В рамках данного направления рассматриваются продукты/технологии, связанные с вопросами разработки и эксплуатации транспортных средств и их компонент/узлов, материалов по повышению эффективности их функционирования, разработки и эксплуатации навигационных систем и их компонент, систем связи и др.
Предложение технологии/продукта
Цель работы: бесперебойное и дешёвое снабжение товарами и продуктами населённых пунктов Арктической зоны Российской Федерации (АЗРФ), а также вывоза полезных ископаемых.
В отличие от самолетов и вертолетов дирижабли обладают рядом преимуществ:
- экономичностью, при транспортировке на одно и то же расстояние грузов одинаковой массы затраты топлива на дирижабле в 2,5–3,5 раза ниже, чем на самолете;
- повышенной безопасностью, обеспечиваемой секционной конструкцией и заполнением гелием;
- экономической эффективностью, т.к. себестоимость перевозки грузов дирижаблем в 3–4 раза ниже, чем для транспортными самолетами или вертолетами, при этом стоимость самого дирижабля в десятки и сотни раз дешевле транспортного самолета, а скорость (до 100км/ч) всего в 3-4 раза ниже, чем у самолета;
- экологичностью, так как не требуются аэродромов, а конструкции для причаливания занимают мало места, практически не уродуют почву, при этом дирижабли не создают шумового или атмосферного загрязнения.
Планируемое к разработке и освоению производства многофункциональное шасси будет представлять собой мобильное транспортное средство высокой проходимости со сверхнизким давлением на грунт (~0,015 МПа), предназначенное для перевозки людей и грузов по бездорожью и на грунтах со слабой несущей способностью, в том числе по снегу, льду, воде и заболоченной местности, а также по дорогам общего пользования.
Вездеход движется на специальных бескамерных шинах низкого давления (~0,01-0,05 МПа), оснащается специальной кабиной для перевозки людей и оборудования, а также может агрегатироваться с дополнительным оборудованием, смонтированным на самом шасси или на буксируемом им прицепе с целью выполнения различных видов работ.
Колесные вездеходы на шинах сверхнизкого давления могут также преодолевать вплавь спокойные водные преграды, они хорошо адаптируются к неровностям поверхности и обеспечивают высокую плавность хода.
Благодаря низкому удельному давлению на грунт вездеходы на шинах сверхнизкого давления не нарушают природный ландшафт окружающей среды, не разрушает верхние слои почвы.
По сравнению с конкурентами, планируемое к разработке шасси будет иметь следующие преимущества:
– более высокую проходимость (особенно по пересеченной заболоченной местности и мелколесью) и плавучесть;
– универсальность (возможность использования шасси для выполнения различных работ и технологических операций без существенного переоборудования самого шасси, возможность агрегатирования с различными видами оборудования, размещаемого как на самом шасси, так и на буксируемом прицепе);
– более высокую ремонтопригодность (в том числе за счет широкого использования комплектующих массового выпуска);
– экономичность и всесезонность использования, и, как следствие, более быструю окупаемость.
Цель работы: поиск и разработка эффективных решений в области автоматического картирования ледового покрова. Современное состояние работ по автоматическому картированию ледового покрова (ЛП) носят недостаточно системный характер, ограниченный как по объему исследуемого материала и полноте анализируемой информации, так и по интервалу сбора информации и методам ее обработки. Предлагается технология автоматического картирования ЛП российской Арктики на основе системного подхода, использующего интегрирование ранее накопленных знаний и применение новейших информационных технологий сбора и комплексного анализа данных дистанционного зондирования. Внедрение технологии позволит повысить точность и сократить время картирования ЛП, что благоприятно скажется на деятельности всех субъектов, осуществляющих хозяйственную и климатологическую деятельность в АЗРФ (навигация, разведка и добыча полезных ископаемых, экология и т.п.).
Методические основы обоснования рациональных транспортно-логистических схем доставки грузов в транспортно-логистических системах
В связи с ужесточением требований к работоспособности технических средств и РТИ, эксплуатируемых в условиях Арктики, резко ужесточаются и требования к морозостойким характеристикам резин, используемым для их изготовления.
В настоящее время для резинотехнических изделий применяют резины на основе серийных бутадиен-нитрильных и изопреновых каучуков, которые обеспечивают эксплуатационные свойства РТИ при температурах только до минус 40 и минус 50°С соответственно.
Однако, применяемые резиновые смеси не обладают необходимыми характеристиками при температурах до минус 60°С, кристаллизуются при низких температурах и теряют эластичность. Анализ рынка производителей резиновых смесей показал, что резины с требуемыми характеристиками в РФ не производятся. В связи с этим для обеспечения работоспособности РТИ в условиях Арктики необходима разработка рецептуры эластомерных композиционных материалов с использованием перспективных полимеров и модификаторов, обладающих морозостойкостью до минус 60°С, с требуемой энергоемкостью и теплостойкостью. Это позволит обеспечить работоспособность РТИ различного назначения в экстремальных условиях Арктики.
Комплекс решает задачу непрерывного высокоточного мониторинга окружающего пространства на предмет движущихся целей в т.ч. БПЛА.
Во многих странах Европы и в некоторых республиках экс-СССР скоростные трамваи (Stadtbahn) выполняют функцию своеобразного наземного метро: они недороги в эксплуатации, передвигаются со скоростью (от 25 и до 35 км/ч), экологичны, надежны и комфортабельны. Строительство путей для них на два порядка ниже строительства метро. Но скоростной трамвай не дотягивает до метро по провозной способности на порядок. Таким образом, в городах с высокой численностью населения (свыше 1 млн.) нет альтернативного транспорта, способного конкурировать с метро по провозной способности.
Вторым существенным достоинством метро, как вида городского транспорта, является отсутствие влияния на него внешних погодных воздействий, что очень важно в арктических условиях снегопадов и низких температур. Низкие температуры ухудшают работу всех систем наземного транспорта, выводят их в режим неоптимального функционирования, а часто, и вообще, из строя, что снижает надежность городских транспортных систем перевозки пассажиров. В условиях низких температур необходимы немалые дополнительные энергозатраты для подогрева салона транспортного средства для обеспечения комфортного проезда пассажиров. Снегопады также снижают надежность функционирования городских транспортных систем.
Таким образом, самым удобным видом транспорта для городов арктического региона может стать метро. Основным препятствием для его использования является его высокая стоимость (так стоимость 1 км. метро составляет от 40 до 60 млн. долларов), а также большая длительность его строительства (8-10 лет и более). В СССР существовал ценз на строительство метро только в тех городах, где численность населения достигает 1 млн.человек. Этот уровень сохраняется и для России.
Современное состояние информационно-коммуникационных технологий позволяет на базе мобильных автономных роботов построить дешевую подземную транспортную систему (при полном отсутствии в её контуре управления человека) высокой производительности, достигающей производительности современного метро, надежной и безопасной. Метро, сроки строительства которого на порядок ниже, а стоимость на два порядка ниже. Теперь этот ценз (в 1 млн. человек) можно снизить и построение метро становиться экономически выгодным и возможным в городах арктического региона, где в основном численность населения не превышает 300 тыс. человек.
При глубокой наземной и шельфовой (оффшорной) добыче нефти РТД должны сохранять работоспособность в экстремальных условиях воздействия жидких и газообразных сред разной природы, при повышенных температурах до 100-120 °С и давлении газов до 105 МПа, жидкостей до 30 МПа. Одновременно предъявляются требования по обеспечению стойкости резин к высоким скоростям сброса давления газа, при которых может возникнуть эффект взрывной декомпрессии (ВД), приводящий к разрушению резины и РТД.
Разработаны композиции и резино-техические изделия (РТИ), стойкие к взрывной декомпрессии (ВД) в условиях нефтегазодобычи, обладающие высокой прочностью и твердостью при сохранении высоких значений эластичности и относительного удлинения при разрыве. Это позволяет увеличить межремонтный цикл работы оборудования при добыче, перекачке и транспортировке газа и нефти, сократить объем трудоемких операций разборки-сборки, увеличить срок службы, снизить вероятность аварий и отказа оборудования.
В течение ряда лет в фирмы Норвегии, изготавливающие оборудование для нефтедобычи, поставлялись уплотнительные РТИ (сальники, кольца) из композиций (группа ВД-3) для комплектации оборудования, используемого при глубоководном бурении и шельфовой добыче нефти в условиях воздействия ВД. Экспериментально было установлено, что РТИ сохраняют работоспособность и герметичность оборудования как в нормальном, так и в аварийном режимах эксплуатации при прекращении подачи смазки.
Развитие нефтегазодобывающей отрасли приводит к тому, что осваиваются все более глубокие нефтеносные пласты, глубина бурения увеличивается до 1000-2000 м. Соответственно растут требования к резинам по стойкости к ВД при более высоких давлениях до 70-100 МПа и выше и при более высоких температурах до 150°С.
Стойкие к ВД композиции SB-2-70 и SB-2-80 на основе гидрированных бутадиен-нитрильных каучуков HNBR обладают повышенной теплостойкостью, высокой твердостью при одновременном сохранении оптимального уровня эластических свойств. Износостойкость деталей из резиновых смесей на 15-20 % выше износостойкости аналогичных импортных резин.
Композиции SB-2-70 и SB-2-80 рекомендуются для изготовления манжет, колец различного типоразмера и сечения, пульсаторов (сильфонов), уплотнителей долот и других РТИ для нефтегазового оборудования. Изделие «Сильфон Пульсатора» из резиновой смеси типа SB-2-80 обеспечивает требуемый ресурс свыше 500 часов в сборке системы при горизонтальном бурении скважин на нефтяных и газовых месторождениях.
Эластомерная композиция SB-3-70 обладает высокой износостойкостью, устойчивостью к динамическим нагрузкам и высокой прочностью связи (9,0 МПа) с металлом. Композиция SB-3-70 разработана для эластичного покрытия подшипника ротора, контактирующего с буровыми растворами в процессе трения с опорой из ВК-8 при скорости вращения 4000-5000 об/мин.
В нефтедобывающей промышленности при добыче нефти и нефтепромысловой перекачке используют винтовые забойные двигатели (ВЗД) и винтовые насосы (ВН). Основным рабочим органом ВЗД и ВН является резинометаллический статор. Статор работает в паре со стальным ротором и представляет собой металлическую трубу с приклеенной к внутренней поверхности эластомерной обкладкой, имеющей зубчатую винтовую поверхность. Конструкция и качество обкладки статора чрезвычайно важны для его работы и срока службы.
Для обеспечения изготовления работоспособных длинномерных статоров ВЗД (свыше 3 м) в условиях значительных динамических нагрузок, воздействия агрессивных сред (нефти, буровых растворов и др.) и повышенных температур, решающее значение имеют не только физико-химические, эластические и износостойкие, но и литьевые свойства эластомера.
Для изготовления статоров винтовых забойных двигателей (ВЗД) и винтовых насосов (СВН) длиной более 3 метров, применяемых при добыче и перекачке нефти, разработаны композиции ВД-12. Композиции обладают стойкостью к ВД, повышенной стойкостью к нефти с высоким содержанием ароматических углеводородов, износостойкостью, динамической выносливостью и отличными литьевыми характеристиками. Срок службы статоров из новых композиций многократно превышает срок службы статоров из ранее применяемых резин.
На рынок предлагается следующий комплекс продуктов и инновационных технологий.
– Методы распознавания, идентификации и обучения человеко-машинных систем, находящихся в среде дорожно-транспортной инфраструктуры на основе применения интеллектуальных технологий с использованием новых способов, методов и средств получения, обработки и преобразования информации.
– Интеллектуальные алгоритмы распознавания ситуаций и управления безопасностью дорожного движения при эксплуатации транспортных объектов.
– Высокоэффективные методики получения, обработки, преобразования и передачи информации в системе «водитель-автомобиль-дорога-внешняя среда».
– Математические модели и программное обеспечение, позволяющие формировать изображения и осуществлять визуализацию цифровых объектов.
– Рекомендации и практическая реализация программно-аппаратных комплексов и алгоритмических средств на основе интеллектуальных технологий.
– Рекомендации по повышению эффективности логистических процессов с целью обеспечения высокой скорости и качества обмена информацией.
– Обучающие методики для подготовки высококвалифицированных специалистов для сферы управления и эксплуатации транспортных средств с учетом особенностей дорожной инфраструктуры и организации дорожного движения.
Конкурентные преимущества проекта (продукта): обеспечение повышения безопасности и оптимальной организации движущегося комплекса транспортных объектов и других участников дорожного движения с учетом возможности возникновения в любой момент самых разнообразных ситуаций (в том числе нештатных, чрезвычайных и даже техногенного характера).
Внешними чертами концепции автожирного дирижабля являются вынесенные к носовой части аппарата автожирный винт и кабина с одновременным перемещением маршевых силовых установок назад на несущий стабилизатор, который, в свою очередь, снабжен рулями-закрылками. Расположенный далеко впереди от центра тяжести несущий винт, имея большое плечо, обеспечивает хорошую управляемость дирижабля по курсу и тангажу на взлетно-посадочных режимах и в горизонтальном полете. Причем ветер становится союзником полета. Реализуется важный аэродинамический эффект – чем сильнее ветер, тем больше мощность управления и лучше управляемость аппарата. Устраняются проблемы, связанные с безопасностью взлета и посадки, характерные для классического дирижабля.
При выпущенных закрылках несущего стабилизатора отклоняются вниз не только векторы тяги от маршевых винтов, но и возникает дополнительная аэродинамическая подъемная сила на обдуваемой воздушными потоками площади стабилизатора.
У автожирного дирижабля несущий газ (гелий) компенсирует 65…75% веса пустой конструкции. Остальное добирается за счет аэродинамики несущего винта (10…15%) и несущего стабилизатора (15…25%). В результате вес полезной нагрузки в части веса пассажиров и груза полностью берет на себя автожирный несущий винт, а в части запаса топлива на полет компенсируют совместно аэродинамическая подъемная сила стабилизатора и вертикальная составляющая силы тяги маршевой силовой установки. В итоге получаем компактный маневренный и скоростной летательный аппарат в 5-6 раз меньший по раскройному объему в сравнении с сопоставимыми дирижаблями классической схемы. Эксплуатация дирижабля возможна на обычных аэродромах без многочисленной наземной команды. Оперативное техническое обслуживание может осуществляться одним техником.
В сравнении с классическими дирижаблями, автожирные дирижабли:
- Содержат в 5-6,5 раз меньший объем подъемного газа;
- Имеют в 2,5-3,5 раза меньшую парусность;
- Требуют мощность силовой установки ниже в 1,5-2 раза;
- Обеспечивают крейсерскую скорость выше в 1,8-2,2 раза;
- Обладают высокой безопасностью полета, маневренностью и управляемостью, сравнимой с автожирами;
- Способны осуществлять взлет и посадку с водной поверхности;
- Обеспечивают возможность перелета без полезной нагрузки и части топлива с оболочкой, наполненной только воздухом;
- Базируются на обычных аэродромах с использованием типовых самолетных стоянок и мест обслуживания;
- В сложенном виде могут хранится в помещениях с объемом типового автомобильного гаража.
Оборудование и технологии плазменного и газопламенного напыления предназначены для восстановления и упрочнения быстроизнашивающихся деталей машин во многих отраслях автомобилестроения, машиностроения, нефтехимической промышленности. Позволяют напылять широкую номенклатуру порошковых материалов для создания износостойких, коррозионностойких покрытий, покрытий стойких к эрозии, кавитации и тепловым воздействиям. Возможно напыление металлических, плакированных, композиционных материалов, материалов, обладающих экзотермическим эффектом. Установка газопламенного напыления позволяет также наносить покрытия из полимерных материалов на металлы, керамику, стекло, бетон, кирпич, шифер, дерево. Особенно уникальные свойства могут быть получены при нанесении покрытий из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), в том числе покрытий стойких к схватыванию при низких температурах.
Разработка способа предпусковой подготовки и конструкции системы пуска дизелей при температурах до минус 50 °С путем устранением утечек заряда цилиндро-поршневой группы разогретым маслом.
Лазерная закалка позволяет проводить поверхностное упрочнение без объемного разогрева деталей, обеспечивает уникальный уровень свойств за счет сверхвысоких скоростей нагрева и охлаждения поверхностного слоя. Решается проблема экономии материала, повышается срок службы изделий. Использование луча оптоволоконного лазера со сканирующим устройством позволяет получать поверхности с требуемым комплексом свойств и обрабатывать крупногабаритные детали.
Обладая всеми преимуществами лазерной за¬калки, лазерное легирование позволяет, кроме того, производить упрочнение материалов, не подвергающихся закалке, например, малоуглеродистых сталей, сталей аустенитного класса, цветных сплавов. Выбор легирующей обмазки и режимов лазерной обработки обеспечивает формирование слоев с требуемым комплексом физико-механических свойств.
Технологии лазерной закалки и лазерного легирования являются экологически чистыми.
Лазерная закалка, легирование эффективно для углеродистых, легированных инстру-ментальных сталей, чугунов и твердых сплавов. Твердость упрочненного слоя достигает до 1000 -1200 HV. Износостойкость повышается в 2-3 раза по сравнению с объемно-закаленными сталями. Глубина слоя составляет 0,3…1,0 мм. Глубина упрочненного слоя легированных поверхностей составляет 0,3…0,5 мм. Повышение износостойкости составляет 3…5 раз по сравнению с объемно-закаленными деталями.
Лазерная наплавка позволяет наносить на детали валики из различных материалов, поперечные сечения которых сравнимы с диаметром лазерного пятна на поверхности наплавки. За счет небольшой величины зоны термического воздействия, материал деталей не претерпевает изменений, его прочностные и физико-механические свойства сохраняются. Лазерная наплавка особенно эффективна, когда необходимо упрочнить-восстановить небольшие, ответственные поверхности сложных деталей, например, штамповой оснастки.
Наиболее перспективной технологий строительства автомобильных дорог для северных районов является монтаж сборных железобетонных плит с последующей стяжкой их стальными канатами. Эта технология позволяет осуществлять монтаж дорожного полотна, способного выдержать нагрузки более 30 т на ось, со скоростью до 1,0 км в сутки.
Стянутые плиты работают как одна система и нагрузки на одну плиту передаются на соседние плиты. В связи с этим увеличивается допустимая эксплуатационная нагрузка. Плиты могут собираться в 100-метровые участки продольной или диагональной стяжками.
Совместно с новосибирским заводом железобетонных изделий «СТМ», технология непрерывного изготовления поперечно преднапряженных плит с диагональными каналами для постнапряжения размером 1200*7200*180 мм позволяет собирать практически не ограниченные по длине участки дороги на вечномерзлом основании.
Для обеспечения промышленной безопасности и экономической эффективности разработки рудных месторождений на больших глубинах, в сложной горно-геологической обстановке создан проект отработки запасов выемочной единицы (блок, камера) с использованием цифровизации основных производственных процессов. Для этого в настоящее время выполнен анализ теоретических разработок и достигнутого мирового опыта внедрения цифровых технологий в реализацию основных производственных процессов подземной добычи руд. На основе анализа результатов мировых исследований, характеризующих цифровую трансформацию горного производства, будут предложены целесообразные уровни автоматизации (в т.ч. роботизации) горных работ, разработаны новые конструктивные параметры систем разработки и сформулированы рекомендации к корректировке организации труда. На примере разработки месторождений Арктической зоны РФ будут созданы компьютерные модели объектов подземной геотехнологии и посредством технико-экономического анализа обоснованы оптимальные параметры очистных работ базирующихся на применении цифровых технологий, предложены рекомендации по техническому перевооружению рудника и изменению организации труда.