Мягкие стены для автогонок: Система поглощения энергии SAFER Barrier

Введение

Мягкие стены, используемые на автогоночных трассах

Барьер для снижения энергии из стали и пены (SAFER Barrier), иногда называемый мягкой стеной, – это технология, применяемая на овальных автомобильных гоночных трассах и на высокоскоростных участках дорожных и уличных трасс, предназначенная для поглощения и уменьшения кинетической энергии при ударе на высокой скорости, и, следовательно, для снижения травм, получаемых водителями и зрителями. Он был разработан командой инженеров из Центра безопасности дорожного движения при Университете Небраски-Линкольна. Разработка велась с 1998 по 2002 год, а первое внедрение состоялось на автодроме Индианаполис в мае 2002 года. Барьер SAFER состоит из стальных труб, сваренных в единую конструкцию и прикрепленных к существующей бетонной стене. За этими трубами расположены блоки пенополистирола с закрытыми ячейками, помещенные между барьером и стеной. Принцип действия конструкции заключается в том, что барьер поглощает часть кинетической энергии, высвобождаемой при контакте гоночного автомобиля со стеной. Эта энергия рассеивается на большем участке стены. Энергия удара, приходящаяся на автомобиль и водителя, уменьшается, а автомобиль не отбрасывает обратно на гоночную трассу. Барьер SAFER также снижает повреждения самого автомобиля, тем самым сокращая расходы на ремонт. После внедрения в 2002 году почти на каждой овальной трассе серий IndyCar и NASCAR к 2005 году было установлено данное устройство. На дорожных и уличных трассах барьеры SAFER применяются на высокоскоростных поворотах, где пространство ограничено. Барьер SAFER и его разработчики удостоены множества наград в гоночном и инженерном сообществах, включая награду Луи Швитцера, награду Pocono Raceway Bill France, Sr. Award of Excellence, награду NASCAR Bill France Jr. Award of Excellence, награду R&D 100 Award, награду SEMA Motorsports Engineering Award, награду GM Racing Pioneer Award, награду Autosport Pioneering and Innovation Award. Дин Сикинг получил Национальную медаль в области науки и технологий от президента Джорджа Буша, в том числе за его работу над SAFER Barrier и другими устройствами безопасности дорожного движения.

The Steel And Foam Energy Reduction Barrier (SAFER Barrier), sometimes generically referred to as a soft wall, is a technology found on oval automobile race tracks and high speed sections of road and street tracks, intended to absorb and reduce kinetic energy during the impact of a high speed crash, and thus, lessen injuries sustained to drivers and spectators. It was designed by a team of engineers at the Midwest Roadside Safety Facility at the University of Nebraska Lincoln. It was developed from 1998–2002, and first installed at the Indianapolis Motor Speedway in May 2002. The SAFER barrier consists of structural steel tubes welded together in a flush mounting, strapped in place to the existing concrete retaining wall. Behind these tubes are bundles of closed cell polystyrene foam, placed between the barrier and wall. The theory behind the design is that the barrier absorbs a portion of the kinetic energy released when a race car makes contact with the wall. This energy is dissipated along a longer portion of the wall. The impact energy to the car and driver are reduced, and the car is likewise not propelled back into traffic on the racing surface. The SAFER barrier also lessens damage to the car itself, thereby reducing repair costs. After its introduction in 2002, nearly every oval track on the IndyCar and NASCAR circuits had the device installed by 2005. Road and street tracks apply SAFER barriers on high speed cornering sections where space is limited. The SAFER Barrier and its developers have won several awards within the racing and engineering community, including the Louis Schwitzer Award, Pocono Raceway Bill France, Sr. Award of Excellence, NASCAR Bill France Jr. Award of Excellence, R&D 100 Award, SEMA Motorsports Engineering Award, GM Racing Pioneer Award, Autosport Pioneering and Innovation Award. Dean Sicking received the National Science and Technology Medal from President George W. Bush, in part due to his work on the SAFER Barrier and on other roadside safety devices.

История

На протяжении десятилетий организованных профессиональных автомобильных гонок владельцы трасс и руководящие органы постоянно разрабатывали и пытались использовать различные средства для защиты водителей и зрителей в случае аварии. Применялись шинные барьеры, бочки с водой и песком, блоки из пенопласта, гравийные ловушки, ограждения, земляные валы и другие недорогие средства, с разной степенью успеха и эффективности. В большинстве случаев эти средства были практичны для дорожных и уличных трасс, но непрактичны или совершенно неподходили для овальных трасс. Овальные трассы обычно строились с усиленными бетонными стенами по всему периметру (и вдоль всех или части внутренних периметров). Высокие скорости на овальных трассах требовали прочных стен, чтобы предотвратить вылет автомобилей за пределы трассы и защитить зрителей, прежде всего из-за центробежной силы. В первые годы на некоторых овальных трассах использовались металлические ограждения по внешнему периметру, но из-за их ограничений, необходимости обслуживания и иногда неблагоприятных последствий к концу 1980-х годов от них полностью отказались. Бетонные стены, как правило, обеспечивали надежную защиту зрителей и даже выдерживали удары крупных автомобилей NASCAR, оставаясь практически неповрежденными в авариях. Кроме того, они обычно требовали минимального обслуживания. Однако твердая поверхность и неумолимый характер стен могли приводить к травмам водителей в авариях. В последние годы XX века резко возросшие скорости и несколько громких смертельных аварий ускорили потребность и вызвали общественный резонанс в отношении повышения безопасности на трассах. Неудовлетворительные результаты или полный провал существующих средств безопасности потребовали проведения полномасштабных исследований и разработки нового устройства. На протяжении 1970-х – 1990-х годов конструкторы Indycar, например, пытались решить проблему рассеивания энергии удара за счет конструкции автомобиля. Части автомобиля (колесные узлы, крылья, кузов и т.д.) проектировались так, чтобы отрываться при ударе, поглощая кинетическую энергию. Также создавались зоны деформации. Хотя это обычно давало положительные результаты, у этого подхода были и недостатки. Образование обломков создавало новые опасности для приближающихся автомобилей, и если автомобили сталкивались с обломками, их могло отбросить в зрительские зоны. В двух громких инцидентах несколько зрителей получили смертельные травмы, когда оторванные колесные узлы были отброшены на трибуны.

Throughout the decades of organized professional automobile racing, track owners and sanctioning bodies were constantly developing and attempting to utilize various devices to protect drivers and spectators in the event of a crash. Tire barriers, water and sand barrels, Styrofoam blocks, gravel traps, guardrails, earth embankments, and other various low cost devices were implemented, with a varying level of success and usefulness. In most cases, the devices were practical for road and street courses, but impractical, or particularly inappropriate for oval tracks. Oval tracks typically were constructed with reinforced concrete walls around the entire perimeter of the track (and along all or parts of the inside perimeters). The high speeds of oval track racing required strong walls to prevent cars from leaving the racing surface and protect spectators alike, primarily due to centrifugal force. Early years saw metal guardrails on the outside perimeters at some oval tracks, but their limitations, maintenance needs, and sometimes troublesome results saw them completely phased out by the late 1980s. The concrete walls generally showed favorable protection for spectators, and even against large NASCAR stock cars, routinely held up nearly unscathed during crashes. They also usually required minimal maintenance. However, the hard surface and unforgiving nature of the walls were prone to cause injury to the drivers in a crash. In the later years of the 20th century, sharply increasing speeds and several high profile fatal accidents accelerated the need and public outcry for safety improvements at the track level. The undesirable results or outright failures of existing safety devices required the need for a full scale research and development of a new device. Throughout the 1970s–1990s, Indycar constructors, for instance, had attempted to address the issue of impact dissipation through car design. Pieces of the car (wheel assemblies, wings, bodywork, etc.) were designed to breakaway after impact, absorbing kinetic energy. Crumple zones were also created. While it typically yielded positive results, it also had drawbacks. The debris field created new hazards for cars approaching the crash scene, and if cars hit pieces of the debris, it could be propelled into the spectator areas. In two high profile incidents multiple spectators were fatally injured when sheared off wheel assemblies were punted into the grandstands.

ПЭДС-барьер

Предшественник барьера SAFER был разработан в 1998 году. Система диссипации энергии из полиэтилена (или барьер PEDS) была разработана Лигой гонок Indy и бывшим инженером GM Джоном Пирсом в Университете Уэйна. Устройство состояло из вертикально установленных цилиндров из полиэтилена вдоль бетонной стены, покрытых пластинами из того же материала, перекрывающими друг друга по направлению движения. Расположение пластин напоминало чешую рыбы. Барьер PEDS был установлен в качестве эксперимента на автодроме Indianapolis Motor Speedway к гонке Indianapolis 500 1998 года. Он был установлен вдоль внутренней стены рядом со входом в пит-лейн. Однако, во время гонки столкновений с ним не произошло. Примерно через два месяца барьер прошел первое полномасштабное испытание. Во время гонки IROC 1998 года в Инди, Ари Люендик развернулся и ударился боком о барьер на своем автомобиле IROC. От сильного удара многие компоненты барьера PEDS были вырваны из стены, подняты высоко в воздух и разбросаны по трассе в виде огромного количества тяжелого мусора. Автомобиль Люендика отскочил от стены, пересек трассу и оказался на встречной полосе. Он лишь чудом избежал столкновения с другим автомобилем, который приближался к месту происшествия на высокой скорости. Хотя барьер был признан спасшим Люендика от серьезных травм, он был признан в основном неудачным из-за выявленных недостатков конструкции. Несколько обновленная версия (PEDS 2) была установлена в качестве эксперимента для гонки Indianapolis 500 1999 года, но после столкновения с ней водителя Хидеси Мацуды был выявлен еще один серьезный недостаток – склонность к "захвату и развороту". Вскоре после этого барьер был демонтирован.

Другие виды "мягких стен"

Cellofoam – Это инкапсулированный полистирольный барьер – блок пластикового пенопласта, заключенный в полиэтилен. Система защиты от ударов (IPS) – Эта внутренняя часть стены затем оборачивается резиновой оболочкой. В бетонной стене просверливаются отверстия, и кабели используются для крепления к ней сегментов. Барьеры сжатия – Идея заключается в том, чтобы разместить амортизирующие материалы, такие как шины, водяные бочки или песочные бочки, у бетонной стены, а затем покрыть эти амортизаторы гладкой поверхностью, которая будет деформироваться при ударе и возвращаться в исходную форму после его окончания.