Campo de la invención

La invención se refiere a un sistema de liberación de balones, particularmente aplicable en sistemas de separación, tales como sistemas de separación de lanzadoras o sistemas de separación de naves espaciales. La invención también se refiere a un sistema de separación que comprende dicho sistema de liberación de bulones.

Antecedentes de la invención

Desde el inicio del desarrollo de las tecnologías de transporte de cargas al espacio exterior se han desarrollado numerosos sistemas de conexión y separación para las diferentes estructuras o fases que componen un vehículo de transporte, y particularmente para la que une a éste con su carga útil o con su satélite. Las conexiones basadas en cordones pirotécnicos o bulones explosivos son eficaces y fiables, pero generan altos niveles de perturbación vibratoria o choques que se desplazan a lo largo de todo el vehículo hasta alcanzar los elementos más sensibles. Por ello, este tipo de conexiones suele reservarse para las separaciones de fase del vehículo que se encuentran lejos del satélite. Para separar el satélite se necesitan sistemas que, manteniendo su eficacia de unión, no produzcan efectos perturbadores en la separación como los descritos.

Se han desarrollado elementos de conexión-separación basados en la precarga de un soporte de unión mediante un cable o bulón que posteriormente se corta con un cortador pirotécnico o una cuchilla térmica, o bien se separan dos extremos previamente cortados con una tuerca pirotécnica o una tuerca electromecánica.

Los sistemas basados en la tecnología anterior utilizaban normalmente dos mitades de banda de tensión unidas por dos bulones que eran cortados por dos elementos pirotécnicos. Esta disposición con un plano de simetría mejora ligeramente la generación de perturbaciones al reducir la excitabilidad del modo de vibración de simetría axial, pero sigue manteniendo una gran capacidad de excitación de estos modos, más aún teniendo en cuenta que se utilizan bandas de acero de pequeña sección y a alta tensión, es decir, muy estiradas, por lo que la relajación de la tensión es muy rápida y muy simétrica. Sin embargo, estos sistemas suponen un choque muy elevado, no son reacondicionables, ya que es necesario sustituir el bulón cortado, y podrían presentar un problema de contaminación debido a la producción de restos de bulón cortado.

El principio de funcionamiento es que el bulón altamente precargado es cortado por un pirocortador (cortador pirotécnico) en el punto de liberación deseado. Hay un número limitado de pirocortadores en el mercado para su uso en el entorno espacial y con las altas prestaciones requeridas.

Los sistemas de separación de tipo banda actualmente diseñados requerirían un ajuste de diseño a dispositivos de separación de alta carga más comerciales, pero implican actividades costosas y largas y a veces inasequibles debido a la solicitud de una nueva calificación de todo el sistema después de las modificaciones.

En consecuencia, existe la necesidad de proporcionar un sistema de liberación de bulones para los sistemas de separación de naves espaciales y lanzadoras que provoque un choque de liberación menor que los sistemas existentes.

Sumario de la invención

El objeto de la invención es proporcionar un sistema de liberación de bulones para sistemas de separación de naves espaciales y lanzadoras que supere los inconvenientes mencionados.

La invención proporciona un sistema de liberación de bulones para sistemas de separación de naves espaciales y lanzadoras que comprende:

- un dispositivo de liberación,

- un bulón conectado al dispositivo de liberación y que sobresale del mismo,

- un primer medio de retención, adyacente al dispositivo de liberación, con al menos una superficie extrema y un orificio interior,

- un segundo medio de retención, distal con respecto al dispositivo de liberación, con al menos una superficie extrema y un orificio interior,

- un primer medio elástico configurado para actuar sobre el primer medio de retención,

- un segundo medio elástico configurado para actuar sobre el segundo medio de retención,

- una primera tapa de retención que rodea, al menos parcialmente, el primer medio de retención y que comprende medios de unión, estando la primera tapa de retención configurada para retener el primer medio de retención en una posición abierta del sistema de liberación de bulones,

- una segunda tapa de retención que rodea, al menos parcialmente, el segundo medio de retención y que comprende medios de unión, estando la segunda tapa de retención configurada para retener el segundo medio de retención en una posición abierta del sistema de liberación del bulón,

- un bulón de liberación, que comprende una parte extrema con superficies opuestas y un corte transversal en su posición más extrema entre las superficies opuestas, de tal manera que: las superficies opuestas de la parte extrema del bulón de liberación son complementarias con, al menos, una superficie extrema del primer medio de retención y con, al menos, una superficie extrema del segundo medio de retención, de manera que las correspondientes superficies complementarias están configuradas para poder encajar entre sí como superficies de acoplamiento, y en una posición cerrada del sistema de liberación de bulones, la parte extrema con superficies opuestas se acopla y queda retenida entre una superficie extrema del primer medio de retención y una superficie extrema del segundo medio de retención, y el bulón conectado al dispositivo de liberación atraviesa el orificio interior del primer medio de retención, la parte extrema con superficies opuestas del bulón de liberación y el orificio interior del segundo medio de retención.

Las principales ventajas de la invención con respecto a los dispositivos de la técnica anterior son las siguientes:

- Intercambiabilidad con cortadores de bulones para el sistema de la invención con igual rendimiento de carga y capacidad de liberación debido a la similitud de interfaz mecánica y eléctrica.

- Se puede utilizar un dispositivo de liberación de menor rendimiento de carga y, por tanto, de menor coste.

- El sistema de la invención es reacondicionable, ya que el bulón de liberación no se destruye en cada actuación. - Elimina la dependencia de un proveedor específico de cortadores de bulones de alto rendimiento, permite elegir entre una mayor disponibilidad de dispositivos de liberación de menor rendimiento de diferentes proveedores (NEA, pirotuercas, actuadores lineales, etc.). Reduce la dependencia de los pirocortadores comerciales existentes.

- Se genera un menor choque en comparación con la mayoría de los sistemas convencionales

- No se generan residuos, ya que el bulón de separación queda intacto tras la liberación.

La invención también proporciona sistemas de separación que comprenden sistemas de liberación de bulones, según las reivindicaciones 10 y 1 1.

Otras características y ventajas de la presente invención quedarán claras a partir de la siguiente descripción detallada de vahas realizaciones ilustrativas de su objeto en relación con las figuras adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 muestra una vista en perspectiva de un sistema de separación de banda.

La figura 2 muestra una representación esquemática de un sistema de separación de la técnica anterior que utiliza cortadores pirotécnicos.

La figura 3 muestra una representación esquemática de un sistema de separación de la invención, que incluye el sistema de liberación de bulones.

La figura 4 muestra otra vista de un sistema de separación de la invención, que incluye el sistema de liberación de bulones en su posición cerrada.

La figura 5 muestra el sistema de separación de la invención, que incluye el sistema de liberación de bulones en su posición abierta.

La figura 6 muestra una representación del sistema de liberación de bulones de la invención en una posición cerrada y con la primera y segunda tapas de retención. La figura 7 muestra una representación del sistema de liberación de bulones de la invención en posición cerrada.

La figura 8 muestra una representación del sistema de liberación de bulones de la invención en una posición abierta, después de ser activado.

La figura 9 muestra una vista en perspectiva de un sistema de separación con una pluralidad de dispositivos de retención y liberación.

Descripción detallada de la invención

La figura 1 muestra un sistema de separación de tipo banda, con una banda 16 con dos mitades, de manera que las mitades están unidas en sus extremos por sistemas de liberación convencionales.

Los sistemas de liberación convencionales pueden ser cortadores pirotécnicos como los mostrados en la figura 2. Un bulón altamente precargado (el bulón de liberación) es cortado por un pirocortador en el punto de liberación deseado, de modo que las mitades de la banda 16 se separan.

La figura 3 muestra una representación esquemática de un sistema de separación de la invención, que incluye el sistema de liberación de bulones de la invención.

El sistema de liberación de bulones para sistemas de separación de naves espaciales y lanzadoras comprende los siguientes elementos:

- un dispositivo de liberación 1 ,

- un bulón 2 conectado al dispositivo de liberación 1 y que sobresale del mismo,

- un primer medio de retención 3, adyacente al dispositivo de liberación 1 , con al menos una superficie extrema 4 y un orificio interior

- un segundo medio de retención 5, distal con respecto al dispositivo de liberación, con al menos una superficie extrema 6 y un orificio interior,

- un primer medio elástico configurado para actuar sobre el primer medio de retención 3,

- un segundo medio elástico configurado para actuar sobre el segundo medio de retención 5, - una primera tapa de retención 13 que rodea, al menos parcialmente, el primer medio de retención 3 y que comprende medios de unión, estando la primera tapa de retención 13 configurada para retener el primer medio de retención 3 en una posición abierta del sistema de liberación de bulones,

- una segunda tapa de retención 14 que rodea, al menos parcialmente, el segundo medio de retención 5 y que comprende medios de unión, estando la segunda tapa de retención 14 configurada para retener el segundo medio de retención 5 en una posición abierta del sistema de liberación del bulón,

- un bulón de liberación 9, que comprende una parte extrema 10 con superficies opuestas 11 y un corte transversal 12 en su posición más extrema entre las superficies opuestas 11 , de tal manera que: las superficies opuestas 1 1 de la parte extrema 10 del bulón de liberación 9 son complementarias con, al menos, una superficie extrema 4 del primer medio de retención 3 y con, al menos, una superficie extrema 6 del segundo medio de retención 5, de manera que las correspondientes superficies complementarias están configuradas para poder encajar entre sí como superficies de acoplamiento, y en una posición cerrada del sistema de liberación de bulones, la parte extrema 10 con superficies opuestas 1 1 se acopla y queda retenida entre una superficie extrema 4 del primer medio de retención 3 y una superficie extrema 6 del segundo medio de retención 5, y el bulón 2 conectado al dispositivo de liberación 1 atraviesa el orificio interior del primer medio de retención 3, la parte extrema 10 con superficies opuestas 1 1 del bulón de liberación 9 y el orificio interior del segundo medio de retención 5.

Las figuras 3 y 4 muestran un sistema de separación, que comprende una banda 16 con dos mitades y sistemas de liberación de la invención. La figura muestra un sistema de liberación de la invención que une dos extremos de las correspondientes mitades de la banda 16.

En la realización del sistema de liberación del bulón de la figura 5, las superficies opuestas 11 de la parte extrema 10 del bulón de liberación 9 son convexas, y la correspondiente superficie extrema 4 del primer medio de retención 3 y la correspondiente superficie extrema 6 del segundo medio de retención 5 son cóncavos.

En la figura 5 se puede observar que después de activar el dispositivo de liberación, el bulón 2 (también llamado "pyrobolt") se libera, y el primer medio elástico (por ejemplo, un muelle) actúa sobre el primer medio de retención 3, y el segundo medio elástico (por ejemplo, un muelle) actúa sobre el segundo medio de retención 5. En consecuencia, las superficies convexas de un extremo del bulón de liberación 9 ya no están retenidas entre la correspondiente superficie cóncava extrema del primer medio de retención 3 y la correspondiente superficie cóncava extrema del segundo medio de retención 5, por lo que el bulón de liberación 9 se libera, y las mitades de la banda 16 se separan.

En otra realización del sistema de liberación de bulones (no mostrada), las superficies opuestas 1 1 de la parte extrema 10 del bulón de liberación 9 son cóncavas y la correspondiente superficie extrema 4 del primer medio de retención 3 y la correspondiente superficie extrema 6 del segundo medio de retención 5 son convexas.

En cualquiera de las realizaciones anteriores, las superficies extremas 4, 6 del primer medio de retención 3 y del segundo medio de retención 5, y las superficies opuestas 11 del bulón de liberación 9 pueden ser troncocónicas, de modo que las superficies convexas y cóncavas están configuradas para encajar juntas como superficies de acoplamiento.

En otra realización del sistema de liberación de bulones (no mostrada), las superficies opuestas 11 de la parte extrema 10 del bulón de liberación 9 y la correspondiente superficie extrema 4 del primer medio de retención 3 y la correspondiente superficie extrema 6 del segundo medio de retención 5 son superficies planas.

La figura 6 muestra una representación del sistema de liberación de bulones de la invención en una posición cerrada. En esta figura 6 se muestran la primera tapa de retención 13 y la segunda tapa de retención 14. Estas tapas de retención 13, 14 tienen medios de unión (no mostrados) que permiten la unión de las tapas de retención 13, 14 con la banda 16 (cuando el sistema de separación comprende una banda 16). De este modo, cuando el sistema de liberación de bulones es activado y alcanza su posición de apertura (como en la figura 5) el primer medio de retención 3 y el segundo medio de retención 5 quedan retenidos y no se generan residuos.

La figura 7 muestra una representación del sistema de liberación de bulones de la invención en una posición cerrada y la figura 8 muestra una representación del sistema de liberación de bulones de la invención en una posición abierta, después de ser activado.

Para mostrar más claramente el funcionamiento de la invención, el sistema representado en las figuras 4, 5, 7 y 8 no muestra la primera tapa de retención 13 ni la segunda tapa de retención 14, que sin embargo forman parte del sistema de liberación de bulones, como se muestra en la figura 6.

El dispositivo de liberación 1 puede ser una tuerca pirotécnica, un actuador no explosivo (NEA) o un actuador lineal.

En una realización, en el bulón de liberación 9 el extremo opuesto al extremo 10 con superficies convexas opuestas 11 tiene una sección roscada 15. Los medios de retención 3, 5 pueden ser cualquier elemento adecuado, como una tapa inferior (proximal al dispositivo de liberación 1 ) y una tapa superior (distal del dispositivo de liberación 1 ).

La figura 9 muestra una vista en perspectiva de otro sistema de separación con una pluralidad de dispositivos de retención y liberación 17. Cada dispositivo de retención y liberación 17 comprende un bulón de liberación, y adicionalmente comprende un sistema de liberación de bulones de cualquier realización de la invención. La primera tapa de retención y la segunda tapa de retención están unidas al dispositivo de retención y liberación 17 por medios de unión respectivos.

Aunque la presente invención se ha descrito completamente en relación con unas realizaciones preferidas, es evidente que pueden introducirse modificaciones dentro del ámbito de la misma, no considerándose ésta limitada por dichas realizaciones, sino por el contenido de las siguientes reivindicaciones.