В настоящее время, работая над повышением авиатранспортной эффективности, мировая авиаиндустрия активно переходит от металлических конструкций к новому типу конструктивных решений на основе композиционных материалов. Отвечая этим техническим вызовам, Центр «Композиты России» занимается не только созданием новых материалов, но и их цифровых двойников.
«Это инженерное ПО с базой данных по свойствам материалов со встроенной системой принятия решения на базе искусственного интеллекта. Применение разрабатываемого ПО позволяет ускорить разработку и постановку на производство новых изделий в 2–3 раза, снизить стоимость разработки продукции до 50%, повысить эксплуатационные характеристики и срок службы», — поясняет директор Центра Владимир Нелюб.
В рамках Центра компетенций НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ имени Баумана, который был создан в декабре 2020 года, также реализуется ряд проектов, в том числе для аэрокосмической отрасли:
- разработка конструкции створки бака самолета амфибии Бе-200 ЧС с созданием цифрового двойника;
- разработка новых функциональных ориентированных 2D и 3D ПКМ, в том числе с использованием графена и его аналогов, и методов их получения с использованием аддитивных технологий;
- разработка электропроводных полимерных компаундов для изделий, эксплуатирующихся в экстремальных условиях;
- разработка новых термопластичных связующих и препрегов на их основе, а также цифровых методов проектирования готовых изделий.
Еще одним проектом для космической отрасли, реализация которого находится на стадии технической проработки, является проект «Космопринт», направленный на разработку аддитивной установки и робота манипулятора из ПКМ для печати металлических конструкций в открытом космосе. Данное направление является актуальным и перспективным для ГК «Роскосмос» и пока не реализовано ни одной страной в мире.
Прежде всего надо понимать, какие задачи стоят перед аэрокосмической отраслью страны в целом, какие изделия и летательные аппараты будут востребованы массово, какие будут уникальными и созданы в штучном экземпляре. Это очень важно, так как для обеспечения возможности создания конструкций под определенные условия эксплуатации будут создаваться новые материалы — и совершенствоваться имеющиеся сейчас; конечно, с учетом развития новых технологий.
Мы можем уже сейчас наблюдать, как новые тренды способствуют развитию материаловедения. Взять, например, гражданскую авиацию: в ней необходимость в новых материалах обусловлена потребностью в создании сверхзвуковых пассажирских самолетов, способных развивать скорость более 2 Махов. При этом материал должен выдерживать температуру в полторы тысячи градусов и более в течение продолжительного времени. В этом случае без новых композиционных материалов не обойтись. Существенную роль в этом сыграют конструкционные материалы на базе углеродных волокон, сверхвысокотемпературные керамические композиционные материалы, а также многофункциональные теплозащитные термические покрытия, способные обеспечить защиту поверхности не только от высоких температур, но и сохранить при этом стабильную радиосвязь в полете.
Схожую задачу в России придется решать и в области ракетостроения. Компания SpaceX разработала и успешно эксплуатирует возвращаемую первую ступень ракеты Falcon, при этом «встряхнув» рынок пусковых услуг по всем параметрам (как по сроку изготовления ракеты, так и по цене пуска). Достойным ответом на вызов может стать разработка многоразового возвращаемого разгонного блока «Крыло-СВ», отличительной особенностью которого является самолетная схема посадки на аэродром. При проектировании разгонного блока принята концепция «горячей» конструкции планера — без внешней теплоизоляции. Снижение нагрева конструкции будет происходить за счет теплоемкости конструкции. Поэтому в местах повышенного нагрева корпуса предполагается утолщение конструкции.
Вместе с решениями в индустрии материаловедения мы также будем развивать направление создания и моделирования поведения «цифровых двойников»: материалов в виртуальных внешних средах со встроенной системой принятия решения на базе искусственного интеллекта.
По материалу Инвест-Форсайт.
Центр НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» – структурное подразделение МГТУ им. Н.Э. Баумана, созданное 28 декабря 2020 года для реализации цифрового подхода к «быстрому» и «сквозному» проектированию, разработке, испытанию и применению новых материалов и веществ. Центр НТИ формирует национальный банк данных и знаний по материалам и их «цифровым двойникам», обеспечивающий получение «цифровых паспортов» и ускоренную сертификацию новых материалов.
Межотраслевой инжиниринговый центр «Композиты России» – структурное подразделение МГТУ им. Н.Э. Баумана, созданное 15 июня 2011 года для содействия в разработке, производстве и коммерциализации высокотехнологичных решений университета в области новых материалов и информационных технологий, формирования научного задела и современных образовательных технологий и программ. Деятельность Центра осуществляется при поддержке Минобрнауки и Минпромторга России в рамках исполнения поручения Правительства Российской Федерации. Центр реализует «замкнутый цикл» инжиниринговых и научно-образовательных услуг, от разработки до внедрения технологий и промышленной продукции в ключевые сектора экономики РФ, такие как: транспортный, строительный, ЖКХ, энергетический, нефтегазовый, медицинский и IT.
МГТУ имени Н.Э. Баумана – национальный исследовательский университет, один из крупнейших в России и Европе. Бауманский университет является лидером среди российских вузов по общему объему НИОКР (ежегодно до 6 млрд. рублей). В МГТУ им. Баумана создана инновационная структура, включающая в себя 22 научно-образовательных центра мирового уровня. Особенностью научно-образовательных центров является их междисциплинарность, что позволят создавать технологический прорыв на стыке наук. Общая численность консолидированного коллектива университета (студенты, сотрудники и преподаватели) 35 тысяч человек.