Україна славиться не лише своїми чорноземами, пшеницею та піснями. Ми будуємо космічні ракети, літальні апарати та інші високотехнологічні машини, досліджуємо космос і, якщо на нас нападають, б’ємо ворогів.
Науковці Інституту машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України у Харкові працюють над тим, щоб підвищити міцнісні характеристики літальних апаратів. За кошти грантового фінансування НФДУ вони виконують проєкт «Оптимізація топології та підвищення міцнісних характеристик багатошарових оболонок і твердих тіл при використанні адитивних технологій».
Як розповів керівник проєкту, завідувач відділу надійності та динамічної міцності інституту Костянтин Аврамов, його команда вже розробила технологію виготовлення тонкостінних багатошарових конструкцій та виготовила перші експериментальні зразки.
У чому ж суть і переваги нової технології?
Науковець пояснив, що до теперішнього часу всі тонкостінні композитні багатошарові конструкції, з яких виготовляються елементи ракет, літальних апаратів та багатьох інших технічних об’єктів, виготовлялися за так званими технологіями віднімання.
– До технологій віднімання належать усі технології, за винятком 3D-друку, – зазначив Костянтин Віталійович. – Ми ж спробували використовувати 3D-друк. Виготовлені за допомогою 3D-друку тонкостінні багатошарові конструкції мають багато переваг у порівнянні з металевими аналогами, зокрема, технологічний процес їх виготовлення простіший, а собівартість готової конструкції – дешевша.
Науковці разом з виробничниками провели експериментальні дослідження виготовлених зрізків тонкостінних багатошарових конструкцій. Випробування підтвердили: міцнісні та динамічні характеристики конструкцій дуже високі.
До речі, ще одним важливим напрямком проєкту є розробка інноваційних технологій оптимізації виробництва елементів конструкцій із використанням сучасних 3D-принтерів. «Термін «оптимізація» означає економію часу, енергії та матеріалу під час виготовлення конструкції. І, як наслідок, зменшення собівартості», – пояснив вчений.
Для оптимізації виробництва вчені дослідили, які форми деталей найкраще використати для мінімізації їх маси; провели математичне та комп’ютерне моделювання заповнення заданого об’єму частинками порошку; спробували розмістити максимальну кількість деталей у робочій камері 3D-принтера.
Для вирішення цих завдань команда використала теорію геометричного проєктування, яку запропонував відповідальний виконавець проєкту, член-кореспондент НАН України Юрій Стоян.
…Наприкінці лютого 2022 року наукова лабораторія вчених опинилася фактично на лінії фронту. Бої точилися на північних околицях Харкова, ворог обстрілював наукові установи, підприємств та житлові квартали, а ворожі ДРГ намагалися прорватися до центру міста. У найскладніші дні науковці змушені були виїхати до інших регіонів країни, але вже в травні-червні повернулися до міста.
Попри призупинення грантового фінансування (кошти було направлено на потреби оборони країни) вчені продовжили роботу. «Ми розуміли, що результати наших досліджень важливі і для відновлення країни після Перемоги, і для потреб оборонного сектору», – продовжив розповідь Костянтин Аврамов.
Науковці систематизували результати експериментальних досліджень, які були виконані у 2021 році та опублікували три статті в міжнародних наукових виданнях першого квартиля (Q1). Окрім того, у 2022 році вчені досліджували, як витримують навантаження багатошарові тонкостінні конструкції. За результатами теоретичних досліджень надруковано шість статей у виданнях першого квартиля (Q1).
До команди проєкту входять і науковці Інституту проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України, і співробітники Конструкторського бюро «Південне» ім. М. К. Янгеля (провідного підприємства космічної галузі нашої країни). Деякі результати цього проєкту вже розглядаються до впровадження в конструкторському бюро.
– У майбутньому багатошарові тонкостінні конструкції можуть використовуватися в літальних апаратах і цивільного, і оборонного призначення, – зазначив Костянтин Аврамов. – Також їх можна буде використати для виробництва бронетанкової техніки. Але для того, щоб це стало реальністю, потрібно провести додаткові науково-технічні дослідження, розробити конструкторську документацію тощо.
До речі, науковці інституту контактують не тільки з вітчизняними виробниками. Розроблені інноваційні технології оптимізації виробництва елементів конструкцій з використанням сучасних 3D-принтерів уже зацікавили німецьких колег з Фраунгоферівського Інституту керамічних технологій і систем (IKTS) з Дрездену.
Світлана ГАЛАТА
