Проект Фонда Росконгресс Территория инноваций призван помочь российским технологическим разработкам вырасти в эффективный бизнес. Благодаря сотрудничеству с Росконгрессом инженеры Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого готовятся представить свои проекты на Фестивале науки и инноваций Science Fest 2020. А пока предлагаем ознакомиться с ними онлайн.
Проволока вместо порошка удешевит производство в десятки раз
Инженеры Лаборатории легких материалов и конструкций Санкт-Петербургского политехнического университета (СПбПУ) разработали технологию электродугового выращивания, где вместо порошка используется металлическая проволока. Это значительно снижает стоимость аддитивного производства, а для изделий с простой геометрией может конкурировать с токарно-фрезерным производством. Для примера, стоимость алюминиевой проволоки составляет примерно 1 000 рублей за килограмм, в то время как цена на алюминиевый порошок выше в 10, а иногда и в 20 раз. Кроме того, использование проволоки позволяет создавать крупногабаритные конструкции, изготавливать как отдельные экземпляры, так и серийные партии. Для печати разработчики используют промышленный робот и специальное программное обеспечение.
Новинкой уже заинтересовались промышленные предприятия. Научная группа Политехнического университета по запросу индустриального партнера напечатала вентиляционную лопатку высотой в полметра и весом почти 60 кг. Такие лопатки используются в крупногабаритных промышленных вентиляторах.
«Мы экономим время: такую лопатку из проволоки мы печатаем в течение дня, а при печати из порошка на нее ушло бы больше недели. Мы экономим материал: эта лопатка полая внутри, что недостижимо для литейных и фрезерных технологий. Мы даем возможность выбирать любые формы: технологических ограничений на форму конечного изделия разработанная технология не накладывает», — рассказал Олег Панченко, заведующий Лабораторией легких материалов и конструкций СПбПУ.
Видео выращивания
Самолеты можно тестировать виртуально
Еще одна перспективная разработка Политеха — виртуальный испытательный полигон, который позволяет оценить необходимые для ввода в эксплуатацию параметры самолета не выходя из офиса. Для испытаний статической прочности элементов конструкции, усталостной долговечности, вероятности появления трещин в критических местах, градостойкости и птицестойкости ученые предлагают использовать испытательные стенды: «Статическая прочность», «Живучесть», «Ресурс», «Крыло» и «Газодинамика».
Как поясняют инженеры, только один полигон «Крыло» сокращает долю натурных испытаний почти на 80%. «Полноценные натурные испытания по птице- и градостойкости требуют десятки „выстрелов“ градинами, птицами и желатиновыми имитаторами из пневматической пушки на каждый элемент конструкции. Виртуальные испытания на разработанном полигоне позволяют производить балансировку требований, доводку параметров изделия до целевых значений, не прибегая к дорогостоящим натурным тестам», — отмечает Пётр Гаврилов, начальник отдела «Кросс-отраслевые технологии» Центра НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии».
Стенд «Газодинамика» также позволяет проверять аэродинамическую эффективность не только крыловых профилей, но и всего самолета без использования дорогостоящих экспериментов, требующих большого пространства, аэродинамических труб, аэродинамических весов, наконец, модели исследуемого объекта.
Разработкой уже заинтересовались представители ведущей авиастроительной компании и разработчики легких летательных аппаратов.
«Летающий» экраноплан заправит беспилотники
Летом 2020 года начнется тестирование уникального беспилотника «Шторм-600». Это судно на воздушной подушке с интеллектуальной системой принятия решений. «Летающая лодка» способна развивать скорость до 200 км/ч, а в ближайшей перспективе и 300 км/ч при неограниченном запасе хода — на крыльях экраноплана размещается необходимое для конкретной задачи количество солнечных батарей. Ученые предлагают использовать «Шторм-600» в качестве мобильной платформы для дозарядки воздушных и подводных беспилотников. Также экраноплан пригодится для патрулирования акваторий, проведения поисково-спасательных операций и доставки грузов.
«Энергия расходуется экономно, ее хватает вплоть до следующего светового дня. Однажды лодка плавала без остановки в течение шести дней. Она прошла бы и больше, но мы прервали тестирование, у нас не было задачи установить рекорд», — рассказывает Алексей Майстро, ассистент Высшей школы физики и технологий материалов СПбПУ. Экраноплан способен двигаться по заданной траектории с помощью GPS и совершать маневры. Судно «видит» препятствия и умеет их обходить. Сейчас команда молодых ученых работает над программой, где карты местности и глубин водоемов совмещены с автоматическим идентификационным устройством, получающим координаты других судов. «Умная фольга» скрепит то, что не удается спаять
Специалисты Института физики, нанотехнологий и телекоммуникаций разработали технологию SmartFoil — сверхбыстрой холодной пайки. Наноразмерные слои, из которых состоит «умная фольга», наносятся на поверхность датчиковых систем. Далее запускается реакция с выделением тепла. В ходе реакции фольга с огромной скоростью нагревается до 1 300 градусов Цельсия и расплавляется, прикрепляя датчик к поверхности. Температура достаточно высокая для крепления датчика, но недостаточная, чтобы повредить его. Преимущество метода в том, что он позволяет скреплять те элементы, которые нельзя паять обычным способом. Технологию уже с успехом внедрили несколько российских предприятий, с ее помощью оптимизировав производство и увеличив количество выпускаемой продукции.
Руководитель лаборатории «Самоорганизующиеся высокотемпературные наноструктуры» СПбПУ Ольга Квашенкина отмечает: «Наша технология универсальна в своей основе. Но при переходе на новую производственную линейку с определенной спецификой выпускаемого оборудования технология SmartFoil может быть модифицирована для выполнения задач конкретного предприятия. Это серьезная работа — научная, технологическая и внедренческая».
