НАЦИОНАЛЬНЫЙ КОНКУРС ИННОВАЦИОННЫХ ПРОЕКТОВ – Исследование и разработка конструкции осесимметричного чувствительного элемента твердотельного волнового гироскопа Участник: Денисов Роман Андреевич Инженер-конструктор, ОАО АПЗ Аспирант, НГТУ им. Р.Е.Алексеева

Научно-технический прогресс предложил разные способы решения задачи навигации: ориентация по звездам, маяк, компас. В настоящее время ни один подвижный объект самолет, корабль, ракета, космический корабль не обходится без гироскопических приборов.

На современном рынке существует спрос на датчики первичной информации (гироскопы) средней точности для решения навигационных задач при эксплуатации современной авиационной и ракетно-космической техники. Активными темпами развивается рынок беспилотных летательных аппаратов (БЛА). Постоянно наращивается объем государственного оборонного заказа (ГОЗ) по закупке техники военного назначения (самолеты, вертолеты, ракеты). Отечественная техника военного назначения пользуется популярностью за рубежом, что характеризует спрос на иностранном рынке. Согласно Государственной программе вооружения на 2011–2020 годы, государство направит 23 триллиона рублей на закупку новой техники военного назначения. Общая сумма контрактов, заключенный на авиасалоне МАКС-2011, составила более 10 миллиардов долларов

В состав современных НС входит совокупность приборов (гироскопы, акселерометры и т.д.), электроника, программное обеспечение (ПО) и т.д. Существующие НС подразделяются на спутниковые и инерциальные. В соответствии с указом президента Российской Федерации (РФ) 899 от г. в целях модернизации и технологического развития российской экономики и повышения ее конкурентоспособности утвержден перечень критических технологий РФ среди которых обозначены технологии навигационных систем.

Для решения задач навигации, как в воздушном, так и в космическом пространстве отлично подходит ТВГ, т.к. его конструкция удовлетворяет требованиям потребителей авиационной и ракетно-космической тематики: низкая стоимость, большой ресурс эксплуатации, низкое энергопотребление, малые массогабаритные характеристики, простота конструкции. Мировой рынок навигационной техники в 2010 году составил 140 млрд. долларов и по прогнозам ABI Research в 2012 году эта сумма увеличиться, что обусловливает возрастающий спрос на гироскопы.

В соответствии с указом президента Российской Федерации (РФ) 899 от г. в целях модернизации и технологического развития российской экономики и повышения ее конкурентоспособности утвержден перечень критических технологий РФ среди которых обозначены технологии навигационных систем. Приоритетное направление: Транспортные и космические системы. Критическая технология: Технологии информационных, управляющих, навигационных систем. ЗНАЧИМОСТЬ ИННОВАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Цель и задачи проекта: Цель проекта: Решение научно-технической проблемы повышения стабильности колебаний осесимметричного чувствительного элемента за счет оптимизации его параметров. Задачи проекта: 1) Разработать необходимый математический аппарат колебаний осесимметричного ЧЭ; 2) Исследовать параметры осесимметричного ЧЭ ТВГ с помощью программного комплекса Pro/Engineer, получить качественные и количественные оценки, проанализировать полученные результаты; 3) Разработать рекомендаций для повышения стабильности колебания осесимметричного чувствительного элемента в конструкции ТВГ

Методика инновационной деятельности при разработке ТВГ: Снижена себестоимость за счет: - максимальной локализации производственного цикла - технологичности конструкции - инновационных принципов функционирования гироскопа - простоты регулировочных операций Улучшена конкурентоспособность за счет: - улучшения ТТХ - низкой стоимости Снижены издержки на НИОКР за счет: - простоты конструкции гироскопа на инновационных принципах - универсальность электронного узла Универсальность тактико-технических характеристик: - применение отечественных комплектующих (МОП)

Рынок ТВГ Сектор гражданского назначения: Беспилотные летательные аппараты (БЛА) Вертолеты Самолеты (пассажирские, малая авиация) РЖД (определение качества железнодорожного полотна) Инклинометры (нефтяная и газовые отрасли) Сектор специального назначения: Самолеты (истребители, штурмовики и т.д. ) Вертолеты (МО РФ, МВД РФ, МЧС РФ) БЛА (МО РФ, МВД РФ, МЧС РФ) Ракетно-космическая техника (ЗРК, ПЗРК, ПТУР, управляемые снаряды т.д.)

Конкуренты: ОАО Ижевский электромеханический завод Купол (г. Ижевск) занимается разработкой ТВГ. Реализовали 2 конструкции, однако, до настоящего времени не смогли получить полноценно функционирующий образец (по данным на 2011, 3 квартал). Заложенные конструкторско- технологические решения не позволяют ожидать невысокой стоимости изготовления. ОАО Медикон (г. Миасс) на протяжении нескольких лет специализируются в разработке и производстве ТВГ. Организацией достигнуты хорошие результаты в данном направлении. Однако, следует отметить, что деятельность данной организации затрагивает гражданский сектор и продуктом являются ТВГ высокой точности, что соответственно влияет на конечную стоимость изделия. Интернациональная компания Innalabs (г. Москва) занимаются разработкой ТВГ средней точности и малой стоимости и достигли определенных успехов. Осуществляют свою деятельность в гражданском сегменте рынка.

Партнеры: Конечным продуктом проекта является недорогой гироскоп средней точности. Гироскоп изначально будет применяться в навигационных системах для космической, авиационной и наземной техники. Среди заинтересованных предприятий следует отметить: ЗАО Русич (г. Казань), ЗАО Эникс (г. Казань), ЗАО Аэрокон (г. Жуковский), ОАО Сокол (г. Нижний Новгород), ЗАО Р.Е.Т. Кронштадт (г. Москва), Корпорация Иркут (г. Москва), ОАО Камов (г. Люберцы) и др. Российские организации - партнеры: ФГБОУ "Национальный исследовательский университет (МЭИ)", г. Москва; ФГУП НИИИС им. Ю.Е.Седакова", г. Нижний Новгород; ОАО "Лыткаринский завод оптического стекла", г. Лыткарино.

Новизна и конкурентные преимущества: Конкурентные преимущества: 1.Небольшая цена 2.Хорошие ТТХ 3.Отечественная элементная база (МОП) Новизна проекта: 1. Разработана оригинальная конструкция 2. Разработана простая технология изготовления 3.Основано новое направление деятельности на предприятии 4.Оформлены заявки на 2 объекта интеллектуальной собственности Если мы перестанем предлагать новые решения, чтобы соответствовать запросам потребителей и технологическому прогрессу, нас в любое время могут вытеснить из бизнеса.

Соответствующее движение волны как целого называется прецессией. Скорость прецессии стоячей волны пропорциональна проекции угловой скорости вращения основания на ось симметрии резонатора. В основе функционирования твердотельного волнового гироскопа лежит физический принцип, заключающийся в инертных свойствах упругих волн в твердом теле. Упругая волна может распространяться в сплошной среде как жесткое тело, не изменяя своей конфигурации. Так, если возбудить стоячие волны упругих колебаний в осесимметричном резонаторе, то вращение основания, на котором установлен резонатор, вызывает поворот стоячей волны на меньший, но известный угол.

Классификация осесимметричных ЧЭ: ЧЭ в виде кольца ЧЭ в виде полусферыЧЭ в виде цилиндра

Измерительный узел ТВГ

Моделирование перемещения Разложение на составляющих перемещения по координатным осям Моделирование деформации

Если мы перестанем предлагать новые решения, чтобы соответствовать запросам потребителей и технологическому прогрессу, нас в любое время могут вытеснить из бизнеса. Предложения С целью создания недорогого ТВГ с точностью систематического дрейфа менее 5 град/час предлагается использовать конструкцию ЧЭ в виде металлического цилиндра с дополнительным ребром жесткости. Данное конструктивное решение позволит снизить влияние технологических погрешностей при изготовлении ЧЭ, улучшить повторяемость колебаний ЧЭ (волновую картину колебаний) и, как следствие, позволит увеличить точность измерения прибора. Рисунок – Варианты ребра жесткости Рисунок – Варианты закрепления ЧЭ и расположения измерительной части

ЧЭ с внешним ребром ЧЭ с внутренним ребромЧЭ с ребром на обеих сторонах Варианты расположения ребра жесткости ЧЭ

Ожидаемый экономический эффект: Будет заменен номенклатурный ряд классических гироскопов на ТВГ, что позволит сэкономить значительные средства как заказчику (при использовании более дешевого прибора с улучшенными характеристиками), так и производителю (технологичность изготовления деталей и сборки прибора). Себестоимость изготовления ТВГ не менее чем на 30% меньше по сравнению с аналогами из семейства классических гироскопов. Для сравнения себестоимость изготовления классического гироскопа (с вращающимся ротором) составляет 70 тыс. рублей и более. Планируемая себестоимость изготовления ТВГ составляет не более 60 тыс. рублей.

Ожидаемый финансовый результат: Исходя из плановой себестоимости изготовления ТВГ 60 тыс. рублей - ЧЭ в виде обычного цилиндра, то следует ожидать финансовый результат от внедрения ЧЭ с утолщением в виде кольца в 5-7 тыс. рублей на 1 прибор. При выпуске 100 приборов (планируемый объем выпуска в первый год), экономия в финансовом выражении составит не менее 594 тыс. рублей, что полностью окупает затраты на исследование в рамках данного проекта. Соответственно себестоимость изготовления ТВГ с осесимметричным ЧЭ в форме цилиндра с утолщением в виде кольца составит не более 55 тыс. рублей, что составляет экономию не менее 8,4% с единицы изготовленной продукции.

Ожидаемый социальный результат: На предприятии ОАО "АПЗ" осваивается новое направление в гироскопии, открытие новых рабочих мест, налаживание связей между средними, высшими профессиональными образовательными организациями и заводом. Ожидаемый глобальный результат: Массовое внедрение ТВГ с разработанным чувствительным элементом позволит сэкономить значительные средства Министерства обороны РФ, что в свою очередь будет наилучшим образом способствовать выполнению Государственного оборонного заказа.

Потребности проекта: В связи с тем, что на предприятии активно осуществляется программа технологического перевооружения производства, существуют затруднения при финансировании проектов в сфере НИОКР. Для глубокого и подробного исследования конструкции необходимо профессиональное изучение программного комплекса Pro/Engineer. Функциональный модуль Pro/Mechanic, входящий в состав данного комплекса, позволяет осуществлять всестороннее исследование механических нагрузок. Профессиональное освоения данного продукта позволит в значительной степени снизить количество макетных образцов, сэкономить время и денежные средства. Стоимость обучения с учетом расходов на релокацию, оборудование и учебную литературу составляет: рублей.

Контактная информация: ОАО Арзамасский приборостроительный завод имени П.И. Пландина Тел.: +7 (83147) – отдел главного конструктора Денисов Роман Андреевич Инженер-конструктор ОГК СП Тел.: Наше предприятие располагается в городе Арзамас. Мы всегда заинтересованы во взаимовыгодном сотрудничестве.