Naukowcy z Politechniki Rzeszowskiej opracowują innowacyjny absorber energii kinetycznej
Naukowcy z Wydziału Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury dr inż. arch. Igor Labuda i mgr inż. Stanisław Mosoń (Zakład Projektowania Architektonicznego i Grafiki Inżynierskiej) oraz dr hab. Michał Proksa, prof. PRz (Zakład Urbanistyki i Architektury) pracują nad innowacyjnym absorberem energii kinetycznej. Urządzenie po dopracowaniu i optymalizacji będzie mogło być stosowane m.in.: w motoryzacji (np. w pojazdach mechanicznych jako komponent zderzaków, amortyzator bezpieczeństwa, komponent barier drogowych) i w budownictwie (do absorbowania energii kinetycznej spadającej windy lub uderzenia statku powietrznego w lądowiska na budynkach).
Statystyki wskazują, że w Polsce w 2020 r. w wyniku 23 540 wypadków drogowych zginęło 2 491 osób (ponad 10%), a ciężko rannych zostało 8 805 osób. Oznacza to, że na milion mieszkańców Polski było aż 65 ofiar śmiertelnych – to czwarty najwyższy wskaźnik w Unii Europejskiej.
Naukowcy z Politechniki Rzeszowskiej pracują nad absorberem, który umożliwi przejmowanie energii kinetycznej i jej dyssypację podczas zderzeń i uderzeń z dużą siłą i prędkością, zwłaszcza w przypadku prędkości powyżej 20 m/s. „Naszym celem jest opracowanie absorbera, który posłuży do ochrony użytkowników pojazdów i obiektów budowlanych. Urządzenie będzie mogło być stosowane łącznie z innymi środkami ochrony, m.in. strefami kontrolowanego zgniotu, służącymi do ochrony pasażerów i pojazdów podczas zderzeń” – wyjaśnia dr inż. Igor Labuda, lider zespołu naukowego.
Innowacyjny projekt naukowców
Ze wstępnego przeglądu baz patentowych wynika, że projekt naukowców z Politechniki Rzeszowskiej jest innowacyjny w skali świata. Kolejne badania czystości patentowej zostały zlecone. Opracowana technologia dyssypacji energii kinetycznej została już zgłoszona do Urzędu Patentowego RP. Z przeprowadzonych badań wynika, że obecnie nie są znane technologie umożliwiające uzyskanie stałego poziomu dyssypacji energii kinetycznej na całej drodze hamowania przy prędkości uderzenia przekraczającej 20 m/s. „Optymalne wykorzystanie dostępnej drogi hamowania jest szczególnie istotne podczas wypadków, ponieważ zbyt duże przeciążenia lub niedociążenia są głównym powodem obrażeń organów wewnętrznych u użytkowników. Niejednokrotnie prowadzą one do ich zgonu”
– dodaje dr inż. Igor Labuda.
Wśród różnych typów znanych absorberów jedynie przemysłowe absorbery hydrauliczne charakteryzują się zbliżonym do stałego poziomem dyssypacji energii kinetycznej na całej drodze hamowania. Jednak podczas dyssypacji energii zderzeń z dużą siłą (4,6705 e+005 N) i prędkością (27,78 m/s = 100 km/h) tego typu absorbery obecnie nie mają zastosowania (ciśnienie cieczy, które powstaje w środku amortyzatora hydraulicznego może zniszczyć najpierw jego delikatniejsze elementy, tj. uszczelnienia i zawory, a następnie jego korpus). W związku z tym w ramach projektu podjęto próbę rozszerzenia obszaru zastosowania absorberów hydraulicznych. Wyniki symulacji komputerowych przeprowadzonych w LS-DYNA wskazują, że w jednym z opracowanych wariantów absorbera około 70% energii kinetycznej pochłaniają absorbery hydrauliczne, a pozostałe 30% rozpraszane jest głównie przez tarcie. W celu potwierdzenia tych wyników konieczne jest wykonanie i przetestowanie fizycznego prototypu tego urządzenia wyposażonego w zmodyfikowane absorbery hydrauliczne.
Opracowane urządzenie również obniża ryzyko uszkodzenia absorberów hydraulicznych wynikające z uderzeń nieosiowych (przekraczających dopuszczalne odchylenia od osi absorbera) i chroni je przed zgnieceniem (absorbery nie są ustawione na osi uderzenia). Rozwiązanie naukowców z Politechniki Rzeszowskiej może zatem wypełnić niszę na rynku absorberów energii kinetycznej i rozszerzyć obszar zastosowania absorberów hydraulicznych.
Możliwości zastosowania
Innowacyjna technologia naukowców z Politechniki Rzeszowskiej po dopracowaniu i optymalizacji będzie mogła być zaimplementowana w wielu gałęziach techniki. W motoryzacji oprócz dyssypacji energii kinetycznej pojazdów mogłaby być wykorzystana do ochrony ich zawieszenia w sytuacjach awaryjnych. Może mieć zastosowanie w drogowych barierach energochłonnych. Wynalazek ten może być przydatny również w budownictwie do ochrony konstrukcji budynków wyposażonych w lądowiska wyniesione dla helikopterów i dronów (szczególnie podczas lądowania awaryjnego) i architekturze do ochrony użytkowników wind podczas awarii. Takie dodatkowe zabezpieczenie (instalowane w podszybiu windy) mogłoby amortyzować uderzenie spadającej windy, co podniosłoby bezpieczeństwo jej użytkowników. Technologia ta znajdzie również zastosowanie w lotnictwie do ochrony zawieszenia statków powietrznych i dronów w trakcie awaryjnego lądowania. W kosmonautyce z kolei mogłaby być stosowana w lądownikach do ochrony zawieszenia podczas lądowania, zwłaszcza przy niskim ciśnieniu atmosferycznym lub braku atmosfery.
Projekt otrzymał dofinansowanie w ramach III naboru do Programu grantowego Podkarpackiego Centrum Innowacji. Nabór ten cieszył się rekordowym zainteresowaniem. Do konkursu wpłynęło aż 178 wniosków, a dofinansowanie otrzymało 63 projekty z pięciu uczelni w regionie. Łączna pula przyznanych środków wyniosła ponad 17 mln zł.
