Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0105

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0105
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева"
Название доклада
Создание коллективного универсального спасательного средства нового типа с функцией беспилотного управления для эвакуации персонала в чрезвычайных ситуациях природного и техногенного характера на Арктическом шельфе
Докладчик
Кошурина Алла Александровна
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью реализуемого проекта является создание коллективных универсальных спасательных средств нового поколения, превосходящих лучшие мировые аналоги (существующие традиционные и разрабатываемые перспективные технические решения) по функциональным и технико-экономическим показателям, разработанных на основе научных исследований, инновационных технических решений и экологически безопасных технологий, предназначенных для проведения спасательных операций в тяжелых природно-климатических условиях и сложной ледово-навигационной обстановке и обеспечивающих безопасность объектов морской инфраструктуры и уменьшение последствий техногенных катастроф на нефти- и газодобывающих платформах континентального шельфа Арктики, что необходимо для развития техники по приоритетному направлению.
Актуальность и новизна исследования
Экспериментальный образец предназначен для проведения исследовательских испытаний по оценке ключевых характеристик и показателей машины и ее систем. Образец представляет собой роторно-винтовую плавающую амфибию высокой проходимости. Создание данного образца спасательного средства нового поколения является необходимым этапом в задаче обеспечения безопасности объектов морской инфраструктуры и уменьшения последствий техногенных катастроф на нефте- и газодобывающих платформах континентального шельфа Арктики.
Описание исследования

Началом исследований стало проведение обширного анализа научно-технической, нормативной и методической литературы, актуализирующего состояние проблемы спасения людей с нефтяных платформ и судов в Арктике. Все известные спасательные средства создавались для незамерзающих морей и поэтому не обеспечивают необходимый уровень безопасности в условиях российской Арктики.

Сформированное представление о природно-климатических условиях российской Арктики и анализ имеющихся эмпирических данных позволил, с использованием эвристического метода, разработать концепцию универсального спасательного средства (УСС), содержащую:

– технический облик;

– варианты комплексирования навигационных приборов и средств технического зрения;

– технический облик системы комплексного жизнеобеспечения;

– предложения по применению различных материалов в конструкциях.

Была разработана математическая модель взаимодействия роторно-винтового движителя с деформируемым опорным основанием, которая позволяет определить оптимальную геометрию и размеры движителя на основе определения зон его контакта с опорным основанием, расчета сил сопротивления движению, а также определения силы тяги. Модель взаимодействия включает в свой состав: модель роторно-винтового движителя, учитывающую более 15 его геометрических параметров; модель деформируемого опорного основания, учитывающую более 6 физико-механических параметров. Высокая точность получаемых расчетных результатов была подтверждена экспериментально.

В программе Autodesk Inventor разработаны 3D модели УСС и системы спуска с аварийного объекта на опорную поверхность. Компьютерное моделирование спуска УСС с аварийного объекта на опорную поверхность определило нагрузочные режимы на элементы конструкции УСС, которые были рассчитаны на прочность с помощью метода конечных элементов в программе Autodesk Simulation Mechanical. Был проведен ряд экспериментальных исследований образцов материалов и покрытий, выбранных для возможного использования в конструкции УСС. По существующим методикам проводилась оценка их физико-механических, климатических, теплофизических, пожаробезопасных и акустических характеристик. Результаты расчетов и исследовательских испытаний материалов позволили выполнить многокритериальную оптимизацию конструкции с учетом технической и весовой эффективности. Процесс оптимизации производился итерационно с применением традиционного метода декомпозиции конструкции, что позволило эффективно решить сложную инженерную задачу в короткий срок.

Для управления такой, не имеющей мировых аналогов техикой, была разработана оригинальная комплексная бортовая система управления. Отработка комплексной бортовой системы управления производилась на специально созданной имитационной модели окружающего пространства и ледово-навигационной обстановки. Моделирование процессов функционирования комплексной системы управления было направлено на решение задач:

– локализации УСС;

– построения карт, в том числе локальных;

– построения маршрутов движения УСС;

– объезда препятствий.

Экспериментальный образец УСС изготавливался в строгом соответствии с выпущенной конструкторской и технологической документацией. Параллельно с этим разрабатывалась программа и методика исследовательских испытаний, которая опиралась на общепринятые методики испытаний (например, для серийной техники), и учитывала специфику создаваемой машины.

В соответствии с программой и методикой испытаний были определены следующие характеристики и качества экспериментального образца:

– тягово-скоростные;

– плавность хода;

– показатели опорной проходимости;

– плавучесть;

– эффективность функционирования комплексной бортовой системы управления.

Испытания подтвердили полное соответствие достигнутых характеристик с заявленными. Проведенный комплекс аналитических, расчетно-теоретических и научно-технических работ позволил создать значимый задел в области создания отечественной спасательной техники нового поколения, которая опережает по своим характеристикам передовые разработки в данной области, определяющие мировой уровень. Ключевые итоги проведенных работ нашли отражение в разработанном проекте технического задания на проведение ОКР, который определеяет глубину, последовательность и направленность предстоящих работ, а также полностью соответствует международным нормативным документам по заявленным характеристикам спасательной техники. Труды авторского коллектива защищены патентами и представлены широкой научной общественности в ряде публикаций в международных научных изданиях.

Результаты исследования
  1. Разработана концепция универсального спасательного средства нового типа.
  2. Разработана математическая модель взаимодействия роторно-винтового движителя универсального спасательного средства с деформируемым опорным основанием. Модель предполагает описание роторно-винтового движителя в декартовой системе координат в виде совокупности 18 основных поверхностей, учитывает 25 основных геометрических параметров движителя. Известные ранее созданные математические модели учитывали не более 6 геометрических параметров. Разработанная математическая обладает высоким уровнем точности аналитического описания и базируется на принципах формирования поверхностей в САПР системах, что облегчает переход к использованию в расчетной программе STL файлов, описывающих менее идеализированную поверхность движителя. Разработанная математическая модель является достаточно универсальной для точного описания процессов взаимодействия роторно-винтового движителя с различными деформируемыми опорными основаниями с помощью численных методов.
  3. Разработана комплексная бортовая система управления с функцией автопилотирования, включающая системы навигации и технического зрения. Разработанная комплексная бортовая система управления с функцией автопилотирования, включающей системы навигации и технического зрения, предназначена для автоматического управления движением экспериментального образца УСС без водителя. Новизна комплексной бортовой системы управления заключается в подходах и методах, которые были впервые применены для спасательной техники, работающей в условиях Арктики. Разработанный технический облик системы управления, алгоритмы комплексной обработки данных и алгоритмы панорамирования изображений могут применены и для других образцов техники, предназначенных для Арктики.
  4.  Разработаны программы и методики исследовательских испытаний экспериментального образца универсального спасательного средства по оценке:
  •  тягово-скоростных характеристик экспериментального образца универсального спасательного средства;
  •  плавности хода экспериментального образца универсального спасательного средства;
  •  показателей опорной проходимости экспериментального образца универсального спасательного средства;
  •  плавучести экспериментального образца универсального спасательного средства;
  •  эффективности функционирования комплексной бортовой системы управления с функцией автопилотирования, включающей системы навигации и технического зрения.                                       Методики испытаний были разработаны с учетом специфики экспериментального образца УСС. И могут быть применены в дальнейшем для исследовательских испытаний роторно-винтовых машин, независимо от их назначения.
Практическая значимость исследования
Внедрение результатов проекта в нефтегазовую отрасль позволит повысить эффективность труда в суровых природно-климатических условиях Арктики, за счет круглогодичного проведения работ, связанных с разведкой месторождений, разработкой мерзлых грунтов, снабжением объектов и т.д.
Внедрение результатов проекта в структуры МЧС, МВД позволят повысить эффективность проведения спасательных операций в отдаленных регионах страны с неразвитой транспортной инфраструктурой.
Результаты работ на этапе исследования систем спасательного средства могут быть использованы:
1). При подготовке кадров высшей квалификации по направлению ПНИ.
2). При подготовке студентов, бакалавров и магистрантов по направлениям:
180303 «Автоматические системы управления морской техникой»;
180304 «Морские информационные системы и оборудование»;
180305 «Корабельные автоматизированные комплексы и информационно-управляющие системы»;
220400 «Мехатроника и робототехника»;
190100 «Наземные транспортно-технологические комплексы»;
190205 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудования»;
190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство»;
190600 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов».
Социальный и экономический эффект на данной стадии проекта не подразумевается.
3) Для повышения качества выпускаемой продукции среди производителей вездеходной техники.