Авиационные технологии в России
Сегодня сложно представить мир без авиации. Путешествия, перевозка товаров и корреспонденции, тушение пожаров, обработка полей – все это зависит от развития авиации.
Сейчас важный вклад в развитие авиации вносят научные и образовательные организации, поддерживаемые национальным проектом «Наука и университеты».
Самарский университет работает над созданием экологичного двигателя для гражданской авиации
В 2023 году российские ученые и инженеры планируют создать опытный образец нового экологичного двигателя для гражданской авиации. Его разработкой занимается Самарский национальный исследовательский университет им. академика С. П. Королева (участник программы развития вузов «Приоритет 2030» национального проекта «Наука и университеты») совместно с партнерами. Об этом сообщил победитель трека «Наука» конкурса «Лидеры России» проректор по научно-исследовательской работе Самарского университета, доктор технических наук Андрей Прокофьев. «Любой современный авиационный двигатель генерирует вредные выхлопы, которые необходимо минимизировать. В гражданской авиации это требование сегодня выходит на первое место», – отметил он.
Андрей Прокофьев пояснил, что прикладные исследования идут в нескольких направлениях, и ученым Самарского университета приходится решать довольно сложные и противоречивые задачи. «Вместе с экологичностью остается актуальным повышение топливной эффективности двигателя: образно говоря, чтобы за литр керосина можно было дальше улететь. Но есть четкая закономерность: чем выше давление в камере сгорания газотурбинных двигателей, что повышает топливную эффективность, тем больше вредных выбросов. Поэтому перед нами стоит довольно противоречивая задача – повышая давление в камере сгорания, снижать вредные выбросы», – отметил Андрей Прокофьев.
Разработчики выяснили, что обеспечивать высокую топливную эффективность и вместе с тем снижать вредные выбросы окиси азота и оксида углерода позволяет, в частности, добавление водорода в авиационный керосин. «В авиационной технике не целесообразно полностью переходить на водород: он легкий и занимает больший объем, что неприменимо для гражданских самолетов. А вот небольшое подмешивание очень чувствительно и экологически, и экономически. В ближайшее время нам необходимо определить оптимальное процентное содержание водорода в авиационном топливе, затем начнутся конструкторско-доводочные работы», – пояснил Андрей Прокофьев.
Он рассказал, что эксперименты в университете продолжаются непрерывно: только в 2022 году их запланировано порядка тридцати. «К концу 2023 года мы вместе с нашими индустриальными партнерами должны выйти на производство высокотехнологичной камеры сгорания для испытаний», – сообщил Андрей Прокофьев.
Учёные ННГУ имени Н.И. Лобачевского запатентовали систему бесконтактной автоматической дозаправки беспилотных летательных аппаратов
Учёные Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского запатентовали систему бесконтактной автоматической дозаправки беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Подобные системы пытались создать во многих странах. Российскую разработку отличает точность координации БПЛА с заправочной станцией и бесконтактная зарядка. Запатентованная система позволяет обойтись минимумом доводки БПЛА – это значительно уменьшает расход энергии и себестоимость системы по сравнению с аналогами, но в то же время не влияет на летно-технические характеристики БПЛА.
Доцент кафедры нейротехнологий Института биологии и биомедицины ННГУ Сергей Стасенко пояснил: «Зарядка БПЛА осуществляется беспроводным способом с использованием воздушного трансформатора, где энергия из первичной цепи посадочной площадки передаётся во вторичную цепь аппарата посредством магнитного поля. Наше изобретение устраняет недостатки прототипов за счёт оригинальной конструкции автономной заправочной станции и алгоритма управления посадкой, основанного на собственных разработках в области систем искусственного интеллекта и систем регистрации флуоресцентных изображений».
Модуль управления системы при необходимости может связываться с БПЛА. Платформа представляет собой автономную станцию, которая «питается» солнечной энергией. На ней установлена УФ-камера. Модуль питания содержит аккумуляторную батарею и катушки, которые создают переменное магнитное поле для бесконтактной дозаправки.
В зону видимости БПЛА входит за счёт штатной навигационной системы на базе GPS/ГЛОНАСС, после чего использует радиоканал для поиска локальной вычислительной сети автономной станции, включает ультрафиолетовый источник излучения и передаёт координаты станции.
Летательный аппарат оснащён вычислительным модулем, который с помощью алгоритма распознаёт разметку для посадки. Он представляет собой специально обученную нейросеть, что позволяет минимально использовать вычислительные возможности БПЛА.
Научно-исследовательские работы выполнялись на базе лаборатории перспективных методов анализа многомерных данных ННГУ. В коллектив исследователей также входили научные сотрудники Федерального исследовательского центра «Институт прикладной физики Российской академии наук» (ИПФ РАН).
Ученые МАИ с помощью математического моделирования развивают отечественный авиапром
На базе Московского авиационного института (МАИ) создается Центр компетенций «Математическое моделирование». Новый Центр компетенций является частью стратегического проекта МАИ «Будущие аэрокосмические рынки – 2050» в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет 2030». Для работ в области математического моделирования используется суперкомпьютер мощностью более 150 терафлопс.
Одна из ключевых технологий индустрии 4.0, обеспечивающих конкурентоспособность на аэрокосмических рынках будущего, - методы математического моделирования, которые позволяют существенно сократить сроки и качественным образом повысить эффективность работы по созданию сложных образцов техники, уверены ученые МАИ.
В Центре «Математическое моделирование» МАИ сегодня ведется работа над задачами аэроупругости, изучением процессов обледенения, созданием новых методов аэродинамических расчетов и т.д.
Создание единой и удобной программной среды для весового проектирования – весовой платформы – и исследования в области предиктивного анализа стали одним из ключевых направлений деятельности.
«Работа над весовой платформой ведется совместно с Министерством промышленности и торговли Российской Федерации. Единая программная среда позволит объединить применяющееся сегодня разрозненное программное обеспечение, используемое для решения отдельных задач в области весового проектирования, анализа, контроля изделий авиационной техники. Это поможет снизить количество ошибок проектирования, которые приводят к срыву сроков работ и, как следствие, увеличению стоимости готового продукта, а также повысить топливную эффективность готового изделия», – поясняет начальник НИО-101 МАИ Дмитрий Юрьевич Стрелец.
Ещё одно актуальное направление деятельности Центра «Математическое моделирование» – работа по предиктивному анализу выхода из строя агрегата топливной системы самолета. Цель проекта – повышение надежности авиаперевозок и минимизация рисков простоя самолета на полосе из-за внезапных поломок.
«Ситуация, в которой загруженный самолет находится на полосе и не может вылететь, полностью нарушает выстроенную заранее логистическую цепочку и несет большие финансовые потери для авиакомпании в связи с простоем воздушного судна. Наша разработка в рамках проекта МАИ «Будущие аэрокосмические рынки – 2050» программы Минобрнауки России «Приоритет 2030» позволяет прогнозировать выход из строя агрегатов топливной системы, исходя из данных, получаемых с различных датчиков самолета, и избегать подобных критичных для компании проблем. Благодаря предиктивному анализу компания будет иметь возможность принять необходимые меры, связанные с заменой или ремонтом агрегата, не дожидаясь его выхода из строя», – рассказывает руководитель проекта, начальник лаборатории №1 НИО-101 МАИ Андрей Катаев.
Специалисты МАИ завершили первый этап работы, в рамках которого созданы методики предиктивного анализа, отлично показавшие себя при тестировании. На втором этапе планируется опытное внедрение разработки на самолетах компании «Волга-Днепр», а также запуск программ по обучению работе с системой для сотрудников авиакомпаний и студентов МАИ.
Ученые Пермского Политеха нашли способ снизить шум от самолетов
Группа исследователей Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработала технологию, которая позволит эффективнее прогнозировать акустические характеристики звукопоглощающих облицовок в авиадвигателях.
Звуки, которые образуются при полетах авиалайнеров, оказывают вредное воздействие на окружающую среду. Поэтому международные стандарты по шуму на местности регулярно ужесточаются, а их невыполнение грозит авиаперевозчикам крупными штрафами. Эта проблема легла в основу исследования пермских ученых.
«С помощью математических методов нам удалось смоделировать распространение шума и процесс его поглощения реальными конструкциями, которые используются в самолетостроении. Это решение позволит в дальнейшем уточнить акустические характеристики авиационных двигателей и снизить их шумность», - пояснил младший научный сотрудник лаборатории механизмов генерации шума и модального анализа Центра акустических исследований ПНИПУ Олег Кустов.
Беспилотный самолет из Центра компетенций НТИ на базе Университета Иннополиса
Руководитель Лаборатории беспилотных технологий Ксения Шашкина вместе с командой изобрели беспилотный самолёт с вертикальным взлётом и посадкой. Беспилотник предназначен для транспортировки грузов, термальной фото- и видеосъёмки, лазерного сканирования, аэрофотосъёмки больших площадей. Новый беспилотник показывает дальность полёта до 100 км и грузоподъёмностью до 5 кг.
Помимо стандартного набора функций управления дронами — полета по заданной миссии, работы с полезной нагрузкой, полёта без оператора, дрон сам понимает, если с ним что-то не так, и принимает решение, что делать дальше: лететь с отказавшим датчиком или сесть, перейдя в коптерный режим и выбрав безопасную зону посадки.
По словам разработчиков системы, главное преимущество перед аналогами — подход к разработке бортовых сенсоров на базе UAVCAN — протокола для распределённого обмена данными в реальном времени по сетям CAN, Ethernet и другим. Он позволяет повысить надёжность и увеличить время полёта за счёт использования двигателя внутреннего сгорания в качестве маршевого двигателя.
Как рассказывает Ксения Шашкина, коллектив лаборатории беспилотных технологий состоит из порядка 35 человек. Среди них есть электронщики, программисты, конструкторы, бизнес-аналитики. Коллектив лаборатории беспилотных технологий — это молодая команда, но что важно — у всех, даже студентов, уже есть опыт реальной работы с индустрией. Они выигрывают гранты, занимаются научной темой, привлекают коммерческие проекты и успешно их реализовывают.