Спасительное надувательство: история создания российской подушки безопасности — Naked Science
20 минут
Ростех

Спасительное надувательство: история создания российской подушки безопасности

Подмосковный Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроения Госкорпорации Ростех можно назвать первопроходцем в создании отечественной автомобильной подушки безопасности. 25 лет назад институт зарегистрировал первый российский патент на разработку. Об истории изобретения рассказали эксперты предприятия.

Действие подушки безопасности / ©giphy.com

От Хетрика до Брида

История создания подушки безопасности насчитывает не одно десятилетие. О чем-то подобном конструкторы начали думать еще до Второй мировой войны. Правда, это были лишь поверхностные разработки, так и не воплощенные в жизнь. А потом по известным причинам стало и вовсе не до этого.

В итоге первая подушка безопасности появилась позже. Авторами изобретения стали два инженера, которые работали независимо друг от друга. 18 августа 1953 года патент на систему, способную защитить человека от удара о твердые предметы салона автомобиля во время аварии, был выдан американцу Джону Хетрику, а 12 ноября этого же года другой патент получил немец Вальтер Линдерер.

Но дальше чертежей и опытных разработок ни у того, ни у другого конструктора дело не пошло. Обе подушки безопасности, представлявшие собой мешки из плотной материи, наполнялась сжатым воздухом через клапаны по команде электроники. Причем наполнялись они слишком медленно – это значительно увеличивало вероятность получения человеком травмы. Устройства сочли неэффективными, но работы в этом направлении продолжались.

В 1963 году японский изобретатель Ясузобуро Кобори создал конструкцию, которая практически мгновенно надувала воздушный мешок. Для этого использовался пиропатрон, выделяющий при срабатывании мощный поток газов. Конструкция получилась простой и эффективной, доказав тем самым право на существование. Именно она используется в современных подушках.

Спустя четыре года после изобретения японца американец Аллен Брид создал основной компонент для срабатывания воздушных мешков – шариковый сенсор. При столкновении шарик по инерции перемещался, замыкал электрические контакты, и подушка «выстреливала». В начале 1970-х годов с конвейеров заводов Ford стали сходить первые автомобили, оснащенные подушками безопасности (правда, это были лишь экспериментальные образцы). При столкновении в специальном баллончике происходила химическая реакция, и нейлоновый мешок мгновенно наполнялся газом, который затем постепенно стравливался через небольшие отверстия.

Первым, установившим на автомобили подушки безопасности, была компания Ford, а вот первой серийной машиной с таким устройством стала модель Oldsmobile Toronado 1973 года / ©www.zr.ru

В США подушки безопасности воспринимались как альтернатива ремням, в связи с чем увеличивалось число случаев, когда срабатывание подушки становилось причиной гибели человека. В основном это происходило из-за сильного удара от срабатывания подушки, когда при езде с не пристегнутым ремнем тело водителя или пассажира успевало податься вперед. Поэтому более поздние подушки стали раскрываться с меньшей энергией.

В 1980 году «воздушный мешок» пришел в Европу – Mercedes-Benz оснастили революционной по тем временам подушкой безопасности модель S-класса. В чем была революционность? В том, что при аварии сначала затягивались ремни безопасности и только после этого развертывалась подушка, которая в итоге позиционировалась не как альтернатива ремням, а как способ дополнительной защиты водителя и пассажиров.

В поисках перспективного проекта

В Центральном научно-исследовательском институте точного машиностроения работы по созданию подушки безопасности велись под руководством Юрия Филиппова с начала 1980-х годов и подтверждены авторскими свидетельствами. Сначала речь шла о защитных надувных экранах для сидящих сзади пассажиров правительственных автомобилей. Зарегистрированное в 1984 году в Государственном реестре изобретений Союза ССР изобретение называлось «Гибкая оградительная оболочка для пользователей пассажирским транспортом».

Один из первых патентов на подушку безопасности в СССР / ©Пресс-служба Ростеха

«Задача обезопасить высокопоставленных пассажиров при авариях поступила в институт из Гаража особого назначения в конце 1980 года, после того, как в автокатастрофе погиб кандидат в члены Политбюро ЦК КПСС, Первый секретарь ЦК КП Белоруссии Петр Машеров, – вспоминает эксперт Ростеха, начальник лаборатории Центрального научно-исследовательского института точного машиностроения (ЦНИИТОЧМАШ) Сергей Матвейкин. – Работы мы вели совместно с научно-исследовательским автомобильным и автомоторным институтом».

Оболочка (по сути – экран) включала в себя две пневмокамеры, одна из которых, камера высокого давления, была секционной и связывалась с источником сжатого газа, а другая, камера низкого давления, сообщалась с атмосферой через клапаны одностороннего действия и располагалась в зоне головы. При поступлении в случае аварии электрического сигнала на вспомогательное устройство газогенератора образовывался газ, который сначала поступал в нижнюю часть камеры высокого давления, с которой взаимодействовали колени пассажира.

Далее газ поступал в верхнюю часть камеры высокого давления. Заполняясь газом, камера высокого давления распрямлялась в горизонтальном и вертикальном положениях и, образуя каркас, натягивала перед пассажиром полотнище. При этом воздух из салона автомобиля поступал в камеру низкого давления.

«Общий надуваемый объем составлял 120-150 литров, – продолжает эксперт Ростеха. – Дошли до экспериментальных образцов. Но в итоге дальнейшую работу над проектом посчитали нецелесообразной. При срабатывании экрана раздавался сильный шум, сам же заполненный газом экран получался достаточно громоздким. А тут прошла информация, что за границей разрабатываются компактные подушки безопасности».

И после серии испытаний экранов мы переключили свое внимание на эти, как оказалось, более перспективные изделия. Для начала решили создать подушку для рулевого колеса. Занимались непосредственно ее конструкцией и разработкой газогенератора. Соответствующий пиротехнический состав для газогенератора готовили в Загорском (ныне – Сергиев Посад) научно-исследовательском институте прикладной химии, а прорезиненную ткань для подушки поставлял Уфимский завод резинотехнических изделий».

Точку поставила перестройка

Подушка безопасности способна выполнить свои функции только в том случае, если во время удержания пользователя она по жесткости не напоминает футбольный мяч, а при ударе автомобиля плавно затормаживает водителя или пассажира, поглощая их энергию движения. Такое действие осуществляется за счет выпуска воздушно-газовой смеси из подушки через специальные клапаны.

К тому времени – начало-середина 1990-х годов – в ряде западных образцов использовались закрывающие отверстия клапаны, которые при повышении давления в подушке за счет воздействия на нее пассажира или избытка газа отрывались, выпуская газ в атмосферу. Получается, что газ из подушки выходил даже тогда, когда на нее не воздействовал пользователь, что могло привести к серьезной травме при повторных ударах.

Не исключался и такой вариант: если авария не произошла, а подушка по какой-либо причине сработала, и клапаны не оторвались, то раскрывшаяся подушка ограничивала водителю обзор дороги, что могло привести к серьезному дорожно-транспортному происшествию.

Конструкторы ЦНИИТОЧМАШ в качестве прототипа для изобретения выбрали техническое решение, в котором стравливающие отверстия в подушке закрывались закрепленными на полотнище тонкими резиновыми пластинками с отверстиями. При повышении давления в подушке пластинки растягивались, отверстия в них увеличивались, и газ выходил из подушки. Но конструкция не позволяла удерживать газ в подушке при отсутствии воздействия со стороны пассажира. Кроме того, отверстия в пластинах не обладали способностью регулировать выход газа в зависимости от величины давления в подушке.

Для улучшения конструкции были использованы, перекрывающие отверстия, тонкие прямоугольные резиновые пластины, закрепленные на полотнище короткими сторонами. Половина пластин была шире диаметра отверстий, а другая половина – уже.

На рисунке 1 изображено устройство клапанов на подушке в развернутом состоянии; на рисунке 2 – клапан в закрытом положении, перекрывающий отверстие (вид сбоку) / ©Пресс-служба Ростеха


На рисунке 4 – клапан в закрытом положении, не перекрывающий отверстие; на рисунке 5 – клапан при выпуске воздушно-газовой смеси из подушки при воздействии на нее пользователя / ©Пресс-служба Ростеха

 При повышении давления в подушке после срабатывания за счет воздействия на нее пользователя все клапаны выворачивались и позволяли газовой смеси выходить с различной интенсивностью в зависимости от массы пользователя, производительности газогенератора и так далее. Как только давление газа в подушке снижалось до заданного значения, некоторые клапаны вновь закрывались. То есть подушка была способна защитить пассажира при повторных ударах. При случайном разворачивании подушки газовая смесь в течение определенного времени выходила через клапаны, перекрытые пластинами не полностью, и подушка сдувалась, не препятствуя обзору водителя.

Подушка безопасности времен СССР / ©Пресс-служба Ростеха

Заключив договор с Волжским автозаводом, институт провел несколько сотен испытаний разрабатываемого образца – причем не только на жигулях (ВАЗ-2109, «Нива»), но и на волгах и ГАЗах. В результате подушка безопасности практически дошла до этапа постановки на производство. В «боевое» состояние она приводилась за доли секунды. При столкновении автомобиля с препятствием сигнал от электронных датчиков подавался на электронный блок, дававший команду на срабатывание пиротехнического генератора, также разработанного в ЦНИИТОЧМАШ.

Генератор, в свою очередь, наполнял подушку газом, который благодаря специальному фильтру из металлокерамики был намного чище зарубежных аналогов. Причем газ наполнял не всю подушку, а несколько ее сегментов, в остальные же подсасывался воздух из салона. Проще говоря, подушка была двухконтурная. Кроме подушки безопасности в институте были разработаны и испытаны устройства аварийного натяжения ремней безопасности. Команду на срабатывание натяжителя ремня давал все тот же электронный блок.

Тестирование подушек безопасности переднего сиденья / ©autoleek.ru
Тестирование подушек безопасности заднего сиденья / ©autoleek.ru

Оснастить отечественный автопром созданными в ЦНИИТОЧМАШ подушками безопасности помешала перестройка. Министерство оборонной промышленности СССР из-за ухудшения в стране экономической ситуации перестало финансировать проект. АвтоВАЗ же поначалу проявил заинтересованность в продолжении сотрудничества с ЦНИИТОЧМАШ, но дальше слов дело не пошло – Волжский автогигант сделал ставку на зарубежных производителей элементов пассивной безопасности автомобилей. «Но мы не ставим крест на данном направлении, – отмечает Сергей Матвейкин. – У Ростеха сегодня есть все нужные компетенции и специалисты в этой сфере. Мы готовы оперативно развернуть производство российских подушек безопасности». 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Ростех
26 статей
Ростех — российская государственная корпорация, созданная в конце 2007 года для содействия в разработке, производстве и экспорте высокотехнологичной промышленной продукции гражданского и военного назначения. В её составе более 700 организаций, из которых сформировано 14 холдинговых компаний. 11 из них — в оборонно-промышленном комплексе, 3 — в гражданских отраслях промышленности, а также более 80 организаций прямого управления.
Сегодня, 07:05
10 минут
Василий Парфенов

Американские исследователи проанализировали данные опросов молодежи в возрасте от 18 до 23 лет с 2007 по 2017 год и обнаружили несколько факторов, коррелирующих с общей тенденцией к снижению популярности случайного секса, то есть нерегулярных половых связей вне постоянных романтических отношений. Среди наиболее заметных — возросшая вовлеченность в компьютерные игры, жизнь под одной крышей с родителями и меньшее употребление алкоголя.

4 часа назад
7 минут
Василий Парфенов

С момента появления систем автономного вождения многие задавались вопросом: а как они будут выглядеть в идентичных условия? К счастью, у нас наконец-то появилась возможность сравнить два самых известных автомобильных автопилота: системы разработки Tesla и Waymo — дочерней структуры Alphabet, владеющей Google. Машины проехали по одному маршруту, но сделали это совершенно по-разному, что весьма удивляет.

3 часа назад
10 минут
Мария Азарова

Исследование предоставило доказательства более плохого состояния костей тех, кто придерживается веганской диеты. Также исследователи обнаружили комбинацию биомаркеров, связанных с питанием, которые могут способствовать здоровью костной ткани.

2 марта
42 минуты
Редакция

Все знают, что нефть — это углеводороды. Но из чего она образовалась? Правда ли, что из динозавров? И сколько миллионов лет нефти, из которой сегодня делают бензин и сотни других важных окружающих нас вещей? Разбираемся, какие запасы нефти залегают в России и сколько их осталось, почему их до сих пор не добыли, а также, как это связано с существами, которые жили миллионы лет назад.

2 марта
5 минут
Сергей Васильев

Моделирование показало, что через миллиард лет атмосфера нашей планеты переживет резкие изменения и потеряет весь свой кислород, отбросив жизнь к древнейшим анаэробным формам.

Сегодня, 07:05
10 минут
Василий Парфенов

Американские исследователи проанализировали данные опросов молодежи в возрасте от 18 до 23 лет с 2007 по 2017 год и обнаружили несколько факторов, коррелирующих с общей тенденцией к снижению популярности случайного секса, то есть нерегулярных половых связей вне постоянных романтических отношений. Среди наиболее заметных — возросшая вовлеченность в компьютерные игры, жизнь под одной крышей с родителями и меньшее употребление алкоголя.

26 февраля
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

15 февраля
9 минут
Василий Парфенов

Новость, которую странно публиковать на серьезном научно-популярном портале, но от реальности не убежишь. Уфологи всего мира могут радоваться: американские военные официально признали, что изучали места крушения НЛО и в их распоряжении есть некие аномальные объекты, свойства которых выходят за рамки известных науке материалов.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: