Как проектируют автомобили: ищем общие черты у ГАЗона Next и Tesla Model S

Да, пожалуй, еще сравнительно недавно основными рабочими инструментами автомобильных дизайнеров были карандаш, ватман, дерево и пластилин. Создав карандашные наброски, затем плавно перерабатываемые в детальные эскизы, архитекторы автомобильных форм впоследствии воплощали их в виде масштабных макетов из дерева, пластилина или иных материалов. Эта практика никуда не исчезла и по сей день, да и в обозримом будущем макетирование и карандашные наброски, скорее всего, не вымрут полностью, хоть и потеряют в популярности. Почему потеряют? Да потому, что мы плавно переместились из XX века в XXI, параллельно развивая не только военно-промышленные комплексы и формы государственного устройства, но и вещи куда более изящные и приятные – например, технологии автомобильного проектирования.

Теперь на смену карандашу пришли стилус и компьютерная мышь, ватману – графический планшет и широкоформатный монитор, а дереву и пластилину – программные средства проектирования. Создание модели сейчас – процесс куда более, с позволения сказать, виртуальный, чем раньше, хотя результаты – реальнее некуда. И это однозначно положительный вектор развития: заметили, насколько сложными и изощренными стали и автомобильный дизайн, и технологии? Хорошим примером можно назвать эволюцию от ВАЗ-2107 до Lada Vesta – впечатляющий прогресс, не правда ли?

Сложности проектирования

Совершенствование и сопутствующее ему усложнение автомобильного мира подтверждает Оливье Саппан, вице-президент по транспортной индустрии компании Dassault Systèmes:

Автомобильные компании оказались на пороге интересных и сложных событий. Цикл разработки моделей стал короче, сложность изделий увеличивается. С какими вызовами сталкиваются автопроизводители 21 века?

Основными проблемами для автомобильных компаний остается возрастающая сложность автомобильных изделий и ценовое давление. Во-вторых, более жесткие экологические нормы и стандарты безопасности увеличивают сложность производства. При выводе продукции на зарубежные рынки компании должны учитывать при производстве автомобилей законодательство тех стран, где будет осуществляться продажа.

В-третьих, большое количество подрядчиков по всему миру усложняют контроль за качеством. Наконец, в-четвертых, на транспортную отрасль (как и на любую другую крупную отрасль экономики) в широкой мере влияют различные социальные и экономические тенденции. На данный момент важным фактором влияния стала охрана окружающей среды, а именно требования к повышенной топливной эффективности. Правительства всех стран принимают в этой связи беспрецедентно жесткие меры.

В то же время потребители ожидают от своих автомобилей наличия таких же средств связи и сетевых и развлекательных возможностей, к которым привыкли дома и при пользовании мобильными устройствами.

Сложность налицо: с одной стороны, нужно разрабатывать новые автомобили максимально быстро, при этом удовлетворяя всем требованиям не только конечной целевой аудитории, но и правительственных структур, и ужесточающихся норм безопасности и выброса вредных веществ, и высочайшей конкуренции со стороны других автопроизводителей.

И тут на помощь приходят САПР – системы автоматизированного проектирования. Именно они позволяют многократно облегчить усилия проектировщиков, инженеров и дизайнеров, работающих над созданием технологических новинок – в нашем случае, автомобилей. Более того, они позволяют эти усилия объединить, что порой даже более важно. Ведь при использовании простых средств проектирования команды могут работать отдельно друг от друга, порой даже не полностью владея информацией о том, на каком этапе находится работа их коллег и не зная о решениях, примененных в продукте.

А отсюда, очевидно, вытекают и сложности «наложения» проектов друг на друга, когда нужно собрать воедино то, над чем трудились несколько сотен человек – нет абсолютной гарантии того, что в великолепные изгибы кузова впишется техническая концепция, а характеристики – например, развесовка по осям – будут совпадать с запланированными. На этом этапе для устранения разногласий может применяться создание ходовых прототипов, на которых можно отточить все параметры, доведя их до идеала. Но сколько времени это займет?

Катя, помоги

Воплотить в себе все, что старательно описывалось и перечислялось выше, и вывести работу людей, работающих над проектами, на новый уровень призваны именно системы автоматизированного проектирования. Одна из таких систем носит имя, практически совпадающее с хорошо знакомым русскоязычному читателю – CATIA.

CATIA немолода даже по человеческим меркам: первая версия программного обеспечения, созданного Dassault Systèmes, датируется аж 1981 годом. Однако эта система столь же прогрессивна: за время своего существования она непрерывно совершенствовалась, и теперь в ходу уже шестая версия – V6. Возможности ее, особенно в компании других решений для полноценного проектирования, планирования, реализации, обслуживания и управления технологическими процессами и изделиями, такими, как ENOVIA, DELMIA, SIMULIA, 3DVIA, практически безграничны. Но не будем углубляться в дебри – нагляднее всего показать возможности CATIA могут видеоролики, а мы немного поясним значимость всех этих программных средств, которые пока выглядят просто набором аббревиатур.

Задача всех этих систем – обеспечить производственным компаниям огромные возможности в сфере PLM – product lifecycle management, что по-русски звучит как управление жизненным циклом изделия. То есть, предоставить им средства для того, чтобы с нуля представить, спланировать, спроектировать, обозначить клиентскую базу, провести испытания, организовать производство, продажи, сервисное обслуживание, ремонт и конечный вывод из эксплуатации любого изделия, от шуруповерта до самолета. Звучит впечатляюще, не правда ли? А выглядит еще более впечатляюще!

Но нас в этом аспекте интересует прежде всего проектирование и дизайн, мы ведь говорим о них. И тут возможности средств, таких как CATIA и ей подобные, также почти безграничны. Просто посмотрите, сколько времени занимает создание, например, модели автомобильного кресла, да еще и в нескольких вариантах: полчаса – и результат уже можно выносить на обсуждение. А теперь представьте, сколько времени заняла та же работа, проделываемая без такой программной базы или, чего доброго, в натуре – с пластилином, а затем пластиком, тканью, кожей и нитками! И это – только один крохотный пример среди тысяч и тысяч деталей, которые в конечном итоге складываются, подобно пазлу, в единое изделие – автомобиль.

Посмотрите, каким легким кажется создание модели автомобиля, если в руках столь мощный инструмент. Несколько движений мышью – и перед вами уже концепция. Еще несколько минут – и вот уже готовы очертания задуманного автомобиля. Ну а после этого в дело вступает фантазия мелких форм: можно создать механизм открывания двери, изменить вид дверных ручек, форму и расположение зеркал заднего вида и лючка бензобака, строение и техническое устройство фар и задних фонарей – никаких условностей или ограничений!

Кроме того, нужно понимать еще две важные вещи: CATIA – это не просто графический 3D-редактор, здесь каждая деталь наполнена свойствами и характеристиками: материал изготовления, толщина, вес, жесткость и так далее, причем все это тоже просчитывается и может изменяться согласно технической необходимости. Да-да, каждая поверхность, деталь и узел – это полностью функциональные элементы! Можно поменять размеры и толщину кронштейнов крепления дверей, можно изменить материал изготовления капота или крыши с алюминия на углепластик, а можно и техническую начинку изменить – и все это будет учтено и рассчитано с учетом внесенных изменений. Стоит ли говорить о второй вещи, которую мы хотели бы упомянуть, отсылая вас к началу предыдущего абзаца: не зря там употреблено слово «кажется». Ведь для работы с подобной системой нужно обладать изрядным багажом знаний, чтобы быть способным на полную мощность использовать ее колоссальные возможности.

Комплексное решение, подобное таковому от Dassault Systèmes, позволяет пойти еще дальше: устранить все сложности, которые мы описывали ранее и которые упоминал г-н Оливье Саппан. Оно дает возможность совместной работы над продуктом всем задействованным в проекте специалистам, тем самым исключая возможность нестыковок и проблем взаимосвязи между отделами, а заодно и подрядчиками – каждое решение заносится в проект, и каждый его участник может ознакомиться с ним, внести свои комментарии, предложения и дополнения, вынести их на обсуждение, а подрядчик получает исчерпывающую информацию о том, что от него требуется.

Чувствуете, как все трудности, перечисленные г-ном Саппаном находят свое разрешение? Здесь вам и сокращение временных и финансовых затрат, и возможность оперативно учесть все требования, предъявляемые со стороны местных законодательств и международных стандартов, и отслеживание соответствия всем нормативам качества, и многое другое.

На практике

Теперь уже не кажется удивительным тот факт, что автопроизводители могут выпускать новые модели ежегодно, а также представлять еще большее количество концепт-каров и дизайн-проектов. И правда: что может помешать непрерывно работать над созданием новинок, когда твой инструментарий столь серьезен. А уж поиграть с дизайном в концептах, не слишком заботясь о деталях серийного производства – так и вообще сам бог велел. Так что можно однозначно сказать, что нам повезло – реалии таковы, что год от года и технологии, и дизайн должны прогрессировать, хоть порой и кажется, что он застыл на месте и все уже придумано.

В числе компаний, использующих САПР от Dassault Systèmes, есть Ford, Jaguar, Land Rover, Toyota, Renault, Honda, BMW, McLaren Mercedes и даже Tesla Motors. Более того, есть и российская компания, которая уже давно применяет этот инструментарий для создания автомобилей – это ГАЗ, что позволило ей сократить сроки вывода продукта на рынок в 1,5 раза и инвестиции в 3,5 раза. Так что у Газона NEXT и Tesla Model S действительно есть что-то общее: они созданы при помощи одних и тех же программных средств.

Инновационный проект Аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания (АПДВС)

21 March 2007, Wednesday, 01 : 47

Инновационный проект

Аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания (АПДВС)

Мы предлагаем изготовить опытную партию АПДВС, провести их всестороннее испытание, а затем организовать серийное производство самого малогабаритного, самого легкого в мире двигателя для легковых автомобилей. Этот двигатель полностью уравновешен, прост по конструкции, экономичен и значительно дешевле аналогичных применяемых в настоящее время двигателей. Мы завершили этап научно-исследовательских работ по созданию теории и конструкции двигателя. В настоящее время необходимо:

Создать методики расчета АПДВС. Изготовить техническую документацию на четырехтактный двигатель. Изготовить опытную парию двигателей и произвести их всестороннее испытание. Организовать серийное производство двигателей с регулярным получением прибыли.

Данный двигатель отличается от традиционных только новым компактным механизмом преобразования движений, а термодинамические процессы сохранены и это объясняет полное отсутствие риска для инвесторов.

Вниманию инвесторов!

Вашему вниманию предлагается новое перспективное направление в двигателестроении. Если вы вложите свои средства в развитие этого направления, то через три-пять лет ваши деньги многократно умножатся.

Вы можете стать обладателями:

1. Интеллектуальной собственности — патенты, техническая документация, методики и программы проектирования и расчета аксиально-поршневых двигателей внутреннего сгорания (АПДВС).

2. Новых конструкций АПДВС и технологий их изготовления.

3. Новых заводов по производству АПДВС.

4. Высокой прибыли, получаемой от реализации двигателей.

АПДВС непременно придут на смену традиционным кривошипно-шатунным двигателям. Изменение силовых установок и внедрение АПДВС обязательно приведет к изменению конструкции и внешнего вида автомобилей, самолетов и моторных лодок, а, следовательно, к внедрению новых высокоприбыльных производств, у истоков которых мы предлагаем вам быть.

Содержание инновационного проекта

Аксиально-поршневые двигатели внутреннего сгорания

Аксиально поршневые двигатели внутреннего сгорания (АПДВС)

АПДВС могут быть использованы в качестве силовых установок на легковых и грузовых автомобилях различного класса, самолетах малой авиации, морских и речных моторных лодках, а также для энергетических установок, работающих на любых видах топлива, включая попутный бурильный газ. Возможная мощность двигателей от 01.01.01 л. с. АПДВС могут заменить любой традиционный кривошипношатунный двигатель. При этом всегда будем иметь описанные ниже преимущества.

1. Описание инвестиционного проекта

1.1. Особенности конструкции.

Для преобразования поступательного движения поршней во вращение карданного вала используется два кривошипнокарданных узла преобразования движений. Оси цилиндров двигателя располагаются параллельно валу двигателя. В каждом цилиндре имеется по два оппозитных поршня. Имеется возможность регулировать объем камеры сгорания. Для обеспечения газораспределения используется оригинальный золотниковый механизм. От традиционного двигателя остались без изменений только поршни и цилиндры и рабочий процесс в камере сгорания, а остальная часть конструкции значительно улучшена, что гарантирует работоспособность АПДВС. Принципиальная кинематическая схема кривошипно-карданных узлов представлена на рис. 1. Возвратно-поступательное движение поршня преобразуется в колебательное движение наружной рамки, которая воздействует на внутреннюю рамку, а та на наклонный кривошип выходного вала. В результате имеет место регулярное вращение выходного вала двигателя.

Рис 1. Кинематическая схема АПДВС

На рис. 2. показана принципиальная конструктивная схема АПДВС.

Рис 2. Конструктивная схема двигателя

Двигатель имеет центральную вертикальную плоскость симметрии. Он состоит из сборного корпуса 1, в котором расположены два или четыре цилиндра 2 вокруг вала двигателя. В каждом из цилиндров имеется по два оппозитных поршня 3. Поступательное движение поршней преобразуется во вращательное движение вала 4 с помощью двух симметрично расположенных кривошипно-карданных узлов. Шатуны 5 заставляют совершать колебательное движение наружную рамку 6, установленную в корпусе двигателя с помощью шарнирных опор 7. Наружная рамка 6 в свою очередь приводит в движение установленную в ней шарнирно внутреннюю рамку 8, которая через коленообразный кривошип на валу заставляет вращаться выходной вал 4 АПДВС.

1.2. Преимущества конструкции.

1. Компактность конструкции.

Цилиндры располагаются вокруг вала двигателя. Более компактный двигатель, чем АПДВС, спроектировать нельзя. Возможно изготовление шатуна и поршня в одной детали. АПДВС в два раза легче традиционных и имеют в два раза меньший объем при той же мощности.

2. Простота и технологичность конструкции.

АПДВС имеет меньшее количество деталей. Отсутствуют клапана, распредвалы и их привода, крышки корпуса двигателя, коленчатый вал, противовесы. Все детали АПДВС изготовляются на обычных металлорежущих станках. Корпусные детали можно отливать. Проработан вариант каркасного двигателя с разборными корпусными деталями, изготовляемыми на обычных станках.

3. Полная уравновешенность двигателя, заложена в его конструкции.

Если поставить на работающий двигатель стакан с водой, то вода не шелохнется.

4. Полное догорание топлива в двигателе.

Конструкция двигателя позволяет эффективно использовать современные очистители выхлопных газов и иметь экологические характеристики на уровне лучших мировых образцов.

5. Двигатель более экономичен, чем традиционные.

АПДВС имеет меньшие механические потери на трение поршня по цилиндру и во всех его шарнирах. Общий КПД двигателя повышается на 5-10 %. Соответственно на 5-10 % снижается расход топлива.

6. Себестоимость двигателя на 40-50 % будет меньше традиционных двигателей вследствие высокой технологичности изготовления всех деталей двигателя, меньшего их количества и меньшей металлоемкости.

Все перечисленные преимущества вызваны принципиальной новизной конструкции двигателя.

1.3. Реальность проекта.

Научно-исследовательскими работами по созданию АПДВС наши специалисты занимаются с 1990 г. Сначала работы производились совместно с конструкторами завода КАМАЗ. Создана теория геометрического, кинематического, динамического, прочностного и газодинамического расчета всего двигателя в целом и отдельных его деталей. В 1993 году было изготовлено три работающих экспериментальных образца двигателей мощностью 220 л. с. для автомобилей КАМАЗ, которые при стендовых испытаниях показали хорошие результаты. Эти двигатели показаны на фотографии (рис. 3).

Справа АПДВС, слева серийный двигатель КАМАЗа. Габаритные размеры АПДВС не превосходят размеры маховика. К сожалению, работы по совершенствованию этого двигателя на заводе КАМАЗ были прекращены в 1994 году. В 1997 г. нами был изготовлен другой экспериментальный образец мощностью 110 л. с. для легкового автомобиля. Двигатель показал также стабильные хорошие результаты при испытаниях и на всемирной выставке в Брюсселе «Эврика-2000» получил золотую медаль. На рис. 4 показана фотография макетного образца двигателя. На рис. 5 показан диплом, а на рис. 6 — золотая медаль. Далее показаны основные параметры экспериментального образца АПДВС, представленного на выставке в Брюсселе.

Аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания

Область применения В качестве энергетических установок для легковых автомобилей, малых летательных аппаратов, речных и морских катеров и т. д.

Основные технические характеристики

Патент РФ 2128293 «Двигатель внутреннего сгорания».

Данный двигатель был представлен на всемирной выставке в Брюсселе «Эврика 2000» и получил золотую медаль за конструктивную оригинальность.

Имеются два патента РФ на АПДВС. Подготовлено к патентованию еще несколько перспективных конструкций. Мы успешно завершили НИР и создали экспериментальный образец. В дальнейшем необходимо организовать изготовление 10 опытных образцов двигателя для проведения стендовых и натурных испытаний.

1.4. Наши предложения.

Мы предлагаем Вашей организации выступить в роли инвестора для проведения работ по разработке, изготовлению и испытанию опытных образцов двухтактного двигателя, конструкция которого учитывает все преимущества экспериментального образца.

Разработанную конструкцию предлагаем совместно запатентовать в России и в ведущих странах Европы. Затем разработать технологию изготовления серийного двигателя. Вся полученная конструкторская и технологическая документация по двигателю должна быть признана совместной собственностью. Необходимо заключить совместный договор по данным работам. Мы видим Вашу организацию в роли владельца будущего машиностроительного завода, изготавливающего АПДВС. Возможна продажа патентов и документации на изготовление двигателя.

В дальнейшем мы предполагаем продолжить проектирование аналогичных АПДВС другой мощности, для использования в других условиях и которые каждый раз будут иметь все указанные выше преимущества.

1.5. Перспективы внедрения АПДВС.

АПДВС — это двигавека. Разработка технологии изготовления деталей двигателя позволит создать самые легкие, самые компактные, полностью уравновешенные, бесшумные двигатели различного назначения. Кроме того, это будут самые дешевые двигатели в мире. Возможно применение таких двигателей на любых типах автомобилей, а также в малой авиации и моторных лодках.

Аксиально-поршневые двигатели могут иметь разную мощность, могут быть спроектированы для разных целей. Можно взять любой серийный, традиционный кривошипно-шатунный двигатель, любой мощности, сохранив в двигателе поршневые группы, сконструировать на такой основе аксиально-поршневой двигатель, который всегда будет иметь в два раза меньшие массогабаритные характеристики, по сравнению с прототипом, а также будет иметь все описанные выше преимущества.

1.6. Возврат вложенных средств.

Возможны разные варианты возврата вложенных средств.

Организация серийного производства АПДВС. Необходимы будут дополнительные затраты, но которые многократно окупятся в 2-3 года. Например, если возможная цена одного двигателя составит 800 долл. США при прибыли 200 долл. на двигатель; то при изготовлении 10000 двигателей экономический эффект составит 2 млн. долл. в год, что позволяет полностью окупить затраты инвестора по 1-ому этапу. Ожидаемый срок окупаемости данного проекта 4 года. При производстве 500 тыс. двигателей в год, экономический эффект будет 100 млн. долл. в год, что может быть достигнуто на 5 году после реализации данного проекта.

Продажа всего пакета документов через 2 года за 10 млн. долл. другим лицам, для того чтобы они организовали серийное производство. Прибыль инвесторов будет, как минимум, 3 млн. долл.

Возможны другие варианты — организация акционерного общества для серийного производства, продажа только патентов, «ноу-хау», лицензий. Наконец, можно будет разрабатывать другого типа двигатель, например двухтактный и т. д. Конкретную схему возврата денег необходимо согласовывать с будущим инвестором.

Аннотация инвестиционного проекта

«Аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания АПДВС»

Предлагается создать методики расчета, техническую документацию и организовать производство опытной партии перспективного, нового типа двигателя с кривошипно-карданным узлом преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение выходного вала двигателя, параллельно которому происходит движение поршней.

АПДВС является самым компактным, простым по конструкции и технологичным в изготовлении двигателем. При этом АПДВС в два раза легче традиционных, имеют в два раза меньший объем при той же мощности, более экономичен и в два раз дешевле традиционных двигателей.

Проведен этап научно-исследовательских работ. Теоретически и экспериментально доказана работоспособность двигателя, который отличается от традиционных только новым компактным механизмом преобразования движений, и термодинамические процессы в ДВС сохранены и это объясняет полное отсутствие риска.

Для реализации предлагается бензиновый, жидкостного охлаждения двигатель, 4-хтактный, 4-хцилиндровый с противоположно движущимися поршнями:

мощность — 110 л. с. максимальная частота вращения 5000 об/мин. габариты: длина 500 мм, ширина 250 мм, высота 220 мм. диаметр-ход — 76/50 мм. объем двигакуб. см. топливо — бензин А-76 или А-92. расход двигателя не более 190 г/л. с. час. ресурс — 10000 часов.

Аналоги, основные отличия. Патентная ситуация.

Отечественных и зарубежных аналогов данный двигатель не имеет. В разработке имеется ряд «ноу-хау». Основные технические решения защищены патентами России. Возможна подача новых патентов в России и за рубежом.

Характеристика рынков сбыта.

При организации серийного производства рынками сбыта будут все автомобиле производящие страны мира. На первом этапе следует рассчитывать на Россию, станы СНГ, Китай, Корею и т. д.

Ориентировочная цена изделия.

В настоящее время трудно оценить себестоимость будущего двигателя. Можно предположить, что себестоимость будет 600 долл. США, а цена на рынке 800 долл. США. При ежегодном изготовлении 500 тыс. двигателей прибыль будет 100 млн. долл. в год.

Период времени от начала инвестирования до начала серийного производства — 36 месяцев.

Объем необходимых средств на изготовление 10 опытных образцов — 2 млн. долл. США.

Возврат затраченных средств инвестора.

Вариант 1 — путем организации серийного производства и получение регулярной прибыли. Вариант 2 — продажа всего пакета технической документации и опытных образцов.

БИЗНЕС-ПЛАН

Расчет, проектирование, изготовление деталей, сборка, испытание и доводка 10 экземпляров аксиально-поршневого двигателя внутреннего сгорания

1. Общие сведения о проекте

В России и за рубежом на протяжении последних 50 лет активно ведутся работы по созданию аксиально-поршневых двигателей внутреннего сгорания (АПДВС) как весьма перспективных компактных компоновок для автомобильных двигателей нового поколения.

АПДВС — это двигавека. Разработка теории, конструкции и технологии изготовления АПДВС позволит создать самые компактные, полностью уравновешенные и почти бесшумные двигатели внутреннего сгорания. Возможно применение таких двигателей на любых типах автомобилей, а также в малой авиации и моторных лодках.

Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные сотрудниками Уфимского государственного авиационного технического университета, Института механики Уфимского научного центра РАН, стали основой настоящего проекта, а также позволяют исключить риск при разработке принципиально важных конструкторских решений на начальных стадиях проекта.

На сегодняшний день в мире существует несколько работоспособных лабораторно-экспериментальных образцов, в то числе у авторов настоящего проекта. Реализация проекта может способствовать выводу Республики Башкортостан в число мировых лидеров двигателестроения для легковых автомобилей.

В данном проекте предлагается создать методы расчета проектирования АПДВС, а также изготовить и провести всесторонние испытания 10 опытных двигателей, по результатам которых провести доводку двигателей (модернизацию) и подготовить документацию к серийному производству. v

Продолжительность проекта — 2 года.

Необходимые инвестиции на реализацию проекта — 2000 тыс. долл.

Предполагаемая форма участия привлеченного капитала в реализации проекта : кредит или совместное предприятие.

Серийное производство таких двигателей производить необходимо на Уфимском моторостроительном объединении с учетом подключения других предприятий г. Уфы, а именно, КБ «Молния» и Агрегатного объединения, специализирующихся на системах автоматического управления силовыми установками, повышает социальную значимость проекта.

2. Описание создаваемого изделия

Предлагаемый аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания (АПДВС) для легковых автомобилей представляет собой четырехцилиндровый бензиновый или газовый двигатель с распределенным впрыском, восемью поршнями и с двумя центральными карданными узлами преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение вала двигателя, расположенного параллельно осям цилиндров. В каждом цилиндре имеется по два аппозитивных поршня.

Двигатель снабжен оригинальным золотниковым механизмом газораспределения, обеспечивающим вихревое движение заряда в камере сгорания.

Технические характеристики продукции

Тип двигах-тактный бензиновый или газовый со впрыском; Рабочий объем — 1814 куб. см Габаритные размеры, мм — 500*220*250 Мощность — 110 л. с (80,96 кВт) Частота вращения выходного вала при максимальной мощности — 5000 об/мин, Минимальный удельный расход топлива — 190 г на л. с. в час

3. Преимущества предлагаемого двигателя

Предлагаемый АПДВС уже на этапе экспериментально-лабораторного образца, доказал перед выпускаемыми двигателями, следующими преимущества:

Меньшие массогабаритные показатели — в два раза, по сравнению с традиционными двигателями. Более высокий к. п.д. — на 5-10% Полная уравновешенность, и соответственно, отсутствие вибраций и меньший уровень шума. Меньшее количество деталей и более высокая технологичность их изготовления; Меньшие себестоимость и трудоемкость изготовления серийного двигателя — на 40-50% Больший ресурс — на 25% и более Повышение эксплуатационной топливной экономичности на 5-10% и, как минимум пропорционально, снижение выбросов СО, СН и СО2 Улучшение аэродинамики автомобиля и обзорности для водителя за счет возможности уменьшения высоты капота

Перечисленные преимущества вызваны принципиальной новизной конструкции двигателя, и обусловлены отсутствием традиционных кривошипно-шатунных механизмов и клапанных механизмов газораспределения.

4. Авторы и исполнители проекта

Авторами, участниками и исполнителями данного проекта являются:

Институт Механики Уфимского научного центра РАН

Уфимский Государственный авиационный технический университет (УГАТУ)

Акционерное общество открытого типа «Уфимское моторостроительное объединение» ()

Головная организация проекта — Уфимский Государственный авиационный технический университет (УГАТУ) .

Кроме того, в проекте планируется участие следующих организаций — соисполнителей работы:

Уфимский агрегатный завод, КБ «Молния» — Разработка системы регулирования двигателя.

Дмитровградский агрегатный завод (ДААЗ) — Разработка и изготовление топливной аппаратуры для бензинового варианта двигателя.

Волжский автомобильный завод (ВАЗ) — Разработка и изготовление топливной аппаратуры для дизельного варианта двигателя.

Самарский завод автомобильного электрооборудования (СЗАТЭ) — Разработка и изготовление генераторов.

Возможно вхождение в число участников проекта и других заинтересованных лиц по дополнительному соглашению.

5. Цель и задачи проекта

Цель проекта — разработка конструкторской и технологической документации и подготовка к серийному производству нового аксиально-поршневого двигателя внутреннего сгорания (АПД-110), конкурентоспособного с лучшими зарубежными образцами.

Основные задачи, которые необходимо решать, в соответствии с поставленной целью:

Разработка методик геометрического, кинематического, динамического, прочностного и теплового расчета АПДВС; Разработка на ЭВМ конструкторской и технологичной документации; Изготовление деталей опытных двигателей; Сборка двигателей; Стендовые и натурные испытания двигателей; Доводка двигателей по результатам испытаний; Изготовление уточненной документации; Изготовление модернизированных двигателей; Испытания модернизированных двигателей; Изготовление серийной документации; Оценка рынка сбыта нового изделия и технико-экономическое обоснование его запуска в серийное производство.

6. Товарный выход проекта

Результатами (товарным выходом) настоящего проекта являются:

Десять опытных работающих образцов АПДВС; Комплект рабочей конструкторской и технологической документации с литерой «О» на новый двигатель по ГОСТ 2.103.74; на электронном и бумажном носителе; Акты, протоколы стендовых и полевых испытаний нового двигателя по установленным отраслевым формам; Технико-экономическое обоснование эффективности серийного производства и прогнозные показатели объемов сбыта на 5 лет.

7. Оценка патентной чистоты проекта

При разработке проекта были изучены патенты России, США и др. стран. Аналогичных конструкций не было обнаружено. Предлагаемый двигатель оригинален.

Рассматриваемая в проекте схема компоновки двигателя АПДВС защищена патентами РФ 2128293, 2164609. В конструкции предлагаемого АПДВС имеются прочие «ноу-хау», которые можно будет запатентовать совместно с инвесторами.

8. План маркетинга

Анализ рынка сбыта создаваемого изделия.

Проведенные исследования только внутреннего рынка РФ показали, что реальная потребность в таких двигателях может составлять 550 тыс. штук в год, в том числе:

«Ижмаш» г. Ижевск — 200 тыс. шт. «АЗЛК» г. Москва — 200 тыс. шт. «УАЗ» г. Ульяновск — 50 тыс. шт. «ВАЗ» г. Тольятти — 20 тыс. шт. «ЕЛАЗ» г. Елабуга — 80 тыс. шт.

Согласно предварительным опросам все выше перечисленные предприятия готовы закупать двигатели, отвечающие вышеуказанным техническим требованиям, в рамках договоров поставки готовой продукции. Имеются соответствующие документальные подтверждения.

Ориентировочная отпускная цена АПДВС — 800 долл.

Основная ценовая стратегия — «проникновение на рынок» за счет достаточно высоких планируемых параметров качества проектируемого АПДВС, и постепенное повышение рентабельности за счет хороших технологических свойств двигателя.

Promotion — дальнейшее маркетинговое исследование.

В течение всей реализации проекта предполагается продолжать маркетинговые исследования по предполагаемым рынкам сбыта (страны СНГ, Индия, Китай, страны Ближнего Востока и Латинской Америки). Кроме того, будет проводиться анализ действий конкурирующих организаций.

После изготовления опытных образцов двигателя и проведения стендовых испытаний, необходимо будет исследовать рынки сбыта ведущих автомобилестроительных стран Европы и Америки.

9. Риск реализации проекта

Реальность выполнения данного проекта исходит из того, что поисковые работы учеными ИМех УНЦ РАН и УГАТУ совместно с промышленниками ведутся с 1990 года. УМПО имеет более чем 30-летний опыт выпуска двигателей внутреннего сгорания. Изготовлены 2 варианта аксиальнопоршневого двигателя, которые при испытаниях показали стабильные, хорошие результаты. Необходимо довести начатое дело до промышленного внедрения. Определенные трудности в продвижении этого двигателя видимо будут, но неразрешимых проблем не возникнет. Можно говорить о полном отсутствии риска для инвесторов. Главное соблюдать технологию изготовления и правильно подобрать материалы для каждой детали двигателя и успех будет гарантирован.

10. Финансовый план проекта

Предварительные расчеты показали ориентировочную стоимость серийного двигателя АПДВС — 800 долл. Окончательная проектная цифра будет рассчитана на одном из заключительных этапов настоящего проекта.

Стоимость одного опытного образца первой серии предназначенной для всех типов испытаний составляет около 10000 долл.

Финансирование данного проекта, равно как и его выполнение предусматривается в два крупных этапа:

Первый этап — разработка конструкторской и технологической документации, изготовление 10 опытных образцов двигателя и их всесторонние испытания. Финансирование на этом этапе должно проводиться за счет инвестора. Срок — 24 месяца. Требуемая сумма — 2 млн. долл.

Второй этап — подготовка серийного производства после положительных результатов первого этапа финансирует УМПО. Срок — 1 год после выполнения 1-го этапа.

Организационно финансирование ведется через головную организацию проекта (ИМ УНЦ РАН). Контроль со стороны руководителей проекта назначенных сторонами — участниками проекта.

11. Возврат вложенных средств

В результате выполнения данного проекта будут созданы 10 опытных образцов АПДВС, конструкторская и технологическая документации на новый тип двигателя, методика расчета основных параметров двигателя, проведены стендовые и натурные испытания двигателей, т. е. конструкция будет готова к организации серийного производства двигателя. Через 2 года будет два варианта возврата вложенных средств. Быстрый вариант — продать двигатели и документацию получить прибыль, а серийное производство будет организовывать покупатель. Другой вариант участвовать в организации серийного производства и тогда многократно окупятся затраты и будет гарантирована большая ежегодная прибыль.

12. Независимая оценка и экспертиза проекта

Независимая экспертиза проекта может проводиться в процессе реализации проекта по запросу инвестора или участников проекта. Экспертиза может быть проведена в целом по проекту или отдельным его составляющим для уточнения обоснованности предложенных технических решений или проверки их эффективности. По существующему состоянию проекта имеется положительное Заключение Центрального научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института (НАМИ) Государственного Научного центра российской Федерации от 17.02.98, подписанное директором НТЦ «Фундаментальных исследований двигателей перспективных конструкций» .

13. Заключение

Представленный бизнес-план по разработке и подготовке к серийному производству аксиально-поршневого двигателя внутреннего сгорания АПДВС является обоснованием для открытия финансирования опытно-конструкторских работ в данном направлении.

Наряду с этим указанный документ должен послужить основой для разработки календарных планов мероприятий со сроками исполнения и персонально ответственными по каждому пункту. При этом должны получить развитие и конкретизацию все элементы проекта, вышеуказанные в настоящем бизнес-плане.

Возможная последовательность в реализации проекта

1. Разработка документации, создание и полноценные испытания одного усовершенствованного экспериментального образца АП ДВС. Патентование усовершенствований конструкции. Затраты — 3 млн. рублей. Срок — 1 год. Возможная окупаемость — продажа двигателя и документации, привлечение новых инвесторов, продажа лицензии и т. д.

2. Создание методик расчета АП ДВС, полная техническая документация, изготовление опытной партии двигателей, их всестороннее испытание, подготовка к серийному производству, Затраты 50 млн. рублей. Срок — 1,5-2 года. Окупаемость — см. п. 11.

3. Организация серийного производства двигателя с регулярным получением прибыли затрата — аренда, строительство завода по изготовлению двигателя, создание нового предприятия и т. д. Окупаемость — см. Бизнес-план.

Технико-экономическое обоснование проекта

1. Предмет разработки

1.1. Наименование темы:

Аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания

Создание опытного образца принципиально нового двигателя внутреннего сгорания для силовой установки легковых и малотоннажных грузовых автомобилей.

Разработать, изготовить и испытать опытные образцы аксиально-поршневого двигателя внутреннего сгорания.

2. Головной исполнитель

Институт механики Уфимского научного центра Российской академии наук

3. Приоритетность, актуальность работы, ее научная и практическая значимость

В настоящее время во всех странах Земли производится более тысячи различных автомобильных двигателей. Все разнообразные конструкции объединяются наличием в каждом двигателе кривошипно-шатунных механизмов для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение выходного вала. Разработчики двигателей внутреннего сгорания всего мира ведут постоянный поиск новых конструктивных решений и новых материалов для уменьшения веса отдельных деталей и всего двигателя в целом, уменьшения габаритов двигателя, снижения расходов топлива и повышения экологической безопасности двигателей.

Научные сотрудники Института механики УНЦ РАН и Уфимского государственного авиационного технического университета нашли новое техническое решение и совместно разработали новую перспективную конструкцию двигателя внутреннего сгорания. Главной отличительной особенностью конструкции является оппозитное расположение поршней в цилиндрах, оси которых параллельны выходному валу, а сами цилиндры располагаются вокруг него, что позволяет получить наиболее компактную конструкцию из всех возможных, содержащих цилиндры и поршни. Для преобразования поступательного движения поршней во вращении вала двигателя применяется оригинальный пространственный кривошипно-карданный механизм, обеспечивающий аксиальное расположение цилиндров и выходного вала.

Разработанные конструкции новых двигателей в 2 раза более легкие и в 2 раза имеют меньший объем, чем такой же мощности традиционные кривошипно-шатунные двигатели. В предлагаемых двигателях отсутствуют клапана, распредвалы, их привода, головки цилиндров, коленчатые валы. Вместо них применяются новые компактные механизмы газораспределения, совместимые с кривошипно-карданными узлами преобразования движений, а также простой по конструкции выходной вал двигателя. Среди других преимуществ предлагаемой конструкции стоит отметить полную уравновешенность двигателя: если на работающий двигатель поставить стакан с водой, вода в нем не шелохнется. Большим преимуществом является реальная возможность получения экологически чистого выхлопа, удовлетворяющего мировым стандартам по экологии. Двигатель имеет более высокий к. п.д. и, соответственно, меньший расход топлива. Ожидаемая себестоимость двигателя при серийном изготовлении будет в 2 раза меньшей по сравнению с традиционными серийными двигателями. Значит можно ожидать высокую прибыль и быструю окупаемость.

На описанную конструкцию двигателя получено два патента РФ. Среди авторов патента сотрудники ИМех УНЦ РАН и УГАТУ: , , и др. Был изготовлен экспериментальный образец двигателя, который при испытании показал очень хорошие и стабильные результаты. В 2000 году этот двигатель в Брюсселе и получил золотую медаль. Разработчики двигателя уверены в том, что эта конструкция в ближайшие годы вытеснит традиционные кривошипно-шатунные двигатели и призывают инвесторов вложить средства в освоение серийного производства двигателя нового поколения. Те предприятия, которые первыми оценят неоспоримые преимущества этих двигателей и возьмутся за их освоение, получат надежные силовые установки для автомобилей XXI века.

Актуальность темы подтверждается тем, что она обозначена отдельной строкой в ФЦП Блок 2 Тема 10 «Разработка новых технологических решений по созданию энергоустановок для легковых и малотоннажных грузовых автомобилей».

4. Использование информационных материалов

При разработке темы изучены патенты России, США, и др. стран. Аналогичных конструкций не обнаружено. Проект оригинален.

5. Потребители разработанной продукции

Предприятия автомобильной промышленности (ВАЗ, Газ и др.)

6. Краткое технико-экономическое обоснование

Аксиально-поршневой двигатель спроектирован в Институте механики УНЦ РАН. Запатентован в Российской Федерации. Предлагается подготовка международного проекта.

Двигатель, предлагаемый для серийного производства 190 г/л. с. час имеет следующие параметры: максимальная мощность N=110 л. с. 80,96 квт, число оборотов n=5000 об/мин, габаритные размеры ф250 мм длина 500 мм.

Двигатель будет работать в постоянном экологически чистом режиме при полном догорании топлива. Выхлоп двигателя соответствует нормам ЕВРО-3. В двигателе отсутствует карбюратор, используется дозированный впрыск топливо-воздушной смеси низкого давления.

7. Сроки и этапы выполнения разработки

проведение расчетов конструкции с целью оптимизации рабочего процесса в двигателе; разработка математической модели; изготовление технической документации на двигаопытных образцов; проектирование системы управления двигателем: испытание двигателя в составе силовой установки на шасси автомобиля ВАЗ-2110;

Сроки: 2 года от начала финансирования.

8. Объем финансирования

На все этапы — 60 млн. рублей.

После получения и испытания опытных образцов дальнейшее финансирование предполагается проводить за счет коммерческих предприятий на возвратной основе.

3D моделирование и проектирование автомобилей: что это такое, программы для создания модели

Ведущие разработчики в сфере автомобилестроения используют качественные ПО международного стандарта. Это кропотливый труд, в котором принимают участие несколько специалистов, каждый из которых отвечает за свою сферу – внутреннее наполнение, детали, корпус, дизайн. В статье мы расскажем, как создается 3D модель автомобиля и какие программы для проектирования используются.

Этапы моделирования с нуля

При налаженной работе автомобильного концерна весь процесс от идеи и создания макета до полной отработки всех механизмов и снятия с конвейера первой машины проходит около 72 месяцев. Могут быть корректировки, они в основном зависят от того, какие новые технологии разработаны, берется ли за основу прежняя модель, какие производственные мощности предлагает производитель. Рестайлинг, то есть переделка уже имеющегося авто, конечно, проходит в гораздо меньшие сроки – до 1 года.

Предпроектная подготовка, сбор исходных материалов – этап первый

Проходит исследования международного рынка автомобильной отрасли. Анализируется доля заполненности автосалонов этой конкретной марки, спрос потребителя, средняя сумма, которую готов заплатить покупатель, а значит, и класс авто.

Затем создается УТП, то есть уникальное торговое предложение. Это та особенность, которая отличает новинку от аналогов и прочих предложений производителя. Это может быть – повышенная безопасность, легкость управления, комфорт премиального уровня и прочее.

На этой ступени подготовки также проводится оценка следующих решений:

• весовая категория транспортного средства;
• расчет топливного расхода, пути к экономии ресурсов;
• выбор двигателя, мощи новой модели, количество лошадиных сил;
• выбор инвестиций и экономическая сторона вопроса, максимальная себестоимость одной единицы производства;
• договоры с поставщиками на материал, детали, расходные материалы;
• рекламная кампания.

Дизайн корпуса машины на 3D модели – этап второй

Здесь в первую очередь работают дизайнеры, они приготавливают свои эскизы, решения, цветовые исполнения, исследуют отзывы реальных покупателей, определяя из предпочтения по внешнему виду. Затем вступаются инженеры, которые выбранный дизайн адаптируют к реальным возможностям проектирования. Создаются трехмерные модели сборки, происходит работа по подбору материалов, в основном вопрос касается салона – какая ткань будет выбрана для обивки, для сидений, для панели управления, и пр.

На этой стадии по 3Д модели автомобиля оценивается аэродинамика – как воздух будет обтекать машину в момент ее работы, как дополнительные элементы будут способствовать развитию максимальной скорости.

В это время работают рекламщики, они создают первую пробную презентацию товара с указанием его лучших сторон. Если она пройдет провально, то у них еще будет время для переделки некоторых частей.

В этом момент на заводах уже запускается пробная версия – прототип должен быть максимально приближен к реальной конструкции, так как его будут оценивать, экспериментировать на нем.

Инжиниринг при создании 3Д модели автомобиля – этап третий

Эти действия происходят параллельно работе дизайнеров, при этом детали могут меняться незначительно вплоть до выпуска на конвейерную ленту.

Здесь уже решаются проблемы, связанные со внутренним наполнением:

1. передовые новинки в проектировании двигателя, его производство;
2. разработка КПП, выбор между автоматикой и механикой;
3. моделирование электрических схем – «мозги» машины, системы управления;
4. изготовление деталей корпуса и обшивки – металлопрокат необходимой формы и пр.

Вместе с исследованиями, если было создано что-то уникальное, происходит процесс получения патента на изобретение.

Проходят следующие работы:

• Кузов подвергается проверке на ударопрочность, затем подбираются альтернативные решения – как можно уменьшить общую массу авто, сделать металл более долговечным.
• Повторно проверяется аэродинамика и выдвигаются идеи по увеличению этого показателя.
• Вопрос о комплектации новейшими развлекательными системами, а также дополнительными функциями, например, автоматическим парктроником и другими.
• Анализ поведения комплектующих в различных климатических условиях – жара, мороз, повышенная влажность. Если выявлены проблемы, то варианты их разрешения.
• После создания пробного объекта, проводится его краш-тест.
• 3Д модель машины подвергается проверке экономичности бензина или альтернативного топлива.
• Разработка экономического и производственного плана по серийности запуска марки, месту ее сборки, варианты партнеров по продаже.
• Анализ цены, затраченной на все работы, расчет себестоимости.
• Получение сертификатов – на безопасность, категория экологичности и пр.

Производство – этап четвертый

Все производственные мощности перенастраиваются под выпуск новых изделий, закупаются и настраиваются новые станки. Для работы с ЧПУ программируются ПО. Программа от «ЗВСОФТ» ZW3D отлично совместима со станками ЧПУ. В этом софте могут одновременно работать на всех этапах создания 3Д модели авто, при 3D визуализации и моделировании деталей, а также при производстве.

На этой стадии изготавливаются все элементы кузова, внутреннее технологическое оснащение, производится подгонка компонентов и проверка на их совместимость. Когда все отработано, то начинаются работы по подбору рабочей силы, заключаются договоры с поставщиками расходных материалов и с оптовыми покупателями, налаживается запуск серии на постоянный конвейер.

Теперь подробнее поговорим об этапе проектирования дизайна средствами компьютерных технологий. Большинство САПР подходят для автомобилестроения. Используют ZW3D, ZWCAD, FormZ Pro, 3ds Max. Посмотрим пример создания макета в одном из ПО.

Общие принципы 3Д моделирования машины в специализированных программах

Сначала создается несколько чертежей в разных проекциях – сверху и снизу, со всех сторон. Они будут основой для будущего проекта.

Для работы с корпусом используется полигональная сетка. Ей удобно управлять, если понадобится изменить параметры плоскости, сделать скругление или выпуклостьвогнутость (что удобно производить в FormZ Pro), задать желаемые параметры, поработать с фактурой.

Можно работать с одной стороной авто, а затем воспользоваться функцией симметричного отображения или копировать элементы и воспользоваться ими повторно.

Для создания колесных арок нужно ориентироваться на расположение осей колес, их диаметр и расположение. Между двумя этими элементами нужно провести сетку линий, которая заложит основу корпусу. Двигая за точки полигональных прямых, можно аналогичным образом создавать бампер, двери, капот и крышу авто.

Этим же инструментом создаются окна и пластиковые детали, вся машина получает объем.

Работа над осветительными приборами проходит в три этапа в следующей последовательности:

• местонахождение и форма;
• внутреннее содержимое;
• поверхность из стекла.

Колеса в программе для 3D моделирования автомобилей

Диск создается на основе цилиндра, для работы с ним также создается полигональная сетка. Очерчиваются линии спиц, места креплений, внешняя сторона. После того как и шина будет выполнена в объеме, можно заняться деталями, например, системой торможения.

Далее можно перейти ко внутренней обивке, рулю, панели управления, если все это будет видно через стекла. Которые, впрочем, можно оставить матовыми и непрозрачными.

Поверхности A класса

Это такие объекты , которые строятся из сплайнов произвольного порядка с сопряжением кривых и поверхностей (с применением непрерывности G2 и выше) и соответствуют определенным аэродинамическим и,эргономическим требованиям. После создания такие поверхности, как правило, отражают свет, близко расположенные предметы. Ранее создавались только матовые покрытия без бликов, но все изгибы намного реалистичнее и нагляднее смотрятся на глянце. Именно для получения информации о качестве поверхностей подходит инструмент NURBS анализа, который есть в FormZ и ZW3D (версии Standard и Professional). С этой программой для проектирования машин в 3D можно добиться максимальной правдоподобности.

Если моделировать без такой технологии, то не получится сделать эффективный рендеринг, а тем более анимацию с освещением – тени постоянно будут идти неправильной волной. Для сложных деталей и поверхностей это и вовсе невозможно – одна вершина не на своем месте приведет к глобальному смещению общего рисунка.

Вот каких искривлений на корпусе можно добиться, если применять только полигональное моделирование:

Используя технологию NURBS в FormZ и ZW3D можно добиться непрерывного отображения света, которое фактически не преломляется из-за смещенных линий, вершин, петель или узлов.

Дадим вам несколько советов по моделированию авто в программах для 3Д проектирования, в которых есть и возможность разбивки на полигоны, и NURBS.

Расстояние между сегментами ребер

Оно должно быть максимально равномерным – между каждой точкой. Даже если у вас сложная геометрия чертежа, работайте с инструментами кривых линий. Это поможет вам достигнуть минимальных отклонений от непрерывного движения бликов.

Ребра жесткости

В ZW3D и formZ рекомендуется создавать ребра жесткости до их преобразования в поверхности класса А. Для легкого построения ребер в ZW3D имеются специальные инструменты Rib и Rib network, а в formZ Pro для придания сглаживания воспользуйтесь набором инструментов Subdivision Tools.

В formZ воспользуйтесь инструментами N-reconstruct, что позволит редактировать объект не разбивая его на полигоны. Это позволит работать напрямую с поверхностью NURBS как с мешем. При этом доступны инструменты присоединения, совмещения, продления, разбиения, редактирование каждой контрольной точки, вставка узловой точки и т.д.

Подразбиение

Это уже этап, когда вся поверхность отлаживается на предмет правильного и непрерывного отображения. Все элементы и острые углы этой мельчайшей сети нужно вручную двигать и возвращать на место в случае ошибки. Но этого этапа можно избежать, если применить NURBS анализ и рендеринг. Такими функциями обладают ПО от «ЗВСОФТ». Посмотрим подробнее, какие еще возможности дает софт от этого разработчика для автомобилестроения.

Источник http://www.kolesa.ru/article/kak-proektirujut-avtomobili-ischem-obschie-cherty-u-gazona-next-i-tesla-model-s-2015-07-23
Источник Источник Источник Источник http://pandia.ru/text/80/437/64662.php
Источник http://www.zwsoft.ru/stati/3D-modelirovanie-i-proektirovanie-avtomobilej