05/18/2018

Материалы будущего

Чем предаваться мечтаниям, лучше претворять идеи в жизнь. Разработчики компании Porsche так и поступают: кажущееся непостижимым становится реальной техникой.

На первый взгляд новшество совсем не выглядит таковым. Филипп Кельнер из отдела разработок экспериментальных конструкций показывает прессованную стальную заготовку, которая будет крепиться на пороге автомобиля, вберет в себя дверные петли, а чуть выше будет еще держать по бокам лобовое стекло. Эта заготовка — передняя стойка, которая, если смотреть на автомобиль спереди, является первым важным вертикальным компонентом кузова. В большинстве машин она вместе со средней и задней стойками образуют салон, являясь, таким образом, жизненно важным элементом. Прежде всего в открытых автомобилях, кабриолетах и родстерах, передняя стойка защищает пассажиров, если автомобиль переворачивается. В профиль из тонколистового металла искусно встроен другой профиль из высокопрочной стали. Неприметный кусок металла — на концах тоньше, в середине массивней — он, тем не менее, представляет собой инженерный шедевр.

Невидимый костяк

Высокопрочный металл обрамлен черным пластиком с ромбовидными распорками, крепящими его изнутри. «Есть еще нюанс: между заливаемой пластмассой, усиленной коротким стекловолокном, и металлом находятся два слоя термопластичной стеклоткани. Мы называем это органожестью», объясняет Кельнер. Всё в комплексе дает 3D-гибридную переднюю стойку, новую гибридную конструкцию, изобретенную Porsche. Ее преимущество в том, что при опрокидывании автомобиля она, как и передняя стойка кабриолета из высокопрочной стали, не деформируется, но так же прочна и при этом на пять килограмм легче. «Облегченная конструкция будущих кузовов будет комбинацией различных материалов, таких как высокопрочная сталь, алюминий, магний и углепластик. Появятся и новые гибридные конструкции», говорит руководитель отдела разработок экспериментальных конструкций Матиас Фрёшле. Porsche придает большое значение безопасности людей в автомобиле. Гибридная 3D-конструкция способствует ее обеспечению, к тому же она легче, оставаясь в том же ценовом сегменте.

Основной элемент материаловедов любой водитель 918 Spyder и новой модели Panamera может увидеть, рассмотрев педаль тормоза. Там различимы черные волокна. Многие подумают, что это углеродное волокно. Эдгар Грундке из отдела педалей и приводов качает головой: «Это термически обработанные стекловолокнистые плиты с пластиковым каркасом, усиленном стекловолокном». Именно это и будет обеспечивать высокую жесткость передней стойки. «Материал чистосортный, легче металла и устойчиво прочный. До сих пор пока никто не отважился использовать его в серийном производстве. Из автопроизводителей мы первые». Новая педаль тормоза будет устанавливаться в будущем в других моделях. В голосе Грундке звучит гордость за смелость Porsche, которая себя оправдала. С этим солидарен и Хендрик Себастьян из отдела менеджмента инновационных и экспериментальных разработок в Вайссахе. В отдел стекаются все нити соответствующих подразделений, здесь также рождаются замыслы будущих новинок, анализируются результаты исследований, дается старт новым разработкам, отслеживаются тенденции. Вопросы, которыми занимается отдел, сродни предсказаниям будущего: каковы будут желания клиентов через пять, десять, пятнадцать лет? Какие технологии тогда будут? При этом требуются не только абстрактное мышление и сила воображения, но и упорство на трудном пути реализации идеи. Разработчики Porsche следуют одному твердому правилу. «Во всех ситуациях движения — великолепные технические показатели. Ибо с нашими спортивными автомобилями мы постоянно идем до предела технически возможного. Здесь новые материалы и концепции производства — непременные требования. Только так мы можем обеспечить клиентам устойчивый прогресс нашей продукции», формулирует Себастьян одну из целей отдела.

При выборе материалов и возможных методов производства разработчиков консультируют сотрудники отдела технологии материалов, которым руководит Штефан Шмитт. Предпосылкой является нестандартное мышление. Пример: в большинстве смартфонов используется «Gorilla Glass» — высокопрочное стекло с выдающимися оптическими свойствами. «В 918 Spyder с пакетом Weissach мы впервые использовали окно из похожего материала, то есть композита из двух тонких стеклянных слоев и специальной пленкой между ними». Маркус Шульцки из отдела перспективных конструкций показывает образец 20 × 20 см — заднее стекло от 918-го, самой спортивной модели. Оно удивительно легкое. Если щёлкнуть по нему, звук как от пластмассы. «Каждый так думает», замечает Шульцки. «Но это — стекло. Промежуточный результат. Сейчас мы уже продвинулись намного дальше». В сегодняшних Porsche 911 GT2 RS и 911 Carrera T боковые окна сзади и заднее окно — полностью из многослойного стекла, и сейчас по инициативе Porsche предлагаются моллированные стекла. До последнего времени это было технически невозможно. Толщина таких стекол менее двух миллиметров, при этом они на 40 % легче и более чем вдвое устойчивее к ударам камней. Плюс почти стопроцентная защита от ультрафиолета, лучше шумоизоляция, а теплоизоляция — значительно лучше. «Высокие частоты, производимые встречным потоком воздуха, фильтруются, низкие частоты — нет. Чудесное звучание мотора, скажем, шестицилиндрового оппозитника, слышишь так значительно отчетливее». Шульцки не скрывает своего пристрастия к классическим силовым агрегатам.

Стеклянная революция в салоне

От смартфонов автомобилестроение получило материал, который может стать носителем информации и в транспортном средстве. Наряду с компонентами экстерьера, в отделе Матиаса Фрёшле также работают над решениями для салона автомобиля. В будущем ему видится «центральная консоль, изогнутая поверхность которой вся из многослойного стекла. Благодаря специальным пленкам получим дисплеи и элементы управления, необходимые водителю и пассажирам. Меню активируется с помощью жестов, гаптическая обратная связь посредством касания стекла дает подтверждение выполнения команды».

Хендрик Себастьян и его коллеги думают и о других возможностях применения. «Это могут быть совершенно новые формы, стекла и дисплеи, обеспечивающие изображение дополненной реальности. Например, из окна машины видна старая крепость. Пассажир касается стеклянной поверхности, боковая камера снимает крепость, в Интернете находит о ней информацию и в режиме реального времени выводит ее на дисплей рядом с изображением крепости». Пленка между слоями стекла выполняет функцию экрана. Возможно также постепенное затемнение окон в зависимости от яркости солнечного света или по желанию пассажиров.

Хендрик Себастьян и его коллеги думают и о других возможностях применения. «Это могут быть совершенно новые формы, стекла и дисплеи, обеспечивающие изображение дополненной реальности. Например, из окна машины видна старая крепость. Пассажир касается стеклянной поверхности, боковая камера снимает крепость, в Интернете находит о ней информацию и в режиме реального времени выводит ее на дисплей рядом с изображением крепости». Пленка между слоями стекла выполняет функцию экрана. Возможно также постепенное затемнение окон в зависимости от яркости солнечного света или по желанию пассажиров.

Porsche из волокон растений

Компания также исследует использование в салоне автомобиля элементов из возобновляемого сырья. «Есть обивка дверей из растительных волокон, правда, пока она не отвечает нашим требованиям как производителя премиум-класса», сообщает Фрёшле. Но уже вскоре Porsche получит компоненты, убедительные во всех отношениях. «Хотя и в 2048 году не будет автомобиля, полностью из водорослей или растений, однако значение устойчивого развития и ресайклинга существенно возрастет», твердо заявляет Себастьян. «Важно, наряду с инновационными материалами, внедрять и новые методы производства, такие, например, как аддитивные технологии».

Под этим он подразумевает то, что сейчас обычно называют 3D-печатью. Этим занимаются его коллеги Фальк Хайльфорт и Франк Икингер из отдела экспериментальных приводов, демонстрирующие нам цилиндрический предмет. Это вал ротора электродвигателя, передающий производимый электромагнитом крутящий момент на привод. Это, можно сказать, коленвал электромотора. «Вал ротора сделан из специальной высокосортной стали», объясняет Хайльфорт. Рядом с валом мы видим стеклянную трубочку с серым, мелкозернистым порошком, который служит основой для изготовления этой внушительной детали. В чистом помещении порошок тонким слоем распределяется на поверхности, затем накрепко соединяется с металлом точечной лазерной сваркой. Слой за слоем, процесс повторяется. Таким образом, роторный вал длиной около 50 см «обрастает» порошком. Преимуществом этого способа по сравнению с фрезерованием и вытачиванием являются: гораздо меньший расход материала, возможность повторного использования оставшегося порошка, изготовление деталей более сложных форм. Внутри роторного вала имеется тонкая ребристость, повышающая прочность.

На токарном станке делать подобные формы было бы невозможно. Для достижения схожего результата пришлось бы часть ротора сначала отливать, затем сваривать. «У нас же деталь намного прочнее, значительно легче и с повышенной жесткостью, с гораздо большей силой сцепления», перечисляет преимущества Икингер. «Правда, сегодня требуется около 13 часов для „выращивания“ такого вала». Поэтому серийное производства пока не планируется, но эта технология еще станет прорывом. Хендрик Себастьян: «Аддитивное производство — своего рода революция в разработках конструкционных деталей. Мы сможем намного быстрее оптимизировать процесс, проводить тесты, значительно повышая эффективность. Это уникальная инновация для изделий и процессов, потенциал которой далеко не исчерпан. Предстоит еще справиться с множеством вызовов, но на то мы и Porsche, чтобы со всей решимостью принять их». С большой точностью изогнутые охлаждающие каналы внутри детали убедительно подтверждают инновационность продукта и процесса. «Наши исследования уже вскоре приведут к созданию еще более компактных агрегатов с улучшенными показателями», с уверенностью заявляет Хайльфорт.

Porsche из возобновляемого сырья, равно как и спортивного автомобиля из 3D-принтера, не будет. В 2048 году в Porsche будут чистосортные материалы, из которых в соответствии с назначением изготовлены превосходные детали. Сталь и алюминий будут все больше сочетаться с материалами, которые отвечают стремлению к улучшению изделий в любом измерении. Для этого необходимы видение перспективы, энтузиазм исследователей и смелость в принятии новых решений. Всё это у специалистов в Вайссахе сегодня уже есть.

3D-гибридная передняя стойка

Вместо классической стальной трубы — компонент из высокопрочной стали, заполненный термически обработанными стекловолокнистыми плитами с пластиковым каркасом, армированным коротким стекловолокном. В результате передняя стойка так же прочна при опрокидывании автомобиля — при значительном выигрыше в весе. Оптимизированная структура распорки из пластика не деформируется, а пружинит. Исследование этой новой технологии будет успешно завершено еще в этом году, и новинка сможет беспрепятственно использоваться в облегченных кузовах будущих автомобилей Porsche.

Педаль тормоза

То, что будет заполнять переднюю стойку, водители 918 Spyder и нынешней Panamera могут видеть уже сегодня в пространстве для ног своего спорткара: педаль тормоза состоит именно из такого термопластичного композитного материала.

Мелкозернистый металлический порошок

Сложные профили до сих пор создавались литьем. Так называемая аддитивная технология вершит революцию: методом лазерной плавки из порошка слой за слоем получается почти любая форма.

Роторный вал

При традиционном изготовлении сердцевину электродвигателя приходится делать из нескольких компонентов. Лазерная плавка делает возможным создание тонкой ребристости внутри изделия при меньшем расходе материала. Изготовленный таким способом вал значительно легче.

Боковое стекло 911 GT2 RS

Гнутое в различных направлениях, высокопрочное боковое стекло Porsche 911 GT2 RS — пока в стадии прототипа — не только улучшает удельную массу автомобиля, но защищает от шума встречного потока воздуха. Весит на 40 процентов меньше.

Gorilla Glass

Идея многослойного стекла первоначально была реализована в экранах смартфонов и ноутбуков. Porsche первым из автопроизводителей последовательно применяет этот композит из песка, рециклированного стекла и защитной пленки. Все больше новых моделей будут оснащаться многослойным стеклом, поскольку оно прочнее, легче, обеспечивает более эффективную защиту от ультрафиолетового излучения и могло бы в будущем обладать дисплейными функциями.

AUTOR

AUTOR

Связанный контент
05/30/2018

Мыслить будущим

Вырваться из потока автономного транспорта. Самому решать, куда держать путь. Забыть про эффективность и наслаждаться реальной ездой. Шеф-стилист Porsche Михаэль Мауэр о магии спортивного автомобиля сегодня, завтра и послезавтра.

Самые популярные статьи

  1. Новый 911 Speedster идет в серийное производство: мощность 510 л.с. и ограниченный выпуск
  2. Panamera исполняется 10 лет: спорткар, автомобиль класса «люкс» и пионер гибридного привода
  3. В погоне за Porsche
  4. Porsche Motorsport продолжает подготовку к соревнованиям Формулы Е в Испании
Социальные сети