کیسه هوا چگونه کار می کند؟

کیسه هوا چگونه کار می کند؟

سال ها است که کمربند ایمنی اتومبیل شکلی انحصاری از یک مهارکننده غیر فعال در اتومبیل های مان فراهم آورده است.بحث ها و جنجال هایی بر سر ایمنی این کمربندها،در خصوص ارتباط با بچه ها صورت گرفت،اما با گذشت زمان اکثر کشورها اجباری شدن قانون بستن کمربند ایمنی اتومبیل را پذیرفتند.آمارها نشان می دهد که استفاده از کمربند ایمنی در اتومبیل جان هزاران نفر را در تصادفات از مرگ حتمی نجات داده است.

کیسه هوا،بالشتک نرمی که در هنگام تصادف با آن روبرو می شویم،نیز همچون کمربند ایمنی سال هاست که مطرح شده است.اولین ثبت اختراع برای یک وسیله باد شدنی برای سقوط اضطراری در طول جنگ جهانی دوم به ثبت رسید.در دهه ۱۹۸۰ اولین کیسه هواهای تجاری در اتومبیل ها مورد استفاده قرار گرفت.

از سال ۱۹۹۸ به کار بردن کیسه هوا در مقابل صندلی راننده و صندلی سرنشین در همه اتومبیل های جدید در آمریکا اجباری شد (کامیون های سبک از سال ۱۹۹۹ مشمول این قانون قرار گرفتند). آمارها تا به حال نشان داده اند که کیسه هوا تا حدود ۳۰ درصد خطر مرگ در تصادف مستقیم و رو در رو را کاهش می دهند. پس از آن کیسه های هوای قابل نصب بر روی در یا بر روی صندلی عرضه شدند.

امروزه بعضی اتومبیل ها دارای بیش از دو کیسه هوا هستند تا جایی که بعضی از آنها شش یا حتی هشت کیسه هوا دارند. با در نظر گرفتن بعضی اختلاف نظرها در مورد استفاده از کیسه هوا در سال های اولیه ، اکنون کیسه های هوا به یکی از موضوعات جدی آزمایشات و تحقیقات دولت و صنعت تبدیل شده است.

قوانین مربوط به حرکت:

قبل از جزئیات ، بهتر است اطلاعات خود در خصوص قوانین مربوط به حرکت را مرور کنیم. می دانیم که اشیاء در حال حرکت دارای شتاب سرعت (حاصل جرم و سرعت شی) می باشند.تا وقتی که یک نیروی خارجی بر یک شی اعمال می شود ، آن شی به سرعت و جهت خود ادامه می دهد. اتومبیل ها از چند شی همچون خود اتومبیل ، اشیای آزاد و رها در اتومبیل و البته مسافران تشکیل شده اند. اگر این اشیا مهار نشوند ، حتی اگر اتومبیل با یک تصادف متوقف شود اشیا به حرکت خود در هر سرعتی که اتومبیل دارد ، ادامه می دهند.
  
متوقف کردن شتاب یک شی مستلزم اعمال نیرویی در یک مدت زمان مشخص است. هنگامی که یک اتومبیل تصادف می کند، نیرویی بسیار زیاد لازم است تا شی را متوقف کند،زیرا شتاب سرعت اتومبیل به طور دائم تغییر کرده است،درحالی که شتاب سرعت مسافرها صفر بوده است و زمان زیادی برای متوقف کردن اتومبیل وجود ندارد. هدف هر سیستم مهار کننده کمکی،تا حد ممکن کمک در جهت متوقف کردن مسافر در زمانی است که احتمال می رود کمترین آسیبی به او وارد شود.

کاری که یک کیسه هوا انجام می دهد کاهش سرعت مسافر تا صفر است،بدون اینکه به او آسیبی برسد. کیسه هوا محدودیت های زیادی دارد. فضای بین راننده و فرمان اتومبیل و نیز مسافر و داشبورد متعلق به کیسه هوا است که در کمتر از یک ثانیه در این فضا دارای عملکرد است.با این وجود اگر این سیستم بتواند سرعت مسافر را بطور یکنواخت کاهش دهد ، حتی مقدار کم فضا و زمان هم ارزشمندند.

در قسمت بعد نگاهی به اجزای کیسه هوا می اندازیم و متوجه می شویم که چگونه باد می شود.

باد شدن کیسه هوا:
هدف کیسه هوا،تا حد امکان بطور یکنواخت کم کردن حرکت مسافر در کمتر از ثانیه است.

سه قسمت در کیسه هوا وجود دارد که این هدف را تحقق می بخشد.

- خود کیسه هوا از یک کالبد نازک نایلونی ساخته شده است که در فرمان اتومبیل یا داشبورد یا به تازگی در صندلی یا در تعبیه شده است.

- سنسور وسیله ای است که به کیسه هوا اطلاع می دهد تا باد شود. باد شدن زمانی رخ می دهد که یک فشار برخورد برابر با دویدن به طرف یک دیوار آجری با سرعت ۱۰ تا ۱۵ مایل در ساعت (۱۶ تا ۲۴ کیلومتر در ساعت) بوجود آید. هنگامی که تغییر جرم صورت می گیرد،اتصال الکتریکی بسته می شود و کلید مکانیکی زده می شود و به سنسور اطلاع می دهد که تصادف رخ داده است.سنسور اطلاعات را از یک شتاب سنج که در یک ریز تراشه ساخته شده است،دریافت می کند.

در مکانیسم باد شدن کیسه هوا آزید سدیم (NaN3) با نیترات پتاسیم (KNO3) واکنش نشان می دهد و گاز نیتروژن را تولید می کند.جریان های داغ نیتروژن،کیسه هوا را باد می کند.

تلاش های اولیه به منظور استفاده از کیسه هوا در اتومبیل به دلیل هزینه های گزاف و موانع صنعتی در ارتباط با آن هم چون حفظ و رها سازی گاز متراکم ، بی نتیجه ماند.

محققان در خصوص مسائل زیر به فکر فرو رفتند :

آیا فضای کافی برای یک محفظه گاز در اتومبیل وجود دارد؟

آیا می توان در مدت عمر اتومبیل گاز را بصورت فشرده نگه داشت؟

کیسه هوا چگونه باید طراحی شود که سریع باز شود و قابلیت های زیادی داشته باشد؟

آنها به دنبال کارکردی بودند تا واکنشی شیمیایی را به راه بیندازند تا در نتیجه آن نیتروژن تولید شود و کیسه هوا را باد کند.باد کننده های کوچک با سوخت مقاوم در دهه ۱۹۷۰ برای این منظور مؤثر واقع شدند.

این سیستم باد کننده کیسه هوا در اتومبیل متفاوت از کار دستگاه تقویت کننده موشک نیست.سیستم کیسه هوا سوخت مقاوم را مشتعل می کند و این سوخت خیلی سریع می سوزد و حجم زیادی از گاز تولید می کند تا کیسه را باد کند.سپس کیسه هوا به معنای واقعی از جایگاه خود با سرعت ۲۰۰ مایل در ساعت (۳۲۲ کیلومتر در ساعت) به طرف بیرون باز می شود و این باز شدن در کمتر از یک چشم به هم زدن رخ می دهد. یک ثانیه بعد،گاز به سرعت از حفره های ریز در کیسه هوا خارج می شود و از این رو کیسه هوا دوباره خالی می شود و شما می توانید حرکت کنید.

با وجود اینکه کل این فرآیند در یک بیست و پنجم ثانیه رخ می دهد ، اما در زمان باقیمانده می توان از صدمات جدی جلوگیری کرد. ماده پودر مانندی که از کیسه هوا آزاد می شود ، نشاسته ذرت یا پودر تالک است که توسط تولید کنندگان کیسه هوا به منظور حفظ نرمی کیسه در هنگام بسته بودن مورد استفاده قرار می گیرد.

در ارتباط با ایمنی کیسه های هوا :
کارشناسان از همان روزهای اولیه در مورد استفاده از کیسه های هوا و کمربند ایمنی بصورت همزمان هشدار داده اند. هنوز استفاده از کمربندهای ایمنی به طور کامل ضروری است زیرا کیسه های هوا تنها در مواقعی دارای عملکرد است که برخورد از جلو و با سرعت بیش از ۱۰ مایل در ساعت (۶ کیلومتر در ساعت) رخ دهد. اما تنها کمربند های ایمنی هستند که می توانند در برخوردها و ضربات شدید وارد شده از کنار و از عقب و نیز برخورد های ثانویه ، برای سرنشین مفید واقع شوند (گرچه اکنون کیسه های هوای تعبیه شده در کنار اتومبیل هم رایج است).

حتی با پیشرفت تکنولوژی هم کیسه های هوا تنها زمانی کارآمد هستند که با کمربند های ایمنی قرار گرفته بر روی شانه مورد استفاده قرار گیرند.

خیلی طول نکشید که کارشناسان متوجه شدند کیسه هوا می تواند به افرادی که در فاصله خیلی کمی از آن قرار دارند ، صدمه وارد آورد. تحقیقات نشان می داد که ناحیه خطر برای کیسه هوای راننده به فاصله ۲ تا ۳ اینچ (۵ تا ۸ سانتی متر) اولیه از محل باد شدن است. از این رو با قرار گرفتن به فاصله ۱۰ اینچی (۲۵ سانتی) از کیسه هوای راننده ، به طور در امنیت هستید. این فاصله را از وسط فرمان تا جناغ سینه خود اندازه گیری کنید. اگر به طور معمول در فاصله کمتر از ۱۰ اینچ از فرمان اتومبیل می نشینید ، می توانید جایگاه رانندگی خود را به کمک روش های زیر تنظیم کنید :

- صندلی خود را تا جایی که پای تان به راحتی به پدال ها برسد،عقب بکشید.

 - به آرامی به عقب تکیه دهید. اگر چه طراحی اتومبیل ها بسیار متنوع است،اما اکثر رانندگان حتی اگر صندلی به طور جلو باشد،می توانند با تکیه دادن به عقب صندلی خود به فاصله ۱۰ اینچی از فرمان اتومبیل قرار گیرند. اگر تکیه دادن به صندلی ، دید جاده را مشکل می سازد ، می توانید با استفاده از سیستم بالابر صندلی اتومبیل (بعضی اتومبیل ها فاقد چنین سیستمی هستند) صندلی خود را بالا ببرید یا از یک بالشتک محکم و غیر لغزان به همین منظور استفاده کنید.

- با خم کردن فرمان اتومبیل به سمت پایین ، کیسه هوا را به جای ناحیه سر و گردن به ناحیه سینه خود متمایل سازید. (تنها با قابلیت تنظیم فرمان اتومبیل ، این عملکرد امکان پذیر است)

این قوانین برای بچه ها متفاوت است.کیسه هوا می تواند به مرگ یک بچه بدون کمربند که بسیار نزدیک به آن قرار دارد،یا بچه ای که در موقع ترمز شدید،به طرف داشبورد پرتاب می شود،منجر شود.نظر کارشناسان در خصوص مهم قلمداد کردن موارد ایمنی زیر یکسان است :

- بچه های دوازده سال و زیر دوازده سال باید در حالی که کمربند ایمنی بسته اند، مطابق سن شان در صندلی مخصوص خود در عقب بنشینند.

- نوزادان در صندلی مخصوص خود که از روبرو می نشینند (زیر یک سال و در حالیکه کمتر از ۲۰ پوند ۱۰ کیلوگرم وزن دارند) هرگز نباید در صندلی جلو اتومبیل که دارای کیسه هوای مجاور است گذاشته شوند.

- اگر مجبورید با بچه ای بالای یک سال در صندلی جلو با کیسه هوای مجاور،رانندگی کنید،باید او را در صندلی مخصوص خود که از عقب می نشینند یا صندلی کمکی یا با کمربندی که بصورتی محکم بسته شده،در اتومبیل قرار دهید و صندلی باید تا حد ممکن به عقب کشیده شود.