Artículo de aislamiento criogénico particularmente destinado a proteger depósitos criotécnicos.

Artículo de aislamiento para un aislamiento criogénico, que comprende al menos un sustrato de aislamiento queva a ser depositado sobre una estructura que va a ser aislada y,

sobre dicho sustrato de aislamiento, una capa de unmaterial aislante de celdas abiertas, caracterizado porque comprende un tratamiento de impregnación que asegurala hermeticidad a los líquidos y sin embargo la permeabilidad a los gases de la capa del material aislante de celdasabiertas.

Artículo de aislamiento criogénico particularmente destinado a proteger depósitos criotécnicos

Campo técnico La invención se refiere en primer lugar a un artículo de aislamiento criogénico destinado a proteger particularmente depósitos sometidos a temperaturas criogénicas, que contienen combustibles propulsores que deben ser mantenidos en fase líquida minimizando las pérdidas térmicas. Se extiende a los depósitos de combustibles propulsores revestidos por este artículo y las lanzaderas espaciales equipadas con estos depósitos. En el conjunto del texto, la expresión temperaturas criogénicas debe ser comprendida en el sentido de que indica temperaturas muy bajas como las del oxígeno líquido (90ºK) y el hidrógeno líquido (20ºK) .

Estado de la técnica anterior

Cuando se desea asegurar la protección de un depósito criogénico particularmente destinado a equipar una lanzadera, es indispensable revestirlo con un material térmicamente aislante con el fin de limitar las entradas térmicas para preservar de la evaporación los combustibles propulsores líquidos que contiene. Es frecuente que este material aislante térmico que o bien es adherido, bien directamente proyectado sobre el depósito criogénico, bien como una espuma rígida con celdas cerradas de poli (cloruro de vinilo) , poliuretano con contenido o no de vidrio, poliisocianurato o resina fenólica. Estos materiales, utilizados generalmente con un grosor de aproximadamente 20 a 25 mm, proporcionan una satisfacción completa en el caso de un entorno de presión ambiental (aproximadamente 1 bar) . El solicitante ya ha descrito estos aislamientos térmicos de depósitos criogénicos en sus solicitudes de patentes FR-A-2.876.438 y EP-A-1.878.663.

Sin embargo, los aislamientos térmicos destinados a proteger los depósitos criotécnicos no están optimizados para asegurar las tensiones mecánicas y térmicas durante todas las fases de utilización (espera en tierra, vuelo en ascensión o fase balística) . Hay casos en que sería interesante y muy útil tener la posibilidad de disponer de aislamientos mejores en cuanto al rendimiento técnico en una situación de vacío parcial o secundario (vuelo en ascensión o fase balística) asegurando siempre los márgenes de resistencia mecánica más cómodos y sin aumentar excesivamente el peso del aislamiento. Los aislamientos según la técnica anterior, en los que el rendimiento es independiente de la presión gaseosa ambiental, no permiten aprovechar el vacío ambiental que caracteriza ciertas bases de vuelo y no desempeñan de forma óptima su función. No evitan importantes pérdidas de combustibles propulsores por evaporación, que no pueden ya servir para la propulsión y el desarrollo de cargas inútiles.

Exposición de la invención La presente invención responde a estas necesidades y proporciona un medio de protección térmica capaz de estabilizar la temperatura de la cara fría que delimita la zona que va a ser protegida, y esto de forma óptima durante todas las fases del vuelo (espera en tierra, vuelo ascensional o fase balística) , evitando siempre aumentos inaceptables de peso, que son un obstáculo para la lanzadera en términos de carga útil.

Asegura rendimientos funcionales muy considerables. Más especialmente dedicada al campo aeronáutico y espacial, puede ser igualmente empleada en cualquier otro sector industrial en el que se utilicen protecciones 45 térmicas.

Se describirá en el caso del aislamiento de un depósito criogénico de un motor espacial, que es una estructura metálica con una pared delgada a la temperatura del combustible propulsor que contiene con respecto a la temperatura ambiente.

El artículo de aislamiento de la invención está basado en la combinación de un sustrato de aislamiento de un material de celdas cerradas, depositado (según una técnica u otra) sobre la estructura que va a ser aislada frecuentemente la pared metálica de un depósito y otra capa depositada sobre el sustrato y que es de un material aislante de celdas abiertas. Esta combinación tiene la ventaja de ofrecer una mejora de rendimiento térmico 55 considerable con una densidad global apreciablemente más baja, en el que la abertura de las celdas al exterior garantiza la purga de gas incluso a la salida de la atmósfera y, por tanto, una conductividad térmica mucho más reducida y muy inferior a la de la capa de sustrato de celdas cerradas, que permanecen ocupadas por el gas. El documento US-A- 2005/0.136.239 describe no obstante esta combinación de capas.

El artículo de aislamiento de la invención comprende incluso un tratamiento en forma de impregnación, que confiere a la capa de material aislante con celdas abiertas, una hermeticidad al agua líquida conservando siempre la permeabilidad a los gases. Esta queda protegida así de la humedad ambiental durante la estancia en tierra, que podría deteriorarla por bombeo criogénico consiguiente y sería un obstáculo para la lanzadera en términos de carga útil sin evitar vaciarla de los gases que contiene sin dificultad en el transcurso de vuelo ascensional.

Según la invención, la mejora de rendimiento térmico se obtiene mediante una conductividad térmica muy baja de

las espumas de celdas abiertas en vacío. Por tanto, con respecto a los aislamientos actuales, la mejora de la conductividad puede alcanzar un 1.000 por ciento para una presión de aproximadamente 10-5 mbar. Por tanto, en el supuesto de un motor espacial, las mejoras de rendimiento térmico durante las fases de vuelo ascensional y balística son muy significativas. El peso de combustible propulsor evaporado, perdido para la propulsión se reduce así considerablemente durante estas fases. Esto se plasma directamente en una mejora consecuente de la carga útil.

Durante la espera en tierra de los depósitos criogénicos, es imperativo evitar la condensación de aire y la solidificación de agua en el interior de la protección térmica. En el caso de un depósito de hidrógeno líquido, la pared 10 de este último está a una temperatura de 20º K que es inferior a la temperatura de condensación del aire. La función de la primera capa de espuma de celdas cerradas, por su propiedad de hermeticidad a los gases, es la de evitar que el aire entre en contacto con la pared fría. Un grosor pequeño de esta espuma es suficiente para asegurar en su superficie una temperatura suficientemente elevada para evitar la condensación del aire en la superficie interfacial con la segunda capa de espuma de celdas abiertas, no hermética al aire y al agua. Por otra parte, el tratamiento de hermeticidad permite evitar la infiltración de agua líquida en el interior de la espuma de celdas abiertas. Por el contrario, este tratamiento debe preservar la permeabilidad al aire de la espuma de celdas abiertas, con el fin de permitir que el gas contenido en la espuma escape cuando la presión externa tiende hacia el vacío, con el fin de asegurar el rendimiento térmico del aislamiento. Por tanto, se trata de un tratamiento de hermeticidad que hace que la espuma sea impermeable y transpirante.

Además, el peso del tratamiento de hermeticidad, debido a su bajo grosor, es despreciable con respecto a la de las espumas. Por tanto, la media de la densidad de los materiales que forman el aislamiento térmico según la invención es menor que los aislamientos térmicos actualmente utilizados, asegurando siempre mejoras térmicas considerables.

Exposición detallada de modos de realizaciones particulares Con carácter ilustrativo y no limitativo, se realizó un aislamiento según la invención que puede ser aplicado a un depósito criotécnico destinado a equipar la capa superior de una lanzadera de tipo Arian 5.

En este ejemplo, el artículo de aislamiento comprende en primer lugar un sustrato depositado sobre la pared metálica del depósito. Se trata de una primera capa de aislamiento de polieterimida conocida con la denominación R82 disponible en la empresa Airex. Esta espuma tiene celdas cerradas y se caracteriza por una densidad de 60 kg/m3 y una conductividad térmica de 0, 036 W/m.ºK a una temperatura de 293º K (cualquiera que sea la presión externa) .

El artículo de aislamiento comprende a continuación una segunda capa de aislamiento de poliimida conocida con la denominación SOLIMIDE disponible en la empresa INSPEC FOAMS. Esta espuma de celdas abiertas se caracteriza por una densidad de 32 kg/m3 y una conductividad térmica de 0, 032 W/m.ºK a una temperatura de 297ºK y para una presión de 1 bar y de 0, 003 W/m.ºK para una presión de 10-5 mbar.

La colocación de un adhesivo o de cierres de auto-fijación entre los dos materiales aislantes permite ensamblar las dos capas de espumas.

El artículo de aislamiento comprende... [Seguir leyendo]

1. Artículo de aislamiento para un aislamiento criogénico, que comprende al menos un sustrato de aislamiento que va a ser depositado sobre una estructura que va a ser aislada y, sobre dicho sustrato de aislamiento, una capa de un material aislante de celdas abiertas, caracterizado porque comprende un tratamiento de impregnación que asegura la hermeticidad a los líquidos y sin embargo la permeabilidad a los gases de la capa del material aislante de celdas abiertas.

2. Artículo de aislamiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el sustrato de aislamiento comprende una 10 capa de un material de celdas cerradas.

3. Artículo de aislamiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el sustrato es una espuma de polieterimida y el material aislante de celdas abiertas es una espuma de poliimida.

4. Artículo de aislamiento según la reivindicación 3, caracterizado porque el sustrato y la capa de material aislante de celdas abiertas tienen grosores en una relación como máximo igual a 1/5.

5. Depósito de combustible propulsor, caracterizado porque está aislado mediante un artículo de aislamiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores. 20

6. Lanzadera espacial, caracterizada porque comprende un depósito de combustible propulsor según la reivindicación 5.