part arranged around the movable part, and a damping part arranged between the movable part and the stationary part, for connection between them, being the movable part, the stationary part and the damping part arranged substantially in a plane, wherein there is provided on the movable part a head for performing at least one of information recording or reproducing functions with respect to a disc, a head drive part for driving the head, and a rotation drive part for driving a disk.
  • the damping part includes a plurality of parts having intrinsic vibration frequencies that are different from each other.
  • the object of the invention is to provide a shock attenuation device that overcomes the aforementioned drawbacks.
  • the invention provides a shock attenuation device comprising:
  • the interior space of the upper part of the casing has an elastomer element at its base and the interior space of the lower part of the casing has an element of elastomer at its base, there being a space between the side walls of the upper part of the casing and the side edges of the corresponding elastomer element along its entire perimeter, and also existing a space between the side walls of the lower part of the casing. the casing and the side edges of the corresponding elastomer element along its entire perimeter.
  • the object of the invention provides a sufficient rigidity to avoid slip effects at low frequencies and a low transmissibility of shock energy towards the electronic units at high frequencies.
  • One of the advantages of the invention is that it can provide adaptive attenuation performance passively, i.e. the ability to match high stiffness at low frequencies (f ⁇ 500 Hz) with low stiffness at high frequencies (f>3000 Hz) to increase the mechanical impedance.
  • Figure 1 shows an assembly with two shock attenuation devices of the invention.
  • Figure 2 is a detail of Figure 1, showing a shock attenuation device of the invention.
  • Figure 3 is a plan view of a crash attenuation device of the invention.
  • the invention describes a shock attenuation device 1, as shown in figures 1 and 2.
  • Figure 1 shows an electronic unit 8, which can be mounted, for example, on the frame 11 of a space shuttle, a satellite, a missile or a spacecraft. These electronic units 8 have to be protected from shock inputs that occur during launch or during separation.
  • FIG 1 the electronic unit 8 rests on a support 9 with two side arms 10. Each side arm 10 is placed inside a shock attenuation device 1 of the invention.
  • Figure 2 shows a detail of Figure 1; Specifically, it shows an enlarged view of one of the shock attenuation devices 1.
  • another element such as a motor
  • the shock attenuation device as seen in the embodiment of figures 1 to 3, comprises the following elements:
  • Both the interior space of the upper part 2 of the casing and the interior space of the lower part 3 of the casing have an elastomer element 6, 6' on their base 4.
  • the vibrations act in the X and Y directions (see the axis system in Fig. 3), so that the elastomer elements 6, 6' can expand in the gaps 7 in the corresponding directions.
  • the device works at low frequencies (f ⁇ 500 Hz), the oscillations are greater and the elastomer elements 6, 6' come into contact with the side walls 5 of the upper part 2 of the casing and the lower part 3 of the carcass, increasing the rigidity due to the confinement.
  • the device works at high frequencies (f>3000 Hz), the oscillations are fast and of small amplitude, therefore the elastomer elements 6, 6' do not come into contact with the side walls 5 of the upper part 2 of the casing and the lower part 3 of the casing.
  • the shock attenuation device 1 of the invention is capable of combining high stiffness at low frequencies with low stiffness at high frequencies.
  • the upper part 2 of the casing, the lower part 3 of the casing and the elastomer elements 6, 6' can have through holes 13 and can be joined by through screws (as fixing means) that they pass through the upper part 2 of the housing, the lower part 3 of the housing and the elastomer elements 6, 6'. During use, these bolts can also pass through the holes in the corresponding side arm 10 of the support 9.
  • the shock attenuation device 1 is attached to the base structure 11 by fixing means, such as a bolt 12.
  • the casing of the shock attenuation device 1 can be made of metal, in particular, it can be made of aluminium.
  • the shock attenuation device 1 As for the general shape of the shock attenuation device 1, it can be very thin.
  • the embodiment shown in Figures 1 to 3 is rectangular in shape. However, other shapes may also be used (eg a circular shape).

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Abstract

Dispositivo (1) de atenuación de choques que comprende: una carcasa con una parte superior (2) y una parte inferior (3), teniendo tanto la parte superior (2) como la parte inferior (3) una base (4) y unas paredes laterales (5) que delimitan un espacio interior; dos elementos de elastómero (6, 6'); y unos medios de fijación para el montaje del dispositivo (1) de atenuación de choques. El espacio interior de la parte superior (2) de la carcasa tiene un elemento de elastómero (6) en su base (4) y el espacio interior de la parte inferior (3) de la carcasa tiene un elemento de elastómero (6') en su base (4). Entre las paredes laterales (5) de la parte superior (2) de la carcasa y los bordes laterales del correspondiente elemento de elastómero (6) existe un hueco (7) en todo su perímetro, y entre las paredes laterales (5) de la parte inferior (3) de la carcasa y los bordes laterales del correspondiente elemento de elastómero (6') existe también un hueco (7) en todo su perímetro.

Description

Dispositivo de atenuación de choques
Campo de la invención
La invención pertenece al campo de los sistemas de atenuación utilizados para proteger elementos de las fuentes de choque. Puede utilizarse, por ejemplo, para proteger unidades electrónicas de entradas de choque procedentes de separaciones de etapas, suelta de antenas, etc. en el ámbito aeroespacial.
Antecedentes de la invención
Se han aplicado muchos sistemas de atenuación para absorber choques, algunos de ellos en el ámbito aeroespacial. También hay muchos documentos de patentes relacionados con la tecnología de absorción de choques.
Por ejemplo, el documento JP 9008470 A presenta una carcasa exterior para equipos eléctricos de precisión compuesta por una carcasa exterior y un amortiguador de elastómero termoplástico que se moldea por inyección dentro de la carcasa y soporta elásticamente un equipo eléctrico de precisión. El amortiguador de elastómero termoplástico moldeado por inyección en el interior de la carcasa y la carcasa exterior se funden parcialmente con calor y se mezclan en una sola pieza para poseer una capa de soldadura por fusión en común. Mediante esta configuración, la carcasa exterior de un equipo eléctrico de precisión con esta constitución se mejora en cuanto a las propiedades de absorción para absorber golpes y vibraciones y a las propiedades de atenuación para atenuar los golpes y vibraciones absorbidos.
El documento WO 2019005269 A1 presenta un aislador configurado para aislar una carga útil de vibraciones y choques no deseados. El aislador incluye una carcasa que tiene un primer extremo y un segundo extremo opuesto al primer extremo, una cámara primaria definida en la carcasa, una cámara de contrapresión definida en la carcasa, un conducto que coloca la cámara primaria en comunicación fluida con la cámara de contrapresión, una membrana de contrapresión en la carcasa próxima al primer extremo, una cúpula de elastómero en la carcasa próxima al segundo extremo, y un eje conectado a la cúpula de elastómero. La cámara primaria y la cámara de contrapresión se encuentran entre la membrana de contrapresión y la cúpula de elastómero. El eje está configurado para ser conectado a la carga útil. El documento US 6381091 B1 presenta un aparato de accionamiento de disco que incluye una parte móvil, una parte estacionaria dispuesta alrededor de la parte móvil, y una parte de amortiguación dispuesta entre la parte móvil y la parte estacionaria, para la conexión entre ellas, estando la parte móvil, la parte estacionaria y la parte de amortiguación dispuestas sustancialmente en un plano, en el que se proporciona en la parte móvil un cabezal para realizar al menos una de las funciones de grabación o reproducción de información con respecto a un disco, una parte de accionamiento del cabezal para mover el cabezal, y una parte de accionamiento de rotación para conducir un disco. La parte de amortiguación incluye una pluralidad de partes que tienen frecuencias de vibración intrínsecas que son diferentes entre sí.
En consecuencia, existe la necesidad de proporcionar un dispositivo de atenuación de choque pasivo más simple que permita la modificación de sus propiedades de rigidez dinámica dependiendo del rango de frecuencia en el que trabaja.
Sumario de la invención
El objeto de la invención es proporcionar un dispositivo de atenuación de choques que supere los inconvenientes mencionados.
La invención proporciona un dispositivo de atenuación de choques que comprende:
- una carcasa con una parte superior y una parte inferior, teniendo tanto la parte superior como la inferior una base y paredes laterales que delimitan un espacio interior,
- dos elementos de elastómero y
- medios de fijación para el montaje del dispositivo de atenuación de choques, en el que el espacio interior de la parte superior de la carcasa tiene un elemento de elastómero en su base y el espacio interior de la parte inferior de la carcasa tiene un elemento de elastómero en su base, existiendo un espacio entre las paredes laterales de la parte superior de la carcasa y los bordes laterales del elemento de elastómero correspondiente a lo largo de todo su perímetro, y existiendo también un espacio entre las paredes laterales de la parte inferior de la carcasa y los bordes laterales del elemento de elastómero correspondiente a lo largo de todo su perímetro. El objeto de la invención proporciona una rigidez suficiente para evitar efectos de deslizamiento a bajas frecuencias y una baja transmisibilidad de energía de choque hacia las unidades electrónicas a altas frecuencias.
Una de las ventajas de la invención es que puede proporcionar prestaciones de atenuación adaptativa de forma pasiva, es decir, la capacidad de hacer coincidir una alta rigidez a bajas frecuencias (f<500 Hz) con una baja rigidez a altas frecuencias (f>3000 Hz) para aumentar la impedancia mecánica.
Otras características y ventajas de la presente invención quedarán claras a partir de la siguiente descripción detallada de vahas realizaciones ilustrativas de su objeto en relación con las figuras adjuntas.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra un conjunto con dos dispositivos de atenuación de choques de la invención.
La figura 2 es un detalle de la figura 1 , que muestra un dispositivo de atenuación de choques de la invención.
La figura 3 es una vista en planta de un dispositivo de atenuación de choques de la invención.
Descripción detallada de la invención
La invención describe un dispositivo 1 de atenuación de choques, tal como se muestra en las figuras 1 y 2.
La figura 1 muestra una unidad electrónica 8, que puede montarse, por ejemplo, en la estructura 11 de una lanzadera espacial, un satélite, un misil o una nave espacial. Estas unidades electrónicas 8 tienen que estar protegidas de las entradas de choque que se producen durante el lanzamiento o durante la separación.
En la figura 1 la unidad electrónica 8 descansa sobre un soporte 9 con dos brazos laterales 10. Cada brazo lateral 10 está colocado dentro de un dispositivo 1 de atenuación de choques de la invención. La figura 2 muestra un detalle de la figura 1 ; concretamente, muestra una vista ampliada de uno de los dispositivos 1 de atenuación de choques. En lugar de una unidad electrónica 8 puede colocarse otro elemento (como un motor) sobre el soporte 9.
El dispositivo 1 de atenuación de choques, como se ve en la realización de las figuras 1 a 3, comprende los siguientes elementos:
- una carcasa con una parte superior 2 y una parte inferior 3, teniendo tanto la parte superior 2 como la parte inferior 3 una base 4 y paredes laterales 5 que delimitan un espacio interior,
- dos elementos de elastómero 6, 6' y
- medios de fijación para el montaje del dispositivo 1 de atenuación de choques.
Tanto el espacio interior de la parte superior 2 de la carcasa como el espacio interior de la parte inferior 3 de la carcasa tienen un elemento de elastómero 6, 6' sobre su base 4.
Como puede observarse en la figura 3, en el espacio interior de la parte superior 2 de la carcasa hay un hueco 7 entre las paredes laterales 5 de la parte superior 2 de la carcasa y los bordes laterales del correspondiente elemento de elastómero 6 a lo largo de todo su perímetro. Asimismo, en el espacio interior de la parte inferior 3 de la carcasa hay también un hueco 7 entre las paredes laterales 5 de la parte inferior 3 de la carcasa y los bordes laterales del correspondiente elemento de elastómero 6' a lo largo de todo su perímetro.
Las vibraciones actúan en las direcciones X e Y (véase el sistema de ejes de la figura 3), de modo que los elementos de elastómero 6, 6' pueden expandirse en los huecos 7 en las direcciones correspondientes.
Durante el lanzamiento, el dispositivo trabaja a bajas frecuencias (f<500 Hz), las oscilaciones son mayores y los elementos de elastómero 6, 6' entran en contacto con las paredes laterales 5 de la parte superior 2 de la carcasa y la parte inferior 3 de la carcasa, aumentando la rigidez debido al confinamiento.
Durante la separación, el dispositivo trabaja a altas frecuencias (f>3000 Hz), las oscilaciones son rápidas y de pequeña amplitud, por lo que los elementos de elastómero 6, 6' no entran en contacto con las paredes laterales 5 de la parte superior 2 de la carcasa y la parte inferior 3 de la carcasa.
En consecuencia, el dispositivo 1 de atenuación de choques de la invención es capaz de combinar una alta rigidez a bajas frecuencias con una baja rigidez a altas frecuencias.
En la figura 3 puede verse que la parte superior 2 de la carcasa, la parte inferior 3 de la carcasa y los elementos de elastómero 6, 6' pueden tener agujeros pasantes 13 y pueden estar unidos por tornillos pasantes (como medios de fijación) que pasan por la parte superior 2 de la carcasa, la parte inferior 3 de la carcasa y los elementos de elastómero 6, 6'. Durante su utilización, estos pernos también pueden pasar a través de los orificios del brazo lateral correspondiente 10 del soporte 9.
En la figura 2 también puede verse que, durante su utilización, el dispositivo 1 de atenuación de choques está unido a la estructura de base 11 mediante medios de fijación, como un perno 12.
La carcasa del dispositivo 1 de atenuación de choques puede ser metálica, en concreto, puede ser de aluminio.
En cuanto a la forma general del dispositivo 1 de atenuación de choques, puede ser muy vahada. La realización mostrada en las figuras 1 a 3 es de forma rectangular. Sin embargo, también pueden utilizarse otras formas (por ejemplo, una forma circular).
Aunque la presente invención se ha descrito completamente en relación con las realizaciones preferidas, es evidente que pueden introducirse modificaciones dentro del ámbito de aplicación de la misma, no considerándose esta limitada por dichas realizaciones, sino por el contenido de las siguientes reivindicaciones.

Claims

6 REIVINDICACIONES
1.- Dispositivo (1 ) de atenuación de choques que comprende:
- una carcasa con una parte superior (2) y una parte inferior (3), teniendo tanto la parte superior (2) como la inferior (3) una base (4) y paredes laterales (5) que delimitan un espacio interior,
- dos elementos de elastómero (6, 6') y
- medios de fijación para el montaje del dispositivo (1 ) de atenuación de choques, caracterizado por que el espacio interior de la parte superior (2) de la carcasa tiene un elemento de elastómero (6) en su base (4) y el espacio interior de la parte inferior (3) de la carcasa tiene un elemento de elastómero (6') en su base (4), por que existe un espacio (7) entre las paredes laterales (5) de la parte superior (2) de la carcasa y los bordes laterales del correspondiente elemento de elastómero (6) en todo su perímetro, y por que también existe un espacio (7) entre las paredes laterales (5) de la parte inferior (3) de la carcasa y los bordes laterales del correspondiente elemento de elastómero (6') en todo su perímetro.
2.- Dispositivo (1 ) de atenuación de choques según la reivindicación 1 , en el que los medios de fijación son tornillos pasantes que atraviesan la parte superior (2) de la carcasa, la parte inferior (3) de la carcasa y los elementos de elastómero (6, 6').
3.- Dispositivo (1 ) de atenuación de choques según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la carcasa es metálica.
4.- Dispositivo (1 ) de atenuación de choques según la reivindicación 3, en el que la carcasa es de aluminio.
5.- Dispositivo (1 ) de atenuación de choques según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, siendo el dispositivo (1 ) de atenuación de choques de planta rectangular.
6. Dispositivo (1 ) de atenuación de choques según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, siendo el dispositivo (1 ) de atenuación de choques de planta circular.
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