«Ракетное» топливо в… машине: ученые ТГУ тестируют новый тип устройств для работы подушек безопасности
Автомобильная подушка безопасности работает примерно как ружье: при срабатывании датчика она за микросекунды наполняется газом и «выстреливает» со скоростью 200-300 км/ч. Для наддува тканевого мешка используется низкотемпературный газогенератор. В мире есть два основных монополиста, выпускающих эти системы – американская TRW и японская Takata. В России своего производства никогда не было, а теперь нет и импорта из «недружественных» стран. Дошло до того, что в июне отечественные автозаводы заявили о том, что будут временно выпускать машины без подушек безопасности. Как (и как быстро) предлагают решить проблему ученые Томского госуниверситета и при чем тут ракетное топливо – в нашем специальном проекте.
Что внутри?
Итак, в каждой современной машине – а подушки стали устанавливать в серийные автомобили с 1970-х годов — спрятано «ружье». А если быть совсем точным, то несколько граммов взрывчатки. Сработать все должно супербыстро, практически мгновенно, поэтому устройство основано на применении высокоэнергетического материала — своего рода взрывчатого вещества.
Александр Ворожцов, доктор физико-математических наук, проректор по научной и инновационной деятельности ТГУ, зав. лабораторией высокоэнергетических и специальных материалов:
«Высокоэнергетический материал — это твердое композитное топливо. В кавычках его можно назвать «ракетным», потому что аналогичное используется в ракетной технике как источник газов. Оно горит с очень высокой скоростью, на единицу массы приходится огромная газопроизводительность — на 1 кг выделяется 1 тыс литров газа. Это и позволяет надуть ткань подушки за микросекунды».
Кто производит?
В мире есть два гиганта — это американская фирма TRW и японская Takata. Они снабжают автомобильными устройствами большую часть авторынка. Их газогенератор – это, условно говоря, стакан, в который насыпаны таблетки из высокоэнергетического материала (на основе азида натрия). При срабатывании датчика сигнал передается на электродетонатор, который зажигает «таблеточный» заряд, и выделяется большой объем газа. При горении он имеет температуру свыше 1000 градусов Цельсия, но в подушку должен поступать охлажденным — максимум 70 градусов, чтобы тканевый материал не расплавился и не лопнул. Американцы и японцы охлаждают его при помощи скомканной медной проволоки.
А где альтернатива?
Российские ученые — Александр Ворожцов со стороны ТГУ и исследователи бийского ФНПЦ «Алтай» — придумали немного иную, оригинальную схему «горения наоборот»: шашка (заряд) высокоэнергетического материала в корпусе,имеющем отверстие для выхода газов («сопло»), поджигается не со стороны отверстия, как это принято в традиционном газогенераторе, а с обратной. Образующиеся газы к отверстию поступают, фильтруясь через шашку высокоэнергетического материала с контролируемой пористостью.Этим конструкторским решением достигается охлаждение горячих газов, образующихся при горении. Оно проще и интереснее, есть патент — такого в мире никто не реализовывал.
Совместная работа ведется в рамках стратегического проекта ТГУ “Технологии безопасности» («Приоритет-2030»). Сама разработка изначально имела «двойное назначение»: низкотемпературный газогенератор изначально предназначался для ракетной техники, с которой работает «Алтай». Но ученые придумали использовать ее и в гражданских целях – везде, где нужно что-то быстро надуть: подушки безопасности, спасательные средства, мобильные домкраты и т.д.
Александр Ворожцов:
«С ФНПЦ «Алтай» у нас много совместных проектов — аддитивное производство высокоэнергетических материалов, инновационные разработки новых горючих для смесевых твердых топлив — нанопорошков металлов, также много закрытых работ в рамках совершенствования ракетных двигателей. Что касается газогенераторов, в настоящий момент проведена научно-исследовательская работа, Томский госуниверситет описывает процесс математически, а «железо» делает ФНПЦ «Алтай». Элементы опытно-конструкторской работы тоже сделаны, наше устройство испытано, оно прекрасно справляется со своей задачей. Был период, когда мы активно продвигали идею на рынок, но соревноваться с мировыми гигантами тогда оказалось бесполезно. Ввиду новой ситуации нашей разработкой заинтересовался президент компании «Автотор» Валерий Серов. Их завод собирает в Калининграде три марки — BMW, KIA и Hyundai, сейчас они остались без газогенераторов. Мы ведем с ними переговоры. Если промпартнер подтвердит серьезность намерений, уже через год мы сможем оборудовать автомобили отечественными подушкам безопасности».