Dispositivo de retención y liberación.

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 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, un dispositivo para la reducción de la emisión de choques mecánicos generados por el dispositivo (1) cuando el cuerpo desplegable es liberado de la estructura de apoyo, que permite que el dispositivo de liberación (7) se separe del submontaje (2) del dispositivo tras la liberación del elemento tensado (5).

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 elementos añadidos de las naves espaciales, mediante la puesta del satélite en su órbita operacional.

Los cuerpos son liberados y desplegados a bordo de la estructura portadora o de apoyo 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.

El uso de múltiples dispositivos de retención liberables (Restrain 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 metálica (normalmente en respuesta a la importante capacidad de carga necesaria) .

En cuanto al alojamiento y a los aspectos de integración del... [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 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, un dispositivo para la reducción de la emisión de choques mecánicos generados por el dispositivo (1) cuando el cuerpo desplegable es liberado de la estructura de apoyo, que permite que el dispositivo de liberación (7) se separe del submontaje (2) del dispositivo tras la liberación del elemento tensado (5) .

2. Dispositivo (1) para la retención y liberación de un cuerpo desplegable montado en una estructura de apoyo, según la reivindicación 1, caracterizado porque el mecanismo tensor alarga el elemento tensado (5) mediante la actuación en el espesor total (30) sobre el que actúa el elemento tensor (5) , proporcionando, por lo tanto, una variación del espesor efectivo sobre los elementos comprimidos en los submontajes (2, 3) , que proporciona una variación efectiva del alargamiento del elemento tensado (5) , estando basado el mecanismo tensor en la distorsión elástica o térmica, en la deformación piezoeléctrica o magnetoestrictiva, o en mecanismos de acción de movimiento.

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 mecanismo tensor comprende una cuña (10) que se asienta en otra cuña

(11) de tal manera que, al actuar sobre un tornillo de ajuste (12) , la cuña inferior (10) puede ser obligada a desplazarse horizontalmente, elevando la cuña superior (11) , haciendo que el elemento tensado (5) se alargue, aumentando la precarga del dispositivo (l) , teniendo la cuña (10) un ángulo bajo que hace que el mecanismo tensor no sea reversible.

4. Dispositivo (1) para la retención y liberación de un cuerpo desplegable montado en un estructura de apoyo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque el sistema de medición (6) de fuerzas y el mecanismo tensor están ejecutados en la práctica en el montaje activo (2) del dispositivo (1) .

5. Dispositivo (1) para la retención y liberación de un cuerpo desplegable montado en una estructura de apoyo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo para la reducción de la emisión de choque mecánicas comprende diferentes partes y/o cambios de materiales interpuestos entre el dispositivo de liberación (7) y la interfaz del dispositivo (1) para atenuar el choque.

6. Dispositivo (1) para la retención y liberación de un cuerpo desplegable montado en una estructura de apoyo, según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque el dispositivo para la reducción de la emisión de choques mecánicos reduce la sección efectiva del material para la transmisión de choque mecánico provenientes del dispositivo (7) de liberación al dispositivo (1) .

7. Dispositivo (1) para la retención y liberación de un cuerpo desplegable montado en una estructura de apoyo, según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque el dispositivo para la reducción de la emisión de choque mecánico comprende medios amortiguadores de choque en el área donde el elemento tensado (5) liberado impacta para su detención.

8. Dispositivo (1) para la retención y liberación de un cuerpo desplegable montado en un estructura de apoyo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende, además, al menos una capa de un material de baja conductividad térmica en la construcción del dispositivo (l) , entre sus interfaces de unión al cuerpo desplegable y a la estructura de apoyo, con el fin de mejorar las propiedades de aislamiento de conductividad térmica del dispositivo (1) .