DISPOSITIVO MODULAR PARA EL AISLAMIENTO MULTI-AXIAL DE VIBRACIONES Y CHOQUES, A BASE DE UN ELASTÓMERO.

Dispositivo modular para el aislamiento multi-axial de vibraciones y choques, a base de un elastómero La presente invención se refiere a un dispositivo de aislamiento multi-axial de vibraciones engendradas por un equipo vibrante y transmitidas a una estructura portante de este equipo, tal como, por ejemplo, en el caso de un equipo vibrante que comprende, como mínimo, un elemento giratorio y/o desplazado en traslación periódica, debiendo comprenderse el término aislamiento en el sentido de, como mínimo, una atenuación mediante elementos situados en serie entre la fuente de vibraciones, que es el equipo vibrante, y el soporte a aislar, que es la estructura portante. El dispositivo de aislamiento debe cumplir también, en ciertos casos, otra función, a priori antagonista de la que se ha indicado en lo anterior, que es la de atenuar 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, que eventualmente es sensible a estas cargas. Para facilitar la comprensión de la invención, ésta se describirá más particularmente dentro del marco de ciertas aplicaciones relacionadas con el sector espacial, y para las cuales la invención presenta un interés específico para el solicitante. Es bien conocido que ciertos accionadores, habitualmente utilizados para el control de la disposición de satélites, poseen uno o varios elementos giratorios, cuyo equilibrado siempre imperfecto en la práctica genera vibraciones que se propagan a través de la estructura del satélite. Este es el caso, por ejemplo, de las ruedas de reacción, ruedas cinéticas, girodinos (llamados igualmente accionadores giroscópicos o CMG en esta literatura), ruedas de almacenamiento de energía, etc. Otros equipos a bordo de los satélites pueden engendrar igualmente vibraciones de este tipo, tales como por ejemplo generadores de frío a base de compresores. Las vibraciones creadas por estos equipos pueden transmitirse hasta cargas útiles de satélites y pueden degradar su rendimiento, tal como es el caso, por ejemplo, para instrumentos de observación óptica especialmente sensibles a las variaciones de la línea de observación perjudiciales para la calidad de las imágenes obtenidas. Para contrarrestar estos efectos perjudiciales, según el estado de la técnica, el equipo perturbador o un conjunto de equipos perturbadores es 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 a un equipo, según un cierto marco de frecuencias dependiendo de la utilización. En el caso en el que, como mínimo, un equipo es un accionador de par o de fuerza, el dispositivo de aislamiento debe igualmente transmitir los pares o las fuerzas útiles generadas por este equipo según un marco de frecuencias de transmisibilidad específico igualmente para el usuario. Además, es deseable, o incluso necesario, igualmente que el dispositivo de aislamiento atenúe las cargas dinámicas muy fuertes aplicadas sobre la estructura portante en la fase de lanzamiento del satélite, lo que parece contradictorio con la función de aislamiento de las vibraciones de, como mínimo, un equipo, vibraciones que son de varios órdenes de magnitud inferiores a las cargas dinámicas de lanzamiento. El dispositivo de aislamiento según la invención debe, por lo tanto, funcionar: - en el suelo, en particular durante los ensayos de rendimiento y los ensayos de calificación efectuados antes del lanzamiento del satélite - durante el lanzamiento del satélite, en entornos vibratorios, acústicos y de choques especialmente difíciles, y - cuando el satélite se encuentra en órbita, en el que los comportamientos de aislamiento de vibraciones muy pequeñas deberán llegar a los valores esperados. Finalmente, el dispositivo de aislamiento según la invención debe igualmente mantener a lo largo del tiempo una cierta estabilidad de alineación del equipo o equipos vibrantes con respecto a la estructura portante. Los valores numéricos siguientes corresponden a un rango de funcionamiento típico de una realización particular del dispositivo según la invención cuando es aplicado al aislamiento de accionadores del tipo de ruedas de reacción o girodinos a bordo de satélites: - masa del equipo vibrante a aislar: de manera típica de 1 kg a 30 kg; - fuerzas y pares de disturbio engendrados por el equipo vibrante: 1N a 100N en un rango de frecuencias de 10Hz a 1000Hz; 2 E08851959 19-10-2011   - factor de atenuación buscado en vibraciones y choques: 3 a 50 en el rango de 10Hz a 1000Hz (de manera típica una atenuación en pendiente -2 en escala logarítmica en el dominio de las frecuencias); - factor de sobretensión del dispositivo de aislamiento: inferior a 2; - factor de transmisibilidad buscado: 1 ± 5% en el rango de 0 a 10 Hz; - estabilidad de alineación en el tiempo: puede llegar de manera típica a 0,05º; - entorno en el lanzamiento: típicamente 20-100g en el rango de 10-100 Hz (vibraciones) y 1000g en el rango 100- 1000Hz (choques) (g es la aceleración del campo de gravedad terrestre). En este punto de la descripción, se debe observar que el dispositivo propuesto por la invención que se explica a continuación puede servir igualmente para aislar no solamente un equipo, sino, por ejemplo, un conjunto de equipos de los que por lo menos uno es perturbante, por lo tanto, vibrante, estando montados todos sobre una misma plataforma porta-equipos. El dispositivo de aislamiento según la invención puede igualmente ser utilizado como interfaz para servir para aislar una parte de un satélite, por ejemplo, un módulo de servicio de otra parte del satélite, por ejemplo, una carga útil. En estos dos casos, los valores numéricos que se indican a continuación, a título indicativo, no son aplicables de manera forzosa. Por el documento WO 2007/077350 del solicitante, correspondiente al preámbulo de la reivindicación independiente 1, se conocen dispositivos de aislamiento de ejes múltiples de, como mínimo, un equipo generador de vibraciones, embarcado en una estructura portante, y que comprende, como mínimo, tres módulos de aislamiento, y típicamente cuatro módulos, repartidos en la periferia de dicho equipo vibrante o de un soporte de este último, y tal que cada módulo de aislamiento presenta dos piezas rígidas, una de las cuales, llamada pieza externa, está destinada a ser fijada a la estructura portante, y la otra, llamada pieza interna, está destinada a ser fijada a dicho equipo vibrante o a su soporte, estando conectadas dichas piezas interna y externa una a otra, como mínimo, por un bloque de aislamiento de elastómero, que atenúa por su deformación según, como mínimo, uno de sus ejes de tracción, compresión o cizalladura, la transmisión de vibraciones de poca amplitud generadas por dicho equipo, comprendiendo cada módulo de aislamiento igualmente un tope flexible lateral (o radial), y dos topes flexibles longitudinales, activos en sentidos opuestos, estando montado cada uno de los topes flexibles sobre una solamente de las piezas internas y externas y teniendo un extremo libre con respecto a otra de dichas piezas interna y externa y sin contacto con la otra pieza mencionada que se encuentra en reposo. Con la finalidad de precisar los términos utilizados en la presente descripción, hacemos observar al lector las figuras 1 a 3 y 6 a 8 adjuntas, en las que se han representado las direcciones llamadas longitudinal Z, radial Y y tangencial X, asociada cada una de ellas a un módulo de orientación. Estas direcciones X, Y, Z están orientadas respectivamente: - para la dirección longitudinal Z: según un eje-ZZ llamado longitudinal del equipo vibrante, por lo tanto sensiblemente perpendicular a su soporte y/o a la estructura portante, - para la dirección radial Y: según eje-YY llamado radial, perpendicularmente a la dirección longitudinal Z y pasando por un centro geométrico o de simetría del equipo a aislar - para la dirección tangencial X: según un eje-XX llamado tangencial, perpendicular a las dos direcciones Z e Y. Los topes flexibles de los módulos de aislamiento comprenden cada uno de ellos, como mínimo, un elemento en material elastómero que establece contacto con la otra pieza rígida mencionada en oposición, en posición activa del tope flexible, cuando tienen lugar deformaciones y amplitud suficiente del bloque o bloques de aislamiento, de manera que elemento de elastómero del tope flexible trabaja en compresión cuando el tope se encuentra activo. No obstante, este tipo de realización de aisladores de elastómero según el documento WO 2007/077350 posee algunas limitaciones. Por una parte,... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (1) de aislamiento multiaxial de, como mínimo, un equipo (2) generador de vibraciones situado a bordo de una estructura portante (5), tal como un satélite, que comprende, como mínimo, tres módulos (4) de aislamiento repartidos en la periferia de dicho equipo vibrante (2) o de un soporte (3) de éste último, comportando cada módulo (4) de aislamiento, como mínimo, dos piezas rígidas (6, 9, 9a, 9b, 59) de las que por lo menos una, llamada pieza externa (9, 9a, 9b, 59), está destinada a ser fijada (13) a la estructura portante (5), y de la que, como mínimo, otra pieza llamada pieza interna (6, 56), está destinada a ser fijada (7a) a dicho equipo vibrante (2) o a su soporte (3), estando conectadas, por lo menos una pieza interna (6, 56), y por lo menos, una pieza externa (9, 9a, 59) una a otra por, como mínimo, un bloque (12, 52) de aislamiento de elastómero que amortigua por su deformación la transmisión de vibraciones de reducida amplitud generadas por dicho equipo (2), comprendiendo cada módulo (4) igualmente, como mínimo, dos topes flexibles (14, 24, 34, 44, 54) montados sobre, como mínimo, una pieza interna (6, 56) o, como mínimo, una pieza externa (9, 9b, 59), y teniendo cada una un extremo libre en oposición a otra pieza, respectivamente externa (9, 59) o interna (6, 56) y sin contacto con la otra pieza mencionada en reposo, actuando cada uno de dichos, como mínimo dos topes flexibles (14, 24, 34, 44, 54) según, como mínimo, un eje de deformación de dicho, como mínimo, un bloque de aislamiento (82, 52), y dos topes flexibles llamados, longitudinales (14a, 24a, 34a, 44a, 54a), que se activan según el eje longitudinal (-ZZ), en sentidos opuestos, caracterizado porque cada módulo (4) de aislamiento comprende, además, dos topes flexibles, llamados tangenciales (14b, 24b, 34b, 44b, 54b), activos según el eje tangencial (-XX), en sentidos opuestos. 2. Dispositivo de aislamiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos topes flexibles (14a, 14b, 24a, 24b, 34a, 34b, 44a, 44b, 54a, 54b) de dichos módulos de aislamiento (4) comprenden cada uno de ellos, como mínimo, un elemento de elastómero que establece contacto con la otra pieza rígida mencionada (9, 6, 56) en oposición, para la posición activa del tope flexible correspondiente. 3. Dispositivo de aislamiento, según la reivindicación 2, caracterizado porque el elemento de elastómero (44, 51) de, como mínimo, un tope flexible (44a, 44b, 54a, 54b) de, como mínimo, un módulo de aislamiento (4) presenta un extremo libre en oposición a la otra pieza externa o interna (6, 56) y sin contacto en reposo con la otra pieza mencionada (6, 56), que presenta una parte (8, 65) en oposición a dicho elemento de elastómero (44, 51) y constituida por un saliente metálico de la otra pieza mencionada (6, 56). 4. Dispositivo de aislamiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque, como mínimo, un módulo de aislamiento (4) comprende, como mínimo, un bloque de aislamiento llamado tangencial (12b), montados sensiblemente, según el eje tangencial (-XX), y/o por lo menos un bloque de aislamiento, llamado longitudinal (12a), montado sensiblemente, según el eje longitudinal (-ZZ). 5. Dispositivo de aislamiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque, como mínimo, un módulo de aislamiento (4) comprende dos bloques de aislamiento longitudinales (12a), preferentemente idénticos, montados sensiblemente de forma simétrica a un lado y otro de una pieza interna (6) de dicho módulo (4), según el eje longitudinal (-ZZ), y/o dos bloques de aislamiento tangenciales (12b), preferentemente idénticos, montados sensiblemente de forma simétrica a un lado y otro de una pieza interna (6) de dicho módulo (4), según el eje tangencial (-XX). 6. Dispositivo de aislamiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque, sobre por lo menos un módulo (4), los dos topes flexibles longitudinales (14a), preferentemente idénticos, están montados sensiblemente de forma simétrica a un lado y otro de una pieza interna (6), según el eje longitudinal (-ZZ) y los dos topes flexibles tangenciales (14b), preferentemente idénticos, están montados sensiblemente de forma simétrica a un lado y otro de una pieza interna (6), según el eje tangencial (-XX). 7. Dispositivo de aislamiento, según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el conjunto de topes flexibles (24a, 24b, 34a, 34b, 44a, 44b, 54a, 54b) de, como mínimo, un módulo está constituido por un solo elemento de elastómero (23, 34, 44, 51) fijado sobre una (6, 9, 59) de las piezas rígidas internas (6) y externas (9, 59), en oposición de otra pieza rígida, respectivamente externa o interna (6). 8. Dispositivo de aislamiento, según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el conjunto de los bloques de aislamiento (52a, 52b) y de los topes flexibles (54a, 54b) de, por lo menos, un módulo (4) está constituido por un solo elemento de elastómero (51). 9. Dispositivo de aislamiento, según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque por lo menos un módulo (4) comprende dos piezas rígidas externas (9a, 9b), de las que una (9b) lleva todos los topes flexibles (14), y la otra (9a) está conectada por dicho por lo menos un bloque (12) de aislamiento a la pieza rígida interna (6) o a una pieza rígida interna de dicho módulo (4), estando fijada la parte flexible de dichos topes flexibles sobre la cara interna de dicha pieza rígida externa que lleva todos los topes flexibles, o bien sobre la cara externa de la pieza rígida interna o de una pieza rígida interna. 10. Dispositivo de aislamiento, según la reivindicación 9, caracterizado porque dicha pieza externa (9b) que lleva E08851959 19-10-2011   los topes flexibles (14) está fijada de manera desmontable (13) a dicha estructura portante (5) en posición radial externa con respecto a la otra pieza externa (9a) de dicho módulo (4). 11. Dispositivo de aislamiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque, sobre, por lo menos un módulo (4), una primera pieza interna (6) está fijada a dicho equipo vibrante (2) o a su soporte (3), y conectada por dicho, como mínimo, un bloque de aislamiento (12) a la pieza externa o a una pieza externa (9) de dicho módulo (4), y todos los topes flexibles (14) son soportados por una segunda pieza interna (15) fijada de manera desmontable y regulable en posición sobre dicha primera pieza interna (6), estando fijada la parte flexible de dichos topes flexibles a la cara interna de la pieza externa o de una pieza externa, o bien sobre la cara externa de dicha segunda pieza rígida interna. 12. Dispositivo de aislamiento, según la reivindicación 11, caracterizado porque los topes flexibles (14) están soportados sobre o alrededor del extremo radial externo (15b) de dicha segunda pieza interna (15) dispuesta en forma de embudo radial que se acopla parcialmente, de forma desmontable y con regulación radial, dentro de dicha primera pieza interna (6) conectada por dicho, por lo menos un bloque (12) a un marco (10) de una pieza externa o de la única pieza externa (9) en la que se acoplan radialmente dichas primera (6) y segunda (15) piezas internas. 13. Dispositivo de aislamiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque, sobre, por lo menos un módulo (4), las partes flexibles de los topes flexibles (24a, 24b, 34a, 34b) están fijadas sobre una misma pieza interna (6) y constituidas por un solo elemento de material elastómero (24, 34), de sección, por ejemplo cuadrada o circular, fijada sobre o alrededor de una parte extrema radial externa (8), de forma general respectivamente, paralelepipédica o cilíndrica de dicha pieza interna (6) y acoplado, sin contacto en reposo, en un marco (10) de forma correspondiente de, como mínimo, una pieza externa (9). 14. Dispositivo de aislamiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque, sobre, como mínimo un módulo (4), las partes flexibles de los topes flexibles (44a, 44b, 54a, 54b) están fijadas sobre una misma pieza externa (9, 59) y están constituidas por un solo elemento de elastómero (44, 54) en forma de manguito de sección, por ejemplo, cuadrangular o circular, fijado por su cara externa en el interior de un marco (10, 60) de dicha pieza externa (9, 59), y rodeando, sin contacto en reposo, un tope rígido (8, 65) de forma correspondiente montado sobre un embudo radial (8, 58) de una pieza interna (6, 56), saliente radialmente hacia el exterior y acoplada en dicho marco (10, 60) de la pieza externa (9, 59). 15. Dispositivo de aislamiento, según la reivindicación 14, caracterizado porque dicho tope rígido (65) es intercambiable, tiene una forma sensiblemente paralelepipédica o cilíndrica y está fijado, preferentemente de manera desmontable regulable, en el extremo radial externo de dicho embudo radial (58) de la pieza interna (56). 16. Dispositivo de aislamiento, según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque cada uno de los módulos de aislamiento (4) tiene su eje radial (-YY) inclinado en un mismo ángulo (") con respecto al plano de disposición del equipo vibrante (2) sobre una plataforma (3) porta-equipo de la que son solidarias las piezas internas (6) de dichos módulos (4). 17. Dispositivo de aislamiento, según una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque comprende tres módulos de aislamiento idénticos (4). 18. Dispositivo de aislamiento, según una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque comprende cuatro módulos idénticos (4) dispuestos, preferentemente, en los vértices de un cuadrado y orientados preferentemente de forma simétrica con respecto a las diagonales (D1, D2) del cuadrado. 19. Dispositivo de aislamiento, según una de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque las características de los bloques de aislamiento (12a, 12b), en términos de sección, altura, módulo viscoelástico, ángulos entre los bloques longitudinales (12a) y el plano medio de la pieza o piezas internas (6), ángulos entre el eje radial (-YY) de los módulos de aislamiento (4) y el plano de disposición del equipo (2), se escogen con la finalidad de asegurar que las funciones frecuenciales de transmisibilidad de los esfuerzos en fuerza y en par, según los tres ejes, con pequeños movimientos, más cerca de la posición activa de los topes flexibles (14a, 14b), corresponden a una dimensión específica, de manera que, por ejemplo, las vibraciones de reducidas amplitudes en forma y par transmitidas por el equipo (2) a la estructura portante (5) sean correctamente filtradas más allá de una cierta frecuencia, y que las fuerzas y pares de fuerzas útiles, en general, para el equipo (2) sean transmitidos sin alteración perjudicial más allá de dicha frecuencia. 20. Dispositivo de aislamiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado porque las características de los topes flexibles (14a, 14b), en términos de sección, altura del elastómero, modelo viscoelástico del elastómero, en dimensión del intersticio entre el tope flexible (14a, 14b) y la pieza (6, 9) en oposición, son tales que se evita una deformación demasiado importante de los bloques de aislamiento (12a, 12b) cuando tienen lugar fuertes cargas aplicadas al dispositivo (1), impidiendo de este modo cualquier deterioro o fenómeno irreversible indeseable y simultáneamente las funciones frecuenciales de transmisibilidad de los esfuerzos en fuerza y par, según los tres ejes todo el rango de funcionamiento previsto por el dispositivo (1) corresponden a una dimensión 16 E08851959 19-10-2011   determinada, de manera que, las vibraciones y choques de grandes amplitudes en fuerza y par transmitidas por la estructura portante (5) al equipo (2) sean correctamente filtrados. 21. Aplicación del dispositivo de aislamiento (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, caracterizada porque el equipo (2) es un equipo espacial situado a bordo de un satélite, comprendiendo dicho equipo (2), como mínimo, una parte giratoria que genera vibraciones, tal como por ejemplo por lo menos uno de los equipos siguientes: rueda de reacción, rueda cinética, rueda de inercia, rueda de almacenamiento de energía, girodino o accionador giroscópico o CMG, debiendo resistir dicho equipo (2) dotado de su dispositivo (1) de aislamiento, las cargas estáticas y dinámicas, tales como vibraciones, choques que sufre en el lanzamiento del satélite. 22. Aplicación del dispositivo de aislamiento (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, caracterizada porque el equipo (2) es un equipo espacial situado a bordo de un satélite, comprendiendo dicho equipo (2), como mínimo, una parte animada en traslación por un movimiento que comprende, como mínimo, una componente temporal periódica en el tiempo que genera vibraciones, tal como por ejemplo, un compresor utilizado para generar frío, debiendo resistir dicho equipo (2) dotado de su dispositivo (1) de aislamiento, las cargas estáticas y dinámicas, tales como vibraciones, choques que sufre en el lanzamiento del satélite. 23. Aplicación, según cualquiera de las reivindicaciones 21 y 22, caracterizada porque el dispositivo de aislamiento (1) sirve para aislar un conjunto de equipos de los que, por lo menos, uno (2) es un perturbador, estando todos montados en la misma plataforma porta-equipos (3). 24. Aplicación, según cualquiera de las reivindicaciones 21 a 23, caracterizada porque el dispositivo (1) de aislamiento sirve para aislar una parte de un satélite, por ejemplo un módulo de servicio en oposición a otra parte del satélite, por ejemplo, una carga útil. 17 E08851959 19-10-2011   18 E08851959 19-10-2011   19 E08851959 19-10-2011   E08851959 19-10-2011   21 E08851959 19-10-2011   22 E08851959 19-10-2011   23 E08851959 19-10-2011