ES2955170T3 - Amortiguador para un objeto colocado en un medio sometido a vibraciones, y sistema de amortiguación correspondiente - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un amortiguador (14A) para un objeto colocado en un medio sujeto a vibraciones, teniendo el amortiguador (14A) un estado de reposo en ausencia de vibraciones, un primer estado de funcionamiento en caso de primeras vibraciones y un segundo estado de funcionamiento en caso de vibraciones del segundo tipo, siendo el nivel de cada vibración del primer tipo inferior al nivel de cada vibración del segundo tipo; el amortiguador (14A) comprende: - una estructura de soporte externa (21), una estructura de soporte interior (22) y al menos un par de membranas (23, 24) formadas por una primera membrana (33A) y una segunda membrana (33B) estando formada cada membrana (33A, 33B) de un material viscoelástico que comprende fibras alineadas sustancialmente en la misma dirección. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Amortiguador para un objeto colocado en un medio sometido a vibraciones, y sistema de amortiguación correspondiente
La presente invención se refiere a un amortiguador para un objeto colocado en un medio sometido a vibraciones.
La presente invención se refiere asimismo a un sistema de amortiguación correspondiente.
El sistema de amortiguación según la invención está destinado en particular a ser instalado en un vehículo espacial, por ejemplo un satélite, para amortiguar las vibraciones de un objeto a bordo de este vehículo. Este objeto presenta, por ejemplo, una carga útil del vehículo espacial, o bien un equipo embarcado.
El sistema de amortiguación según la invención permite reducir las microvibraciones generadas por los equipos embarcados a bordo de los vehículos espaciales, siendo al mismo tiempo compatible con las vibraciones de lanzamiento (sin tener que recurrir a un dispositivo auxiliar).
En el estado de la técnica, con el fin de limitar la propagación de las microvibraciones generadas por los equipos embarcados a bordo de un vehículo espacial, una de las soluciones consiste en desacoplarlas de la estructura del vehículo espacial con la ayuda de amortiguadores viscoelásticos. Para que esta solución sea eficaz, este modo de suspensión debe ser calado relativamente bajo (normalmente del orden de 10 a 20 Hz). En el estado actual, esto generaría unos desplazamientos muy importantes cuando tiene lugar el lanzamiento, incompatibles con la resistencia mecánica de estos elementos.
Para remediar este problema, una de las soluciones utilizadas en el estado de la técnica se basa en la utilización de topes elásticos colocados en paralelo a la suspensión de baja frecuencia, y cuya función es mantener los niveles de lanzamientos. El inconveniente de este sistema es la generación de choques sobre el equipo y la justificación de la resistencia del equipo expuesto a estas solicitaciones.
Otra solución empleada también en el estado de la técnica se basa en la utilización de sistemas de apilamiento que permiten bloquear el sistema suspendido cuando tiene lugar el lanzamiento, pero estos sistemas son siempre difíciles de utilizar. En efecto, frecuentemente son voluminosos y costosos.
Así, ninguno de los sistemas de atenuación conocidos permite combinar una baja rigidez (necesaria para el filtrado de las microvibraciones) con una rigidez elevada (necesaria para soportar las cargas dinámicas del lanzamiento) permaneciendo al mismo tiempo compacto, sencillo de colocar y relativamente poco costosos.
El documento WO9221912, que se considera como la técnica anterior más próxima, describe un amortiguador que comprende una estructura de soporte exterior e interior y por lo menos un par de columnas.
El objetivo de la presente invención es remediar este inconveniente y permitir por lo tanto asegurar una rigidez suficiente para resistir cuando tiene lugar las vibraciones importantes y una flexibilidad suficiente para filtrar las microvibraciones, permaneciendo al mismo tiempo compacto, sencillo de colocar y relativamente poco costoso.
Con este fin, la invención tiene por objeto un amortiguador para un objeto colocado en un medio sometido a vibraciones. El amortiguador presenta un estado de reposo en ausencia de vibraciones, un primer estado de funcionamiento en caso de vibraciones de primer tipo, y un segundo estado de funcionamiento en caso de vibraciones de segundo tipo, siendo el nivel de cada vibración de primer tipo inferior al nivel de cada vibración de segundo tipo, es decir, que el amortiguador está configurado para presentar un estado de reposo en ausencia de vibraciones, un primer estado de funcionamiento en caso de vibraciones de primer tipo, y un segundo estado de funcionamiento en caso de vibraciones de segundo tipo, siendo el nivel de cada vibración de primer tipo inferior al nivel de cada vibración de segundo tipo, en otros términos, el amortiguador está destinado a presentar un estado de reposo en ausencia de vibraciones, un primer estado de funcionamiento en caso de vibraciones de primer tipo y un segundo estado de funcionamiento en caso de vibraciones de segundo tipo, siendo el nivel de cada vibración de primer tipo inferior al nivel de cada vibración de segundo tipo. El amortiguador comprende una estructura de soporte exterior destinada a estar en contacto rígido con el medio y que forma una primera parte de fijación y una segunda parte de fijación dispuestas una frente a la otra. El amortiguador también comprende una estructura de soporte interior destinada a estar en contacto rígido con el objeto. La invención comprende por lo menos un par de membranas formado por una primera membrana que se extiende entre la estructura de soporte interior y la primera parte de fijación de la estructura de soporte exterior según una o varias direcciones de extensión, y por una segunda membrana que se extiende entre la estructura de soporte interior y la segunda parte de fijación de la estructura de soporte exterior según una o varias direcciones de extensión. Cada membrana está formada por un material viscoelástico que comprende fibras alineadas sustancialmente según una misma dirección.
Según otros aspectos ventajosos de la invención, el amortiguador comprende una o varias de las características siguientes, consideradas aisladamente o según todas las combinaciones técnicamente posibles:
- en el estado de reposo, cada membrana se extiende sustancialmente según una única dirección de extensión que presenta una curvatura.
- cuando el amortiguador pasa del estado de reposo al segundo estado de funcionamiento, la curvatura de la dirección de extensión de una de las dos membranas del o de cada par de membranas aumenta con respecto a la curvatura de la dirección de extensión en el estado de reposo de esta membrana y la curvatura de la dirección de extensión de la otra membrana del mismo par de membranas disminuye con respecto a la curvatura de la dirección de extensión en el estado de reposo de esta membrana.
- en el primer estado de funcionamiento, cada membrana se extiende sustancialmente según varias direcciones secantes.
- las vibraciones de segundo tipo corresponden a unas vibraciones cuyos niveles de aceleración son superiores a 0,1 g, preferentemente superiores a 0,3 g, siendo g la aceleración de la gravedad en la superficie terrestre.
- el amortiguador comprende por lo menos dos pares de membranas tales que las primeras membranas de estos pares y las segundas membranas de estos pares están dispuestas una frente a la otra.
- cada membrana está realizada de un material viscoelástico con una estructura de fibras alineadas.
- el medio sometido a vibraciones es un vehículo espacial, en particular un vehículo espacial destinado a ser lanzado desde la superficie terrestre.
La presente invención tiene también por objeto un sistema de amortiguación que comprende varios amortiguadores tales como los definidos anteriormente, destinados a amortiguar vibraciones de un mismo objeto.
Según otros aspectos ventajosos de la invención, el sistema de amortiguación comprende una o varias de las características siguientes, consideradas aisladamente o según todas las combinaciones técnicamente posibles: - los amortiguadores están destinados a estar dispuestos en una parte periférica del objeto, de modo que la estructura de soporte interior de cada amortiguador esté en contacto con esta parte periférica del objeto. - por lo menos algunas de las membranas de por lo menos algunos de los amortiguadores definen por lo menos una hendidura que se extiende entre los extremos de fijación de la membrana correspondiente a la estructura de soporte interior y a la estructura de soporte exterior.
Estas características y ventajas de la invención aparecerán con la lectura de la descripción siguiente, dada únicamente a título de ejemplo no limitativo, y hecha con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 es una vista en perspectiva de un sistema de amortiguación según la invención, comprendiendo el sistema de amortiguación varios amortiguadores según la invención;
- la figura 2 es una vista en perspectiva de uno de los amortiguadores de la figura 1; y
- la figura 3 es una vista frontal del amortiguador de la figura 2.
En el ejemplo descrito, el sistema de amortiguación 10 de la figura 1 está embarcado a bordo de un vehículo espacial, en particular de un satélite destinado a ser lanzado desde la superficie terrestre.
Como se conoce de por sí, el satélite comprende una pluralidad de equipos embarcados que presentan por ejemplo una carga útil de este satélite. El satélite comprende además por lo menos una estructura de fijación destinada a fijar los equipos embarcados.
El sistema de amortiguación 10 permite amortiguar las vibraciones de un objeto 12 embarcado en el satélite y que presenta, por ejemplo, uno de sus equipos embarcados.
En la figura 1, este objeto 12 está representado por un disco rígido que presenta una parte periférica y que puede servir, por ejemplo, como plataforma para otro equipo embarcado. Este otro equipo embarcado está destinado entonces a ser fijado rígidamente en el objeto 12.
Según otra variante de realización, este objeto 12 presenta a su vez un equipo embarcado que va a amortiguar. Evidentemente, el sistema de amortiguación 10 puede estar embarcado en cualquier otro vehículo móvil o, de manera más general, servir en cualquier otro medio que presente vibraciones importantes así como
microvibraciones.
En la continuación de la descripción, por vibraciones importantes o vibraciones de segundo tipo, se entienden vibraciones de niveles elevados cuyos niveles de aceleración van de algunas décimas a algunas decenas de g. Por microvibraciones o vibraciones de primer tipo, se entienden vibraciones de niveles bajos, es decir, de niveles inferiores a los de las vibraciones de segundo tipo.
En particular, es conocido, por ejemplo, que en el lanzamiento de un satélite, sus equipos embarcados sufren vibraciones importantes, cuyos niveles pueden variar de algunas décimas a algunas decenas de g, y cuando el satélite está en órbita, sus equipos embarcados sufren microvibraciones cuyos niveles son inferiores a estos valores.
Para amortiguar las vibraciones del objeto 12, el sistema de amortiguación 10 comprende varios amortiguadores según la invención. Estos amortiguadores están dispuestos, por ejemplo, en la parte periférica del objeto 12 y comprenden una parte que presenta una unión rígida con este último, como se explicará más adelante.
En la figura 1, se ilustran cuatro amortiguadores 14A a 14D.
Cada uno de estos amortiguadores 14A a 14D presenta un estado de reposo en ausencia de vibraciones, un primer estado de funcionamiento en caso de vibraciones de primer tipo y un segundo estado de funcionamiento en caso de vibraciones de segundo tipo.
Los amortiguadores 14A a 14D son, por ejemplo, sustancialmente idénticos. Así, a continuación, sólo se explicará de manera detallada el amortiguador 14A con referencia en particular a las figuras 2 y 3 que ilustran respectivamente su vista en perspectiva y su vista frontal en el estado de reposo.
Como se puede ver en estas figuras, el amortiguador 14 comprende una estructura de soporte exterior 21, una estructura de soporte interior 22, y dos pares de membranas 23, 24 que se extienden entre las estructuras exterior 21 e inferior 22.
La estructura de soporte exterior 21 está destinada a estar en contacto rígido con la estructura de fijación del satélite y comprende para ello, por ejemplo, unos medios de fijación adecuados.
La estructura de soporte exterior 21 forma una primera parte de fijación 31 y una segunda parte de fijación 32 dispuestas una frente a la otra según un eje de soporte X.
En el ejemplo de realización de la figura 1, las partes de fijación 31, 32 están unidas una a la otra por una parte de conexión 33 que, por ejemplo, forma una pieza única con estas partes de fijación 31, 32. En este caso, la estructura de soporte exterior 21 se presenta en forma de “U”, cuyos extremos corresponden a las partes de fijación 31, 32. Según otro ejemplo de realización, las partes de unión 31, 32 forman unas piezas separadas destinadas, por ejemplo, a ser fijadas sobre una o varias estructuras de fijación del satélite de manera separada.
La estructura de soporte interior 22 está destinada a estar en contacto rígido con el objeto 12 y, según un ejemplo de realización, comprende para este fin unos medios de fijación adecuados.
Según otro ejemplo de realización, la estructura de soporte interior 22 es solidaria con el objeto 12.
La estructura de soporte interior 22 está unida a la estructura de soporte exterior 21 a través de los pares de membranas 23, 24.
En particular, cada par de membranas 23, 24 está formado por una primera membrana 33A, 34A que se extiende entre la estructura de soporte interior 22 y la primera parte de fijación 31 de la estructura de soporte exterior 21, y por una segunda membrana 33B, 34B que se extiende entre la estructura de soporte interior 22 y la segunda parte de fijación 32 de la estructura de soporte exterior 21.
Las primeras membranas 33A, 34A de los pares 23, 24 están dispuestas una frente a la otra según un eje transversal Y1 perpendicular al eje de soporte X y a un eje Z. De manera similar, las segundas membranas 33B, 34B de los pares 23, 24 están dispuestas una frente a la otra según un eje transversal Y2 perpendicular al eje de soporte X y al eje Z. El eje transversal Y2 es por lo tanto paralelo al eje transversal Y1.
Las membranas 33A, 34A, 33B, 34B son, por ejemplo, sustancialmente idénticas.
En particular, cada membrana 33A, 34A, 33B, 34B se presenta en forma de una placa flexible que presenta dos extremos de fijación y una parte flexible que se extiende entre los extremos de fijación. En la figura 3, se referencian
los extremos de fijación 35, 36 y la parte flexible 37 únicamente de la membrana 33A.
En el estado de reposo, cada membrana 33A, 34A, 33B, 34B se extiende sustancialmente según una única dirección de extensión que presenta una curva bidimensional arqueada.
La dirección de extensión D de la membrana 33A es visible en la figura 2.
En el segundo estado de funcionamiento del amortiguador 14A, cada membrana 33A, 34A, 33B, 34B también se extiende sustancialmente según una única dirección de extensión que presenta una curvatura diferente a la del estado de reposo.
Cuando el amortiguador 14A pasa del estado de reposo al segundo estado de funcionamiento, una de las membranas de un mismo par se redondea y la otra se aplana hasta quedar completamente plana, lo cual permite amortiguar vibraciones de segundo tipo según el eje de soporte X, los ejes transversales Y1 y Y2, y el eje Z. En el primer estado de funcionamiento, cada membrana 33A, 34A, 33B, 34B se extiende sustancialmente según varias direcciones de extensión secantes. En otras palabras, en el primer estado de funcionamiento, cada membrana 33A, 34A, 33B, 34B está doblada, lo cual permite amortiguar las vibraciones de primer tipo según el eje de soporte X, los ejes transversales Y1 y Y2, y el eje Z.
Cada membrana 33A, 34A, 33B, 34B está formada por un material viscoelástico que comprende unas fibras alineadas sustancialmente según una misma dirección que coincide, por ejemplo, con la dirección de extensión de esta membrana en el estado de reposo. Estas fibras son, por ejemplo, fibras Kevlar®.
Según un aspecto ventajoso de la invención, por lo menos algunas de las membranas 33A, 34A, 33B, 34B definen por lo menos una hendidura que se extiende entre los extremos de fijación de esta membrana. En particular, cuando el amortiguador 14A está en el estado de reposo, la o cada hendidura de las membranas correspondientes se extiende sustancialmente según la dirección de extensión de la membrana correspondiente.
En la figura 2, se pueden ver cuatro hendiduras definidas en cada una de las membranas 33A, 34A, 33B, 34B. Las hendiduras formadas en la membrana 33B están referenciadas en esta figura por la referencia “40”.
Las hendiduras formadas en las membranas permiten reducir la rigidez de los amortiguadores, en particular según los ejes transversales Y1 y Y2 y según el eje Z favoreciendo el deslizamiento entre las diferentes secciones así creadas, sin afectar a las rigideces según el eje de soporte X. Esto permite entonces equilibrar las rigideces según las tres direcciones y evitar una asimetría en el sistema 10.
Finalmente, cada membrana 33A, 34A, 33B, 34B está realizada, por ejemplo, por moldeo de tipo compresión simple de un material viscoelástico con una estructura de fibras alineadas. Después, las hendiduras se forman en por lo menos algunas de las membranas 33A, 34A, 33B, 34B con una plantilla adaptada.
A continuación se explicará el funcionamiento del sistema de amortiguación 10.
Inicialmente, en ausencia de vibraciones del objeto 12, cada uno de los amortiguadores 14A a 14D se encuentra en el estado de reposo.
Cuando se producen vibraciones importantes, es decir, vibraciones de segundo tipo (en el lanzamiento del satélite, por ejemplo), las fibras de cada membrana comienzan a trabajar en tracción de manera que algunas membranas se redondeen y las otras se aplanen. Esto rigidiza entonces la estructura según el eje de soporte X, los ejes transversales Y1 y Y2, y el eje Z.
Cuando se producen microvibraciones, es decir, vibraciones de primer tipo (cuando, por ejemplo, se pone en órbita el satélite), las fibras de cada membrana trabajan en flexión. Esto hace entonces que la estructura sea lo suficientemente flexible para filtrar estas microvibraciones según el eje de soporte X, los ejes transversales Y1 y Y2, y el eje Z.
Por otro lado, las hendiduras formadas en las membranas permiten equilibrar la distribución de rigideces según los diferentes ejes.
Se concibe entonces que el sistema de amortiguación según la invención es particularmente simple y compacto. Permite amortiguar microvibraciones resistiendo al mismo tiempo a los entornos vibratorios de niveles importantes, según las tres dimensiones. Por lo tanto, esto lo hace particularmente atractivo para el sector espacial.
Claims (11)
1. Amortiguador (14A, ..., 14D) para un objeto (12) colocado en un medio sometido a vibraciones, estando el amortiguador (14A, ..., 14D) configurado para presentar un estado de reposo en ausencia de vibraciones, un primer estado de funcionamiento en caso de vibraciones de primer tipo y un segundo estado de funcionamiento en caso de vibraciones de segundo tipo, siendo el nivel de cada vibración de primer tipo inferior al nivel de cada vibración de segundo tipo;
comprendiendo el amortiguador (14A, ..., 14D):
- una estructura de soporte exterior (21) destinada a estar en contacto rígido con el medio y que forma una primera parte de fijación (31) y una segunda parte de fijación (32) dispuestas una frente a la otra;
- una estructura de soporte interior (22) destinada a estar en contacto rígido con el objeto (12);
- por lo menos un par de membranas (23, 24) formado por una primera membrana (33A, 34A) que se extiende entre la estructura de soporte interior (22) y la primera parte de fijación (31) de la estructura de soporte exterior (21) según una o varias direcciones de extensión (D), y por una segunda membrana (33B, 34B) que se extiende entre la estructura de soporte interior (22) y la segunda parte de fijación (32) de la estructura de soporte exterior (21) según una o varias direcciones de extensión (D);
estando cada membrana (33A, 34A, 33B, 34B) formada por un material viscoelástico que comprende unas fibras alineadas sustancialmente según una misma dirección.
2. Amortiguador (14A, ..., 14D) según la reivindicación 1, en el que, en el estado de reposo, cada membrana (33A, 34A, 33B, 34B) se extiende sustancialmente según una única dirección de extensión (D) que presenta una curvatura.
3. Amortiguador (14A, ..., 14D) según la reivindicación 2, en el que, cuando el amortiguador (14A, ..., 14D) pasa del estado de reposo al segundo estado de funcionamiento, la curvatura de la dirección de extensión (D) de una de las dos membranas (33A, 34A, 33B, 34B) del o de cada par de membranas (23, 24) aumenta con respecto a la curvatura de la dirección de extensión (D) en el estado de reposo de esta membrana (33A, 34A, 33B, 34B) y la curvatura de la dirección de extensión (D) de la otra membrana (33A, 34A, 33B, 35, 34B) del mismo par de membranas (33A, 34A, 33B, 34B) disminuye con respecto a la curvatura de la dirección de extensión (D) en el estado de reposo de esta membrana (33A, 34A, 33B, 34B).
4. Amortiguador (14A, ..., 14D) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, en el primer estado de funcionamiento, cada membrana (33A, 34A, 33B, 34B) se extiende sustancialmente según varias direcciones secantes.
5. Amortiguador (14A, ..., 14D) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las vibraciones de segundo tipo corresponden a unas vibraciones cuyos niveles de aceleración son superiores a 0,1 g, preferentemente superiores a 0,3 g, siendo g la aceleración de la gravedad en la superficie terrestre.
6. Amortiguador (14A, ..., 14D) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende por lo menos dos pares de membranas (23, 24) tales que las primeras membranas (33A, 34A) de estos pares (23, 24) y las segundas membranas (33B, 34B) de estos pares (23, 24) están dispuestas una frente a la otra.
7. Amortiguador (14A, ..., 14D) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada membrana (33A, 34A, 33B, 34B) está realizada de un material viscoelástico con una estructura de fibras alineadas.
8. Amortiguador (14A, ..., 14D) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el medio sometido a vibraciones es un vehículo espacial, en particular un vehículo espacial destinado a ser lanzado desde la superficie terrestre.
9. Sistema de amortiguación (10) que comprende varios amortiguadores (14A, ..., 14D) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, destinado a amortiguar las vibraciones de un mismo objeto (12).
10. Sistema (10) según la reivindicación 9, en el que los amortiguadores (14A, ..., 14D) están destinados a estar dispuestos en una parte periférica del objeto (12) de manera que la estructura de soporte interior (22) de cada amortiguador (14A, ..., 14D) esté en contacto con esta parte periférica del objeto (12).
11. Sistema (10) según la reivindicación 9 o 10, en el que por lo menos algunas de las membranas (33A, 34A, 33B, 34B) de por lo menos algunos de los amortiguadores (14A, ..., 14D) definen por lo menos una hendidura (40) que se extiende entre unos extremos de fijación (35, 37) de la membrana correspondiente (33A, 34A, 33B, 34B) a la estructura de soporte interior (22) y a la estructura de soporte exterior (21).
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