ES2586207T3 - Dispositivo de separación lineal suave de una primera pieza y de una segunda pieza - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de separación lineal suave de una primera pieza (2) y de una segunda pieza (4), siendo la primera pieza (2) y la segunda pieza (4) unas piezas de lanzadera espacial, de sonda espacial, de satélite o de misil, estando la primera pieza (2) unida a la segunda pieza (4), que comprende una fuente térmica (12) aplicada sobre la primera pieza (2) que aplica un estímulo térmico a la primera pieza (2), como para desunir la primera pieza (2) de la segunda pieza (4) mediante una deformación térmica de la primera pieza (2), caracterizado porque la primera pieza (2) está unida linealmente siguiendo una línea a la segunda pieza (4) y porque la fuente térmica (12) está aplicada linealmente siguiendo una línea sobre la primera pieza (2).
Description
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DESCRIPCION
Dispositivo de separacion lineal suave de una primera pieza y de una segunda pieza Campo tecnico
La invencion se refiere a un dispositivo de separacion lineal suave de una primera pieza y de una segunda pieza, estando la primera pieza unida a la segunda pieza, que comprende una fuente termica aplicada sobre la primera pieza que aplica un estimulo termico a la primera pieza, de modo que se desune la primera pieza de la segunda pieza mediante la deformacion termica de la primera pieza.
Se encuentran dichos conjuntos unidos mecanicamente en las lanzaderas espaciales (separacion de etapas, de carga util), los misiles, las sondas espaciales o incluso los aviones (lanzamiento de carga util).
Estas aplicaciones se caracterizan por el hecho de que se necesita separar objetos que pueden ser fragiles, por ejemplo un satelite, y cuya union se ha sometido a elevadas cargas mecanicas, como en las fases propulsadas de una lanzadera.
Entre los dispositivos de separacion actualmente conocidos, se diferencian las uniones puntuales, como por ejemplo los pernos explosivos, y las uniones lineales. La invencion se refiere, de manera mas particular, a un dispositivo de separacion de este ultimo tipo.
Ya se han propuesto unas uniones lineales mecanicas, por ejemplo en el documento FR 2839550. Sin embargo, la mayoria de las soluciones aplicadas a las uniones lineales es de naturaleza pirotecnica, como se describe en el documento FR 2861691, que se considera como la tecnica anterior mas proxima y describe las caracteristicas del preambulo de la reivindicacion 1.
Se utiliza una mecha pirotecnica que, durante su combustion, crea una sobrepresion que deforma y rompe la zona de ruptura seleccionada. Hay un efecto pirotecnico con la generacion de un golpe a menudo violento.
Necesariamente, todas las soluciones con ruptura pirotecnica provocan unas ondas de choque muy fuertes nefastas para la lanzadera y para su carga util hasta el punto de que ha habido que colocar a veces unos sistemas complementarios de amortiguacion de golpes, como en el documento FR 2861691.
Tambien se conocen unas separaciones mecanicas suaves, como en los documentos de patente US 4753465, US 5312152 o incluso FR 2685399. Sin embargo, estos dispositivos de separacion no son lineales. Son puntuales, de tipo tornillo-tuerca. Su dimension es cero.
Por consiguiente, la invencion tiene por objeto un dispositivo y un procedimiento de separacion lineal suave que permiten, por ejemplo, la separacion de etapas de lanzaderas y que limitan los golpes sobre la lanzadera y sobre su carga util.
Estos objetivos se consiguen, de conformidad con la invencion, por el hecho de que la primera pieza esta unida linealmente siguiendo una linea a la segunda pieza y por el hecho de que la fuente termica se aplica linealmente siguiendo una linea sobre la primera pieza.
Por medio de estas caracteristicas, se obtiene una union a lo largo de una linea, por ejemplo a lo largo de una recta o de un circulo. La union es lineal. Su dimension es uno. Permite conectar dos cilindros. Se aplica a la separacion de etapas de cohetes.
De preferencia, la fuente termica esta situada dentro de una cavidad estanca a los gases que tiene unos lados que comprenden un aislamiento termico en al menos dos lados de la cavidad.
De preferencia tambien, el aislamiento termico se hace con unos materiales con la menor difusividad posible, siendo la difusividad la magnitud X/p.Cp en la que X es la conductividad del material, p su densidad y Cp su capacidad calorifica.
El aislamiento termico se realiza, por ejemplo, de mica o de Prosial®.
La fuente termica es, por ejemplo, una composicion quimica termogena.
La composicion quimica termogena es, por ejemplo, una termita comercial que tiene un poder calorifico al menos igual a 850 cal/g.
De manera ventajosa, la desunion de la primera pieza y de la segunda pieza se lleva a cabo en un tiempo inferior a 10 segundos y, de preferencia, inferior a 3 segundos.
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En una realizacion particular, la primera pieza es una pieza de revolucion y la segunda pieza es un cilindro unido linealmente a la primera pieza mediante unos pasadores separados entre sf, mediante encolado desmontable o mediante soldadura.
De manera ventajosa, la primera pieza comprende unos empalmes destinados a facilitar su deformacion.
La invencion se refiere, por otra parte, a un procedimiento de separacion lineal suave de una primera pieza y de una segunda pieza, estando la primera pieza unida linealmente a la segunda pieza. Este procedimiento comprende las siguientes etapas sucesivas:
- se aplica una fuente termica sobre la primera pieza;
- se calienta la primera pieza por medio de la fuente termica como para deformarla termicamente y desunirla de la segunda pieza.
De preferencia, segun el procedimiento, la primera pieza es una pieza de revolucion y la segunda pieza es un cilindro unido linealmente a la primera pieza mediante unos pasadores separados entre sf, mediante encolado desmontable o mediante soldadura.
El dispositivo de la invencion se aplica a las lanzaderas espaciales, a las sondas espaciales, a los satelites, a los misiles.
Se mostraran tambien otras caracterfsticas y ventajas de la presente invencion con la lectura de la descripcion que viene a continuacion de un ejemplo de realizacion dado a tftulo ilustrativo en referencia a las figuras adjuntas. En estas figuras:
- la figura 1 es una vista en seccion de un ejemplo de una arquitectura de una union separable conforme con la presente invencion;
- la figura 2 es una vista en alzado del dispositivo representado en la figura 1;
- la figura 3 es una vista en perspectiva del dispositivo de las figuras 1 y 2;
- la figura 4 es una vista de detalle en seccion del aislamiento de la cavidad en la que se encuentra la fuente termica.
En la figura 1, la referencia 2 designa una primera pieza y la referencia 4 designa una segunda pieza. La primera
pieza 2 y la segunda pieza 4 estan unidas mecanicamente entre sf en una zona de union que hay que separar 6. En el ejemplo de realizacion descrito, la zona de union esta constituida por unos pasadores 8 solidarios con la segunda pieza 4 que se encajan dentro de los agujeros correspondientes de la primera pieza 2. En lugar de los pasadores 8, se pueden prever unos tornillos, unos remaches o cualquier otro medio de fijacion adecuado. Como se puede ver de manera mas particular en la figura 3, la primera pieza 2 y la segunda pieza 4 son unas piezas de revolucion.
De conformidad con la invencion, se aplica una fuente termica 12 sobre la primera pieza 2. La fuente termica 12 es, por ejemplo, una termita comercial. La fuente termica esta alojada en el interior de una ranura 14 solidaria con la primera pieza 2. La ranura 14 esta cerrada por una chapa de cierre 16 anular. La chapa 16 se realiza, por ejemplo, de acero inoxidable con un espesor de 2 mm. La chapa 16 se sujeta mediante una chapa 18 replegada en su extremo. La chapa 18 es, por ejemplo, una chapa de acero inoxidable con un espesor de 1 mm. Una chapa 20, fijada sobre la primera pieza 2 por unos remaches 22 se apoya sobre la chapa de cierre 16. La chapa 20 es, por ejemplo, una chapa de aluminio de 2 mm de espesor.
Se ha representado en la figura 2 una vista en alzado del dispositivo representado en la figura 1. Esta figura permite mostrar el acoplamiento de la segunda pieza 4 dentro de la primera pieza 2. Un corte, a la izquierda de la figura, muestra la fuente termica 12 aplicada sobre la primera pieza.
Tambien se puede ver en la figura 2 que la primera pieza 2 comprende unos empalmes 24 destinados a facilitar su deformacion durante el estfmulo termico.
La fuente termica 12 es, por ejemplo, una termita comercial que tiene un poder calorffico al menos igual a 850 cal/g. La termita se prende con unos iniciadores comercializados. Estos iniciadores se mezclan bien con la termita en proporcion de una parte de iniciadores en masa para entre 3 y 4 partes de termita, o bien se situan dentro de la ranura de forma adyacente a la termita en la misma proporcion. El conjunto termita/iniciador se enciende a su vez con unos iniciadores, por ejemplo unos iniciadores electricos de artificio. El numero de iniciadores electricos necesarios depende de la longitud de la zona de separacion.
La cavidad en la que se aloja la fuente termica esta aislada termicamente al menos en dos lados de modo que el
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flujo termico se oriente en la direccion deseada. Se ha representado en la figura 4 una vista detallada en seccion del aislamiento de la cavidad en la que se encuentra la fuente termica. La cavidad esta aislada en su parte superior y en su parte derecha de modo que el flujo termico se dirija hacia abajo y hacia la izquierda de la cavidad. La placa de acero inoxidable 16 esta forrada por una capa de Prosial® 26 y la ranura 14 esta aislada, en su parte derecha, de acuerdo con la figura, por ejemplo por una lamina de mica 28. El aislamiento termico procurado por la capa de Prosial® y la lamina de mica tiene como funcion favorecer el calentamiento rapido de la pieza 2 hacia la zona de union 6.
El funcionamiento del dispositivo de la invencion es el siguiente. La separacion se inicia mediante un calentamiento rapido de la primera pieza 2. Esto significa que se esta en un regimen termico transitorio, con unas fuertes variaciones de temperatura que son en las que se basa el principio de funcionamiento de la invencion. Una consecuencia de esta ausencia de homogeneidad termica es que la primera pieza 2 se deforma como se representa en la forma deformada 30 en la figura 1 ya que su cara derecha esta mas cerca de la fuente de calor que su cara izquierda. Por ello, la zona de union que hay que separar 6 se solicita en un sentido adecuado. Dicho de otro modo, con la aparicion del estimulo termico, la primera pieza 2 y la pieza inferior 4 se alejan efectivamente. Esto sucede porque la zona de union que hay que separar esta en el lado de la cara caliente de la primera pieza 1 a la que solicita la composicion termogena 12. Se trata aqui de un requisito indispensable del funcionamiento de la invencion. En efecto, si la zona de union que hay que separar estuviera en el lado de la cara fria de la pieza 1 que solicita la composicion termica termogena 12, no habria alejamiento de las piezas que hay que separar sino presion y por lo tanto contraccion, y la separacion seria imposible.
Este aislamiento se hace con unos materiales con la difusividad mas pequena posible, siendo la difusividad la magnitud X/p.Cp. X es la conductividad del material, p su densidad y Cp su capacidad calorifica. Esta difusividad caracteriza la capacidad de un aislante de limitar las transferencias de calor en regimen transitorio.
Hay que senalar tambien que la cavidad debe ser estanca a los gases para que se garantice un funcionamiento correcto.
Se ha representado, en la figura 1, una union mecanica mediante el uso de pasadores 8. Sin embargo, tambien se puede realizar la union mediante otros medios, por ejemplo mediante encolado o mediante soldadura. Las uniones de soldadura utilizan de manera ventajosa materiales con un bajo punto de fusion. La union mediante encolado puede utilizar de preferencia el procedimiento de encolado INDAR con despegado controlado de la empresa Rescoll.
Con una geometria de union tal como se define en la invencion, para una masa de termita de 1,1 g/cm, se ha obtenido una progresion del estimulo termico superior a 100 mm/s pudiendo alcanzar los 4.000 mm/s y un calentamiento de la zona de union 6 de 300 °C en 1,4 segundos. La separacion se ha llevado a cabo en menos de 2 segundos. Este tiempo no es sin embargo insalvable para las separaciones de etapas, de sondas, etc. En efecto, basta con adaptar las secuencias de separacion y de propulsion en consecuencia.
Inicialmente, la invencion se ha desarrollado para aplicarse a la separacion de etapas de lanzaderas. Pero puede aplicarse a todos los casos en los que se tienen separaciones lineales, por ejemplo en el campo del lanzamiento de satelites.
Claims (12)
- 5101520253035404550REIVINDICACIONES1. Dispositivo de separacion lineal suave de una primera pieza (2) y de una segunda pieza (4), siendo la primera pieza (2) y la segunda pieza (4) unas piezas de lanzadera espacial, de sonda espacial, de satelite o de misil, estando la primera pieza (2) unida a la segunda pieza (4), que comprende una fuente termica (12) aplicada sobre la primera pieza (2) que aplica un estimulo termico a la primera pieza (2), como para desunir la primera pieza (2) de la segunda pieza (4) mediante una deformacion termica de la primera pieza (2), caracterizado porque la primera pieza (2) esta unida linealmente siguiendo una linea a la segunda pieza (4) y porque la fuente termica (12) esta aplicada linealmente siguiendo una linea sobre la primera pieza (2).
- 2. Dispositivo de separacion de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque la fuente termica (12) esta situada dentro de una cavidad (14) estanca a los gases que tiene unos lados que comprenden un aislamiento termico (26, 28) en al menos dos lados de la cavidad (4).
- 3. Dispositivo de separacion de acuerdo con la reivindicacion 2, caracterizado porque el aislamiento termico (26, 28) esta hecho con unos materiales con la menor difusividad posible, siendo la difusividad la magnitud X/p.Cp en la que X es la conductividad del material, p su densidad y Cp su capacidad calorifica.
- 4. Dispositivo de separacion de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado porque el aislamiento termico (26, 28) esta realizado en mica.
- 5. Dispositivo de separacion de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la fuente termica (12) es una composicion quimica termogena.
- 6. Dispositivo de separacion de acuerdo con la reivindicacion 5, caracterizado porque la composicion quimica termogena (12) es una termita comercial que tiene un poder calorifico al menos igual a 850 cal/g.
- 7. Dispositivo de separacion de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la desunion de la primera pieza (2) y de la segunda pieza (4) se lleva a cabo en un tiempo inferior a 10 segundos.
- 8. Dispositivo de separacion de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la desunion de la primera pieza (2) y de la segunda pieza (4) se lleva a cabo en un tiempo inferior a 3 segundos.
- 9. Dispositivo de separacion de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque la primera pieza (2) es una pieza de revolucion y porque la segunda pieza (4) es un cilindro unido linealmente a la primera pieza mediante unos pasadores (8) separados entre si, mediante encolado desmontable o mediante soldadura.
- 10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 9, caracterizado porque la primera pieza (2) comprende unos empalmes (24) destinados a facilitar su deformacion.
- 11. Procedimiento de separacion lineal suave (12) de una primera pieza (2) y de una segunda pieza (4) por medio de un dispositivo de separacion lineal suave de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, estando la primera pieza (2) unida linealmente a la segunda pieza (4), caracterizado por las siguientes etapas sucesivas:- se aplica una fuente termica (12) sobre la primera pieza (2);- se calienta la primera pieza (2) por medio de la fuente termica (12) como para deformarla termicamente y desunirla de la segunda pieza (4).
- 12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 11, en el que la primera pieza (2) es una pieza de revolucion y la segunda pieza (4) es un cilindro unido linealmente a la primera pieza mediante unos pasadores (8) separados entre si, mediante encolado desmontable o mediante soldadura.
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