JP5635597B2 - 二つのアセンブリを一時的に接続しかつ火工式分離させるためのデバイス - Google Patents

Description

本発明は、二つのアセンブリを一時的に接続し、そして、それらを火工式分離させるためのデバイスに関する。

そうしたデバイスは、二つの構造アセンブリを一時的に接続し、そして極めて短時間でその分離を制御するために航空・宇宙産業において使用できる。

宇宙産業において、そうしたデバイスは、たとえばランチャーの上端部に設置され、あるいは、それは、ランチャーの二つのステージの分離あるいは衛星支持構造体の切り離しのために使用できる。

まず、こうしたデバイスは、二つの要素を一つに固定するために、それらの間に接続部を提供するよう設計される。ランチャーの場合、それらは、二つの組み立てられた要素間の長手方向引っ張り・圧縮力に抗することができる。それらはまた、固体および気体汚染などの有害物、ならびにランチャー設備および衛星などの輸送されるペイロードに引き起こされる衝撃を制限しながら、二つの要素の確実な分離を実現するよう設計される。

こうしたタイプのデバイスは従来公知である。あるデバイスは、火工炸薬によって、二つの連結されたアセンブリ間の接続部を形成する素材、通常は金属を切断する。だが、素材を切断するために加える必要がある大きな力に起因して、発生する衝撃レベルは非常に大きく、かつ、それは、ステージ、設備および／またはペイロードなどの分離ゾーン付近の要素に対して加えられるが、これはそれらにとって非常に有害である。衝撃吸収デバイスを環境に影響を与える衝撃レベルを低減するために設けることができるが、こうしたデバイスは全質量を増大させる。

そうしたデバイスの別な例は特許文献１に開示されている。当該デバイスは一時的に組み合わされかつ分離させられる二つのアセンブリを備え、これら二つのアセンブリは、それに対して接着されるストリップによって互いに固定される。火工式膨張チューブは接続部に形成されたハウジング内に配置され、ストリップに伝達される衝撃波によって、ストリップとアセンブリの一つとの間の結合を破壊する。

このタイプのデバイスは満足できるものである。というのは、生じる衝撃のレベルが、部品が切断される場合に生じるものよりも著しく小さいからである。したがって、火工炸薬は少量であってもよく、そして分離させられる要素およびその他の周辺システムに加えられる制約は軽微である。吸収デバイスはもはや必要なく、あるいは、より小さなものとすることができる。リンクの質量は、それゆえ、より小さなものとすることができる。

だが、だが、そこからストリップが分離する部分が複合材、すなわちレジンに埋設された繊維層のスタックから形成された素材からなる場合、複合材の一つ以上の層が千切れるリスクが存在し、この千切れた繊維が、スタートラッカーなどの周囲のシステムにとって、そしてペイロードにとって特に有害な汚染を引き起こす。

仏国特許発明第2 779 222号明細書

したがって、本発明の一つの目的は、生じる汚染が限定されたものである衝撃レベルの低い分離を実現する一時的接続・分離のためのデバイスを提供することである。

上記目的は、二つの金属製接続要素によって接続された二つの部分間の一時的接続・分離デバイスによって達成され、部品の一方は複数の層を含む複合材からなり、分離は、ヒューズプライと呼ばれる当該部分の外側層の少なくとも一つを離層させることによって実現され、したがって分離は僅かな汚染因子の放出しか伴わずになされる。これは、スタックの残部から分離させられる層の部分の接着面積を、内側層間の接続面積よりも小さくすることによって達成される。

言い換えれば、分離は、二つの部分間の剥離ではなく、複合材内の制御された剥離によって生じる。

特に有利なことには、要素を接続する金属と複合材部分との間の接続部はエラストマー素材からなる層を備え、その一面は外側ヒューズプライに接着され、かつ、他面は要素を接続する金属に対して接着される。

本発明の対象事項は、したがって、主として、分離させられる第１および第２のアセンブリ間の接続ゾーンに形成されるスペース内に設けられる火工式膨張チューブを具備してなる、長手方向軸線を備えた一時的接続および火工式分離デバイスであって、第２のアセンブリは、一つに接合されたプライのスタックから形成されており、当該スタックは二つの外側プライおよび内側プライを具備してなり、これらプライは長手方向軸線と略平行であり、二つのアセンブリは、少なくとも一つの金属部分によって互いに接続され、金属部分は第１のアセンブリに対して固定されかつ第２のアセンブリの外側プライの一方に対して接合され、外側プライおよびそれに隣接する内側プライ間の接合面積は、ヒューズプライを形成する二つの内側プライ間の接合面積よりも小さく、かつ、金属部分と外側プライとの間の接合面積は、外側プライの面積よりも小さいかあるいはそれと等しく、火工式膨張チューブが使用されたとき、外側プライは隣接する内側プライから離層状態となるよう構成されているデバイスである。

特に有利なことには、金属部分と外側プライとの間の接着接続部はエラストマーコアを備え、一方の面は金属部分に接合され、かつ、他方の面は外側プライに接合される。

ある例証的実施形態では、本発明に基づくデバイスは、第１および第２のアセンブリを接続する二つの金属部分を備え、かつ、第２のアセンブリは二つのヒューズ外側プライを備える。

別な例証的実施形態では第１のアセンブリおよび火工チューブ用のハウジングは、単一部品から形成され、第２のアセンブリは第１のアセンブリに当接するか、あるいは小さな間隙によって、それから分離させられる。

別な例証的実施形態では、本発明に基づくデバイスは二つの金属部分を備えてもよく、一方の金属部分は第１のアセンブリの外側プライに接着されると共に第２のアセンブリに対して固定され、かつ、他方の金属部分は第２のアセンブリに固定されると共に第１のアセンブリの外側プライに対して接着され、当該デバイスは、分離中、アセンブリの一方の横方向移動を可能とする交互接続部を形成する。

たとえば、金属部分は、ボルト結合によって、第１あるいは第２のアセンブリに固定される。

第１のアセンブリは、たとえば、複合材あるいは金属材から形成できる。金属部分は、たとえば、スチールあるいはアルミニウムからなる。

本発明の他の対象事項は、スペースランチャーの要素を一時的に組み立てるための、本発明に基づく少なくとも一つのデバイスの使用法である。当該要素は湾曲形状を有していてもよく、複数の一時的接続デバイスが、続いて、セクター化された接続部を形成するために使用される。

本発明は、以下の説明ならびに図面から、より完全に理解されるであろう。

本発明に基づく一時的接続・分離デバイスの第１実施形態の結合状態での長手方向断面図である。 図１Ａのデバイスを分離状態で示す図である。 本発明に基づくデバイスの第２実施形態の結合状態での長手方向断面図である。 図２Ａのデバイスを分離状態で示す図である。 本発明に基づく、いわゆる交互リンクの例証的実施形態の長手方向断面図である。 それに対して本発明を適用可能なセクター化された接続部によって固定されたランチャーの二つのステージの斜視図である。

図１Ａは、本発明に基づく二つのアセンブリ２,４のための一時的接続・分離デバイスの第１実施例を示す。

アセンブリ２および４は、所与の時間にわたって組み立て状態で保持されかつその後分離させることになる構造アセンブリである。たとえば、それらは、発射後に分離させることになるランチャーの二つのステージであってもよい。

図示する実施例では、二つのアセンブリ２,４は長手方向Ａに沿って組み付けられる。

図４は、本発明に基づく接続デバイス１を備えたランチャーの二つのステージＥ１,Ｅ２の一部概略図である。この実施例では、アセンブリ２,４は二つの湾曲プレートから、さらに正確には円筒形プレートから形成されている。

本発明は、平面プレートの接続部に対しても明らかに適用可能である。

図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂは、本発明に基づく接続デバイスの例証的実施形態の二つの長手方向断面図である。以下では、簡便のために、各アセンブリ２,４を「プレート」と呼ぶ。

二つのアセンブリ２,４の接続ゾーンに対してアセンブリ２,４の端部のポジションを規定するために、「遠位」および「近位」との形容詞を使用する。

プレート２は、二つの面６.１,６.２によって接続された遠位端部２.１および近位端部２.２を備え、かつ、アセンブリ４は、二つの面８.１,８.２によって接続された遠位端部４.１および近位端部４.２を備える。近位端部２.２,４.２は、スペース１１を形成するために、互いに向き合ってかつ距離を置いて配置される。接続デバイスは、二つのアセンブリ２,４間の分離ゾーンとオーバーラップする二つのストリップすなわちフィッシュプレート１０.１,１０.２を備える。ストリップ１０.１は面６.１および面８.１を接続し、そしてストリップ１０.２は面６.２および面８.２を接続する。

図示する実施形態では、ストリップ１０.１,１０.２は、ボルト接続によってプレート２に対して固定される。だが、明らかに、他の接続形式を利用可能である。

本発明によれば、アセンブリ４を形成するために使用される素材は、プライのスタックから形成された複合材であり、そのスタックの最外プライはスタックの残部から分離できる。ストリップ１０.１,１０.２は、接着によって、プレート４の外側プライ１２.１に対して固定される。外側プライ１２.１は、以下では、「ヒューズプライ」と呼ぶ。

以下で説明するように、上記プライは、それらが接続部の長手方向軸線Ｘと概ね整列するように配置され、かつ、火工式膨張チューブが使用されたとき加えられる力に対して交差するように方向付けることができる。

各プライは、整列させられた、すなわち織られた繊維から形成される。たとえば、プレート４は、引っ張りおよび圧縮力の方向に配向された単方向プライから形成され、プライは熱硬化性レジンに埋め込まれる。

本発明によれば、スタックの最外プライ１２.１を分離させることのみが意図されている。

長手方向Ｘに沿った内側プライの長さはＬ１である。外側ヒューズプライ１２.１と最内プライ１２.２との間の接合ゾーンの長さはＬ２である。外側ヒューズプライ１２.１とストリップ１０.１,１０.２との間の接合ゾーンの長さはＬ３である。

本発明によれば、Ｌ２はＬ１よりも小さく、かつ、Ｌ２はＬ３より大きいかあるいはそれと同じである。

これは、内側プライ１２.２からの外側プライ１２.１の離層を制御する。

この説明は、簡便のために、断面で見たときの接合ゾーンの長さに関連する。だが、接合ゾーンは面であり、かつ、長さ間の上記関係は接合面に言い換えることができる。

接続ストリップ１０.１,１０.２は、金属材、たとえばアルミニウムあるいはスチールから形成される。

プレート２は、アセンブリの質量を低減するために、いかなる好適な素材からでも、たとえば合金あるいは複合材から形成可能である。

ストリップ１０.１,１０.２間の接続方式の選択は、接続部に作用する引っ張りおよび圧縮応力の関数としてなされる。

ストリップ１０.１,１０.２と外側プライ１２.１との間の接続は接着によって実現される。特に有利な様式においては、この接続はプレートの形態のエラストマー部分を含み、その一面はストリップ１０.１,１０.２に接着され、かつ、別な面は外側プライ１２.１に対して接着される。エラストマーの存在は剪断負荷の強度を増大させ、かつ、火工炸薬の爆発によって生じる衝撃波の一部を吸収し、これは、周囲のシステムのダメージのリスクを低減する。

火工式膨張チューブ１４は、プレート２,４の二つの近位端部６.２,８.２と二つの接続ストリップ１０.１,１０.２との間に形成されたハウジング１１内に収まる。このチューブ１４は従来使用されているチューブと類似しており、当業者には公知である。

理解を容易にするために、火工式膨張チューブ１４が、密封されかつ変形可能な金属製エンベロープ１６、起爆コード(図示せず)、そして起爆コードとエンベロープ１６との間に介在させられたフレキシブルな素材(図示せず)を備えることを述べるに留める。フレキシブルな素材の主要な機能はエンベロープ内で起爆コードを中心に位置させることである。たとえば、それは、シリコーンラバーから形成できる。点火前に、エンベロープ１６は、たとえば扁平円あるいは楕円の形態の、一般的な長円形状(図１Ａ)を有する。ハウジング１１は、チャンバーの長円形断面に合致した概ね矩形断面を有し、チューブ１４の長円形断面の短径は、二つのストリップ１０.１,１０.２の表面と概ね直交する。

本発明は、火工式膨張チューブが直線状である例に限定されず、たとえば図４のプレートなどのプレートの湾曲形状に適合するために、チューブが湾曲している例も本発明の範疇に包含される。

実際、プレート４は、別な方法を用いて製造できる。

たとえば、スタックは、概ね同じ面積および特に同じ長さを有するｎ枚の繊維プライ１２.２と、ｎ枚のプライのスタックの外面のそれぞれの上に配置された、より小さな面積を、特により短い長さＬ２を有する２枚のプライ１２,１とから構成される。ｎ＋２枚のプライのこのスタックは、続いて、公知の手法を用いて、レジン内に埋設される。

参照数字１８によって示す外側プライ１２.１の遠位端部は、図１Ａにおいて認識できる。

火工式膨張チューブの寸法は小さく、複合材のプライを分離させるために加えられる力に適合させられる。したがって、発生する衝撃のレベルは、金属部品切断デバイスにおいて使用されるチューブによって生じるものよりも著しく小さい。

図示する実施例では、２枚のプレート２,４の面６.１および８.１と、２枚のプレート２,４の面６.２および８.２は概ね同一面内に配置される。だが、この形態は限定ではない。たとえば、第１のアセンブリ２のプレートを第２のアセンブリ４のプレートよりも厚くすることが可能であり、逆も同様である。この例では、ストリップは、組み合わされたとき変形状態となり、かつ／または不定厚みを有する。

ここで、本発明に基づくデバイスの作用について説明する。

２枚のプレート２,４は、接続ストリップ１０.１および１０.２によって一時的に組み合わされ、これらのストリップは、所要の引っ張りおよび圧縮強度を提供する。

２枚のプレート２,４を分離させる必要があるとき、火工炸薬が点火され、ストリップ１０.１,１０.２およびプレート４へと伝達される衝撃波が生じる。ガスも発生し、膨張チューブ１１のエンベロープ１４を膨張させる。この膨張は、図１Ｂにおいて矢印２２で示すように、主として、ストリップと交差する方向に沿って生じる。

衝撃波の作用は、外側プライ１２.１を内側プライ１２.２から離層させることである。離層は、外側プライ１２.１の遠位端部１８において始まり、長さＬ２にわたってヒューズプライの近位端部へと伝播する。

さらに、その膨張によって、エンベロープ１４はストリップ８,１０に概ね横向きの力を加える。この力は、外側ヒューズプライを内側プライから離れるように移動させる。この例証的実施形態は、要素の一方に固定されたストリップを残すという利点を有し、これは汚染を低減する。

衝撃波は、本質的に、プライの剥離を引き起こし、チューブエンベロープによって加えられた機械的力は、おそらく、離層ならびに外側ヒューズプライの分離動作に、あるいは外側ヒューズプライの分離動作のみ寄与する。

図示する例では、外側ヒューズプライ１２.１の遠位端部は接続ストリップ１０.１,１０.２を越えて延在しているが、外側ヒューズプライ１２.１の遠位端部１８は、ストリップの端部と同じレベルにあってもよく、あるいはそれらから後退していてもよい。

外側プライの長さＬ２は、この外側プライが内側プライから分離するのを保証するのに十分なほど外側プライの長さＬ１に対して短くなるよう選択される。

たとえば、接合長さは、数ｍｍないし数十ｃｍである。ヒューズプライは結合ストリップの端部を越えて数ｃｍだけ突出でき、あるいは、それは数ｍｍだけそれから後退させられてもよい。

図２Ａおよび図２Ｂは、単一の結合ストリップが使用される別な例証的実施形態を示している。この例では、本発明に基づく接続部は、信頼性の高い接続部を実現するために、より大きなものである。

この別な実施例においては、接続部は、第１のアセンブリ１０２に固定されかつ第２のアセンブリ１０４に接着されたストリップ１１０と、第１のアセンブリ１０２に固定された受け部１２４とを備え、火工チューブ１１４は、受け部１２４と第２のアセンブリ１０４との間に形成されたハウジング１１１内に配置される。

図示する実施例では、受け部１２４および第２のアセンブリ１０２は単一部品として構成され、かつ、ハウジング１１１の三つの側面を画定するリセスを備え、第４の側面はストリップ１１０によって形成されている。

ストリップ１１０は、ボルト結合によって、第１のアセンブリ１０２に対して第１の端部において固定され、かつ、それはプレート１０４に対して結合される。

プレート１０４は、支持部１２４に当接してもよく、あるいは、プレート１０４と支持部１２４との間に小さな間隙が存在してもよい。

火工チューブ１１４はリセス１１１内に配置される。

この例証的実施形態では、その上にストリップ１１０が接着されるプレート１０４の面のみがヒューズプライ１１２.１を備え、このために離層が容易になっている。このヒューズプライ１１２.１は、第１実施例に関連して説明したプライと同じものである。

ここで、二つのアセンブリの分離について説明する。

分離が必要になったとき、火工チューブ１１４が点火される。爆発が生じるとき、衝撃波が発生し、これはストリップ１１０およびプレート１０２に加えられ、ヒューズプライ１１２.１の完全なあるいは部分的な離層を引き起こす。エンベロープはガスの作用のもとで膨張し、そして受け部１２４およびストリップ１１０に対して半径方向の力１２２を加える。この半径方向の力１２２は、必要ならばヒューズプライの離層および内側プライ１１２.２からヒューズプライの分離の終了をもたらす作用を有する。

本発明に基づく一時的接続・分離デバイスは、火工炸薬が点火された際に分離を保証するという利点を有する。

この一時的接続・分離デバイスはまた、汚染のリスクを低減できる。

このデバイスは製造が容易であり、かつ、軽量である。

さらに、火工式膨張チューブによって必要とされるパワーが低減されるので、周囲の要素に加えられるショックが低減される。

デバイスの質量もまた低減される。というのは、火工式膨張チューブはより小さなものであり、かつ、ショック吸収体が排除されるか、あるいは、より小さなものとなるからである。

本発明は、特に、分離されたアセンブリを横方向に移動させることが必要とされる場合に使用される、いわゆる交互接続部に対して適用可能である。

図３は、そうした接続部の代表例を示している。

この接続部は、金属製接続ストリップ２１０.１,２１０.２によって接続された複合材からなる２枚のプレート２０２,２０４を備える。二つの近位端部２０２.２および２０４.２は、火工チューブ２１４のためのハウジング２１１を形成するために、互いに向き合って距離を置いて配置されている。

ストリップ２１０.１はスクリューナットアセンブリによってプレート２０２に対して固定されると共にプレート２０４に対して接着され、かつ、ストリップ２１０.２はスクリューナットアセンブリによってプレート２０４に対して固定されると共にプレート２０２に対して接着される。この別な実施形態に関しては、各プレート２０２,２０４は外側ヒューズプライ２１２.１,２１２.１'を備え、それに対してプレート２０２,２０４のそれぞれが接着される。

火工チューブが作動させられたとき、ヒューズプライ２１２.１はプレート２０２から離層し、かつ、ヒューズプライ２１２.１'はプレート２０４から離層する。このタイプの構成は、分離させられた部分が横方向に離れるように移動することを可能とする。

アセンブリ２０２,２０４は、湾曲した、すなわち円筒形状を有してもよい。この例では、本発明に基づく接続部はセクターの形態であり、すなわち、複数の接続ストリップが、一時的に一つに固定されるアセンブリの輪郭の周囲に割り当てられる。

本発明は、特に、スペースランチャーの要素の接続・分離に適用可能である。

Ｅ１,Ｅ２ ステージ
２,４ アセンブリ
２.１ 遠位端部
２.２ 近位端部
４.１ 遠位端部
４.２ 近位端部
６.１,６.２ 面
８.１,８.２ 面
１０.１,１０.２ ストリップ
１１ ハウジング
１２.１ 外側プライ
１２.２ 内側プライ
１４ 火工式膨張チューブ
１６ エンベロープ

Claims (10)

1. 分離させられる第１(２,１０２,２０２)および第２のアセンブリ(４,１０４,２０４)間の接続ゾーンに形成されるスペース(１１,１１１,２１１)内に設けられる火工式膨張チューブ(１４,１１４,２１４)を具備してなる、長手方向軸線(Ｘ)を備えた一時的接続および火工式分離デバイスであって、前記第２のアセンブリ(４,１０４,２０４)は、一つに接合されたプライ(１２.１,１２.２,１１２.１,１１２.２,２１２.１,２１２.２)のスタックから形成されており、前記スタックは二つの外側プライ(１２.１,１１２.１)および内側プライ(１２.２,１１２.２)を具備してなり、前記プライ(１２.１,１２.２.１１２.１,１１２.２,２１２.１,２１２.２)は前記長手方向軸線(Ｘ)と略平行であり、前記二つのアセンブリ(２,４,１０２,１０４)は、少なくとも一つの金属部分(１０.１,１０.２,１１０,２１０.１,２１０.２)によって互いに接続され、前記金属部分は前記第１のアセンブリに対して固定されかつ前記第２のアセンブリ(４,１０４,２０４)の前記二つの外側プライ(１２.１,１１２.１,２１２.１)の一つに対して接合され、前記外側プライ(１２.１,１１２.１,２１２.１)およびそれに隣接する前記内側プライ(１２.２,１１２.２,２１２.２)間の接合面積は、ヒューズプライを形成する二つの内側プライ(１２.２,１１２.２,２１２.２)間の接合面積よりも小さく、かつ、前記金属部分(１０.１,１０.２,１１０,２１０.１,２１０.２)と前記外側プライ(１２.１,１１２.１,２１２.１)との間の接合面積は、前記外側プライ(１２.１,１１２.１,２１２.１)の面積よりも小さいかあるいはそれと等しく、前記火工式膨張チューブ(１４,１１４,２１４)が使用されたとき、前記外側プライ(１２.１,１１２.１,２１２.１)は前記隣接する内側プライから離層状態となるよう構成されていることを特徴とするデバイス。
2. 前記金属部分(１０.１,１０.２,１１０,２１０.１,２１０.２)と前記外側プライ(１２.１,１１２.１,２１２.１)との間の接着接続部はエラストマーコアを備え、一面は前記金属部分(１０.１,１０.２,１１０,２１０.１,２１０.２)に対して接着され、かつ、他面は前記外側プライ(１２.１,１１２.１,２１２.１)に対して接着されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
3. 前記第１および前記第２のアセンブリ(２,４)を接続する二つの金属部分(１０.１,１０.２)を具備してなり、前記第２のアセンブリ(４)は二つのヒューズ外側プライ(１２.１)を具備してなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のデバイス。
4. 前記第１のアセンブリ(１０２)および前記火工チューブ(１１４)のためのハウジング(１１１)は単一の部材から構成されており、前記第２のアセンブリ(１０４)は前記第１のアセンブリ(１０２)に当接するか、あるいは微小な間隙によってそれから分離させられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のデバイス。
5. 二つの金属部分(２１０.１,２１０.２)を具備してなり、一方の金属部分(２１０.１)は、前記第１のアセンブリ(２０２)の外側プライ(２１２.１')に対して結合されかつ前記第２のアセンブリ(２０４)に対して固定され、かつ、他方の金属部分(２１０.２)は、第１のアセンブリ(２０２)に対して固定され、かつ、前記第２のアセンブリ(２０４)の前記外側プライ(２１２.１)に対して結合され、前記デバイスは、分離中、前記アセンブリの一方の横方向移動を可能とする交互接続部を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のデバイス。
6. 前記金属部分(１０.１,１０.２,１１０,２１０.１,２１０.２)は、ボルト結合によって、前記第１あるいは第２のアセンブリ(２,４,１０２,１０４,２０２,２０４)に固定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のデバイス。
7. 前記第１のアセンブリ(２,１０２,２０２)は複合材あるいは金属材からなることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のデバイス。
8. 前記金属部分(１０.１,１０.２,１１０,２１０.１,２１０.２)はスチールあるいはアルミニウムからなることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のデバイス。
9. スペースランチャーの要素を一時的に組み立てるための、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の少なくとも一つのデバイスの使用法。
10. 前記要素は、湾曲した形状であり、複数の一時的接続デバイスはセクター化接続部を形成するように使用される請求項９に記載の使用法。

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