Ежегодно от работы авиационных двигателей в атмосферу попадает около 6-8 млн тонн оксидов азота. Это опасные загрязнители, образующиеся при сгорании топлива. Они не просто угрожают качеству воздуха, а планомерно воздействуют на верхние слои атмосферы, вызывая кислотные дожди, усиливая парниковый эффект и приводя к постепенному потеплению климата. Борьба с подобными выбросами ведется через ужесточение международных стандартов и технические инновации в двигателестроении. Ученые Пермского Политеха разработали оригинальный виртуальный измеритель концентрации окислов азота в камере сгорания, адаптированный под разные режимы полета самолета. Новый подход к построению системы на основе нейронной сети позволил на 82,8% повысить точность расчетов концентрации эмиссии газов.

Статья опубликована в сборнике «XIV Всероссийское совещание по проблемам управления».  

Окислы азота (или оксиды азота) — это общее название для целой группы химических соединений, в которых атомы азота и кислорода соединены друг с другом в разных пропорциях. Главный источник их образования — процессы горения при высоких температурах: когда в камере сгорания двигателя она достигает 1300 °C, атомы начинают распадаться и вступать в реакцию. Окислы азота — одни из самых опасных долгоживущих загрязнителей воздуха, и их воздействие от авиации особенно значительно, потому что выбросы происходят в верхних слоях тропосферы и нижних слоях стратосферы. Там эти газы сильнее влияют на образование озона и оказывают более серьезное воздействие на климат, чем выбросы на земле. Кроме того, выбросы оксидов азота воздействуют и на человека: при выпадении осадков они переходят в кислоты, вызывая кислотные дожди, что отрицательно сказывается на здоровье и окружающей среде.

Допустимые нормы выбросов для авиадвигателей постоянно ужесточаются, что требует разработки новых высокотехнологичных методов их снижения. Для этого важно уметь точно управлять и измерять концентрацию оксидов азота в камере сгорания. Прямое измерение с помощью физических датчиков – сложная и дорогая задача. Им приходится работать в экстремальных условиях, при высокой температуре и давлении, что приводит к их быстрому износу, выходу из строя и частой замене. Кроме того, они не обеспечивают достаточную точность и непрерывный контроль.

На смену датчикам приходят различные физико-химические или нейросетевые компьютерные модели, которые способны смоделировать все реакции образования вредных веществ и спрогнозировать их выбросы в атмосферу. Но чаще всего подобные системы очень ресурсоемки, требуют много мощности и времени, не всегда соответствуют требуемым нормативам и изменяющимся условиям работы.

Ученые Пермского Политеха разработали оригинальный виртуальный нейросетевой измеритель окислов азота, который адаптируется под режимы работы газотурбинного двигателя и обеспечивает как точность, так и быстродействие системы.

– Одним из основных преимуществ разработки является способность работать без прямого контакта с газами высокой температуры внутри камеры сгорания, а за счет косвенных измерений. В режиме реального времени система анализирует несколько ключевых параметров работы газотурбинного двигателя: расход топлива, давление и температуру в камере сгорания, коэффициент избытка воздуха. Эти данные легко получить с помощью стандартных датчиков, а по ним наша система с достаточно высокой точностью вычисляет концентрацию окислов азота, – объясняет Вячеслав Никулин, ассистент кафедры автоматики и телемеханики ПНИПУ.

Структуру нейронной сети ученые построили на базе персептрона – простой классической модели, которая состоит из одного скрытого слоя нейронов, в режиме реального времени обрабатывающих множество входных данных. Чем больше нейронов используется, тем больше времени уходит у измерителя на расчет выбросов газа. В ходе серии экспериментов ученые определили, что сеть из 3 нейронов позволяет проводить расчеты всего за 3,63 миллисекунды с достаточной точностью.

Уникальность разработки ученых – в ее адаптивности. Двигатель самолета работает в разных режимах: взлет, набор высоты, посадка, руление. Каждый из них имеет свои особенности и характеристики горения. Эксперты обучили нейросеть отдельно для каждого режима. Введение механизма подстройки весовых коэффициентов в адаптивной модели с учетом режима работы двигателя позволило более достоверно выдавать информацию о содержании эмиссии (выделения) оксидов азота. Внедрение такого блока адаптации на 82,8% повышает точность измерений по сравнению с системой, где использован неадаптивный измеритель.

Таким образом, разработанный виртуальный измеритель — это не отдельный физический датчик, а программный алгоритм, встраиваемый в систему управления авиационным двигателем. Во время полета в режиме реального времени он получает и обрабатывает данные о расходах топлива, давлении и температуре в камере сгорания. На их основе быстро (3,63 миллисекунды) рассчитывает концентрацию оксидов азота. Благодаря этой информации система управления может корректировать параметры работы двигателя и тем самым повлиять на снижение выбросов без ущерба для тяги и экономичности.

Разработка ученых Пермского Политеха открывает новые возможности для создания экологичных и эффективных систем управления авиационными двигателями. Внедрение инновационного виртуального измерителя обеспечит более точный и оперативный контроль процесса сгорания, что способствует сокращению вредных выбросов в атмосферу.

Понятно, впереди еще много лет разработок и испытаний. Мы никуда не спешим, такие моторы нам вот прямо завтра не нужны. Но создание такого мотора, даже вот на этой стадии, это билет в высшую лигу мирового двигателестроения.

Подписывайтесь на Телеграм «Сделано у нас» тут, а на сообщество на Пикабу можно подписаться здесь

Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника».

Большинство столкновений самолетов с вулканическим облаком заканчиваются без сильных повреждений. Однако в мировой практике зарегистрированы случаи, когда высокая концентрация пепла приводила к отказу двигателей пролетающих воздушных судов. Он накапливается в виде стекловидных отложений на сопловом аппарате турбины, тем самым засоряя межлопаточный канал, по которому движется газовый поток с высокой энергией. Это снижает устойчивость двигателя и приводит к его выключению. Такой инцидент произошел, например, в 1982 году, когда после воздействия пепла вулкана Галунггунг в Индонезии у самолета Boeing 747 в полете практически одновременно выключились все четыре силовые установки. И только мастерство экипажа позволило избежать катастрофы.

Сегодня ситуацию с облаками вулканического пепла отслеживают метеоспутники и метеостанции. Все данные оперативно обрабатываются, поставляются в аэронавигационные службы по всему миру, и каждому вулкану присваивают свой цветовой код, который обозначает уровень опасности для авиации. В связи с этой информацией авиакомпании корректируют маршруты полетов, чтобы избежать столкновения с пеплом, так как даже его небольшая концентрация может повредить элементы воздушного судна. Так, например, извержению Ключевского вулкана в августе 2025 года, и также выбросу пепла вулкана Шивелуч 11 апреля 2023 года на Камчатке сразу был присвоен наивысший «красный» код авиационной опасности. Это означает, что полеты на близлежащих территориях запрещены.

Если процессы формирования пепловых отложений на сопловом аппарате двигателей уже были хорошо известны, то некоторые особенности негативных последствий при запредельных уровнях концентрации пепла, исследованы не так подробно. В частности, перегрев ключевого элемента авиационного двигателя – лопатки турбины.

Ученые Пермского Политеха детально исследовали, как попадание вулканического пепла в двигатель самолета влияет на тепловое состояние лопаток турбины и приводит к деградации свойств теплозащитного покрытия.

Сопловые лопатки – это детали, которые направляют и ускоряют газы, выходящие из камеры сгорания, на рабочие лопатки, вращающие вал двигателя. Созданный высокоскоростной поток обеспечивает движение самолета. Лопатки постоянно находятся под прямым воздействием газов, раскаленных до температуры 1500 градусов. Чтобы они выдерживали такие экстремальные условия, их изготавливают из специальных высокопрочных и жаростойких материалов, а также оснащают теплозащитным покрытием и системой охлаждения – множеством микроотверстий, через которые подается холодный воздух, создающий защитную пленку от горячих газов.  

– Стекловидные отложения пепла наиболее интенсивно аккумулируются на всех сопловых лопатках первой ступени турбины и перекрывают отверстия. Очевидно, что такое засорение ухудшает качество пленочного охлаждения и приводит к значительному нагреву элементов. Чтобы понять, как именно происходит этот процесс и какие его последствия, мы провели 3D-моделирование сопловой лопатки авиационного двигателя ПД-14 на разных режимах его работы в условиях воздействия вулканического пепла с различным уровнем концентрации и времени воздействия, – объясняет Николай Саженков, доцент кафедры «Авиационные двигатели», руководитель группы молодежного проектно-технологического бюро ПИШ ВШАД ПНИПУ, кандидат технических наук.

Первоначально ученые оценили температурное состояние сопловых лопаток при штатной работе до попадания двигателя в вулканическое облако для трех режимов работы ПД-14 – крейсерский (основной), номинальный (набор высоты) и полетный малый газ (посадка). Далее определяли перекрытие каждого охлаждающего отверстия пеплом и повторно вычисляли тепловое состояние.

Расчеты проводили для двух различных концентраций пепла на входе в двигатель: по нормам авиационной безопасности – 4 мг/м³ в течение одного часа – незначительное и безопасное воздействие для двигателя; и по критической концентрации – 100 мг/м³ в течение 3-6 мин, аналогичной воздействию пепла вулкана Галунггунг на двигатели.

– Результаты показали, что при концентрации согласно сертификационным нормам и при выборе режима малого газа внешний вид лопатки практически не меняется и отверстия не перекрываются. Тогда как при критической концентрации на номинальном и крейсерском режиме отверстия сильно запыляются, их проходная площадь уменьшается от 33 до 70%. Из-за этого качество и объем воздушного охлаждения существенно снижается, и теплозащитное покрытие лопатки максимально нагревается до 1297 градусов, что на 97 градусов превышает предельно допустимое значение, – поделился эксперт ПНИПУ.

Моделирование позволило узнать, что пепел в минимальном количестве, соответствующем нормам авиационной безопасности, не опасен. Стекловидные отложения аккумулируются лишь на 0,14% от общей площади лопатки. Критическая же концентрация пепла, превышающая нормативные требования почти в 250 раз, закупоривает отверстия и до 56% уменьшает расход холодного воздуха. Это приводит к критическому перегреву теплозащитного покрытия, а также основного материала лопатки.

– Полученные результаты убедительно подтверждают общие рекомендации Международной организации гражданской авиации о том, что в случае попадания самолета в облако вулканического пепла необходимо немедленно уменьшать тягу двигателя до малого газа. Такое действие позволяет избежать осаждения стекловидных отложений на лопатки турбины и избежать их повреждения. Далее экипажу следует принять меры, чтобы как можно быстрее выйти из облака вулканического пепла. Для этого необходимо выполнение разворота воздушного судна на 180° с таким снижением, какое позволяет рельеф местности, – рассказывает Николай Саженков.

Исследование ученых Пермского Политеха повысило осведомленность научной и авиационно-технической общественности о дополнительных возможных рисках при нахождении магистрального самолета в облаке вулканического пепла.

В России разработан новый однодвигательный вертолет Ми-34, который станет заменой зарубежным машинам Airbus и Bell. Об этом сообщил генеральный директор «Ростеха» Сергей Чемезов на встрече с главой правительства Михаилом Мишустиным.

По словам Чемезова, Ми-34, как и модернизированный «Ансат», будет оснащен отечественным двигателем ВК-650В. Новый мотор полностью заменит иностранные аналоги, поставки и обслуживание которых сегодня фактически прекращены.

«Сегодня мы создали свой двигатель ВК-650В. Этот двигатель будет использоваться не только для "Ансата", но и для вертолетов Ми-34. Это новый одномоторный вертолет, спрос на него будет большой, потому что сегодня и Airbus, и Bell, у нас сегодня достаточно много этих вертолетов. Их обслуживание сегодня практически приостановлено. И конечно, потребители ждут новый вертолет, наш российский. Мы такой вертолет уже создали», – отметил глава «Ростеха».

Он также добавил, что в импортозамещенной версии вертолета «Ансат» улучшатся ключевые летные характеристики. В частности, увеличится дальность полета – с 505 до 640 км, возрастет взлетный вес, появятся новые несущий и рулевой винты, что повысит маневренность и крейсерскую скорость.

Источник

Для начала, Ми-34 начинали разрабатывать еще при союзе и первый полет он совершил также еще до развала.

Другой интересный момент - ну почти ровно год назад, уже анонсировали возрождение Ми-34.

О том анонсе уже был пост в сообществе: Анонс возрождения Ми-34

Тогда Ми-34 позиционировался как убивца Робинсонов и, собственно, в посте уже освещено почему это не так и что ВК-650 приведет к утяжелению. И о чем теперь Чемезов и сообщил в этот раз. Выставив Ми-34 теперь на замену более тяжелых вертолетов Airbus и Bell.

Новый двигатель, новые винты, новый редуктор, новый фюзеляж - новый вертолёт по факту, тут не соврали.

Однако от обозначения Ми-34 не уходят - сертификат типа то уже есть.

Вопрос его соответствия современным требованиям безопасности открытый, а это напрямую влияет на экспортный потенциал.

Впрочем, сертификация новых типов дело тоже денежное, как и допиливание старых заделов, вот только уж намного более хлопотное и мозгоёмкое.

И пока это похоже на попытку усидеть на двух стульях - новый, но Ми-34.

Согласно сообщению ТАСС, премьер-министр РФ Михаил Мишустин на профильной стратегической сессии заявил, что следует довести до завершения опытно-конструкторские работы по всем реализуемым авиационным программам соответственно, по планам, которые у нас есть.

По его словам, импортзамещенные самолеты МС-21 и легомоторный «Байкал» должны быть готовы к серийному выпуску не позднее конца 2026 года. Также по словам Мишустина, завершение сертификации ближнемагистрального лайнера в имоптозамещенной версии «Суперджет 100» с двигателями ПД-8 ожидается не позднее декабря 2025 года. Ожидается завершение сертификации и регионального самолета Ил-114-300.

Источник: https://tass.ru/ekonomika/24519793

Еще больше новостей по данной тематике тут: https://dzen.ru/parallel56