Суперсани для трехкратного чемпиона мира по санному спорту Романа Репилова
Направление НПТ:
Исполнитель:
Ответственный исполнитель: А.А. Михайлов, начальник отдела лицензионно-программного обеспечения и международных проектов Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ
Инженеры ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг» и Центра НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» спроектировали новые сани с улучшенными аэродинамическими характеристиками и показателями управляемости для российского спортсмена, трехкратного чемпиона мира и двукратного обладателя Кубка мира по санному спорту Романа Репилова. Сани изготовлены на предприятиях госкорпорации «Ростех».
«Два предыдущих года я выигрывал все чемпионаты мира у всех лучших спортсменов. Но в олимпийский год произошла реформа в команде моих соперников: к ним пришел очень большой технологический бренд, который сделал им новые сани. И всё – их уже не догнать. Здесь уже борьба не пилотов, не гонщиков, а технологий. Мне пришлось думать, как сделать шаг вперед. В Петербургский Политех я обратился по рекомендации специалистов из «Ростеха», по мнению которых в вопросах цифрового проектирования и моделирования никто в России лучше Политеха не разбирается. Я знаю, что наши ребята могут помочь сделать реально крутые технологичные сани».
В условиях отсутствия документации по проектированию и производству спортивных саней был выбран метод реверсивного (обратного) инжиниринга. Для реализации проекта была применена технология разработки цифрового двойника, позволяющая:
- сформировать сбалансированную матрицу целевых показателей и ресурсных ограничений по проекту;
- осуществить сотни цифровых испытаний изделия на виртуальных стендах и полигонах;
- модифицировать конструкцию для создания быстрых, управляемых и прочных саней.
«Проблема очень сложная, мы эту проблему раскладываем на части. И конечно, одну из ключевых ролей здесь играет аэродинамика. У нас есть опыт, компетенции, которые мы применяли в других высокотехнологичных отраслях промышленности, есть необходимые ресурсы – самый мощный суперкомпьютер в системе Минобрнауки России, который будет применен, чтобы изучать особенности потока. Наша главная задача – минимизировать аэродинамическое сопротивление».
ЭТАП 1. ОЦИФРОВКА ГЕОМЕТРИИ
- Проведено полное 3D-сканирование саней и спортсмена на санях как единой системы.
- Построена геометрическая пространственная модель с качеством поверхности C1.
- Результат сканирования: ~2 000 000 точек
- Результат обработки: ~100 поверхностей класса А в CAD-модели
ЭТАП 2. ПРОВЕДЕНИЕ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ И ИЗМЕРЕНИЙ
- Для определения жесткости конструкции и локальной жесткости элементов проведены стендовые механические испытания исходных саней с использованием специально спроектированной оснастки для крепления объекта испытаний в универсальной испытательной машине, с учетом геометрии нагружения.
- Проведены измерения в 14 критических точках.
«Мы провели натурные эксперименты на реальном образце саней, измеряя их локальные механические свойства в различных местах. Это позволило более точно разработать цифровую модель, чтобы достичь лучших показателей эффективности».
ЭТАП 3. ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ
- Построена конечно-объемная модель, содержащая 22 млн ячеек. В пограничных слоях использована SST-модель турбулентности.
- Осуществлено численное моделирование обтекания. Определены поля давлений и области повышенного лобового сопротивления. Обозначены цели оптимизации конструкции.
- Определена оптимальная форма передней части обтекателя, обеспечивающая минимальный коэффициент лобового сопротивления (параметрическое описание поверхности по 27 независимым характеристикам).
- Проведено 400+ виртуальных испытаний (85 000 ядро-часов работы Суперкомпьютерного центра), подтвердивших снижение лобового сопротивления оптимизированных саней на 13%.
«В результате многовариантных исследований была получена оптимизированная форма саней. Аэродинамическое сопротивление саночника, лежащего на таких санях, сопоставимо с аэродинамикой электрокаров типа «Тесла».
ЭТАП 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ, ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ И РАЗРАБОТКА РКД
- Перепроектированы передний и задний кронштейны для гибкой настройки саней под различные трассы, в том числе под производство с применением аддитивных технологий.
- Рассчитано более пятидесяти вариантов компоновки конструкции и распределения материалов обтекателя.
- Разработана рабочая конструкторская документация на производство, обозначены материалы и параметры качества изделия.
«Роман Репилов работает с такими скоростями, что стоимость ошибки очень велика, поэтому нужно было учесть вообще всё. Мы оптимизировали конструкцию таким образом, чтобы соблюсти все требования, которые касаются данного вида спорта и данного снаряда. Всё, кроме полозьев, было изменено в какой-то степени, чтобы достичь оптимальных показателей. И мы сделали сани, которые полностью подстроены под него, чтобы он просто сел и поехал».
Произведено изделие на предприятиях госкорпорации «Ростех»: ОНПП «Технология» им. А.Г. Ромашина, НПО «Сплав» им. А.Н. Ганичева и Уралвагонзаводе (УВЗ).
- корпус и крышку саней изготовили с использованием материалов на основе стеклянных и углеродных наполнителей, что обеспечило снаряду необходимые прочность, жесткость и аэродинамические качества;
- кронштейны обтекателя саней созданы из сплава повышенной прочности и выдерживают давление до 5G.
Апробация спортсменом новых саней и тренировочные заезды осуществлены в Центре санного спорта «Санки» – на санно-бобслейной трассе в Красной поляне (Сочи).
 |
 |
24 декабря 2022 года Роман Репилов на новых санях стал победителем «Кубка Федерации» по итогам четырех заездов с результатом 3 минуты 27 секунд 211 тысячных секунды, развив во время заезда максимальную скорость на трассе 140,241 км/ч.
ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЕКТА
- Срок реализации проекта: 62 дня.
- Лобовое сопротивление: –13%.
- Регистрация РИД «Набор геометрических моделей сидений саней для скоростного спуска».
- Разработка цифрового двойника саней с возможностью дальнейшейоптимизации.
«Я не знаю другой команды, которая могла бы успешно выполнить такой сложный проект за такое короткое время».
