Специалисты Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» разработают улучшенную конструкцию саней для арктических экспедиций Федора Конюхова и Виктора Симонова

7 февраля 2023 года Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ) посетили выдающиеся российские путешественники Федор Конюхов и Виктор Симонов.

Визит начался в кабинете ректора СПбПУ Андрея Рудского. Ректор рассказал путешественникам о том, как строился и развивался Политех, над какими научными проектами сегодня работают политехники и отметил заинтересованность в сотрудничестве в образовательном, воспитательном и научно-техническом направлениях.

Значимым мероприятием программы стала встреча с представителями Передовой инженерной школы «Цифровой инжиниринг» (ПИШ) СПбПУ. Она была посвящена обсуждению актуальных задач по улучшению технических характеристик оборудования для арктических экспедиций.

В начале встречи путешественники поделились богатым опытом покорения Арктики. Первая арктическая экспедиция Федора Конюхова и Виктора Симонова из Карелии до острова Гренландия через Северный полюс состоялась еще в 2013 году.

Спустя 10 лет, в марте этого года, стартует новый трансарктический переход. Участники экспедиции планируют преодолеть Северный полюс на чукотских ездовых собаках. Маршрут протяженностью более двух тысяч километров проложен от Мыса Арктический (остров Комсомолец, архипелаг Северная Земля) до острова Уорд-Хант (Канада).

Три месяца Федор Конюхов и Виктор Симонов проведут на открытом пространстве при сильном порывистом ветре и температуре до –50°С, преодолевая ледовые трещины и массивные ледяные торосы. С учетом этих условий предъявляются особые требования к рабочему оборудованию и саням, которым предстоит перевозить груз массой до 500 кг.

• «Важно обеспечить как можно лучшее скольжение саней, потому что собакам так проще перевозить груз на санях. Сани должны быть широкие, чтобы не зарываться в снег. Также очень важно идеально определить требуемый угол изгиба полозьев», – рассказал Виктор Симонов.
• «Впереди на пути встречаются ледовые торосы по 9 метров. Часто приходится останавливаться и на себе переносить груз, часто – пробивать путь в торосах. Мы работаем по 11 часов без остановки. Хорошо, если скорость передвижения позволит нам проходить 18-20 км в сутки», – добавил Федор Конюхов.

В свою очередь, проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг» Алексей Боровков отметил, что специалисты Передовой инженерной школы СПбПУ обладают опытом проектирования крупнотоннажных саней для Антарктиды и спортивных саней для гонок, в обоих случаях – для использования на ледовых поверхностях. Так, в 2018 году совместно с Заводом им. «Комсомольской правды» были разработаны уникальные Антарктические сани для транспортировки крупногабаритных грузов в экстремальных условиях – проект, не имевший аналогов в мире.

Сани разрабатывались для перевозок на Южный полюс тяжелых грузов весом до 60 тонн на расстояния до 1500 км. При проектировании были учтены все возможные условия транспортировки, в том числе температура –60°С, разреженный воздух, интенсивная солнечная радиация, сильные порывы ветра, подъемы и спуски ледяной дороги. Проектная задача была сформулирована 7 мая, а уже 7 ноября 2018 года первые в мире крупнотоннажные сани были погружены на судно «Академик Федоров» и к концу декабря доставлены в Антарктиду для ходовых испытаний.

Алексей Иванович подчеркнул, что данный проект был сложен не только с точки зрения суровых условий эксплуатации изделия, но и по технологическому решению поставленных задач в части совместного использования композитов, полимеров, особых способов сварки инновационных материалов, нанопокрытий. Высокие результаты обеспечило использование передовых цифровых и производственных технологий: разработка цифрового двойника и проведение цифровых (виртуальных) испытаний.

• «Для нас отправной ключевой точкой исследований всегда является формирование матрицы требований, целевых показателей и ресурсных ограничений, – пояснил руководитель ПИШ СПбПУ.  – Нам необходимо выслушать ваши требования и пожелания, получить так называемые неформализованные знания, которые будет необходимо интерпретировать с точки зрения прикладной и вычислительной механики: жесткость, прочность, динамика, контактное взаимодействие, ветровая нагрузка и любые другие значимые характеристики, создать цифровой (виртуальный) испытательный полигон, отвечающий реальным условиям в Арктике, затем добиться того, чтобы проектируемое изделие в названных вами условиях показало бы себя наилучшим образом. Конечно, необходимо учитывать и моделировать все экстраординарные случаи, которые случались или могут случиться, включая аварийные ситуации, то есть, мы должны моделировать все ситуации с запасом».

Алексей Боровков рассказал и о другом уникальном проекте ПИШ СПбПУ – создании саней с улучшенными аэродинамическими и прочностными характеристиками и показателями управляемости для российского спортсмена, трехкратного чемпиона мира и двукратного обладателя Кубка мира по санному спорту Романа Репилова. Сани были изготовлены на предприятиях госкорпорации «Ростех».

Инженерам требовалось минимизировать аэродинамическое сопротивление, что позволило бы выигрывать сотые и тысячные доли секунды при заездах. Для разработки цифровой модели было проведено полное сканирование саней и спортсмена как единой «человеко-машинной системы». Выполнено более 350 цифровых испытаний для поиска оптимальной формы саней и отдельных структурных элементов, проведены сотни виртуальных испытаний, в первую очередь, аэродинамических, прочностных, оптимизационных. В итоге была разработана более совершенная форма обтекателя с улучшенными аэродинамическими характеристиками, что позволило уменьшить аэродинамическое сопротивление на 13%.

24 декабря 2022 года Роман Репилов на новых санях стал победителем «Кубка Федерации» по итогам четырёх заездов с результатом 3 минуты 27 секунд 211 тысячных секунды, развив во время заезда максимальную скорость на трассе 140,241 км/ч.

• «Для оптимизации конструкции саней проведено более 400 расчетов, их общая длительность – до 20 суток. Ресурсоемкость цифровых испытаний можно характеризовать как 85 000 ядро-часов вычислений на мощностях Суперкомпьютерного центра “Политехнический”. Только достигая таких показателей в работе и используя возможности суперкомпьютера при решении сверхсложных задач, мы гарантированно получаем лучший результат», – подчеркнул Алексей Боровков.

Обсуждая способы решения актуальных задач, специалисты ПИШ СПбПУ пришли к выводу, что первым шагом должна стать полная диагностика саней, которые в настоящее время используются для перемещения грузов и людей в арктических зонах. По итогам сканирования будет составлена цифровая модель, которая позволит определить направления оптимизации и механизмы улучшения требуемых характеристик.

Сразу после встречи в ПИШ СПбПУ в Белом зале Политеха состоялся творческий вечер Федора Конюхова и Виктора Симонова, на который собрались студенты, преподаватели и сотрудники университета. Открывая мероприятие, Алексей Боровков еще раз подтвердил большой интерес СПбПУ и Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» к выполнению инновационных проектов, связанных с подготовкой к арктическим экспедициям, и поблагодарил знаменитых путешественников за оказанное доверие и проявленный интерес к сотрудничеству.