Министерство образования и науки РФ
филиал государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования
Московского государственного индустриального университета
в г. Вязьме Смоленской области
(ВФ ГОУ МГИУ)
Студенческая научно-практическая конференция
«ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИННОВАЦИИ И НАНОТЕХНОЛОГИИ В АВТОМОБИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ»
г. Вязьма
2012
УДК 658
ББК 65.37
П - 81
Студенческая научно - практическая конференция: «Промышленные инновации и нанотехнологии в автомобильной промышленности». Вязьма: ВФ ГОУ МГИУ, 2012 – 102 с.
ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ КОМИТЕТ
Бармашова Л.В. доцент, кэн ВФ ГОУ МГИУ
Павлов Н.Е. доцент, кпн ВФ ГОУ МГИУ
Викторова Т.С. кэн ВФ ГОУ МГИУ
Кучерова Е.Н. доцент, кэн ВФ ГОУ МГИУ
Технический редактор:
М. А. Воробьева
ISBN 978-5-902327-91-2
Напечатано в Редакционно-издательском центре ВФ ГОУ МГИУ г. Вязьма, ул. Просвещения, д. 6а.
Тираж: 60 шт.
П  одписано в печать: 27.04.2012 г.
СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ 3
ИННОВАЦИОННОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ В ВОЕННОЙ ТЕХНИКЕ
Абрамов А.В., студент ВФ ГОУ МГИУ
Развитие военной техники в современном мире невозможно без внедрения самых последних – новейших достижений науки и техники, новейших материалов с уникальными свойствами и технологиями их получения.
Первое место среди военно-технических новинок по праву занимает межконтинентальная твердотопливная баллистическая ракета с разделяющейся главной частью РС-24 «Ярс». Эта ракета была разработана в Московском институте теплотехники. РС-24 создана на основе комплекса «Тополь-М», что в значительной степени сокращает финансовые затраты. Кроме того, на «Ярсе» установлена дополнительная разгонная ступень и блок разведения головных частей от БР «Булава». И хотя технические характеристики ракеты держатся в секрете, специалисты полагают, что она будет иметь дальность около 12 тысяч километров. Вероятнее всего, данная ракета является аналогом РС-18, но также существует и еще одно мнение, что она – результат модернизации РС-22. В мае 2007 года был произведен первый запуск ракет данного класса, в декабре этого же года – второй, а в ноябре 2008 года – третий. О сроках завершения испытания РС-24 пока неизвестно.
Второе место в рейтинге отдано многоцелевому истребителю пятого поколения Т-50. Разработчиком его является компания «Сухой», выигравшая тендер на его разработку. Т-50 обладает двумя двигателями 117С, которые своей отличительной характеристикой имеют увеличенную силу тяги, а также сложную систему автоматизации. Это позволило сделать самолет сверхманевренным. У истребителя имеется внутренний отсек вооружения, что позволяет разместить в нем восемь ракет Р077 или две авиабомбы общим весом до 1500 кг. На внешней подвеске Т-50 может нести ракеты большой дальности, которыми в случае необходимости можно сбивать самолеты типа «Авакс» на расстоянии до 400 километров. Прицельная система представляет собой радиолокатор с тремя антеннами активной фазированной решётки. Имеется также система государственного опознания и система радиоэлектронной борьбы. Т-50 сочетает в себе особенности истребителя и ударного самолета, а применение в его конструкции новейших технологий делает истребитель практически незаметным.
Замыкает тройку лидеров зенитно-ракетный комплекс С-500, который представляет собой разработку нового поколения ракетной системы «земля-воздух». Создан он на основе системы С-400 «Триумф». Этот комплекс предназначен для перехвата ракет на расстоянии до 3,5 тысячи километров. На меньших же расстояниях С-500 способна защитить от авиакомплексов разоружения и наведения. Благодаря своим техническим характеристикам эта система будет способна обнаруживать и уничтожать около 10 баллистических сверхзвуковых ракет. Разработки С-500 планируется завершить до 2015 года. Практически единственное, что известно точно об этой системе, так это то, что оснащена она радаром с АФАР, работающим в Х-диапазоне.
За С-500 следует подводная лодка проекта 885 «Ясень» - это проект, который включает в себя разработку многоцелевых подлодок с крылатыми ракетами. Лодка разработана на основе проектов «Щука-Б» и 705(К) «Лира» с целью замены как этих проектов, так и 949А «Антей». Подлодка имеет конструкцию в полтора корпуса, выполненную из маломагнитной стали. Корпус ее покрыт резиной, что значительно уменьшает шум при движении и поглощает сигналы гидролокаторов. Срок эксплуатации атомного реактора, установленного на лодке, без подзарядки составляет около 30 лет. Кроме того, «Ясень» оснащен 10-ю торпедными аппаратами калибра 650 и 533 мм, расположенными по бортам лодки, а дальше размещено еще 8 ракетных шахт с 3 ракетами в каждой. Возможность комбинирования вооружения дает возможность поражать как наземные объекты, так и подводные и надводные цели.
Следующим в списке назван модернизированный танк Т-90АМ, который является модернизацией танка Т-90. Изменения были внесены с учетом существующих замечаний. Прежде всего, мощность двигателя была увеличена на 130 лошадиных сил, внесены изменения и в пулеметную установку: в ней предусмотрено дистанционное управление. Кроме того, внутри Т-90АМ был предусмотрен дополнительный отсек для снарядов и некоторых видов электронных блоков, установлена новая коробка передач, новые компоненты динамической зажиты, которые позволяют прикрывать все проблемные места. Заднюю часть башни и корпуса прикрывает решетчатая броня, а управление огнем производится с помощью новой цифровой системы. Усовершенствован и панорамный обзор.
Ракетный комплекс «Искандер-М» - это сверхточный оперативно-тактический комплекс, предназначенный для поражения небольших по размеру и площади объектов противника. Он явился результатом совместной работы НИИ и КБ. В структуру комплекса входит твердотопливная одноступенчатая ракета, пусковая установка, командно-штабная машина, транспортно-заряжающая машина, пункт подготовки данных, машина техобслуживания, учено-тренировочные средства, а также арсенальное оборудование. Данный комплекс способен получать информацию о цели поражения со спутника, беспилотного летательного аппарата или самолета-разведчика. В пункте подготовки информации производится расчет полетного задания для ракеты и подготовка информации. Эти данные транслируются по радиоканалам в командно-штабные машины, а после этого – на пусковые установки. Размещение двух ракет на каждой из пусковых установок и интервал между пусками в одну минуту значительно увеличивает уровень огневой производительности.
Следом за «Искандером» в рейтинге следует вертолет Ка-52 «Аллигатор» в морском варианте. Это боевой вертолет, который способен поражать различные виды техники (бронированной и небронированной), а также воздушные цели и живую силу. Кроме того что «Аллигатор» сохранил все виды вооружения одноместных вертолетов (а это ПТУР «Вихрь», пушечная система, включающая в себя пушку 2А41 с калибром 30 мм и комплектом боеприпасов в количестве 460 штук, блоки НАР с калибром 80 мм и авиабомбы), он также может дополнительно поместить ракеты типа 9М120-1, ракеты класса Р-73 и «Игла-В». Также вертолет оборудован радарной системой «Арбалет», а также комплексом обороны Л-370В52. Присутствует также и бронированная капсула, катапультирование которой возможно на высоте до 4 тысяч метров. Существенным плюсом является и тот факт, что вести огонь и управлять вертолетом может любой из двух пилотов.
Корвет проекта 20380 «Сообразительный» - это один из серии кораблей, построенных предприятием «Северная верфь». Ранее был запущен в эксплуатацию корабль «Стерегущий», а в проекте находятся еще два корабля серии – «Бойкий» и «Стойкий». По словам разработчиков, «Сообразительный» кардинально отличается от корвета «Стерегущий». Он обладает такими техническими характеристиками, как 100 метров длины, 2 тысячи тонн водоизмещения, 13 метров ширины, 4 тысячи морских миль автономного плавания и численность экипажа – 100 человек. Данный корабль имеет на оснащении комплекс вооружения ПВО, ударный ракетный комплекс «Уран», боевую информационно-управляющую систему, буксируемую антенну, гидроакустическую систему, а также палубный вертолет Ка-27. «Сообразительный», так же как и остальные корветы, предназначен для борьбы с надводными и подводными кораблями, для обеспечения противовоздушной обороны, а также для поддержки с помощью артиллерии высадки десанта.
НПП «Квант» разработал уникальную нанотехнологию трехкаскадного аморфного кремния, применяемого в безотказных солнечных батареях для космоса и военных целей.
Аморфный кремний - это малая энергетика. Солнечные батареи из аморфного кремния не боятся ни снега, ни дождя, ни пыли. Они подходят для того, чтобы в полевых условиях обеспечить электроэнергией ту электронику, которая необходима для работы: спутниковую связь, компьютер, беспилотную систему и пр.
Системы с использованием аморфного кремния способны обеспечить на неосвоенных территориях электроэнергией военных, ведущих боевые и разведоперации, погранвойска, МЧС, спецслужбы и другие структуры.
Перечисленные новшества достижимы на основе применения новых материалов и современных методов их получения. Использование нанотехнологий – вот новый этап развития науки, оборонной и военной промышленности.
Литература
Бескровный Л.Г. Армия и флот России в начале XX века. Очерки военно-экономического потенциала. М.: Наука, 1986.
Ильин В.Е. Боевые самолеты России XXI века. М.: Астрель. 2011.
Ильин В.Е. Многоцелевые истребители России. М.: Астрель, 2009.
Свободная интернет энциклопедия «Википедия» http://ru.wikipedia.org
Сайт «Военное обозрение» http://topwar.ru
Сайт «Путеводитель по Южному Уралу в мир бизнеса и деловых идей» http://www.74rif.ru
Сайт ИА «Оружие России» http://www.arms-expo.ru
Федеральный интернет-портал «Нанотехнологии и наноматериалы» http://www.portalnano.ru
НАНОТЕХНОЛОГИИ В АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИИ
Балабин К. В., студент ВФ ГОУ МГИУ
Аннотация
Для улучшения автомобиля в последнее время широко используются нанотехнологии. Практически в каждой конструкции автомобиля есть новшества включающие в себя нанотехнологии.
Abstract
To improve the car has recently been used nanotechnology. Virtually every car has a design innovations include nanotechnology.
Ключевые слова: нанотехнология, нанонаука, автомобилестроение, разработки.
Keywords: nanotechnology, nano-science, automotive, construction.
Нанотехнология - высокотехнологичная отрасль, направленная на изучение и работу с атомами и молекулами. Разработки в этой области ведут к революционным успехам в медицине, электронике, машиностроении и создании искусственного интеллекта. Если 10 лет назад единицы людей представляли себе, что такое нанотехнологии, то, через 5 лет, по оценкам экспертов, вся промышленность будет развиваться, используя технологии работы с атомами и молекулами. С помощью нанотехнологий можно очищать нефть и победить многие вирусные заболевания, можно создать микроскопических роботов и продлить человеческую жизнь, можно победить СПИД и контролировать экологическую обстановку на планете, можно построить в миллион раз более быстрые компьютеры и освоить Солнечную систему.
Нанотехнологии качественно отличаются от традиционных дисциплин, поскольку на таких масштабах привычные, макроскопические, технологии обращения с материей часто неприменимы, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул, квантовые эффекты.
Теоретик Э. Дрекслер предложил слово "нанотехнология" в 1980 году, описывая им теоретический (в то время) молекулярный производственный процесс с использованием компонентов и устройств размерами от 1 до 100 нм (этот диапазон получил название наномасштаб - nanoscale).
Нанонаука основана на изучении объектов, которые включают компоненты размерами менее 100 нм хотя бы в одном измерении и в результате получают принципиально новые качества. Эта отрасль знаний относительно молода и насчитывает не более столетия.
Дедушкой нанотехнологий можно считать греческого философа Демокрита. 2400 лет назад он впервые использовал слово “атом” для описания самой малой частицы вещества. 1905 Швейцарский физик Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в которой доказал, что размер молекулы сахара составляет примерно 1 нанометр.
1931 Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты.
1959 Американский физик Ричард Фейнман впервые опубликовал работу, где оценивались перспективы миниатюризации. Основные положения нанотехнологий были намечены в его легендарной лекции “Там внизу – много места” (“There’s Plenty of Room at the Bottom”), произнесенной им в Калифорнийском Технологическом Институте. Фейнман научно доказал, что с точки зрения фундаментальных законов физики нет никаких препятствий к тому, чтобы создавать вещи прямо из атомов. Тогда его слова казались фантастикой только лишь по одной причине: еще не существовало технологии, позволяющей оперировать отдельными атомами (то есть опознать атом, взять его и поставить на другое место). Чтобы стимулировать интерес к этой области, Фейнман назначил приз в $1000, тому, кто впервые запишет страницу из книги на булавочной головке, что, кстати, осуществилось уже в 1964 году.
1968 Альфред Чо и Джон Артур, сотрудники научного подразделения американской компании Bell, разработали теоретические основы нанообработки поверхностей.
1974 Японский физик Норио Танигучи ввел в научный оборот слово “нанотехника”, предложив называть так механизмы размером менее 1 микрона.
1981 Германские физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали сканирующий туннельный микроскоп _ прибор, позволяющий осуществлять воздействие на вещество на атомарном уровне. Через четыре года они получили Нобелевскую премию.
1985 Американский физики Роберт Керл, Хэрольд Крото и Ричард Смолли создали технологию, позволяющую точно измерять предметы диаметром в один нанометр.
1986 Создан атомно - силовой микроскоп, позволяющий, в отличие от туннельного микроскопа, осуществлять взаимодействие с любыми материалами, а не только с проводящими.
1986 Нанотехнология стала известна широкой публике. Американский футуролог Эрик Дрекслер опубликовал книгу, в которой предсказал, что нанотехнология в скором времени начнет активно развиваться.
1989 Дональд Эйглер, сотрудник компании IBM, выложил название своей фирмы атомами ксенона.
1998 Голландский физик Сеез Деккер создал нанотранзистор.
2000 Администрация США объявила “Национальную нанотехнологическую инициативу” (National Nanotechnology Initiative). Тогда из федерального бюджета США было выделено $500 млн. В 2002 сумма ассигнований была увеличена до $604 млн. На 2003 год “Инициатива” запросила $710 млн., а в 2004 году правительство США приняло решение увеличить финансирование научных исследований в этой области до $3,7 млрд. в течение четырех лет. В целом, мировые инвестиции в нано в 2004 году составили около $12 млрд.
2004 Администрация США поддержала “Национальную наномедицинскую инициативу” как часть National Nanotechnology Initiative Стремительное развитие нанотехнологий вызвано еще и потребностями общества в быстрой переработке огромных массивов информации. Современные кремниевые чипы могут при всевозможных технических ухищрениях уменьшаться ещё примерно до 2012 года. Но при ширине дорожки в 40-50 нанометров возрастут квантовомеханические помехи: электроны начнут пробивать переходы в транзисторах за счет туннельного эффекта (о нем речь пойдет ниже), что равнозначно короткому замыканию. Выходом могли бы послужить наночипы, в которых вместо кремния используются различные углеродные соединения размером в несколько нанометров. В настоящее время ведутся самые интенсивные разработки в этом направлении.
Нанотехнологии - ключевое понятие начала XXI века, символ новой, третьей, научно-технической революции. Это "самые высокие" технологии, на развитие которых ведущие экономические державы тратят сегодня миллиарды долларов. По прогнозам ученых нанотехнологии в XXI веке произведут такую же революцию в манипулировании материей, какую в ХХ веке произвели компьютеры в манипулировании информацией. Их развитие открывает большие перспективы при разработке новых материалов, совершенствовании связи, развитии биотехнологии, микроэлектроники, энергетики, здравоохранения и вооружения. Среди наиболее вероятных научных прорывов эксперты называют значительное увеличение производительности компьютеров, восстановление человеческих органов с использованием вновь воссозданной ткани, получение новых материалов, созданных напрямую из заданных атомов и молекул, а также новые открытия в химии и физике.
Нанотехнологии уже, так или иначе, затрагивают нашу жизнь. Нанопродукты можно обнаружить в автомобилях и в краске на стенах домов. По прогнозам отраслевой ассоциации NanoBusiness Alliance, к 2010 году мировой рынок нанопродуктов и услуг вырастет до 1 трлн. долларов.
Одна из причин трудного "характера" нанотехнологии заключается в том, что ее сфера - непостижимо малые по своим масштабам элементы. Нанометр - единица измерения, которая дала название нанотехнологии, - составляет одну миллиардную часть метра. Атом водорода, наименьший из существующих в природе, имеет диаметр около 1/10 нм; диаметр человеческого волоса - около 75 тыс. нм.
Нанотехнологии качественно отличаются от традиционных дисциплин, поскольку на таких масштабах привычные, макроскопические, технологии обращения с материей часто неприменимы, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул, квантовые эффекты.
В целом, говоря о представившихся возможностях использования наноматериалов в автомобильной промышленности, надо отметить, что в этой области уже накоплен некоторый, по большей части положительный опыт, а перспективы применения нанотехнологий в автомобилестроении пока еще скрыты от наших глаз.
Автором одной из первых заметных инициатив в этой области стала компания Daimler-Crysler, которая начиная с 2003 года при окрашивании кузовов автомобилей марки Mercedes-Benz серий E, S, CL, SL и SLK использует прозрачный лак. Покрытие включает наноразмерные (ок. 20 нм) керамические частицы, в связи с чем была изменена и молекулярная структура самого связующего состава. На практике это позволило значительно улучшить износоустойчивость, а вместе с тем и декоративные свойства лакокрасочного покрытия перечисленных выше моделей.
Продолжая тему об инновационных видах автомобильных лакокрасочных покрытиях, хочется упомянуть о работах, что ведутся в этом направлении компанией Du-Pont. Согласно опубликованной информации, компанией ведется разработка принципиально нового лакокрасочного материала с активным привлечением последних достижений в нанотехнологии. По сообщениям разработчика, новые л/к материалы будут экологически чистыми, обладать повышенной износоустойчивостью, но, что самое примечательное, высыхание слоя такой краски при воздействии на него УФ-излучения не будет превышать десяти секунд. Правда, для работы с такой л/к системой предварительно необходимо вооружиться и новым оборудованием. Среди намеченных планов компаниями, занимающимися разработкой и производством лакокрасочных покрытий, создание в скором будущем защитных лакокрасочных покрытий, способных произвольно менять свой цвет (в зависимости от подаваемого на них напряжения), а также при необходимости даже блокировать проникновение радиосигналов заданных частот в салон автомобиля.
Накопленный опыт в области наноразмерных частиц позволил немецким ученым из Института новых материалов в Саарбрюккене заявить о возможности создания в скором времени ингибиторов коррозии нового поколения. Руководитель института профессор химии Хельмут Шмидт обрисовал принцип действия новых ингибиторов следующим образом: «…к стандартному покрытию автомобиля мы подмешиваем наночастицы, выполняющие функцию ингибиторов коррозии, причем придаем им такие свойства, чтобы они в случае необходимости обеспечивали быструю диффузию соответствующих компонентов покрытия в зону повреждения и как бы затягивали рану». То, что такие ингибиторы коррозии обладают способностью свободно перемещаться внутри твердого лакокрасочного покрытия, профессором Шмидтом было доказано уже десять лет назад. Тогда ему удалось обнаружить, что наночастицы на металлической, стеклянной или керамической поверхностях ведут себя как ионы в свободном растворе. Говоря иными словами, они стремятся обеспечить и поддерживать во всем объеме равновесие, а любой перепад концентрации, вызванный, к примеру, царапиной на лакокрасочном покрытии, тотчас выровнять за счет диффузии.
Значительный потенциал несут в себе разработки новых материалов, которые могут быть использованы для конструирования новых автомобильных двигателей. Растущие год от года требования к показателям экономичности двигателей и снижению токсичности выхлопа заставляют автомобильных конструкторов вести активный поиск альтернативных чугуну и стали материалов. В качестве одного из наиболее перспективных, способных стать основой для создания новых моделей двигателя материалов рассматривается модифицированный нанокомпозитными материалами пластик. Теоретически использование таких полимеров позволит значительно упростить сам процесс изготовления различных деталей двигателя, параллельно улучшится и их точность. Показатели жесткости и прочности модифицированного пластика близки к тем, что демонстрируют металлы, но при этом пластик гораздо легче, а его использование в конструкции автомобильного двигателя позволит значительно улучшить коррозионную устойчивость деталей, снизить уровень шумов двигателя, уменьшить технологические допуски.
Существенно продлить срок службы деталей, работающих в условиях экстремально высоких температур, таких, как свечи зажигания/накала, топливные форсунки и другие элементы камеры сгорания, может начало использования в них нанокристаллических компонентов.
Добавление в специальную жидкость наночастиц магнетита (оксида железа) с особым покрытием превращает ее в феррожидкость, вязкость которой можно изменять с помощью магнита. В современном автомобилестроении данный материал уже нашел свое практическое применение в качестве регулируемых по высоте амортизаторов.
Проводятся испытания электрохромной системы с целью ее использования в качестве покрытия для боковых и салонных зеркал. В процессе химической обработки ионы лития перемещаются, и атомы образуют ультратонкий слой, который меняет светопропускную способность стекла, создавая эффект затемненности.
С использованием диоксида титана (TiO2) разработана технология самоочищающихся поверхностей. При попадании ультрафиолетового излучения на нанопокрытие из TiO2 происходит фотокаталитическая реакция, в результате которой содержащиеся в воздухе молекулы воды превращаются в сильные окислители — радикалы гидроокиси (HO), которые окисляют и расщепляют грязь.
Успешно продвигаются работы с учетом новых возможностей новой технологии по разработке солнечных батарей. Уже запущен в мелкосерийное производство вариант автомобильной крыши, покрытой слоем кремниевых фотоэлементов мощностью 30 Вт.
|
