Одним из победителей программы "УМНИК-2008" в Ижевском государственном техническом университете стал проект аспиранта кафедры "Тепловые двигатели и установки" машиностроительного факультета ИжГТУ Павла Саушина. 
Студент... в душе я
СТУДЕНТ: С - сонное, Т - теоретически, У - умное, Д дитя, Е - естественно, Н - не желающее, Т- трудиться. Так можно сказать про всех студентов, одним из которых я и являлся год назад. Учился я, как говорят, на самом "основном" факультете ИжГТУ - машиностроительном. Изначально я поступал на специальность авиа- и ракетостроение и мечтал получить специальность, связанную с авиацией. Но, когда нас зачисляли, специальность, на которую я поступил, закрыли, и нас зачислили на специальность "энергомашиностроение". Прошло четыре года, и я получил диплом бакалавра: тема моей работы была связана с изменением фаз газораспределения. Затем я поступил в магистратуру. Моим научным руководителем в магистратуре стал заведующий кафедрой "Тепловые двигатели и установки" Али Вейсович Алиев. Он предложил мне взять тему, связанную с газодинамическими процессами, происходящими при срабатывании подушек безопасности легковых автомобилей. Если сказать проще, то я исследую процессы, происходящие во время срабатывания подушек безопасности, образование и распространение продуктов разложения газообразующего состава, оптимизирую их, варьируя различными параметрами, влияющими на процесс. И, исходя из полученных результатов, разрабатываю конструкцию модулей подушек безопасности с оптимальными характеристиками.
Сейчас я - аспирант своей "родной" кафедры, где я и учился. Моим научным руководителем по теме диссертационной работы является Борис Яковлевич Бендерский. Тема моей диссертации, как я и хотел, связана с математическим моделированием газодинамических процессов, происходящих в узлах ракетных двигателей. Но и свою магистерскую работу я не бросаю и продолжаю работать и над ней.
 Современные молодые ученые живут не только наукой |  Жаль, что на велосипедах нет подушек безопасности! |
Подушки безопасности - это важно
Для современного человека характерен "бешеный" ритм жизни. Для его ускорения мы прибегаем к различным устройствам: мобильные телефоны, компьютеры, интернет, автомобили прочно вошли в нашу жизнь. С каждым днем таких устройств становится все больше и больше. Если первые устройства в этом списке сильного вреда человеку нанести не могут, то последнее - автомобиль - очень и очень опасно. Стремясь быстрее попасть в нужную точку, автомобилист не задумывается о скорости. Для большинства современных автомобилей скорости в 120-140 км/ч не являются запредельными. А при аварии даже на скорости 60 км/ч шансов выжить у водителя и пассажира не так много. Поэтому на данный момент актуальной в машиностроении является тема пассивной безопасности. Система подушек безопасности относится к системам пассивной безопасности автомобиля. Многие западные фирмы такие, как Key Safety, Ford, Honda производят подобные конструкции. К сожалению, российские производители сильно отстали от западных конкурентов в этих вопросах, Но, учитывая западный опыт и собственные знания, возможно добиться успехов и в этом направлении.
Пассивная система безопасности легкового автомобиля, связанная с применением подушек безопасности, является в полной мере продуктом мехатроники. Любая система подушек безопасности состоит из следующих компонентов: датчики системы (определяют непосредственно столкновение), электроника (определяет наличие удара, как и какие подушки должны раскрыться и подает сигнал на раскрытие подушек безопасности), и сам модуль подушек безопасности, состоящий из подушки безопасности, системы клапанов и газогенератора.
Основной частью модуля подушек безопасности является газогенератор. Именно от того, как он сработает, зависит жизнь человека. К нему предъявляются очень жесткие требования. Он должен обеспечить раскрытие подушки безопасности, создать в оболочке необходимое давление всего за 40 милисекунд (это даже быстрее, чем человек успеет моргнуть!).
В качестве основы для рабочей смеси газогенератора выбран азид натрия. Он начинает активно разлагаться на натрий и азот уже при 3300К. Продукты его разложения безвредны для человека. В результате реакции разложения получается натрий и выделяется азот в газообразном состоянии.
Для решения задачи газогенераторов использовалась нульмерная постановка задачи газодинамики. Для решения оптимизационных задач использовалось несколько алгоритмов: метод сопряженных градиентов, квазиньютоновский метод, метод деформируемого многогранника, генетические алгоритмы оптимизации. При тестировании данных методов на тестовых функциях все алгоритмы показали свою работоспособность. При решении задачи оптимизации газогенераторов лучшие результаты показали методы, в которых не происходит поиск производных - метод деформируемого многогранника и генетический алгоритм оптимизации. Это связано с тем, что градиент целевой функции принимает малые значения и алгоритм зацикливается.
Целевая функция, предназначенная для минимизации, будет являться разностью площади, находящейся под кривой давления необходимой, и площадью под кривой распределения давления, полученной в ходе решения внутрибаллистической задачи.
Fц = |S0-S1|
Здесь Fц - целевая функция; S1,S0 - площади, находящиеся под кривой нарастания давления, полученной в ходе решения, и оптимальной кривой.
Для того, чтобы газогенератор создал необходимое давление в подушке за 40 милисекунд, необходима большая площадь горения, поэтому в качестве основного заряда целесообразно применять заряд насыпного типа. В ходе расчета определялась масса заряда, необходимая для срабатывания модуля, и оптимальная форма зерна. Рассмотрено несколько видов зерен: шарообразные зерна, зерна в виде таблеток, зерна в виде колец. В результате решения задачи оптимизации было установлено, что оптимальной формой зерна является форма шара диаметром 8,9 мм. Именно при данной форме зерна кривая давления, получаемая в ходе решения, проходит ближе всего к кривой давления, которое необходимо получить.
Найдена необходимая масса азида натрия, необходимого для раскрытия подушек безопасности: так, для раскрытия 80 литровой подушки водителя необходимо 240 граммов, для раскрытия подушки безопасности пассажира объемом 130 литров необходимо 400 граммов, для боковой подушки объемом 15 литров безопасности необходимо 40 граммов.
Работа над этим проектом будет продолжаться. Сейчас необходимо решить задачу раскрытия подушки безопасности в ассиметричной постановке и двумерной постановке.
