«Если нужно потрясти что-то тяжелое — это к нам»: челябинские ученые создали «вечный» гидропривод для испытания космических аппаратов и мостов

Дмитрий Ардашев отмечает: «"Бесконечность - не предел!", как у Базза Лайтера из "Истории игрушек"»

Фото: Любовь ЛАНЧЕВА.

Ученые ЮУрГУ совместно с одним из предприятий города создали оснащение стенда для испытания изделий космической, строительной и нефетегазовой промышленности на прочность, сейсмическую устойчивость и другие нагрузки. В основе стенда — полностью импортозамещенный гидропривод, который сейчас производится в Челябинске.

На радио «Комсомольская правда-Челябинск» (95,3 FM) доктор технических наук, профессор ЮУрГУ Дмитрий Ардашев рассказал, как его разработка помогла заменить импортные комплектующие и как сложилось сотрудничество с промышленным предприятием.

Программа «Такая наука» посвящена научным достижениям южно-уральских ученых. Ведущая — доктор филологических наук Анна Таскаева.

Анна Таскаева и Дмитрий Ардашев в студии радио «Комсомольская правда-Челябинск» (95,3 FM)

Фото: Любовь ЛАНЧЕВА.

— Начнем с главного: зачем нужны гидроприводы и что такое следящий гидропривод? Люди, далекие от техники, представляют себе гидравлику разве что в экскаваторе. Почему без них не может обойтись, скажем, космическая отрасль или строительство?

— Особенность следящего гидропривода заключается в том, что он оснащен специальными датчиками, которые следят за его состоянием, поскольку это очень наукоемкое и дорогостоящее изделие.

Вы правильно сказали, что гидроприводы окружают нас практически в любом механизме, который помогает нам жить. Кроме экскаватора можно привести в пример двери в троллейбусе, в автобусе — там могут быть пневмоприводы. То есть гидро — это когда используется жидкость, пневмо — это воздух. Но принцип одинаковый. Везде, где механизм помогает поднимать или перемещать что-то, в основном используются гидроприводы.

Наши гидроприводы, которые мы разработали совместно с челябинским предприятием, отличаются особенностью конструкции. За счет гидростатических подшипников — это такая деталь, которая позволяет исключить контакт трущихся деталей — металл с металлом не соприкасается. Между металлическими деталями всегда находится масляный клин, масляная жидкость. За счет этой особенности гидроприводы выдерживают 100 млн возвратно-поступательных движений штока поршня. Причем они могут совершаться в течение небольшого отрезка времени, например нескольких суток, либо длительного — нескольких месяцев. Все зависит от того, для чего мы используем этот гидропривод.

Основное предназначение — производство испытательных стендов для космической техники, строительных сооружений, военной техники. Эти стенды предназначены для проверки на виброустойчивость изделий, которые в дальнейшем будут поставлены в серию, либо на вооружение. Также могут испытываться строительные конструкции, фермы мостов. Для нефтегазовой промышленности может осуществляться проверка труб на вибростойкость. Если нужно очень-очень долго потрясти что-то очень-очень тяжелое (типа части ракеты или фермы моста), — это к нам.

— Как обычному человеку понять, что такое 100 млн движений?

— По сути дела, если сравнивать с традиционным гидроприводом, это бесконечность для него. Бесконечность! Какой может быть износ, когда между двумя металлическими деталями, которые трутся, находится масло? Металл, масло, металл — износ равен нулю. В традиционном гидроприводе всегда есть контакт металла с резиновым уплотнением либо металла с металлом, что-то шоркается, что-то изнашивается, — в условиях, когда нужно сделать 100 млн движений, обычный гидропривод быстро выйдет из строя.

— Мы знаем, что до 2021 года гидропривод был на 100% импортного производства. Это означало полную зависимость от зарубежных поставок. Насколько критичной была эта ситуация для отечественных испытательных стендов и насколько сложной была задача предложить альтернативу?

— Если сравнивать с чем-то понятным — это как когда человек хочет пить, а ему дают воду все меньше и меньше. Предприятие, с которым мы работаем, на много лет было связано контрактными договоренностями с зарубежными партнерами по поставке и обслуживанию подобных гидроприводов. Постепенно партнеры начали вести себя не очень хорошо. Они стали не просто прекращать поставки нового оборудования, но и отказываться от действующих контрактов, перестали обслуживать их. Прекратились поставки жидкости, комплектующих, обновления софта. Все закончилось, пусть даже для них это было в убыток, но мы все знаем, что сейчас происходит в мире. Началось это примерно в 2020–2021 году, становилось все хуже и хуже.

Но предприятия не находились в спячке. Они понимали, что рано или поздно нужно выходить на полный цикл всех комплектующих для своих стендов. Наработки лежали у них в шкафу. Они перманентно возвращались к этой задаче, проектировали, находили новшества в мировой науке и технике. К нам они уже пришли с идеей. Грубо говоря, положили папку на стол и сказали: «Вот, у нас есть наработки. Давайте найдем финансирование. Давайте найдем людей. У нас нет компетенций по некоторым задачам. Давайте организуем проект и запустим производство». Критично ли это было? Это было на 100% критично. Если бы они не сделали этот шаг в нашу сторону, а мы в их сторону, сейчас бы производство остановилось, потому что никаких поставок нет.

Для испытаний строится специальный стенд. Этим занимается промышленный партнер ЮУрГУ – Уральский инжиниринговый центр. Фото: susu.ru

— Как вообще возникает такое долгосрочное сотрудничество с предприятием? В умах многих людей ученый — в лаборатории, за компьютером, на конференциях, а производство само по себе. Это же сейчас главная государственная задача — соединить науку и производство.

— Здесь два аспекта. Первый: со стороны предприятия был четкий запрос, они лучше нас видели конъюнктуру всего горизонта, что происходит на рынке гидроаппаратуры, и вовремя подошли к нам. А с другой стороны, вузы уже давно ориентированы на то, что науку надо продавать — коммерциализировать свои разработки, продавать патенты. Эти два обстоятельства как никогда хорошо слились в одну точку в одно время. Из первых слов общения мы просто друг друга поняли. У них задача, у нас возможности и желания.

На конгрессе молодых ученых в Сочи, 2021 год

Фото: Предоставлено героем публикации.

— Но вы работаете не год и не два, а восемь лет. В науке часто бывает: грант закончился — все разбежались, а вы продолжаете. В чем секрет?

— Нам просто повезло, потому что гидропривод — это многокомпонентный элемент испытательного стенда. В нем, мне кажется, можно найти еще проектов пять-шесть. В 2021 году мы освоили один компонент — гидроцилиндр, потом подумали: «А чего бы не попробовать что-то еще?» Подали заявку в Уральский межрегиональный научно-образовательный центр, получили поддержку, сделали два новых датчика. Потом подали заявку по 218-му Постановлению Правительства РФ, сделали электрогидравлический усилитель мощности. И завершающим этапом стала разработка программного обеспечения для управления гидроприводом при поддержке правительства Челябинской области. Секрета какого-то нет — просто есть запросы от предприятия, и мы хорошо выполняем работу. За это время сложилась команда, и как только заканчивался один проект, люди подходили и спрашивали: «Ну, что будем дальше делать?»

— Из чего же состоит гидропривод? Насколько я поняла, есть как минимум три компонента: цилиндр, усилитель и датчик. Что уже разработано, что еще в перспективе и какой из узлов самый сложный?

— К настоящему моменту разработана конструкция и освоено производство гидроцилиндра — это основной компонент. Освоена конструкция и производство двух датчиков положения, которые входят в состав гидропривода. На завершающем этапе были разработаны гидроусилитель для управления и программное обеспечение. Самым сложным был все-таки усилитель мощности. Это последний проект, который был поддержан федеральным бюджетом по 218-му постановлению, мы выполняли с 2023 по 2025 год. Это как вскочить на подножку уходящего поезда, потому что постановление больше не работает, поддержки с этой стороны не ожидается. Идей у нас много, ищем другие источники — Российский научный фонд, госзадание, программы Минпромторга.

Сейчас все этапы завершены, продукция выпускается в Челябинске.

Стенды могут быть компактными, а могут занимать площадь, равную двору жилого дома. Фото: susu.ru

— Вы упомянули, что помимо «железа» разрабатываете и программное обеспечение для управления гидроприводом. Какую роль играют «цифровые двойники»?

— Завершающим этапом стала разработка софта. Сейчас без компьютера, ноутбука, планшета, даже смартфона в производстве никуда — это цифровизация, революция 4.0, уже 5.0. Логично было сделать свой софт, потому что иметь свое «железо» и чужое программное обеспечение — это значит никуда не уйти от зависимости. Без обновлений, перестают работать протоколы, передача данных. Мы с привлечением кафедры электронных вычислительных машин ЮУрГУ собрали коллектив в 2023 году. Самое главное, что мы параллельно с разработкой усилителя мощности создавали программное обеспечение. Если что-то менялось в конструкции усилителя, мы тут же меняли и софт. С одной стороны, это хорошо — проектируя конструкцию, мы сразу писали программу. С другой — многократно приходилось переделывать. Но сейчас у нас есть свое ПО и свое «железо», которое им вполне успешно управляется.

— Вы привлекали коллег с других кафедр. А студенты участвуют в вашей работе?

— Да, студенты участвовали. В частности, писали определенные участки программ, код. Это были в основном магистры и бакалавры четвертого курса — в рамках выпускных квалификационных работ, дипломных проектов. С нашей кафедры Технологии автоматизированного машиностроения. Если ставишь задачу грамотно и сам понимаешь, как ее решать, с ней справится и студент. А проверку качества работы студентов я доверял своим аспирантам.

— Когда же все-таки случится полное импортозамещение по производству гидроприводов? Можем ли мы уже сейчас говорить, что полностью производим их сами?

— Я думаю, пока нет, потому что продукция не серийная, она требует пусконаладки. Гидроцилиндры уже производятся в нормальных объемах и нормальной мощности. А вот по усилителю мощности, который мы в декабре закончили, и программному обеспечению еще идут доработки, пусконаладки, внутренние испытания. Предприятие настраивает все под себя и выходит на проектную мощность.

На выставке ИННОПРОМ Дмитрий Ардашев продемонстрировал губернатору Алексею Текслеру макет гидроцилиндра

Фото: Предоставлено героем публикации.

— Вы уже сказали, что пишете заявки на финансирование для дальнейших проектов. Какие у вас планы и перспективы?

— Сейчас я обратил свой взор на беспилотные летательные системы. Не обязательно военное применение, есть много задач для гражданского назначения. Самая расходуемая часть в этих устройствах — электродвигатель. Сейчас мы будем подавать заявку на разработку конструкции и технологии производства малогабаритного, очень мощного электродвигателя для беспилотных летательных систем.

— Насколько я знаю, Вы — многодетный отец. Увлекаются ли наукой ваши дети? Хотели бы вы, чтобы они продолжили ваш профессиональный путь?

— У меня подход к детям такой: пусть сами решают, я поддержу в любом случае. Будет ученым, не будет — мне не важно. Лишь бы был счастлив, лишь бы ребенку нравилось то, что он делает. Это самое главное. Дочь хочет быть ученым-исследователем в области биотехнологий, даже периодически расспрашивает меня, что такое аспирантура, ученая степень, диссертация. Старший сын по своей стезе — программирование, компьютеры. Будут учеными — хорошо, поддержу и помогу. В кругу семьи я рассказываю про свою работу: что сегодня произошло, завтра — важная сдача проекта, меня по телевизору покажут или на радио буду. Им нравится, что папа активный, везде мелькает. Погруженность семейства в мою деятельность, конечно, есть.

Восемь лет сотрудничества ученых ЮУрГУ и челябинского предприятия — это не просто история успешного импортозамещения. Это пример того, как фундаментальная наука и инженерная мысль, соединившись с реальным запросом производства, рождают технологию, без которой не обходится ни космос, ни оборона, ни строительство.

Гидропривод, выдерживающий 100 млн движений без износа, перестал быть чертежом. Он работает на отечественных испытательных стендах, управляется собственным программным обеспечением и уже производится в Челябинске. И что важнее — этот проект не закончился с последним грантом. У команды есть новые цели: беспилотная авиация, электродвигатели, новые заявки и новые вызовы.

Но, возможно, главный итог этого разговора — в словах профессора о том, что наука должна быть не просто академической, а прикладной. Когда студенты пишут программный код для реальных механизмов, когда аспиранты проверяют расчеты, когда дети ученого спрашивают, что такое диссертация, — это и есть та самая «крепкая нить», которая связывает знание и жизнь.

К ЧИТАТЕЛЯМ

Стали свидетелем интересного события или происшествия? Сообщите об этом нашим журналистам: +7-951-803-09-94 (MAX) или kpchel@phkp.ru.

Подпишитесь на нас: MAX, ВКонтакте, Одноклассники, Дзен.

При использовании материалов издания ссылка на «КП-Челябинск» обязательна.