Dispositivo de retención y liberación.

Dispositivo (1) para la retención y liberación de un cuerpo desplegable montado en una estructura de apoyo,

siendo eldispositivo (1) susceptible de ser accionado entre una condición de plegado y una condición de liberado, y quecomprende:

- un par de submontajes (2, 3), cada uno para estar anexado al cuerpo desplegable o a la estructura de apoyo,comprendiendo estos submontajes (2, 3) superficies de acoplamiento que se enclavan una con otra en la condición deplegado para evitar, sustancialmente, el movimiento lateral del cuerpo desplegable en relación con la estructura deapoyo;

- un elemento tensado liberable (5) que está conectado a ambos submontajes (2, 3), que ejercen una acción deprecarga a la compresión sobre dichos submontajes (2, 3) que los mantiene juntos;

- un sistema de medición (6) de fuerzas que permite la monitorización de la citada acción de precarga a lacompresión antes citada;

- un dispositivo de liberación (7) para liberar la citada precarga, que permite la separación libre de lossubmontajes (2, 3);

- que comprende, además, un mecanismo tensor integrado en el dispositivo (1) tal que aplica una precarga detensión sustancialmente pura al elemento tensado liberable (5),

caracterizado porque comprende además capacidad sustancial de articulación esférica mecánica, garantizando el ajustede la falta de alineamiento en la inclinación del cuerpo plegado en relación con la estructura de apoyo y lahiperestaticidad reducida del cuerpo para la ligadura de la estructura de apoyo, mediante, sustancialmente, lacancelación del intercambio de momentos entre ellos.

Dispositivo de retención y liberación

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere al campo de los dispositivos de retención y liberación y, más particularmente, a un dispositivo integrado de retención y liberación adecuado para su uso en estructuras espaciales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los cuerpos separables o desplegables, como los satélites o las sondas, son transportados en vehículos lanzadores para su despliegue en el espacio. Del mismo modo, los conjuntos de paneles solares, las antenas, los soportes extensibles de despliegue, los elementos de apoyo y elementos similares se llevan, comúnmente, en naves espaciales como cuerpos separables para su despliegue en el espacio a fin de realizar funciones especiales.

Estos cuerpos deben estar retenidos de manera segura durante el lanzamiento mientras están plegados. Y, en el caso de las naves espaciales, durante la puesta en configuración operacional.

Los cuerpos son liberados y desplegados por el accionamiento de uno o más dispositivos de retención mediante control a distancia. La liberación adecuada y el despliegue de los cuerpos son críticos para garantizar que sean plenamente funcionales para la función a la que están destinados. Dado que, generalmente, un despliegue erróneo no se puede corregir, los dispositivos en los que se confía para las funciones de liberación y de despliegue deben ser seguros ante los fallos para un uso de una sola vez.

La retención segura de los cuerpos plegados es importante para impedir el movimiento relativo de los cuerpos con relación a la estructura de apoyo. Se conocen mecanismos de retención que están interpuestos, en uno o varios lugares, entre los cuerpos plegados y sus estructuras de apoyo para inhibir su movimiento relativo. Los mecanismos de retención conocidos incluyen, por ejemplo, elementos de acoplamiento de tipo macho-hembra y placas serradas anexadas a cuerpos separables adyacentes. También se conoce un mecanismo de retención a partir del documento WO 99/67132, que se considera como el estado de la técnica más próximo, que divulga las características del preámbulo de la reivindicación independiente 1.

El uso de múltiples dispositivos de retención liberables (Releasable Restraint Devices RRD, en sus siglas en inglés) para retener un cuerpo a través de varios puntos separados entre ellos, es una solución utilizada ampliamente. Proporciona una configuración de retención muy estable con respecto al cuerpo que está siendo retenido y la ubicación de su centro de masas. Por otra parte, al representar una restricción indeterminada estáticamente (hiperestática) entre cuerpos, esta misma solución de retención en múltiples puntos está sujeta a provocar fuerzas que van a estar presentes durante la liberación, debido a la carga inducida en el montaje, o a la carga termoelástica entre el cuerpo y la estructura de apoyo causada por diferencias en sus construcciones y/o temperaturas.

Además, el análisis de esta solución de liberación de múltiples puntos muestra que los valores de la rigidez de los RRD en la traslación son de relevancia clave para el acoplamiento mecánico de un cuerpo y su estructura de apoyo. En contraste, los valores de rigidez de los RRD en la rotación son, a menudo, no deseables, porque no pueden contribuir significativamente a ningún comportamiento mejor del conjunto de la estructura de apoyo y el cuerpo. Por el contrario, su presencia hace que los momentos de interfaz se intercambien en cada RRD, sobrecargando innecesariamente todas las partes enlazadas (estructura de apoyo, dispositivos de retención, cuerpo) , con la repercusión subsiguiente en el comportamiento, en la necesidad de refuerzos o, por lo menos, en los esfuerzos de gestión para realizar un seguimiento sobre ellos y sus efectos durante las diversas fases de incorporación en la práctica (por ejemplo, ingeniería, montaje, ensayos, operación...) .

Por lo tanto, se infiere que, para la mayoría de las aplicaciones, una solución preferida de retención de puntos múltiples para un cuerpo desplegable sería aquélla para la cual cada dispositivo de retención individual se asemeja más a una ligadura mecánica idealizada de unión esférica (es decir, que representa los 3 grados de libertad de la traslación según están ligados, y los 3 de la rotación como libres) . Esta solución articulada preferida proporciona ambas dichas ventajas deseables: (primero) el ajuste de la falta de alineamiento en la inclinación del cuerpo plegado en relación con la estructura de apoyo, y (segundo) la hiperestaticidad reducida preferida del cuerpo para la ligadura de la estructura de apoyo.

Típicamente, un RRD comprende una base y un soporte, cada una fijada bien al cuerpo desplegable o bien a la estructura de apoyo. Como se ha presentado anteriormente, estas base y soporte tienen superficies de acoplamiento de tipo macho-hembra que se enclavan unas con otras en la condición de plegado para evitar sustancialmente el movimiento lateral de los cuerpos uno con respecto al otro. Los mecanismos de retención, en la instalación, aplican una precarga de compresión a la disposición de macho-hembra, a menudo a través de los soportes. Para la liberación, un dispositivo de liberación activado a distancia libera dicha precarga, lo que permite la separación libre de las superficies de macho-hembra y, por lo tanto, de la conexión mecánica entre el cuerpo desplegable y la estructura de apoyo.

Debe favorecerse la aplicación cuidadosa de la precarga. La aplicación de una tensión pura de precarga es la mejor manera de garantizar que no se ha aplicado ninguna torsión excesiva al dispositivo de liberación durante el apriete, y también de que ninguna torsión residual permanece después de tal operación. El conocimiento preciso de la magnitud de la precarga aplicada es también de gran interés, debido a la relevancia de esta magnitud en relación con la capacidad de la función de retención y con la fiabilidad del funcionamiento del dispositivo de liberación.

Además, es de gran interés tener capacidad de monitorizar y/o corregir eventualmente la precarga existente, en cualquier momento a partir de la instalación de la precarga hasta la función de liberación, sobre todo como medio para comprobar el estado correcto del HRS antes del lanzamiento. La robustez y la accesibilidad a la medición y/o el sistema de variación de la precarga adoptada siempre serán considerados aspectos ventajosos y, por tanto, deseables.

De cara a dicha disponibilidad deseada para estos sistemas, los sistemas embebidos o integrados para tensar y/o para medir la precarga serían altamente atractivos.

Se conocen varios tipos de dispositivos/mecanismos de liberación (RM, en sus siglas en inglés) para la liberación de cuerpos retenidos a partir de estructuras de apoyo. Los dispositivos de liberación conocidos incluyen mecanismos de accionamiento explosivos y no explosivos (NEA, en sus siglas en inglés) . Los mecanismos de accionamiento mediante explosivos rompen de manera pirotécnica un pasador, un cable o un perno para liberar el cuerpo plegado.

Típicamente, durante la liberación, debido al alivio repentino de la energía de deformación procedente de la precarga aplicada, y/o a la naturaleza pirotécnica del dispositivo de liberación, y/o a la detención de las partes expulsadas, se espera que se genere un choque de alto nivel. Esta gran sacudida provoca efectos indeseables; en particular, puede causar daños a elementos sensibles de la carga útil en el interior del cuerpo desplegable.

Se han realizado varias mejoras en los dispositivos de liberación pirotécnicos a lo largo de los años mediante la ejecución en la práctica, en sus construcciones, de diversas técnicas y medios para la reducción del choque. Sin embargo, estas técnicas y medios no han tenido éxito, de una manera universal, para contener el nivel de emisión del choque para estos dispositivos pirotécnicos, cómodamente por debajo de los requisitos requeridos para estas aplicaciones.

En la mayoría de los casos es muy conveniente el aislamiento térmico conductivo entre el cuerpo retenido y la estructura de apoyo, a través del sistema de retención, porque permite un tratamiento independiente del control térmico (y, por lo tanto, modular) para ambos elementos, el cuerpo desplegable y la estructura de apoyo, con flujos de calor por conducción entre ellos nulos o minimizados.

Por lo tanto, habitualmente se prefiere una conductividad térmica baja para un dispositivo de retención/liberación. Esto no se satisface habitualmente en la medida deseada para los dispositivos existentes de retención/liberación, que aparecen penalizados por una, frecuentemente usada, masiva construcción... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (1) para la retención y liberación de un cuerpo desplegable montado en una estructura de apoyo, siendo el

dispositivo (1) susceptible de ser accionado entre una condición de plegado y una condición de liberado, y que 5 comprende:

- un par de submontajes (2, 3) , cada uno para estar anexado al cuerpo desplegable o a la estructura de apoyo, comprendiendo estos submontajes (2, 3) superficies de acoplamiento que se enclavan una con otra en la condición de plegado para evitar, sustancialmente, el movimiento lateral del cuerpo desplegable en relación con la estructura de

apoyo;

- un elemento tensado liberable (5) que está conectado a ambos submontajes (2, 3) , que ejercen una acción de precarga a la compresión sobre dichos submontajes (2, 3) que los mantiene juntos;

- un sistema de medición (6) de fuerzas que permite la monitorización de la citada acción de precarga a la compresión antes citada;

- un dispositivo de liberación (7) para liberar la citada precarga, que permite la separación libre de los submontajes (2, 3) ;

- que comprende, además, un mecanismo tensor integrado en el dispositivo (1) tal que aplica una precarga de tensión sustancialmente pura al elemento tensado liberable (5) , caracterizado porque comprende además capacidad sustancial de articulación esférica mecánica, garantizando el ajuste

de la falta de alineamiento en la inclinación del cuerpo plegado en relación con la estructura de apoyo y la hiperestaticidad reducida del cuerpo para la ligadura de la estructura de apoyo, mediante, sustancialmente, la cancelación del intercambio de momentos entre ellos.

2. Dispositivo (1) para la retención y liberación de un cuerpo desplegable montado en una estructura de apoyo, según la reivindicación 1, caracterizado porque la capacidad de articulación esférica se logra mediante el uso de piezas con superficies esféricas deslizantes que se acoplan, como un cojinete de rótulas de contacto plano (15) .

3. Dispositivo (1) para la retención y liberación de un cuerpo desplegable montado en una estructura de apoyo, según la reivindicación 2, caracterizado porque el cojinete de rótulas (15) comprende una bola y un anillo de rodadura reunidos en una condición de tensado previo, compatible con los movimientos de articulación del citado cojinete de rótulas (15) , a fin de evitar holguras entre la bola y el anillo de rodadura, que pueden causar la pérdida de rigidez o el golpeteo de la función de retención del dispositivo (1) .

4. Dispositivo (1) para la retención y liberación de un cuerpo desplegable montado en una estructura de apoyo, según la reivindicación 1, caracterizado porque la construcción de la articulación esférica comprende elementos flexibles que, interpuestos entre las dos piezas articuladas del dispositivo (l) , permiten, mediante flexión, su movimiento relativo en márgenes angulares limitados de la articulación esférica.

5. Dispositivo (1) para la retención y liberación de un cuerpo desplegable montado en una estructura de apoyo, según la reivindicación 1, caracterizado porque la articulación esférica está situada con respecto a las superficies de acoplamiento que se enclavan de los submontajes (2, 3) con desplazamiento limitado entre el centro de dicha articulación esférica y el centroide de dichas superficies, de modo que se verifica que las fuerzas aplicadas en el centro de la articulación no desarrollan, de manera significativa, altas tensiones de contacto en flexión en dichas superficies.

6. Dispositivo (1) para la retención y liberación de un cuerpo desplegable montado en una estructura de apoyo, según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque la articulación esférica está construida internamente o externamente respecto a las superficies de acoplamiento que se enclavan de los submontajes (2, 3) .