8 ноября 2018г
БИОНИКА
Школа №30
1
ПАО «ОДК-САТУРН»
5 февраля 2018 года
2
23% персонала составляют молодые люди в возрасте до 30 лет
ПАО «ОДК- САТУРН» �ГРАДООБРАЗУЮЩАЯ КОМПАНИЯ – НАЦИОНАЛЬНОЕ ДОСТОЯНИЕ РОССИИ
ПАО «ОДК-САТУРН»
3
3
Сатурн это не только ГТД – это огромное количество новых компетенций, новых материалов, это суперкомпьютеры, моделирующие процессы происходящие в ГТД (газодинамические, тепловые, прочность, динамика…), адитивные технологии
4
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЧЕЛОВЕКОМ �УДАЧНЫХ ПРИРОДНЫХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ СВОИХ ЦЕЛЕЙ
5
ЧТО ТАКОЕ БИОНИКА?
«Живые прототипы – ключ к новой технике»
Бионика («БИОлогия» и «техНИКА») – прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов, свойств, функций и структур живой природы – день рождения 13 сентября 1960г.
6
ПРИРОДА – ГЛАВНЫЙ ИДЕЙНЫЙ «ВДОХНОВИТЕЛЬ» ПРОГРЕССА
7
НЕМНОГО ИСТОРИИ
Человек с давних времен пытался использовать природные решения для своих целей
Леонардо Да Винчи и первый летальный аппарат
Жилища древних людей и гнезда птиц
8
СОЗДАНИЕ РОБОТОТЕХНИКИ
Миниатюрный шестиногий робот (гексапод) способен двигаться со скоростью 55 см/с
Система передвижения таракана
9
СПИРАЛЬ
10
РАЗВИТИЕ МАТЕРИАЛОВ
Коконы тутового шелкопряда
3D-ткачество параарамидного волокна – кевлара
11
РАЗВИТИЕ МАТЕРИАЛОВ
Пчелиные соты меда
Легкий и прочный строительный материал – «сотопласт»
Звукоизоляция самолета
При одинаковой площади – меньший периметр у сот
12
РАЗВИТИЕ МАТЕРИАЛОВ
Слой на коже дельфинов обладает водоотталкивающими свойствами
Искусственный материал – «ламинфло», снижающий сопротивление воды и увеличивающий скорость судов
13
РАЗВИТИЕ СВЕТОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Способность к биолюминесценции
(к выработке света) у светлячков
Люминесцентный (флуоресцентный)
контроль дефектов
14
РАЗВИТИЕ СВЕТОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Капля росы фокусирует солнечные лучи
Военная машина Архимеда
Промышленный лазер в резке и сварке
15
РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЗВУКОВЫХ ВОЛН
Эхолокация
летучих мышей
Ультразвуковой контроль дефектов
16
РАЗВИТИЕ РЕАКТИВНОГО ДВИЖЕНИЯ
Реактивное движение осьминогами, кальмарами за счет реактивной силы струи воды, развивая скорость до 70 км/час
Реактивное движение за счет реактивной силы рабочего �тела (газа)
17
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Бионика – это наука, которая позволяет перенести на технологические рельсы характеристики животного и растительного мира.
Для лучшего понимания устройства и принципа действия живой системы необходимо:
18
ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ, ВОЗДУХОПЛАВАНИЕ
О ПРИСПОСОБЛЕНИЯХ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ К ПОЛЕТУ, ПАРЕНИЮ В ВОЗДУХЕ.� КАК ЭТИ СВОЙСТВА ИСПОЛЬЗУЮТ В ИНЖЕНЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ
19
Мечта о покорении воздушного пространства человеком отображается в легендах и преданиях практически всех народов населяющих Землю.
Первые документальные свидетельства попыток человека поднять в воздух летательный аппарат относятся к первому тысячелетию до нашей эры. Тысячи лет попыток, труда и размышлений привело к полноценному воздухоплаванию только в конце 18 века, вернее к его развитию. Сначала появились монгольфьер, а следом и шарльер.
Эти два вида летательных аппаратов легче воздуха — аэростата, в дальнейшем развитие аэростатной техники привело к созданию — дирижаблей.
На смену этим воздушным левиафанам пришли и аппараты тяжелее воздуха.
ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ
20
Птицы, бабочки, стрекозы и другие насекомые издавна вдохновляли людей на создание разнообразных летательных аппаратов.
Один из пионеров авиации — Леонардо да Винчи зарисовывал полеты птиц разных пород и летучих мышей и пытался воссоздать их способ передвижения. В 1487 году он разработал орнитопер — летательную машину, основанную на птичьем полете.
Еще одна идея да Винчи — втяжные лестницы, прототипом для которых служат ноги стрижа. И хотя придуманные да Винчи машины так и не полетели идеи, позаимствованные у природы, со временем были воплощены другими изобретателями летательных аппаратов
.
ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ
21
Как известно, самолеты используют конструкцию крыла, «позаимствованную» у птиц. Однако есть у «живого» крыла одно преимущество, которое позволяет лучше контролировать полет: крыло способно деформироваться.
Крыло птицы представляет собой непостижимый образец для техники, а формы ее тела и профили крыльев отвечают всем достижениям аэродинамики. Это лучше всего видно на примере планеров, которые чем лучше, тем больше напоминают большую птицу. Однако конструкция и движения птичьих крыльев весьма сложны.
ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ
22
Крыло самолета — это конструкция имеющая несущую поверхность для образования подъемной силы.
В зависимости от типа самолета крыло может быть:
КРЫЛО
23
ПОДЪЁМНАЯ СИЛА КРЫЛА
Николай Егорович Жуковский - �«отец русской авиации»
Подъемная сила крыла самолета� F= (P2 – P1)·s
24
АНАЛИЗ ПРИРОДЫ ТУРБУЛЕНТНОСТИ
25
25
Летательные аппараты, использующие аэродинамическую подъемную силу.
Данный тип аппаратов считается уже тяжелее воздуха. Подъемная сила у них создается за счет геометрических поверхностей — крыльев. Крылья начинают поддерживать ЛА в воздушной среде только после того как вокруг их поверхностей начинают образовываться воздушные потоки.
Таким образом, крылья начинают работать после достижения летательным аппаратом определенной минимальной скорости «срабатывания» крыльев - на них начинает образовываться подъемная сила.
Вертолеты и им подобные агрегаты: у них подъемная сила образуется за счет обтекания лопастей несущего винта.
Гибридные — это аппараты вертикального взлета и посадки, как самолеты, так и винтокрылы, а также устройства совмещающие качества аэродинамических и космических ЛА. Аппараты на динамической воздушной подушке типа экраноплан.
ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ
26
ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ
27
БИОМЕХАНИКА
МАТЕРИАЛЫ И СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА БИОНИКИ.�ПРИРОДНЫЕ РЫЧАГИ И НАГРУЗКИ
28
РЫЧАГИ В ТЕЛЕ ЧЕЛОВЕКА И У РАСТЕНИЙ
29
БИОНИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ
Снижение массы и решение проблемы ветроустойчивости
Скелет взрослого человека весит около 8 кг, однако, способен выдержать нагрузку в несколько тонн.
30
РЫЧАГИ В АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЯХ
Механизация лопаток компрессора двигателя
Регулирование створок �сопла двигателя
31
ИСКУССТВЕННЫЕ ОРГАНЫ ЧУВСТВ
ОРГАНЫ ЧУВСТВ И ИХ ТЕХНИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
32
ОРГАНЫ ЧУВСТВ
Ухо - орган слуха
Глаз - орган зрения
Нос – орган обоняния
Язык – орган вкуса
Кожа – орган осязания
ИСКУССТВЕННЫЕ ОРГАНЫ ЧУВСТВ
Эти органы человека и животных столь сложны и чувствительны,что пока еще не имеют себе равных среди технических устройств
33
Скоростная видеокамера
Орган зрения
Скоростная видеосъемка используются для визуализации процессов, которые в обычных условиях недоступны для человеческого глаза, так как протекают слишком быстро.
На «ОДК-Сатурн» скоростные видеокамеры применяются при испытаниях для регистрации и видеосъемки быстропротекающих процессов.
ИСКУССТВЕННЫЕ ОРГАНЫ ЧУВСТВ
34
Орган обоняния
Газоанализатор
Газоанализатор – измерительный прибор для определения качественного и количественного состава смесей газов.
На «ОДК-Сатурн» газоанализатор применяется для определения уровня загрязняющих атмосферу веществ.
При температуре выше 1370 ͦС в камере сгорания формируются оксиды азота NOx.
При соединении оксидов азота с углеводородными компонентами СН (остатки несгоревшего топлива) в атмосфере под воздействием солнечных лучей образуется фотохимический смог, вредный для органов дыхания человека.
ИСКУССТВЕННЫЕ ОРГАНЫ ЧУВСТВ
35
Орган осязания
Датчики измерения температур, давлений и т.д.
На «ОДК-Сатурн»:
ИСКУССТВЕННЫЕ ОРГАНЫ ЧУВСТВ
Термопара (термоэлектрический преобразователь) — устройство, применяемое в промышленности для измерения температуры.
Принцип действия основан на эффекте Зеебека или, иначе, термоэлектрическом эффекте.
36
ИСКУССТВЕННЫЕ ОРГАНЫ ЧУВСТВ
Орган слуха
Шумометр – прибор для измерения шума, вибраций.
Механические звуковые колебания, воспринимаемые микрофоном преобразуются в электрические и регистрируются стрелочным прибором.
На «ОДК-Сатурн» шумометры применяются для измерения акустических колебаний при испытаниях двигателей.
Шумометр
37
ЭЛЕКТРОННЫЙ МОЗГ
МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ.�НЕЙРОБИОНИКА. БИОРОБОТЫ. КИБЕРНЕТИЕА
38
ЦИФРОВОЙ ДВОЙНИК
Совокупность электронных органов чувств (датчиков) и электронного мозга (математических моделей) составляют цифровой двойник мехатронного изделия
39
Высокопроизводительные кластеры
Характеристики кластера Т-100
АНАЛИЗ ВНУТРЕННИХ ПРОЦЕССОВ
Акустика
Аэродинамика
Теплообмен
Основные направления имитационного моделирования
Горение
Прочность
Быстрая �динамика
Роторная �динамика
Двухфазные �течения
Пульсирующие процессы
Бионический
дизайн
Композиционные
материалы
Вероятностная оптимизация
40
БИОНИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ �ДЕТАЛЕЙ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
СРАВНЕНИЕ С КЛАССИЧЕСКИМИ КОНСТРУКЦИЯМИ. МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
41
НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ РАБОТЫ ПО ПРОГРАММЕ ПАКФА
Разработка многофункциональных покрытий, создающих тепловой барьер
ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ
42
БИОНИЧЕСКИЙ ДИЗАЙН В АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЯХ
Основной принцип бионики: «Всё лишнее убирается»
43
ПОЗАИМСТВОВАНО У ПЧЕЛ
Шестигранник сочетает в себе максимальную прочность, при минимальных затратах материала
Вес детали уменьшен на 40%
44
ПРИМЕНЕНИЕ СОТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Внешний вид соты в звукопоглощающей конструкции (ЗПК)
двигателя, изготавливаемого на ПАО «ОДК-Сатурн
45
Важно не просто хранить и накапливать знания, а понимать их жизненный цикл и стремиться использовать эти знания в период их востребованности
�
Что нужно делать сегодня, чтобы быть востребованным завтра?
МЕЖДУНАРОДНЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФОРУМ
«ИННОВАЦИИ. ТЕХНОЛОГИИ. ПРОИЗВОДСТВО»
Тематические секции
Секция 1. Цифровое проектирование и моделирование. Бионический дизайн
Секция 2. Аддитивные технологии
Секция 3. Новые материалы
Секция 4. Индустриальный интернет.
Секция 5. Надежность ГТД
Секция 6. Мехатроника и робототехника
Ядро будущего технологического уклада |
Наноэлектроника, молекулярная и нанофотоника, наноматериалы и наноструктурированные покрытия, нанобиотехнология, наносистемная техника |
46
Нагрев заготовки
УСЛОВИЯ ТРУДА В НЕДАВНЕМ ПРОШЛОМ
47
Заготовка лопатки получается путем заливки расплавленного металла в специальную керамическую форму – метод точного литья по выплавляемым моделям.
Заготовка из воска для изготовления формы под заливку металла
Готовые керамические формы под заливку металла
Послойное изготовление керамической формы на роботизированной линии
Печь для расплавления металла и заливки форм (температура металла ~ 1500°С)
Залитая форма
Заготовки для расплавления
Отливки лопаток перед отправкой на окончательную обработку в механический цех
ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ
48
Изготовление деталей сложной пространственно-ориентированной формы с аэродинамическим сечением,
ОБРАБАТЫВАЮЩИЕ ЦЕНТРЫ
Пятикоординатный обрабатывающий центр
49
49
Заготовительное производство
Резка листовых металлических заготовок осуществляется на «Гидроабразивной установке» водой подаваемой под большим давлением с частичками абразива .
Усилие пресса до 500 тонн
На прессовом оборудовании металл нагревают, он становится пластичным и под большим давлением его изгибают и придают форму штампа.
ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
50
50
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЛОПАТОК
Круговая электрохимическая обработка лопаток компрессора (ЭХО)
Время обработки одной лопатки с длиной пера до 100 мм 7…8 минут.
Электролит – раствор NaCl
51
51
Прецизионный станок, включающий в себе все возможные операции электроэрозии и операции лазерной обработки и перфорации деталей.
Лазерная вырезка
ЭЛЕКТРОЭРОЗИИЙНАЯ ОБРАБОТКА
Изготовление направляющего аппарата с помощью лазерной сварки
52
52
РАЗВИТИЕ АДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Установка селективного лазерного сплавления
Позволяет изготавливает металлические детали с помощью прямого лазерного сплавления металлического порошка. Построение происходит послойно. Детали любой сложности изготавливаются непосредственно по данным CAD.
Топологическая оптимизация позволяет максимально эффективно распределить материал, в точном соответствии с эксплуатационными требованиями к изделию. Она принимает в расчет пространство, которое должна занимать деталь, условия нагрузки на нее и максимально допустимые напряжения для данного материала.
Появление аддитивных технологий дает возможность производить делали чрезвычайно сложной конфигурации, которые намного легче и по прочности не уступающие традиционным способам изготовления.
53
РАЗВИТИЕ ЛАЗЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Установка лазерной сварки
Сварной шов
Внешний вид сваренного лазерной сваркой направляющего аппарата двигателя
Установка селективного лазерного спекания
Может изготавливать детали из полиамидных порошков и/или полистирола за несколько часов используя только данные САПР (CAD)
54
контроль
После изготовления осуществляется контроль деталей с привлечением специальных измерительных машин. Поверхности детали ощупываются датчиком и на экране строится электронная объемная модель детали.
КИМ
КОНТРОЛЬ ИЗГОТОВЛЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ
55
55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
56