Цитата:
Исследование возгорания автомобилей при столкновениях
Большую опасность при автомобильных катастрофах представляет возгорание автомобилей. В Италии, насчитывающей более 9 млн. автомобилей, ежегодно происходит 350 тыс. столкновений, из которых 0,03% заканчиваются возгоранием автомобилей. В США были проведены статистические исследования возгораний при наиболее тяжелых ДТП. Из 32 065 ДТП, в которых по крайней мере один человек был ранен, возгорание автомобилей произошло в 148 случаях (0,46%). Отсюда можно сделать вывод, что возгорание автомобилей происходит довольно редко.
Чаще возгорание происходит при тяжелых происшествиях, таких как лобовое столкновение, наезды на мачты или столбы, а также падение автомобилей с высоты нескольких метров. Эти катастрофы вызывают почти полное разрушение автомобиля. Исследования показывают, что количество возгораний прямо пропорционально тяжести происшествий и что отношение между количеством возгораний и количеством столкновений не меняется в зависимости от места расположения двигателя (впереди или сзади). Во всех катастрофах топливо выливается из бака или из топливо-наливной горловины, крышка которой обычно отлетает далеко от автомобиля или сильно повреждается.
Известно, что топливно-воздушная смесь загорается только при содержании в ней топлива в пределах 1,4-6%. В топливном баке концентрация паров бензина составляет от 10 (при 17 °С) до 50% (при 40 °С). Это исключает возможность загорания топлива в баке. Пары бензина имеют больший удельный вес, чем воздух, поэтому они оседают вниз Эти пары могут задержаться в закрытых и невентилируемых пространствах, таких как автомобильный багажник, в то время как отделение для двигателя открыто снизу и сверху и интенсивно вентилируется. В багажном отделении, содержащем топливный бак или заливную горловину, бензиновые пары могут образовываться в основном при неправильной заправке топлива на топливозаправочной станции (последующее неплотное закрытие крышки горловины, случайное расплескивание бензина в багажнике и т. п.).
Таким образом, даже в критическом случае при расплескивании топлива во время заправки последующая вентиляция при движении уменьшает концентрацию паров до безопасного уровня. Отсюда можно заключить, что присутствие топливно-воздушной смеси в багажном отделении в критической концентрации до столкновения является исключительным случаем. Теоретически утечка топлива может происходить в результате повреждения системы питания. Однако при многих испытаниях автомобилей на столкновения, даже при расположении топливопроводов в критических местах, никогда не наблюдалось их повреж-дений. Следовательно, можно заключить, что топливопроводы также не являются постоянным источником возгорания. Источником возгорания может служить топливный бак. Поэтому при проектировании автомобиля расположению топливного бака необходимо уделять особое внимание. До сих пор нет критерия для оптимального расположения бака.
При определении места расположения топливного бака обычно руководствуются основными положениями: 1) бак располагают в отдалении от двигателя (если двигатель на-ходится впереди, то бак - сзади и наоборот); 2) установка бака сзади более желательна, так как самые тяжелые катастрофы происходят при лобовых столкновениях, а наезды про-исходят в основном при средних скоростях; 3) некоторые конструкторы, стремясь создать более комфортабельные условия и исключить попадание топлива внутрь салона, рас-
полагают топливный бак снаружи кузова. Однако в этом случае бак более подвержен вероятным повреждениям не только при катастрофах, но и от неровностей дорожного полот-на. Наиболее безопасным можно считать размещение бака, где он смонтирован внутри крепкой переборки.
Испытания показали, что топливо может расплескиваться и из отверстия наливной горловины, закрытого пружинной крышкой недостаточно плотно. При испытаниях на столкновение с различными скоростями был проведен тщательный анализ этого явления: если деформация бака незначительна, крышка поднимается на несколько миллиметров, при этом образуется кольцевой зазор, через который расплескивается бензин; если же деформация топливного бака велика, крышка выпадает, а сама горловина повреждается. При концентрации динамического усилия на баке последний получал значительные повреждения, и фонтанирующая струя топлива из наливной горловины поднималась на высоту около 4 м.
Все сказанное свидетельствует о том, что при подобном повреждении бака может образовываться горючая смесь. Когда крышка наливной горловины закрыта плотно, рас-плескивания бензина не происходит. Было доказано, что для повреждения топливного бака требуются очень большие усилия. При специальных испытаниях на отдельном топливном баке было определено, что он может быть сильно деформирован без образования трещин, т.е. течей, даже если он был заполнен жидкостью.
Результаты испытаний автомобилей на удар о металлический барьер (топливный бак располагался спереди) при различных скоростях позволяют сделать следующие выводы: удар на малой скорости — трещины в стенках бака не образуются, и он остается на своем месте; удар на средней скорости - легкая деформация стенок бака, которая не вызывает образования трещин; бак работает как элемент, передающий усилие к кузову и деформирующий последний; при дальнейшем увеличении скорости перед ударом деформация бака возрастает, появляются небольшие трещины в тех местах, где бак соприкасается с выступающими частя-ми (крепежные болты кузова, элементы кузовами рамы и т. п.). При этом происходит расплескивание топлива; удар на очень больших скоростях - бак разрушается полностью, топливо быстро растекается вокруг автомобиля на несколько метров. Результаты испытаний показали, что топливный бак имеет хорошее механическое сопротивление динамическим усилиям, но если столкновение происходит на большой скорости, топливо расплескивается из отверстия горловины, а в исключительных случаях - и из трещин в стенках самого бака.
Было проведено несколько опытов по исследованию воспламенения топливной смеси. Например, если на бензин, растекающийся по земле, падает горящая сигарета, то он не всегда загорается, так же как и при попадании на раскаленную металлическую пластину. Необходимо подчеркнуть, что возгорание автомобиля при катастрофе возможно при двух обстоятельствах: 1) образование топливно-воздушной горючей смеси (состав которой находится в интервале воспламеняемости) в результате расплескивания топлива из бака (наличие течей или расплескивание из отверстия наливной горловины); 2) зажигание смеси электрической искрой или от других источников. Эта искра может иметь различное происхождение: из-за удара или трения металлических частей (что случается сравнительно редко) или из-за повреждения электрической цепи. В последнем случае происходит короткое замыкание между токонесущим проводом и элементами кузова (массой) или же расплавление участка электропроводки из-за перегрева.
Топливный бак следует размещать в местах, наименее подверженных разрушению при любой катастрофе. Он должен иметь такую форму, чтобы противостоять любым дефор-мациям без повреждений. Различные выступающие части кузова, которые могут повредить бак, необходимо устранить. Крышка топливоналивной горловины должна иметь плотную посадку, чтобы предотвратить расплескивание топлива даже при незначительной деформации стенок бака.
Для того чтобы исключить возможность возгорания автомобиля, следует применять детали и узлы из огнеупорных материалов, правильно располагать топливный бак, усовер-шенствовать различные узлы в системе топливопровода и систему аварийного выхода из автомобиля при пожаре. Бензобаки, заливные горловины и бензопроводы легковых и грузовых автомобилей должны быть безопасны в противопожарном отношении при столкновении. Испытания должны проводиться с ударом о бампер со скоростью по крайней мере 50 км/ч. При этом топливные узлы не должны давать течь, превышающую 30 г топлива в минуту.
