DISPOSITIVO MODULAR DE AISLAMIENTO MULTIEJES DE VIBRACIONES DE CHOQUES, A BASE DE ELASTÓMERO.

Dispositivo de aislamiento multiejes de por lo menos un equipo (61) generador de vibraciones embarcado sobre una estructura portante (14),

tal como un satélite, que comprende por lo menos tres módulos de aislamiento (11) repartidos en la periferia de dicho equipo vibratorio (61) o de un soporte (17) de este último, caracterizado porque cada módulo de aislamiento comprende dos piezas rígidas de las que una (12), denominada pieza externa, está destinada a ser fijada a la estructura portante (14), y la otra (15), denominada pieza interna, está destinada a ser fijada a dicho equipo vibratorio (61) o a su soporte (17), estando dichas piezas interna (15) y externa (12) unidas una a la otra por lo menos por un pivote de aislamiento (18) de elastómero, que atenúa por su deformación según por lo menos uno de sus ejes en tracción, compresión o cizalladura la transmisión de vibraciones de pequeña amplitud generadas por dicho equipo (61), comprendiendo asimismo cada módulo de aislamiento (11) un tope flexible lateral (19b) y dos topes flexibles longitudinales, activos en sentidos opuestos (19a), estando cada uno montado sobre solamente una de las piezas interna (15) y externa (12), y teniendo un extremo libre enfrentado al otro de dichas piezas interna (15) y externa (12) y sin contacto con dicha otra pieza en reposo

La presente invención se refiere a un dispositivo de aislamiento multiejes de las vibraciones generadas por un equipo 5 vibratorio y transmitidas a una estructura portante de este equipo, como, por ejemplo, en el caso en que el equipo vibratorio comprende por lo menos un elemento giratorio y/o desplazado en traslación periódica, debiendo el término aislamiento ser comprendido en el sentido de por lo menos una atenuación mediante unos elementos dispuestos en serie entre la fuente de vibraciones, que es el equipo vibratorio, y el soporte a aislar, que es la estructura portante.

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El dispositivo de aislamiento debe, en ciertos casos, cumplir asimismo otra función, a priori antagonista de la presentada 10 más arriba, y que es atenuar unas cargas dinámicas, tales como vibraciones y choques, importantes y transitorias aplicadas a la estructura portante, y que se propagan a través del dispositivo de aislamiento hasta el equipo, eventualmente sensible a estas cargas.

Para facilitar la compresión de la invención, ésta se describe a continuación más particularmente en el marco de ciertas aplicaciones relacionadas con el sector espacial, y para las cuales la invención presenta un interés particular para el 15 solicitante.

Es bien conocido que algunos accionadores, utilizados habitualmente para el control de actitud de satélites, poseen un o unos elementos giratorios, cuyo equilibrado siempre imperfecto en la práctica genera unas vibraciones que se propagan a través de la estructura del satélite. Es el caso por ejemplo de las ruedas de reacción, ruedas cinéticas, girodinos (denominados asimismo accionadores giroscópicos o CMG en la bibliografía), ruedas de almacenamiento de energía, 20 etc.

Otros equipos embarcados a bordo de los satélites pueden generar también dichas vibraciones, como por ejemplo unos generadores de frío a base de compresores. Las vibraciones creadas por estos equipos pueden transmitirse hasta unas cargas útiles de los satélites y degradar sus prestaciones, como es el caso, por ejemplo, para unos instrumentos de observación óptica particularmente sensibles a los movimientos de la línea de mira perjudiciales para la calidad de las 25 imágenes obtenidas.

Para contrarrestar estos efectos perjudiciales, según el estado de la técnica, el equipo perturbador o un conjunto de equipos perturbadores está montado sobre un dispositivo de aislamiento que constituye una interfaz de montaje del equipo o conjunto de equipos sobre la estructura portante. Además de esta función de montaje, el dispositivo de aislamiento debe atenuar la transmisión de las vibraciones generadas por lo menos por un equipo según un cierto 30 patrón frecuencial que depende de la utilización. En el caso en que por lo menos un equipo es un accionador en par o en fuerza, el dispositivo de aislamiento debe transmitir asimismo los pares o fuerzas útiles generados por este equipo según un patrón frecuencial de transmisibilidad especificada también por el usuario. Por otra parte, es deseable, si no necesario, que el dispositivo de aislamiento atenúe asimismo las cargas dinámicas muy grandes aplicadas sobre la estructura portante cuando tiene lugar la fase de lanzamiento del satélite, lo cual parece contradictorio con la función de 35 aislamiento de las vibraciones de por lo menos un equipo, siendo estas vibraciones de varios órdenes de magnitud inferiores a las cargas dinámicas en el lanzamiento.

El dispositivo de aislamiento según la invención debe por tanto funcionar.

- en el suelo, en particular durante los ensayos de prestaciones en los ensayos de cualificación efectuados antes del lanzamiento del satélite, 40

- durante el lanzamiento de satélite, en unos entornos vibratorios, acústicos y de choques particularmente difíciles, y

- cuando el satélite está en órbita, cuando las prestaciones de aislamiento de vibraciones muy pequeñas deberán alcanzar los niveles esperados.

Por último, el dispositivo de aislamiento según la invención debe también a veces mantener en el curso del tiempo una cierta estabilidad de alineación del o de los equipos vibratorios con respecto a la estructura portante. 45

Los valores numéricos siguientes corresponden a una gama de funcionamiento típico de una realización particular del dispositivo de la invención cuando está aplicado al aislamiento de accionadores de tipo ruedas de reacción o girodinos a bordo de satélites:

- masa de un equipo vibratorio a aislar: típicamente de 1 kg a 30 kg;

- fuerzas y pares perturbadores generados por el equipo vibratorio: 1N a 100N sobre una gama de frecuencias de 10 Hz 50 a 1000 Hz;

- factor de atenuación buscado en vibraciones y choques: 3 a 50 en la gama 10 Hz a 1000 Hz (típicamente una atenuación en pendiente -2 en escala logarítmica en el campo frecuencial);

- factor de sobretensión del dispositivo de aislamiento: inferior a 2;

- factor de transmisibilidad buscado: 1  5% en la gama 0 a 10 Hz;

- estabilidad de alineación en el tiempo: que puede alcanzar hasta típicamente 0,05º;

- entorno en el alzamiento: típicamente 20 a 100 g en la gama 10-100 Hz (vibraciones) y 1.000 g en la gama 100-1000 Hz (choques) (siendo g la aceleración del campo de gravedad terrestre). 5

En este punto de la memoria descriptiva, es preciso observar que el dispositivo propuesto por la invención y que se presenta a continuación puede servir también para aislar no un solo equipo, sino por ejemplo un conjunto de equipos de los que algunos son perturbadores puesto que son vibratorios, montados todos sobre un mismo plato portaequipos. El dispositivo de aislamiento según la invención puede ser utilizado asimismo en la interfaz entre una parte de un satélite, por ejemplo un módulo de servicio, y otra parte del satélite, por ejemplo una carga útil. En estos dos casos, los valores 10 numéricos anteriores, dados a título indicativo, no son forzosamente aplicables.

A partir de las patentes US nº 5.305.981 y US nº 5.971.375, se conocen unos dispositivos de aislamiento multiejes que comprenden una pluralidad de pivotes de aislamiento dispuestos entre dos piezas estructurales, de las que una soporta un equipo vibratorio, y la otra debe ser fijada a la estructura portante del satélite. Por ejemplo, el documento US nº 5.305.981 describe un dispositivo compuesto por 6 elementos de aislamiento en una disposición simétrica en 15 configuración hexápoda simétrica de 3 pares de pivotes oblicuos que proporcionan una amortiguación viscosa y una atenuación de las vibraciones y de los choques en el lanzamiento del satélite y en operación en el espacio. En este dispositivo, los elementos de aislamiento están montados sobre unas juntas con dos grados de libertad que permiten un juego axial y una minimización de los momentos de flexión. Unos topes situados entre las dos piezas estructurales del dispositivo limitan los desplazamientos de los elementos de aislamiento, en particular cuando tiene lugar el lanzamiento 20 del satélite. Se debe observar que con este concepto, 6 elementos de aislamiento son necesarios para realizar un aislamiento total en fuerzas y pares según los tres ejes. El montaje del dispositivo sobre la estructura del satélite necesita una pieza estructural intermedia. Los topes no están integrados en los elementos de aislamiento. El concepto no es modular. Una generalización del concepto con otros tipos de aislamiento no es evidente, en particular cuando el número de grados de libertad a aislar varía. El ajuste del dispositivo en función de las especificaciones de aislamiento 25 de las pequeñas vibraciones generadas por el equipo, y de aislamiento de los grandes niveles de vibraciones y choques cuando tiene lugar el lanzamiento, así como de transmisibilidad de los pares útiles generados por el equipo no es fácil. El volumen del dispositivo, su masa, su ausencia de modularidad no favorecen su concepción, ni su realización, ni su utilización.

El dispositivo descrito en el documento US nº 5.971.375 tiene una configuración similar. Aparecen las mismas 30 limitaciones, con, además, una disposición compleja de una pluralidad de resortes.

A partir del documento de patente JP 2000 145 889, son conocidas también unas...

1. Dispositivo de aislamiento multiejes de por lo menos un equipo (61) generador de vibraciones embarcado sobre una estructura portante (14), tal como un satélite, que comprende por lo menos tres módulos de aislamiento (11) repartidos en la periferia de dicho equipo vibratorio (61) o de un soporte (17) de este último, caracterizado porque cada módulo de 5 aislamiento comprende dos piezas rígidas de las que una (12), denominada pieza externa, está destinada a ser fijada a la estructura portante (14), y la otra (15), denominada pieza interna, está destinada a ser fijada a dicho equipo vibratorio (61) o a su soporte (17), estando dichas piezas interna (15) y externa (12) unidas una a la otra por lo menos por un pivote de aislamiento (18) de elastómero, que atenúa por su deformación según por lo menos uno de sus ejes en tracción, compresión o cizalladura la transmisión de vibraciones de pequeña amplitud generadas por dicho equipo (61), 10 comprendiendo asimismo cada módulo de aislamiento (11) un tope flexible lateral (19b) y dos topes flexibles longitudinales, activos en sentidos opuestos (19a), estando cada uno montado sobre solamente una de las piezas interna (15) y externa (12), y teniendo un extremo libre enfrentado al otro de dichas piezas interna (15) y externa (12) y sin contacto con dicha otra pieza en reposo.

2. Dispositivo de aislamiento multiejes según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos topes flexibles (19) de 15 dichos módulos de aislamiento (11) comprenden cada uno por lo menos un elemento de elastómero que entra en contacto con dicha otra pieza rígida (12, 15) enfrentada, en posición activa del tope flexible (19).

3. Dispositivo de aislamiento multiejes según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque dicha pieza externa (12) tiene una forma de estribo.

4. Dispositivo de aislamiento multiejes según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque dicho elemento de 20 elastómero de dichos tres topes flexibles (19) de por lo menos un módulo (11) está fijado sobre dicha pieza externa (12).

5. Dispositivo de aislamiento multiejes según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque dichos elementos de elastómero de dichos tres topes flexibles (19) de por lo menos un módulo (11) están unidos en una sola capa de elastómero fijada sin discontinuidad sobre una superficie intrerna de la pieza externa (12).

6. Dispositivo de aislamiento multiejes según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque el conjunto 25 constituido por dicho o dichos pivote(s) de aislamiento (18) y dichos elementos de elastómero de dichos tres topes flexibles (19) de por lo menos un módulo (11) está constituido por un solo bloque de elastómero sin discontinuidad.

7. Dispositivo de aislamiento multiejes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque por lo menos un tope flexible (19) de por lo menos un módulo (11) está constituido por un elemento de elastómero, montado sobre una solamente de dichas piezas interna (15) y externa (12), y que tiene un extremo libre enfrentado al otro de 30 dichas piezas interna (15) y externa (12) y sin contacto con dicha otra pieza en reposo, estando dicha parte enfrentada a dicho elemento de elastómero constituida por un resalte metálico de dicha otra pieza interna o externa.

8. Dispositivo de aislamiento multiejes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque cada módulo de aislamiento (11) comprende un solo pivote de aislamiento de elastómero, que es longitudinal (18a).

9. Dispositivo de aislamiento multiejes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque cada 35 módulo de aislamiento (11) comprende dos pivotes de aislamiento longitudinales (18a) de elastómero, dispuestos a ambos lados de la pieza interna (15), en posición sustancialmente simétrica, siendo los dos pivotes (18a) de igual geometría y de la misma rigidez.

10. Dispositivo de aislamiento multiejes según la reivindicación 9, caracterizado porque cada módulo de aislamiento (11) comprende además un pivote de aislamiento de lateral (18b) de elastómero. 40

11. Dispositivo de aislamiento multiejes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque cada módulo de aislamiento (11) comprende un solo pivote de aislamiento de elastómero, que es lateral (18b).

12. Dispositivo de aislamiento multiejes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque los dos topes flexibles longitudinales (19a) están dispuestos de forma sustancialmente simétrica, y tienen las mismas características por lo menos en términos de rigidez, juego, y superficie de contacto. 45

13. Dispositivo de aislamiento multiejes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque, en cada módulo de aislamiento (11), el ángulo entre la dirección (Y1 Y1) de cada tope longitudinal (19a) y la dirección (Y2,Y2) del tope lateral (19b) es igual a 90º.

14. Dispositivo de aislamiento multiejes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque, en cada módulo de aislamiento (11), el ángulo entre la dirección de cada tope longitudinal (19a) y la dirección del tope lateral 50 (19b) es diferente de 90º, no nulo, y típicamente mayor de 10º.

15. Dispositivo de aislamiento mutiejes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque en cada módulo de aislamiento (11), los topes longitudinales (19a) están lo más alejados posible del punto de fijación del equipo (61) o de su soporte (17).

16. Dispositivo de aislamiento multiejes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque comprende cuatro módulos (11) idénticos, dispuestos preferentemente en los vértices de un cuadrado y orientados preferentemente de forma simétrica según las diagonales del cuadrado.

17. Dispositivo de aislamiento multiejes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque los pivotes de aislamiento (18) y los topes flexibles (19) tienen por lo menos una forma estándar, preferentemente de 5 manera sustancialmente cilíndrica o paralelepipédica, no siendo las dimensiones de los diferentes pivotes (18) y topes (19) necesariamente idénticas.

18. Dispositivo de aislamiento multiejes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque los pivotes de aislamiento (18) y los topes flexibles (19) están encajados uno en el otro, siendo uno por ejemplo un cilindro, y el otro un aro o una parte anular que rodea el cilindro, de manera que se optimice el volumen del dispositivo. 10

19. Dispositivo de aislamiento multiejes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque los ángulos (α) entre, por una parte, los planos medios (22) de las partes externas (15b) de dichas piezas internas (15) enfrentadas a dichas piezas externas (12) y, por otra parte, el plano de colocación (21) del equipo (61) no son nulos.

20. Dispositivo de aislamiento multiejes según la reivindicación 19, caracterizado porque dichos ángulos (α), preferentemente iguales, son tales que el centro de gravedad (62) del equipo (61) a aislar está situado cerca de los 15 planos medios (22) de dichas piezas internas (15) de los módulos de aislamiento (11) con el fin de favorecer el aislamiento de los modos de basculación del equipo (61).

21. Dispositivo de aislamiento multiejes según la reivindicación 19, caracterizado porque dichos ángulos (α) preferentemente iguales, son tales que el centro de gravedad (62) del equipo (61) a aislar está situado lejos de los planos medios (22) de dichas piezas internas (15) de los módulos de aislamiento (11) con el fin de favorecer el 20 desacoplamiento en frecuencia entre los modos de suspensión del dispositivo de aislamiento y los modos propios de vibración del equipo (61).

22. Dispositivo de aislamiento multiejes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizado porque los modos de suspensión del dispositivo de aislamiento son inferiores a los del equipo (61) a aislar en un factor 2 como mínimo. 25

23. Dispositivo de aislamiento multiejes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, caracterizado porque las características de los pivotes de aislamiento (18), en términos de sección, altura, módulo viscoelástico, ángulos entre los pivotes longitudinales (18) y el plano medio (22) de la pieza interna (15), y ángulos entre los planos medios (22) de las piezas internas (15) y el plano de colocación (21) del equipo (61) sobre las piezas internas (15) de dichos módulos de aislamiento (11), se eligen con el fin de asegurar que las funciones frecuenciales de transmisibilidad de los esfuerzos en 30 fuerza y par según los tres ejes en los pequeños movimientos, antes de la posición activa de los topes flexibles (19), correspondan a un patrón especificado, de manera que, por ejemplo, las vibraciones de pequeñas amplitudes en fuerza y par transmitidas por el equipo (61) a la estructura (14) portante sean correctamente filtradas más allá de una cierta frecuencia, y que las fuerzas y pares útiles generados por el equipo (61) sean transmitidos sin deformación perjudicial.

24. Dispositivo de aislamiento multiejes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, caracterizado porque las 35 características de los topes flexibles (19), en términos de sección, altura de elastómero, módulo viscoelástico del elastómero, dimensión del intersticio entre el tope flexible (19) y la pieza (12, 15) enfrentada, son tales que se evita una deformación demasiado importante de los pivotes de aislamiento (18) cuando tienen lugar grandes cargas aplicadas al dispositivo, impidiendo así cualquier deterioro o fenómeno irreversible indeseable, y simultáneamente, las funciones frecuenciales de transmisibilidad de los esfuerzos en fuerza y par según los tres ejes en toda la gama de funcionamiento 40 prevista para el dispositivo correspondan a un patrón específico, de manera que las vibraciones y choques de grandes amplitudes en fuerza y par transmitidos por la estructura portante (14) al equipo (61) sean correctamente filtradas.

25. Dispositivo de aislamiento multiejes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24, caracterizado porque el juego de los topes longitudinales (19a) de cada módulo de aislamiento (11) sólo representa típicamente de 0,5 a algunos puntos por ciento de la distancia más pequeña que separa dos topes longitudinales (19a) de dos módulos de 45 aislamiento (11) distintos.