کیسه هوا

 

از دهه 80 میلادی که کیسه های هوا ساخته شده اند جان هزاران انسان در تصادفات رانندگی حفظ شده است. در زمانی که خودرو شما دچار سانحه شدید می شود، کیسه هوا در هزارم ثانیه عمل کرده و بوسیله گاز نیتروژن پر می شود. اما چگونه با این سرعت در کیسه هوا گاز نیتروژن تولید می شود؟

کیسه هوا متشکل از سه قسمت اصلی است: 1. کیسه از جنس نایلون فابریک نازک که در محل مورد نظر جا گذاری می شود، 2. سنسور اعلام خطر در زمان تصادف و 3. سیستم پر کننده کیسه هوا.
ابتدا سنسور اعلام خطر با توجه به مقدار ضربه و فشار ترمز و عوامل دیگر قدرت تصادف را تشخیص داده و در صورت نیاز در هزارم ثانیه کیسه هوا بوسیله نیتروژن پر می شود.
نحوه باز شدن کیسه هوا:
کیسه هوا می بایست در یک هزارم ثانیه فعال شود تا در هنگام تصادف بتواند جان سرنشین را نجات دهد. لذا زمان بندی مهمترین پارامتر در طراحی کیسه هوا می باشد. همچنین این نکته نیز مهم است که در تصادف آیا نیازی به باز شدن کیسه هوا وجود دارد یا خیر. بنابراین مهمترین بخش کیسه هوا سنسور آن می باشد. سنسور کیسه هوا از یک توپ فولادی ساخته شده که در یک محفظه نگهداری میشود و قابل حرکت است. توپ فولادی بوسیله یک فنر محکم یا یک آهن ربا قوی نگهداری می شود تا در دست اندازها و یا حرکت های ناگهانی خودرو سنسور فعال نشود. اما در زمانی که خودرو از جلو دچار سانحه شدید شود توپ فولادی حرکت کرده و باعث ایجاد یک جریان الکتریکی در سنسور می شود. این جریان باعث می شود تا سدیم آزید منفجر شده و سپس فرآیندهای شیمیایی متوالی در کیسه هوا اتفاق بیفتند. در این فرآیندهای پی در پی گاز نیتروژن با سرعتی در حدود 200 تا 400 کیلومتر در ساعت متصاعد می شود. در طراحی کیسه هوا یکی از مهمترین مسائل فشار گاز نیتروژن در کیسه است زیرا اگر این فشار کم باشد کیسه هوا کارایی خود را از دست می دهد و اگر بیش از اندازه زیاد باشد کیسه هوا مانند یک سنگ عمل کرده و باعث جراحات سنگین تر بر سرنشینان می شود.
واکنش های شیمیایی:
کیسه هوا طی سه واکنش متوالی پر می شود. جهت انجام این واکنش ها، در سیستم پر کننده سه ماده اولیه وجود دارد. 1. NaN3، 2. KNO3 و 3. .SiO2 در اولین واکنش NaN3 تجزیه شده و به سدیم و نیتروژن تبدیل می شود. با توجه به موازنه این واکنش مقدار بسیار زیادی گاز نیتروژن تولید می شود همچنین گرمای این واکنش توسط سیستم سنسور اعلام خطر تأمین می شود. سپس در واکنش دوم جهت خنثی سازی سدیم فعال، KNO3 با سدیم ترکیب شده و در اثر این واکنش K2O، Na2O و نیتروژن تولید می شوند. گرمای این واکنش توسط واکنش اول تأمین می شود. در نهایت در واکنش آخر K2O، Na2O و Sio2 با یکدیگر ترکیب شده تا هیچ مادهی فعال و خطرناکی در ترکیبات کیسه هوا وجود نداشته باشد. حاصل این واکنش یک کریستال با فرمول Na2K2SiO4 است. بدین ترتیب با توجه به قانول گازهای ایده آل بوسیله 130 گرم NaN3، 70 لیتر گاز نیتروژن تولید می شود.

تاریخچه:

در سال 1952 کیسه هوا توسط John W. Hetrick اختراع شد. او کیسه هوا را برای حفظ جان خانواده خود طراحی کرده بود. در دهه 70 میلادی این تکنولوژی در خودروهای GM مورد استفاده قرار می گرفت در حالی که تا اواسط دهه 90 میلادی بسیاری از خودرو سازان جهان از این تکنولوژی استفاده نمی کردند. در سال 1984 میلادی دولت ایالات محتحده اعلام کرد که تا سال 1989 تمامی خودروها می بایست دارای کیسه هوا و همچنین کمربند ایمنی اتوماتیک باشند. در سال 1998 در بسیاری از خودروها نسل دوم کیسه های هوا نصب شد زیرا نسل اول باعث جراحات سنگینی بر روی سرنشینان شده بود. سپس براساس استانداردهای خودرو سازی تمامی خودرو سازان یکی پس از دیگری از این تکنولوژی در خودروهای خود استفاده کردند. در سال 2006 شرکت هندا حتی بر روی موتور سیکلت خود نیز این تکنولوژی را نصب کرد. امروزه کیسه هوا نه تنها در قسمت جلو خودرو بلکه در تمامی قسمت های خودرو و حتی در کنار درها این وسیله حیاتی نصب می شود تا جان تمامی سرنشینان حفظ شود.

با توجه به آمار شورای ملی ایمنی ایالات متحده از سال 1990 الی 2001 حدود 3.3 میلیون بار کیسه هوا فعال شده که در حوادث 175 نفر بر اثر باز شدن کیسه هوا جان خود را از دست داده اند و 6377 نفر جانشان بوسیله کیسه هوا حفظ شده است.