ERDC армии США: пионерские инженерные решения для военных и гражданских проектов

Центр инженерных исследований и разработок (ERDC)

Центр инженерных исследований и разработок армии США (ERDC), основанный в 1998 году, является исследовательской организацией Корпуса инженеров армии США. ERDC проводит НИОКР в поддержку солдата, военных объектов и гражданских работ (водные ресурсы, экологические миссии и др.), а также для других федеральных агентств, штатных и муниципальных властей и американской промышленности через инновационные соглашения о работе.

Мощные вычислительные ресурсы и семь лабораторий

ERDC помогает решать проблемы в гражданском и военном инжиниринге, геопространственных науках, водных ресурсах и экологических науках. Объекты варьируются от суперкомпьютеров до физических моделей. Суперкомпьютеры Cray XT3 и XT4 центра — одни из самых мощных и быстрых в мире, с возможностью более 3.5 квадриллионов вычислений в секунду.

Семь исследовательских лабораторий ERDC функционируют как интегрированные команды инженеров и ученых для решения широкого спектра научных и технологических вопросов — от работы в арктических температурах и подвижности техники в пустынных песках до защиты влажных земель и точного определения местоположения артиллерийского снаряда.

Пять основных направлений НИОКР

1. Военное инжиниринг

Военное инжиниринг предоставляет технологии и возможности воину для обеспечения защиты силы и маневра. Эта область разрабатывает новые, лёгкие, быстро возводимые системы защиты, которые могут быть оперативно развёрнуты в удалённых локациях. Из НИОКР этих инновационных систем защиты разработаны средства поддержки решений о выживаемости, позволяющие не только быстро оценивать текущие позы защиты, но и предоставлять улучшенные проекты для усиления обороны против атак.

Исследователи разработали передовые численные методы для характеристики осколочного взрыва и смягчения на структурах и оценили эффекты оружий на основе мировых типов строительных материалов. Используя возможности высокопроизводительных вычислений (HPC) Министерства обороны, исследователи разработали физические численные симуляции для оценки производительности сенсоров в сложных гео-средах и передовые симуляционные возможности для оценки производительности экипажных и беспилотных наземных машин.

Исследователи изучают сенсорные модальности, позволяющие мониторинг и оценку критической инфраструктуры, используемой для входа и маневра в театре операций.

2. Экологическое качество и объекты

Подход этой области — продвигать и эксплуатировать науку и технологии для максимизации долгосрочного вклада построенной и естественной сред в готовность и операционный успех армии. Решения фокусируются на высокоустойчивых и рентабельных подходах к управлению жизненным циклом военных земель, полигонов и инфраструктуры.

Технологии улучшают опыт тренировок воина, снижают ограничения тренировочных земель, улучшают безопасность солдата, обеспечивают эффективное использование ограниченных ресурсов, таких как энергия и вода, и облегчают планирование устойчивости с местными и региональными сообществами.

3. Гражданские работы и водные ресурсы

Эта область обеспечивает экологически устойчивые решения вызовам водных ресурсов нации и помогает обеспечивать безопасные и резилиентные сообщества и инфраструктуру. Технологии помогают устойчиво управлять существующей инфраструктурой водных ресурсов перед лицом ожидаемых климатических изменений и изменений землепользования, инвазии экзотических видов, демографических сдвигов и устаревших структур.

Инструменты и ресурсы улучшают поток коммерческого судоходства на водных путях, восстановление шлюзов и поддержание фарватеров, снижение риска ущерба жизни и имуществу от наводнений и защиту рыб и растительной жизни.

4. Геопространственные исследования и инженерия

Область геопространственных исследований и инженерии предоставляет данные, аналитические инструменты, информацию и возможности рамки решений для обеспечения ситуационной осведомлённости боевого пространства для воина. Она вооружает солдат информационным превосходством, чтобы они могли точно и быстро оценивать эффекты боевого пространства на личный состав, платформы, сенсоры и системы. Исследования включают анализ рельефа для феноменологии сигналов и сенсоров, геопространственную и временную информацию, геопространственное рассуждение и науку об изображении и геоданных.

5. Инженерные резилиентные системы

Область инженерных резилиентных систем объединяет передовые инженерные техники с высокопроизводительными вычислениями для разработки концепций и инструментов, которые значительно расширяют варианты дизайна, исследуемые на ранних стадиях процесса закупки. Техники дают торговые пространства, которые могут быть сгенерированы за часы вместо месяцев и тысячи раз больше и сотни раз точнее, чем те, что созданы традиционными методами.

Дизайны также резилиентны — системы надёжны, легко модифицируются для встречи будущих целей миссии и обладают предсказуемым жизненным циклом. Исследования применялись к анализам самолётов с фиксированным крылом, роторных вертолётов, наземных машин и кораблей.

Технологии: 3D бетонный принтер, ARAMS, CTB, умная HVAC, извлечение воды, радиационные детекторы, давление

Инженеры изобрели 3D бетонный принтер, который может создавать здания. Он может печатать с множеством разных материалов, включая однородные материалы, такие как цементная паста, или гетерогенные, такие как бетон. Он использует аддитивный производственный процесс для «печати» полупостоянных структур в театре операций. Автоматизированное строительство экспедиционных структур (ACES) имеет потенциал сократить поставки строительных материалов вдвое и снизить потребности в строительной рабочей силе на 62% по сравнению с фанерным строительством.

Армия проводит оценки рисков для определения безопасных уровней и целевых уровней очистки для военных соответствующих соединений (MRCs). ARAMS™ — высокоадаптивная, компьютерная динамическая система моделирования и анализа, которая может оценивать будущие или временно изменяющиеся риски для здоровья людей и экологии, используя измеренные или предсказанные данные воздействия, делая её незаменимым ресурсом для тех, кто управляет объектами для соответствия и устойчивости. ARAMS также можно использовать для проведения объектно-специфичных оценок, включая скрининговые или комплексные оценки рисков.

Вычислительный тестовый полигон (CTB) — это набор 3D физических высокоточных моделей для предсказания и улучшения производительности текущих и будущих силовых сенсорных систем при обнаружении поверхностных и ближних к поверхности объектов в сложных средах. CTB помогает пользователям понимать геофизические феномены за сигнатурами, детектируемыми сенсорами, работающими в электромагнитном спектре. Он моделирует физические процессы в среде и то, как эти процессы влияют на сигнатуры, чувствуемые пассивными и активными сенсорными модальностями.

Разработана интеллектуальная система отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC), расположенная внутри архитектурной структуры. Когда сенсоры (или человеческий оператор) обнаруживают «инцидент» (например, обнаружен загрязнитель или происходит неожиданное нарушение структуры, которое может быть связано с введением загрязнителя), HVAC система пересчитывает воздушные потоки для структуры. Если новопересчитанный воздушный поток так требует, система защищает жителей структуры от воздухонесённого загрязнителя, меняя воздушный поток через структуру (например, закрывает шторку в воздуховодах, увеличивает вентилятор или перенаправляет поток к резервной системе фильтрации).

Исследователи разработали систему для извлечения питьевой воды из отходов с использованием потоков отработанного нагретого воздуха. Система эффективно захватывает водяной пар из отходных материалов, таких как сточные воды, рассол и ил, через ускоренный процесс испарения с использованием десикантов.

Команда разработала переносные радиационные детекторы, обеспечивающие направленное чувствование с использованием электронной коллимации. Технология имеет применения, такие как быстрое обнаружение скрытых, зарытых или подводных радиоактивных материалов, плавающих в водоёме. Прототип сенсора демонстрирует, что электронная коллимация возможна в компактном и лёгком форм-факторе с хорошим соотношением сигнал/шум.

Высокопространственная, высокочувствительная система чувствования давления для опасных и труднодоступных локаций состоит из видимого лазерного источника с мощностью 5 мВт и нанокомпозитного датчика давления с квантовыми точками, встроенными в матрицу сенсора. Под давлением квантовые точки в матрице сенсора флуоресцируют при освещении лазером. Спектрометр детектирует флуоресцентные сигналы и преобразует их в цифровой формат. Процессор данных затем вычисляет фактическое отношение интенсивности флуоресценции и сравнивает его с отношениями интенсивностей и значениями давления в связанной базе данных.

Передача технологий

Офис исследований и передачи технологий ERDC курирует передачу технологий и продуктов НИОКР частному сектору.

Для информации о лицензировании технологии ERDC свяжитесь с [email protected]. Посетите офис исследований и передачи технологий ERDC .