Как рассказывают заведующий кафедрой технической механики аэрокосмического факультета, доктор технических наук, профессор, декан заочного факультета Политехнического института ЮУрГУ Сергей Борисович Сапожников и начальник лаборатории композитных материалов университетского НИИ «Опытное машиностроение» Александр Вячеславович Херувимов, учёные нашего университета постоянно ищут и находят новые научные направления взамен тех, что исчерпали свой потенциал. В результате появляются конкретные разработки, проекты для промышленности, а также публикации в высокорейтинговых научных журналах. Последнее весьма существенно для ЮУрГУ: вуз стремится занять достойное место в международном научном и образовательном пространстве.
Чтобы получить новый научный результат, о котором можно заявить во весь голос, необходима не только материальная база, но и труд специалистов высокой квалификации. К огромному сожалению, из-за высокой преподавательской нагрузки наукой учёные могут заниматься только в свободное от работы время. И это одна из проблем, которой уделяет внимание руководство университета.
Аэрокосмическим факультетом предложены три направления, могущих стать новыми стратегическими путями развития вуза: малогабаритные летательные аппараты; ракетные двигатели малой тяги; уникальные «умные» конструкции. Последние могут быть различного назначения, однако уникальность означает высокую стоимость последствий неудачной эксплуатации, тщательность расчётных исследований, всестороннюю отработку узлов и систем и малосерийность. В рамках третьего направления предполагается создание самых разнообразных конструкций, которые могут найти применение, к примеру, в строительстве, транспортном машиностроении, при прокладке трубопроводов – везде, где исключительно важна надёжность, а отказ влечёт тяжелейшие последствия: например, обрушение моста или разрушение ракеты-носителя космического аппарата. В подобных случаях следует использовать новейшие материалы – в первую очередь, композитные: лёгкие, но при этом способные выдерживать значительные нагрузки. Они применяются, в частности, при возведении верхних этажей всех современных высотных зданий, в то время как для нижних этажей по-прежнему используются сталь и бетон. Разумеется, важна и цена – она не должна быть излишне высокой. Композитные материалы широко применяются в авиации и даже космонавтике, в наземном транспорте. Ведь, например, автомобиль везёт не только полезный груз, но и сам себя, и чем тяжелее машина, тем больше расход топлива – а современные производители и потребители стремятся к экономии. Поэтому композитам во всём мире уделяют пристальное внимание. Наш университет не отстаёт: в конце минувшего года открылась производственная лаборатория композитных материалов, входящая в НИИ «Опытное машиностроение» ЮУрГУ, оснащённая современным оборудованием.
Привлекать к научной работе по вышеназванным направлениям предполагается студентов. Бакалаврам-второкурсникам аэрокосмического факультета, обучающимся по направлению «Прикладная механика», предлагаются темы научных исследований, способных лечь в основу выпускных квалификационных работ. То есть фактически ребята будут заниматься дипломами уже со второго курса. Соответственно, у них будет больше времени на погружение в тему – поэтому должно повыситься и качество самих работ, и уровень контроля за их выполнением, так что к выпуску молодые люди обязаны стать квалифицированными специалистами.
При создании уникальной конструкции специально для неё разрабатываются и композитные материалы – а для этого нужны самые передовые технологии. Необходимо учитывать и условия функционирования конструкции, поэтому дипломные работы должны стать комплексными, многогранными, но едиными. Нужно, чтобы студенты не просто понимали назначение конструкции, но и умели её спроектировать, произвести все требуемые расчёты – и способны были воплотить разработку в жизнь, используя нужные машины, станки и механизмы. Именно таких необходимых отечественной промышленности специалистов, обладающих знаниями и умениями инженера-проектировщика и инженера-технолога, планируется в обозримом будущем готовить в магистратуре по направлению «Прикладная механика» АК факультета ЮУрГУ по заказам предприятий.
Лаборатория уже сейчас решает как научные, так и прикладные, производственные задачи, связанные с проектированием и изготовлением готовых изделий или частей различных конструкций, – для этого она оснащена всем необходимым.
Один из примеров работы над малогабаритным летательным аппаратом – стойка шасси, которая создаётся в лаборатории композитных материалов. Изготавливают её из стеклопластика – прочного, пластичного, недорогого, и, что особенно радует, сделанного из отечественного сырья. Вот реальный пример импортозамещения! При выборе формы и размера шасси учитываются масса крылатой машины, скорость посадки, плотность грунта – и даже природно-климатические условия, например, температура воздуха.
Ещё один вид изделий, создаваемых в лаборатории, – детали облицовки корпуса современных серийных трамваев. Делают их по заказу компании «Полидор», которая сотрудничает с Уральским заводом транспортного машиностроения (Уралтрансмаш), где и производят эти трамваи. Кстати, для изготовления деталей трамвайной обшивки применяется передовой метод Light-RTM и вакуумной инфузии – тот же, что и для корпусов гоночных болидов «Формулы 1».
Какого только оборудования нет в лаборатории – просто дух захватывает! Установка гидроабразивной резки струёй воды под давлением 4000 атмосфер, если требуется – с добавлением абразивного порошка, аккуратно и точно по заранее заданному рисунку вырезает детали даже самой сложной пространственной конфигурации, какие невозможно изготовить на обычном станке. Плоттер специальным ножом раскраивает техническую ткань. А вот пресс для прессования изделий из полимерных композитных материалов.
Программы для своих «умных» машин сотрудники лаборатории пишут сами – для каждой детали отдельно. Техническое задание определяет внешний облик и габариты изделия. Расчёты ведутся на суперкомпьютере ЮУрГУ, компьютерная модель испытывается на виртуальном стенде. Готовые образцы проверяют в лаборатории экспериментальной механики.
Коллектив лаборатории небольшой: начальник, два инженера, два оператора станков с ЧПУ, формовщик стеклопластиковых изделий. Но это только начало: в будущем число исследователей должно вырасти. Уже сейчас аспирант Александр Никонов занимается в лаборатории вопросами механической обработки композитных материалов. Начальник лаборатории Александр Херувимов готовит диссертацию по оптимальным термопрочным конструкциям летательных аппаратов из композитов. Аспирантка Александра Шаблей делает образцы из стеклопластика для исследования циклической прочности. А студенты аэрокосмического факультета уже приступили к работе над конкретными проектами с использованием хаотически армированных композитов, экструзионных нанотермопластов для работы в условиях концентрации напряжений.
Предполагается, что при практико-ориентированном подходе студенты будут не только грамотно проектировать и изготавливать ту или иную деталь из композитов, но и создавать в содружестве со студентами других специальностей «умные» механизмы, оснащенные необходимыми сенсорами, системами управления с искусственным интеллектом, которые они научат надёжно работать на земле, под водой и в космосе!