Otomotiv sanayiinde hava yastıklarının kullanımının 50 yılı aşkın bir geçmişi vardır. Amaç, kaza anında darbe sonucu direksiyon göbeğinden ve aracın diğer yanlarından şişerek çıkan yastıkların sürücü ve yolcuları çarpmalardan korumasıdır.
İlk çalışmalarda sıkıştırılmış veya ısıtılmış hava,
sıkıştırılmış azot, freon ve karbon dioksit gibi gazlar kullanıldı. Ancak,
gerekli miktardaki gazın temini, araca montaj ve kişilerin güvenliğin
sağlanabilmesi için oldukça büyük sistemlere gereksinim vardı.
Otomobil hava yastıkları için sıkıştırılmış oksijen
kullanılan ilk patent, John Hetrick tarafından Ağustos 1953 yılında alındı.
Sonraki yıllarda, ilerleyen teknolojilerle paralel olarak araştırmalar devam
etti. 1968´de John Pietz adında bir kimyacı sodyum azid ve bir metalik oksit
karışımı kullanarak sıkıştırılmış gaz yerine bir “Katı İtici” kullanımına
öncülük etti. Bu çalışmada katı bir karışımdan ilk defa azot gazı üretilmiş
oldu; bu buluş eski, büyük sistemlerin yerini aldı. Karışımdaki sodyum azid çok
zehirli bir katı madde olduğundan, hava yastığı sistemi içinde, sızdırmazlığı
çok yüksek olan çelik veya aluminyum kaplar geliştirildi.
Uzun süreden beri kullanılan ön hava yastıklarına ek olarak
artık gövdeyi ya da kafayı yandan çarpmalara karşı koruyan yan hava yastıkları
da yaygınlaşmaya başlamıştır.
Hava Yastığı Nasıl
Çalışır
Hava yastıklarının gelişmesi ve yaygınlaşması, teknolojik
zorluklar nedeniyle ilk patentin alınmasından 30 yıl gibi oldukça uzun bir
sürece yayılır. Hava yastıkları, emniyet kemerine ek olarak tasarlanmış bir
sistemdir; bu nedenle SRS adı verilmiştir.
Hava yastığı belli bir hızın üzerindeki (genellikle 20-25
km/s) çarpışmalarda devreye girecek şekilde ayarlanır; örneğin 10 km/s hızla
gerçekleşen bir çarpışmada hava yastığı çalışmaz çünkü bu hızdaki bir
çarpışmada hava yastığı gerektirecek bir tehlike söz konusu olmayıp, emniyet
kemeri yeterli korumayı sağlayabilir.
Bir hava yastığı sistemi üç parçadan oluşur (Şekil-a ve b);
1. İnce, Naylon Yastık; katlanıp
direksiyon içine ve diğer uygun konumlara konulmuştur,
2. Algılayıcı (sensör); kaza
anında çarpmayı algılar ve elektrik devresini kapatır,
3. Şişme Sistemi; reaksiyona girdiğinde çok fazla miktarda
sıcak azot gazı çıkararak yastığın şişmesini sağlayan ve reaksiyon
kalıntılarını zararsız bileşiklere dönüştüren kimyasal maddeler içerir.
Gaz Üreticisindeki
Kimyasal Reaksiyonlar
Gaz üretici katı madde, NaN3, KNO3 ve
SiO2 karışımıdır. Araç çarpıştığı anda, yastığının şişmesini
sağlayan üç kimyasal reaksiyondan oluşan bir reaksiyonlar zinciri başlar.
1. Algılayıcı, bir çarpma kuvveti algıladığında şişme
sistemine bir elektrik impuls (itki) göndererek sistemdeki sodyum azidin (NaN3)
parçalanıp, azot gazı açığa çıkmasının sağlar; oluşan gaz miktarı, önceden
hesaplanmıştır.
2NaN3 ® 2Na
+ 3N2(g) 3000C
2. İlk reaksiyondan, aynı zamanda yanıcı ve patlayıcı bir
element olan sodyum da meydana gelir. Bu elementin zararsız hale getirilmesi
için ikinci bir kimyasal reaksiyona gerek vardır. Bu işlem potasyum nitratla
(KNO3) gerçekleştirilerek, aynı zamanda şişmeyi sağlayan ilave bir
miktar azot gazı da elde edilir.
10Na + 2KNO3 ® K2O + 5Na2O + N2(g)
3. Son aşama, potasyum oksit ve sodyum oksit (K2O
+ 5 Na2O) karışımının, yine sistemde bulunan silikon dioksit (SiO2)
ile reaksiyona girerek zararsız ve güvenli, yanmayan alkali silikata (cam)
dönüştürülmesidir.
K2O + Na2O
+ SiO2 ® alkali silikat (cam)
Bu kimyasal reaksiyonlar tetiklendiğinde hava yastığının
azot gazıyla dolması, direksiyondan veya kontrol panelinden hızla fırlayarak
kişiye sağlam ve korutucu bir yastık görevi geçmesi, 0.1 saniyeden daha az bir
zamanda gerçekleşir.
Azot gazı üretimi sona erdiğinde gaz molekülleri yastıktaki
deliklerden boşalır, yastığın basıncı düşer ve yastık yumuşak bir örtü halini
alır. Bu süre 1-2 saniye kadardır; sürenin kısa olması çarpışmadan sonra aracın
hareketine devam edebileceği varsayımıyla, sürücünün etrafını görmesine ve en
kısa zamanda direksiyon kontrolünü sağlamasına olanak verir.
Hava Yastığını
Doldurmak İçin Gerekli Basıncın ve Gaz Miktarının Hesaplanması
Hava yastığını mili saniyede doldurabilecek gerekli basınç
basit mekanik analizlerle hesaplanabilir. Örneğin, hava yastığının ön yüzünün
başlangıçta hareketsiz olduğu (yani ilk hız vi = 0.00 m/s) ve saatte
yaklaşık 2.00x102 mili saniye hızla hareket ederek, tümüyle şişmiş
bir hava yastığının kalınlığı olan d = 30.00 cm yol aldığı, ve son hızın vs
= 89.4 m/s´ye ulaştığı varsayılsın.
a = hava yastığının ivmesi, vf = başlangıçtaki
hız, vi = son hız, d = mesafe,
vf2 - vi2
= 2 a d
(89.4 m/s)2 - (0.00 m/s)2 = (2) (a)
(0.300 m)
a = 1.33 x 104 m/s2
Bir maddeye uygulanan kuvvet, maddenin kütlesi ve ivmenin
çarpımına eşit (F = ma) olduğuna göre, 2.5 kg ağırlığındaki hava yastığı
şişerken gaz moleküllerinin itme kuvveti hesaplanabilir.
F = m a = (2.50 kg) (1.33 x 104 m/s2)
F = 3.33 x 104 N kg
m/s2 = = 3.33 x 104 N
Basınç, birim alana (A) etkiyen kuvvet olduğundan,
P = F/A Paskal
Hava yastığının alanı değeri kullanılarak basınç hesaplanır.
Buradan hesaplanan basınç, gösterge basıncıdır.
P = mutlak basınç = gösterge
basıncı + atmosferik basınç )
Azot gazı inert bir gazdır; hava yastığının şişirildiği
basınç ve sıcaklıkta ideal bir gaz özelliği gösterir. Bu nedenle hava yastığı
ile ilgili basınç, hacim ilişkilerinde ve hesaplamalarında ideal gaz kanunu
formülü kullanılabilir.
PV = n RT V = n RT / P
P = mutlak basınç, atmosfer, V = hacim, litre, n = mol sayısı, R = 0.08205 L atm/mol K, gaz sabiti
