A járműdinamika alapkutatási problémáira nyert akadémiai támogatást a BME GPK kutatócsoportja, amelynek vezetője Stépán Gábor, a Műegyetem akadémikusa.

„A legtöbben azt gondolják, hogy egy elgurított pénzdarab kacsázó mozgása mindössze egy bonyolult fizikai probléma, aminek elméleti hátterével egy-két tudós eljátszadozik, pedig ennek kutatása akár  fontos gazdasági döntéseket befolyásolhat” – magyarázta Stépán Gábor, a BME Gépészmérnöki Kar Műszaki Mechanikai Tanszékének vezetője, a közelmúltban akadémiai támogatást kapott „A járműdinamika alapkutatási problémái” elnevezésű projekt vezetője, aki az idei nyertes pályázatokat tekintve az egyik legrégebbi kutatói hátterű oktató a Műegyetemen. „1981 óta dolgozom különféle akadémiai kutatócsoportokban, és csak jóval később, a kilencvenes évek elején kerültem műegyetemi oktatói alkalmazásba” – emlékezett a tanszékvezető, aki kétezerben vette át a mechanikai-járműipari kutatások emblematikus alakja, korábbi rektorunk, Michelberger Pál akadémiai kutatócsoportjának vezetését.

A szerszámgépek rezgését vizsgáló, EU-s forrásból származó SIREN
(Stability Islands: Performance Revolution in Machining) projekt révén vásárolt berendezés

Az MTA már a hetvenes évek óta támogat mérnöki mechanika témájú kutatócsoportokat, hiszen ezek elméletigényes, de az ipar számára fontos területeket érintenek. A mechanika több tudományág – például az építőmérnöki, a gépészmérnöki, a közlekedésmérnöki, a villamosmérnöki terület – alaptudományának számít. „Angolul „mechanical engineering”-nek, „mechanikai mérnökségnek” hívják a gépészmérnöki szakterületet, ami szintén azt mutatja, hogy mások mellett – pl. a hőtan, az áramlástan stb. – kiemelkedő jelentőségű a mechanika a mi szakmánkban” – világított rá Stépán Gábor.

A mechanika épült rá a legjobban a matematikai modellekre, így pontos logikai vizsgálatokra is alkalmas. „Nem öncélú elméleti konstrukciókat alkotunk, mindig a mérnöki alkalmazások határozzák meg a kutatás irányait” – hangsúlyozta a kutatócsoport vezetője. „Napjainkban, több mint háromszáz évvel a mechanika alapjait lefektető newtoni eredmények után sokan úgy tekintenek például a mechanika mozgástani részére, a dinamikára, hogy annak fejlődése lezárult, így túl sok újat nem lehet mondani róla. Én egészen másképp látom. A megújulás több oldalról is megfigyelhető: egyfelől a hagyományos módszereket újabb és újabb szakterületeken használják: ez történik például a közelmúltban robbanásszerű fejlődésnek indult mikro-elektromechanikai rendszereknél, de sok klasszikus mechanikai módszer jól alkalmazható a nanotechnológiában is. Más esetekben a mechanika teljesen új területekkel összefonódva fejlődik, ilyen például a biomechanika, ahol a mozgások, például a járás, vagy az egyensúlyozás törvényszerűségeit kutatják; vagy a mechantronika – és azon belül is különösen a robotika –, amely az elektronika, a mechanika és az informatika sajátos összefonódása. Számos olyan terület van tehát, amely a mechanika új kibontakozási területe lehet a jövőben is.”

A kutató szerint az előbbiekhez kapcsolódó sajátosságok figyelhetők meg a gépek fejlődésében. A szerkezetek – például a járművek vagy a szerszámgépek – egy ideig újabb és újabb funkciókkal bővülnek, és egyre bonyolultabbakká válnak. Ezt azonban gyakran az egyszerűsödés felé mutató fejlődési szakasz követi: a tervezők megpróbálják összevonni az egyes funkciókat, tehát csökkenteni az alkatrészek számát. „Kevesebb alkatrésszel az érintkező felületek száma is csökken, ami nagymértékben növeli a gépek megbízhatóságát. Kisszámú alkatrésznél a mechanika szerepe látszólag elenyésző, de ennek éppen az ellenkezője igaz: az egyszerűbb alkatrészek egyes paramétereit e tudomány eszközeivel sokkal pontosabban tudjuk kiszámítani, így ezek jobban tervezhetők, megbízhatóbbak lesznek. Manapság akár egy kerék dinamikai vizsgálata is jelentősebbé válhat, mint régen – akkor is, ha közben komplett hajtóműveket kell teljesen kidobni.”

Magyarországon a járműipari tevékenység igényli a legtöbb mechanikai irányú kutatást. E vizsgálódásokkal a költséges kísérletek nagy része – például a járművek borulástesztje – megspórolhatók. „A korábbi trend, miszerint a nagy járműgyártók külföldre szervezik működésüket, úgy tűnik, megfordult: részben azért, mert a munkabérek a korábbi ’olcsó’ országokban is nőttek, részben pedig azért, mert a minőséget már nem lehetett tovább növelni. A gyártók manapság újra arra összpontosítanak, hogy a minőséget otthon, a gyártástechnika korszerűsítésével tegyék hatékonyabbá, ami tovább erősíti a mechanikai kutatások létjogosultságát.”

Az elnyert akadémiai támogatás egy része a BME-n nagy hagyományokkal rendelkező járműstabilitási vizsgálódásokhoz kapcsolódik. „A kamionos balesetek nagy része például azért következik be, mert a hátsó kerekek elkezdenek sajátos, vibráló mozgással ’szitálni’. Ez az angolul ’shimmy’-nek nevezett jelenség. A repülőgép orrfutójánál is fontos probléma ez, de egy holland cég felkérésére pedig a babakocsik kerekeinek szitálását vizsgáltuk.”

Kísérleti berendezés kerékszitálás (shimmy) vizsgálatára

A terület jelentőségét jól mutatja, hogy a tanszéken egy kínai PhD-vendéghallgató az elektromos hajtású autók leghatékonyabb kerékrendszere, az agymotor dinamikai kérdéseit vizsgálja. Az agymotor beépül a kerékbe, nincs külön hajtásrendszere és így elektronikusan akár egyenként szabályozható a kerekek fordulata vagy a fékezés. „A kifinomultabb szabályozás mellett azonban ezek a kerekek nagy tömegük miatt hajlamosabbak mind a talajról való elpattanásra, mind a még kritikusabb szitálásra, mint a hagyományos autók immár egy évszázad alatt kifejlesztett felfüggesztéssel rendelkező kerekei” – magyarázta a professzor. „A kínai autóipari kollégák a szakirodalomban tájékozódva látták, hogy mi erősek vagyunk e területen, így hozzánk küldték egy hallgatójukat a kérdés részletesebb elméleti vizsgálatára és numerikus analízisére.”

Az elnyert akadémiai támogatás öt főállású kutató alkalmazását teszi lehetővé, köztük egy senior kutatóét. „Többségében PhD-hallgatókat, védés előtt álló kutatókat, posztdoktorokat alkalmazunk. Ez a keret öt évig, tehát viszonylag hosszú ideig nyújt biztonságos anyagi hátteret, emellett számítógépet is vásárolhatunk, konferenciákra járhatunk. A kísérleti eszközökre külön kell pályáznunk: ilyen volt például a pár évvel ezelőtti uniós projektünk”.

Stépán Gábor szerint az oktatás nem nyűg, és a kutatást is előre lendíti. „Általában úgy tartjuk az egyetemen, hogy a kutatók teljes tevékenységének egyharmada legyen az oktatás, a többit kutatás tegye ki, az oktatóknál pedig fordítva. Sajnos azt látom időnként még a nyugati akadémiai közéletben is, hogy az oktatást a kollégák teherként élik meg, mert elvonja idejüket a kutatómunkától. Nem értek egyet velük. Magam a kettő egységében hiszek: a jó kutatónál az oktatásban kristályosodik ki a tudásbázis, ami állandóan a fejében van, és amivel állandóan tud kombinálni. Ha az ember kizárólag kutat, fennáll a veszély, hogy miközben nagyon mély tudást szerez szűkebb szakterületén, sok olyan ötlettől fosztja meg magát, amelynek alapja az oktatás által karbantartott széleskörű ismeret. A legtöbb oktató kollégám elismeri, hogy felnőttként értette meg igazán a mechanikát, nem diákként, hiszen nagyságrendekkel nehezebb elmagyarázni egy jelenséget, mint passzívan megérteni. Természetesen ez fordítva is igaz: egész másként súlyozza a tananyagot az az oktató, aki jól ismeri az uralkodó kutatási irányzatokat. Lényeges az is, hogy oktatóként tehetséges és motivált diákokkal ismerkedhetünk meg: minden évben találkozom olyan fiatalokkal, akik olyan érdekes dolgokra tudnak rákérdezni, amikre eddig senki. Ők jelentik a bíztató jövő zálogát az olyan projektek továbbvitelében, mint amilyen a most elnyert akadémiai támogatás.”

HA - TJ

Fotó: Takács Ildikó