До последнего микрона

Отечественная тонкопленочная пьезоэлектроника выходит на лидирующие позиции

Предназначенная для бортового оборудования новейших истребителей МиГ-29КР/КУБР и Су-35, а также вертолетов Ка-52 пьезоэлектрическая наклонная платформа ПНП-10 превосходит многие мировые аналоги. Она разработана и запущена в производство зеленоградским научно-исследовательским институтом «Элпа».

Российский экспорт вооружений активно растет уже несколько лет подряд, свидетельствует Стокгольмский институт исследований проблем мира (SIPRI). Истребители МиГ-29 и Су-30, вертолеты Ми-35М и Ми-28, танки Т-90А, тяжелые огнеметные системы ТОС-1А – далеко не полный перечень хитов отечественного ОПК на мировом рынке. Но как справедливо отмечают эксперты, методика, используемая SIPRI, – подсчет так называемых платформ, то есть поставленных заказчикам готовых изделий, не дает достоверной картины, ведь многие страны поставляют за рубеж в первую очередь микроэлектронику, высокотехнологичные элементы, узлы и агрегаты.


Следует признать, что до недавнего времени проблема создания собственной элементной базы, а также разработка и серийный выпуск на ее основе узлов и агрегатов для различных образцов вооружения и военной техники стояли перед отечественной промышленностью достаточно остро. Программа импортозамещения пусть и с трудом, но смогла развернуть ситуацию, и сейчас нам уже есть чем гордиться.

Секрет сверхточности


Если сравнивать фото и видео современных российских истребителей с их западными «конкурентами», на наших машинах сразу бросается в глаза характерный каплевидный выступ, расположенный перед кабиной пилота, – так называемая оптико-локационная станция (ОЛС). Раньше она предназначалась исключительно для поиска летательных аппаратов противника по их инфракрасному излучению. Новейшие ОЛС-У (для истребителей МиГ-29К/КУБ), ОЛС-35 (Су-35) и другие способны обнаруживать, захватывать и сопровождать воздушные, наземные и надводные цели, подсвечивать их лазерным излучением и т. д.

До последнего микронаПонятно, что для выполняющих полеты на сверхзвуковых скоростях истребителей в условиях воздушного боя и при нанесении ударов по наземным объектам точность перемещения оптических и лазерных систем, составляющих основу оптико-локационных станций, должна измеряться не сантиметрами и даже не миллиметрами, а микрометрами. Но как добиться такой точности?

В настоящее время для управления прецизионными и адаптивными оптическими системами используются устройства, в основе которых лежат так называемые актюаторы из тонкопленочной пьезокерамики.

«Делается слой толщиной от 10 до 100 микрон, а из таких слоев формируется пьезопакет, достигающий толщины от 2 до 100 миллиметров. При приложении определенного потенциала к структуре пьезопакета он может осуществлять достаточно большие перемещения, в некоторых случаях до 100 микрон. Если для управления твердой керамикой требуется напряжение до одного киловольта, то для тонкослойной – от 90 до 150 вольт», – раскрывает преимущества разработки генеральный директор ОАО «НИИ «Элпа» Сергей Нерсесов.

Интересно, что для управления зеркалами, установленными в новейших оптико-локационных станциях ОЛС-УЭ закупленных военно-морскими силами Индии палубных истребителей МиГ-29К/КУБ, использовался блок с пьезоприводами семейства S-330 немецкой фирмы «Физик инструментс» (Physik Instruments).

До последнего микронаПьезонаклонная платформа S-330 – высокотехнологичное изделие с углами наклона до 10 мрад (миллирадиан), в основе которого лежат две пары дифференциально-управляемых актюаторов. Следует отметить, что данные платформы не только стоят в российских ОЛС, но и активно закупаются американскими, французскими, израильскими фирмами – изготовителями высокоточных авиационных оптико-электронных систем.

Но для наших МиГ-29К/КУБР, которые в ближайшее время пополнят авиационный парк палубной авиации ВМФ России, инженеры-разработчики НИИ «Элпа» смогли создать свою пьезоплатформу ПНП-10, не только не уступающую S-330, но и по определенным характеристикам превосходящую ее.

«Наша пьезоплатформа состоит из четырех актюаторов, расширяющихся на 40 микрон при подаче напряжения. Система управления ПНП обеспечивает перемещение актюаторов по специальной программе. Сами актюаторы воздействуют на платформу, на которой расположено поворотное зеркало, отклоняющееся в двух плоскостях (оси Х и У. – А.Р.) на 10 мрад. На дальности до пяти километров наши платформы обеспечивают точность наведения до одного метра», – рассказывает разработчик уникальной пьезоплатформы Анатолий Гриценко.

В ПНП-10 специалисты из Зеленограда внедрили собственное ноу-хау – тензорезисторы, используемые для обратной связи и устранения так называемого увода. «На наших актюаторах размещаются специальные тензорезисторы, использующиеся для обратной связи, за счет чего увеличивается разрешение (минимально возможное перемещение рабочего тела актюатора на единицу подаваемого напряжения. – А.Р.). Чтобы было понятно: без тензорезисторов точность работы актюаторов – 10–15 нанометров, а с использованием тензорезисторов этот показатель достигает одного нанометра! Соответственно увеличивается точность наведения», – объясняет суть новшества Андрей Дайнеко, директор центра управления проектами НИИ «Элпа».

Но точность актюатора зависит не только от использования тензорезисторов. Важнейшую роль играет источник питания, который непосредственно подает ток на несколько пьезоплатформ. Сам ИП – это фактически мини-компьютер, в основе которого лежит программируемый блок, подающий в зависимости от полученной команды электрические импульсы на актюаторы платформ по сложным алгоритмам.

«Наш источник питания – отдельная оригинальная разработка, выполненная НПК «СПП» из Великого Новгорода. Он обеспечивает точность подачи напряжения до десятка нановольт, за счет этого многократно увеличивается разрешение позиционирования самого зеркала. Ведь актюатор отслеживает любые колебания напряжения, что серьезно влияет на его точность», – комментирует Андрей Дайнеко.

Но не только высокая точность отличает российское изделие от зарубежных аналогов. В частности, в электронно-оптических системах, где используются немецкие S-330, зачастую бывают отказы, так как актюаторы не всегда выдерживают слишком большие боковые изгибы и разваливаются при возникающих перегрузках. «Разрабатывая ПНП-10, мы сразу обратили внимание на проблему живучести актюаторов и увеличили площадь их сечения в полтора раза. Возросла прочность, а значит, стала выше ресурсная наработка. Провели испытание на долговечность и достигли показателя 30 тысяч часов. Ставили три актюатора, подавали на них напряжение и непрерывно «долбили» их при температуре +85 градусов. В процессе испытания через каждую тысячу часов замеряли физические свойства. 30 тысяч часов – имеется в виду непрерывная работа. Если измерять в импульсах, то этот показатель многократно увеличится. Самолет столько не живет!», – отмечает Виктор Никифоров, заместитель руководителя научно-производственного комплекса по науке.

В настоящее время ПНП-10 проходят испытания в составе оптико-локационных станций, предназначенных для истребителей МиГ-29КР/КУБР, Су-35, и в составе системы лазерной подсветки цели новейших разведывательно-ударных вертолетов Ка-52.

Круг возможного применения ПНП-10 – для прицельного комплекса «Аллигатор», а также подвесного прицельного контейнера, который планируется для использования на таких машинах, как Су-35, МиГ-29 и Т-50.

Взгляд в будущее


Конструкторы и инженеры НИИ «Элпа» не стоят на месте. Сейчас, когда ПНП-10 доведена до серийного производства, на ее базе планируется создать линейку пьезоплатформ, различающихся разрешением, величиной перемещения и т. д. Кстати, благодаря уникальной технологии самой тонкопленочной пьезокерамики, разработанной в НИИ «Элпа» за несколько лет фактически с нуля, актюаторы получаются дешевле, чем у иностранных конкурентов.

«Актюатор многослойный, а значит, на нем много контактов. При изготовлении слои спекаются при очень высоких температурах, поэтому для контактных площадок используется палладий – не самое дешевое сырье. Мы же нашли способ уменьшить температуры спекания, что привело к сокращению потребности в палладии более чем на 30 процентов. Соответственно упала и себестоимость. Чтобы читателям было понятно: актюатор набирается из так называемых кубиков. К примеру, в одном 70-миллиметровом актюаторе ПНП-10 их 30. На мировом рынке стандартная цена одного 40–50-слойного кубика порядка четырех евро. Наш обойдется примерно на четверть дешевле. А линия по производству тонкопленочной пьезокерамики уже сейчас готова выпускать до миллиона таких кубиков в год», – констатирует Андрей Дайнеко.

На базе ПНП-10 также создается пьезоплатформа линейного перемещения, то есть двигающаяся в плоскостях не только Х и У, но и Z. Такое изделие востребовано и в авиации, и для космических программ, необходимо для разведывательных систем, а также высокоточного оружия. По словам представителей НИИ «Элпа», институт ведет в этом направлении совместные работы с несколькими предприятиями, но говорить о конкретных результатах пока рано.

Еще одно важное применение тонкопленочной пьезокерамики – системы виброгашения. «Первыми их испытали американские авиапроизводители на самолете F-16. Для гашения вибраций хвостового оперения использовались специальные панели из ленточных актюаторов. Принцип работы достаточно простой. У нас есть элемент конструкции самолета, который колеблется, а мы в противофазе ставим актюатор, который давит с противоположной стороны. Наш институт предлагает более интересный вариант – использовать пьезоплатформы как своего рода амортизаторы. В частности, это очень важно для узлов и агрегатов атомных подводных лодок. Мы проводили совместные исследования с институтом механики РАН и пришли к выводу: если на некоторые узлы и механизмы АПЛ установить ПНП, то можно свести вибрацию практически к нулю!» – резюмирует Андрей Дайнеко.

НИИ «Элпа» – предприятие, создавшее за считаные годы не только собственную пьезоплатформу, но и уникальную технологию тонкопленочной пьезокерамики, позволяющую серийно выпускать новые, во многом не имеющие в мире аналогов изделия, которые находят применение во многих отраслях ОПК.
Автор: Алексей Рамм
Первоисточник: http://vpk-news.ru/articles/28609


Мнение редакции "Военного обозрения" может не совпадать с точкой зрения авторов публикаций

CtrlEnter
Если вы заметили ошибку в тексте, выделите текст с ошибкой и нажмите Ctrl+Enter
Читайте также
Комментарии 31
  1. андрей юрьевич 27 декабря 2015 06:29
    "чёрные ящики" нормальные сделали нет? а то опять "впереди планеты всей,ура!"...на фото ПНП-10,разъём доставляет удовольствие-высокие технологии...! а по существу вопроса-конечно здорово что двигаемся вперёд.
    1. tomcat117 27 декабря 2015 08:59
      Согласен но поверь, иногда журналисты такую фотохрень вставляют ни к селу ни к городу и плюс пресловутая закрытость и секретность.
      Когда нас "прижмут", откуда не возьмись появляются идеи а после воплощения. Только жаль, что воплощения не в промышленном масштабе а штучно.
      А так дай бог, я как и подавляющее большинство за успех и Родину
    2. злой партизан 27 декабря 2015 12:19
      "чёрные ящики" нормальные сделали нет?

      Во-первых: уже сделали yes, во-вторых не ящики, а ящикyes (на кой тебе больше!), а в третьих: обязательно ошкуривать или так сойдет what ? Не для графьев ведь... feel
      Привет, дилетант! drinks
      1. андрей юрьевич 27 декабря 2015 17:31
        Цитата: злой партизан
        Во-первых: уже сделали , во-вторых не ящики, а ящик
        ...один??? what drinks
        1. frollog 28 декабря 2015 00:23
          А что, кто-то хочет как фараон, многослойный гробик? laughing
  2. LÄRZ 27 декабря 2015 08:58
    Оживает наша оборонка. Запросто может стать "локомотивом" всей экономики. В советские времена фактически каждое предприятие имело какое-то отношение к оборонке. Что-то, да "отстёгивали". А оборонку заставляли делать ("ну хоть что-то!") ширпотреб. Завод им. Козицкого гнал телевизоры "Радуга", Новгородский-"Садко", НПО "Ленинец" магнитофоны "Астра" и т. д. Смехота была... Вперёд, ребята! Но только не на ширпотреб, занимайтесь уж своим прямым делом.
    1. Ежак 27 декабря 2015 11:18
      Цитата: LÄRZ
      Оживает наша оборонка.

      В данной ситуации, не столько "оборонка", сколько "электронка". А уж куда её применить, всегда будет найдено. "Не пропадёт ваш скорбный труд..."
      1. i80186 27 декабря 2015 13:24
        Цитата: Ежак
        В данной ситуации, не столько "оборонка", сколько "электронка".

        Вот именно в данной ситуации не столько электроника, а сколько мехатроника . winked
        Т. е. все системы в комплексе.
        1. Ежак 27 декабря 2015 14:52
          Цитата: i80186
          данной ситуации не столько электроника, а сколько мехатроника

          я говорю об электронике, поскольку с середины 70-х имею отношение к ней и достаточно сносно знаю в каком она состоянии была и есть.
          1. i80186 27 декабря 2015 17:46
            Цитата: Ежак
            я говорю об электронике, поскольку с середины 70-х имею отношение к ней и достаточно сносно знаю в каком она состоянии была и есть.

            Ну и я имею отношение к электронике, но я и к остальному тоже имею отношение. И я знаю в каком она состояние была в 90-х и в каком она сейчас. Так вот всё, что там бредят про "нанометры у интелов" - суть фигня. Ибо технологический предел тех. процесса не за горами, два-три десятка лет и уже уменьшать некуда будет. Тогда купил/украл/наконец потратил деньги, на разработку своей технологии и всё - другой не надо, меньше "трёх атомов" транзисторов не бывает. Это как с выплавкой стали - сто лет бурного развития и совершенствования, а потом 150 лет вялотекущего развития тех процесса.
            А все остальные направления у нас на уровне, включая проектирование собственных кристаллов СБИС, а мощная СВЧ техника так даже и впереди. Вот об этом это статья собственно.
            1. sa-ag 27 декабря 2015 18:16
              Цитата: i80186
              Так вот всё, что там бредят про "нанометры у интелов" - суть фигня. Ибо технологический предел тех. процесса не за горами, два-три десятка лет и уже уменьшать некуда будет.

              И не будут, тут народ фотонику начинает делать http://geektimes.ru/company/icover/blog/268308/
              производительность, энергопотребление, согласно заявлениям куда как превосходят чисто электронные изделия
              1. i80186 27 декабря 2015 18:34
                Цитата: sa-ag
                И не будут

                Конечно не будут - ибо невозможно. Ну а в статье совсем про другое пишут. Там как бы про интерфейсы связи. Ну т.е. про то, как у процессоров сделать не 1000 ножек, а три. smile
                Это тоже одна из главных проблем - электромагнитное влияние сигналов на печатной плате друг на друга, учитывая необходимость снижения возможной мощности оных, а также повышение их частоты(скорости передачи данных) наверное и вправду будущие за оптикой.
            2. adept666 28 декабря 2015 18:48
              А все остальные направления у нас на уровне, включая проектирование собственных кристаллов СБИС
              Да и литографы у нас есть с приличным тех процессом своего собственного изготовления. Тут скорее проблема не техническая, а экономическая больше(рентабельность и спрос).
    2. Dimon19661 27 декабря 2015 13:36
      Вы не правы-это у каждого оборонного предприятия существовал цех ТНП(товары народного потребления)
  3. podgornovea 27 декабря 2015 08:59
    Ну вот, наконец то! А то говорят у нас ничего высокотехнологичного делать не умеют! Вот в какие разработки надо деньги вкладывать, а не в "Роснано". Если конкурентоспособны на рынке вооружений то ив гражданке наверняка применение найдётся: системы стабилизации для фотоаппаратов и видеокамер,управление зеркалами в домашних проекторах. А может и для систем слежения беспилотных автомобилей, очень перспективный рынок!
    1. V.ic 27 декабря 2015 10:19
      Цитата: podgornovea
      Вот в какие разработки надо деньги вкладывать, а не в "Роснано".

      Чубайс - неприкасаемая и для прокорма сего чуда-Jude и создана "Роснано".
    2. Ежак 27 декабря 2015 14:36
      Цитата: podgornovea
      А то говорят у нас ничего высокотехнологичного делать не умеют!

      Умели, умеют и будут уметь. Впервые в мире пъезодвигатели были применены в бытовом видеомагнитофоне, Затем они появились в кассетных магнитофонах. А сейчас мы говорим о таких же двигателях, только западного производства в фотоаппаратах и объективах.
  4. midivan 27 декабря 2015 09:00
    скажу честно что не чегошеньки не понял из всех слов только пьеза знаю в зажигалках бывают laughing поэтому простой обывательский вопрос-премии будут??? или этой конторе далеко до Роснано и все бабло в разработки вбухали? bully
    1. Ежак 27 декабря 2015 12:06
      Цитата: midivan
      кажу честно что не чегошеньки не понял из всех слов только пьеза знаю в зажигалках бывают

      Ох, как же мало вы знаете. Головки звукоснимателей у проигрывателей винила, излучатели звука в современных будильниках, сопла пишущей головки у принтеров Epson и много где ещё.
      Если вы не знаете о существовании сусликов, то это вовсе не означает, что их не существует. Суслики есть! И они будут есть.

      В приложении головка принтера EPSON 7700 9700
      1. midivan 27 декабря 2015 16:29
        Цитата: Ежак
        Ох, как же мало вы знаете. Головки звукоснимателей у проигрывателей винила, излучатели звука в современных будильниках, сопла пишущей головки у принтеров Epson и много где ещё

        crying как мне теперь с этим жить то?а вы знаете ко мне приезжают ремонтироваться врачи допустим(не много несколько человек) и вы не поверите в машинах они практически не чего не знают,а некоторые колесо с трудом могут поменять(не знают куда домкрат подставить),блин и живут же как то и руки от незнания еще не кто на себя не наложил laughing вывод-каждый должен заниматься своим делом и знать его,а головка эпсон мне в жизни возможно даже не встретится wink
        1. Ежак 27 декабря 2015 18:54
          Цитата: midivan
          вывод-каждый должен заниматься своим делом и знать его

          А ещё есть такое понятие, как кругозор. Глубоко лезть нет нужды, но иметь понятие не помешает никогда.
          1. midivan 27 декабря 2015 21:45
            спасибо smile непременно воспользуюсь вашим советом но для начала если вы не против в тех направлениях которые мне более интересны hi
  5. yuriy55 27 декабря 2015 09:13
    Наш институт предлагает более интересный вариант – использовать пьезоплатформы как своего рода амортизаторы. В частности, это очень важно для узлов и агрегатов атомных подводных лодок. Мы проводили совместные исследования с институтом механики РАН и пришли к выводу: если на некоторые узлы и механизмы АПЛ установить ПНП, то можно свести вибрацию практически к нулю!» – резюмирует Андрей Дайнеко.


    У Запада и так слуховые галлюцинации от современных АПЛ, а что будет от модернизированных? Хотя... пусть сутками напролёт ищут наши АПЛ, хоть делом займутся. winked
  6. V.ic 27 декабря 2015 10:23
    Эх, блин, сколько времени упущено с момента развала СССР! Почти четверть века работы оборонки на выпуск лопат из титана и прочих, столь необходимых в хозяйстве предметов... Слава Богу, одумались, начали делом заниматься!
    1. кеп 28 декабря 2015 04:45
      Цитата: V.ic
      Эх, блин, сколько времени упущено с момента развала СССР! Почти четверть века работы оборонки на выпуск лопат из титана и прочих, столь необходимых в хозяйстве предметов... Слава Богу, одумались, начали делом заниматься!


      Вот что по этому говорит главный по оборонке с комментарием с мест:
      "Новый вице-премьер правительства по делам вооружений Дм. Рогозин объявил, что необходимо срочно создавать «Добровольческое движение в поддержку армии, флота и оборонно-промышленного комплекса Общероссийского народного фронта». Дальше некуда. Надо полагать, такое решение пришло не сразу и в силу некоей безнадёги, которую он увидел во время посещения оборонных предприятий. Как известно, многие из них просто разгромлены, будучи предварительно разграбленными. Во многие внедрены чуждые и необразованные управленцы от разного рода госкорпораций типа «Ростехнологии». . Сегодня на место Христенко, в министры, прочат его зама Мантурова. По образованию – социолога, позорно курировавшего авиапром. И таких примеров – сотни. Грамотные инженеры и главные конструкторы оборонных предприятий, кому удалось сохранить их от развала, отстраняются от работы. Туда прибывают друзья и родственники больших московских начальников, которые ничего, кроме распила бюджетов, не умеют. Отсюда – завышенные цены на оружие, отсюда скандальный и смертельно опасный для страны срыв оборонзаказа.
      Ясно, что именно против этих господ и задумана рогозинская добровольческая армия. Но чудище это «стоглаво» и крышуется на самом высоком уровне."

      Источник:http://nnm.me/blogs/aleeks1/dobrovolcheskaya-armiya-dmitriya-ro
      gozina/

      Я искренне желаю Д.Рогозину успехов в наступающем году.
      Они реально есть. Но чистить "завалы"согласитесь, не самая благородная работа. hi
  7. Rigla 27 декабря 2015 11:46
    Всем кто до сих пор считает жителей украины нашими братьями окунитесь сюда http://forumodua.com/showthread.php?t=1417512&page=2193 Твари они и точка
    1. serverny 27 декабря 2015 14:07
      Зачем этот мусор тащить в приличное общество ?
      Пусть варятся в своей желчи сами по себе.
  8. Стрежевчанин 27 декабря 2015 14:04
    Пьезо энергосистема это бдущее экзоскелетов, а впрочем и всего вооружения.
    Парни из института говорят что можно запустить состав, котрый будет сам себя питать просто двигаясь!
  9. Rostislav 27 декабря 2015 18:26
    Правильные люди стоят у руля НИИ «Элпа». Точность позиционирования - один нанометр.
    Может, поменять руководителя "Нанотехнологий"?
    Кто "За"?
  10. derik1970 27 декабря 2015 21:28
    Нет никакого импортозамещения, есть только покупки у китайцев... Сами нифига ничего по сути не производим, только лишь отчеты бравурные... как это все достало...
  11. ДИМбор 27 декабря 2015 22:54
    Много непонятных слов в статье.Но ясно одно мы опять впереди планеты всей.УРА.
  12. Mestny 27 декабря 2015 23:24
    Цитата: midivan
    пасибо smile непременно воспользуюсь вашим советом но для начала если вы не против в тех направлениях которые мне более интересны

    поэтому простой обывательский вопрос-премии будут??? или этой конторе далеко до Роснано и все бабло в разработки вбухали?

    Я так понимаю, помимо замены колёс Вы эксперт в области финансирования РОСНАНО?
    Просветите пожалуйста, ну для расширения нашего кругозора - как там оно распределяется на самом деле?
  13. Комментарий был удален.

Информация

Посетители, находящиеся в группе Гость, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
Картина дня