Авиация России

Разработкой в России сверхзвукового самолёта нового поколения занимается консорциум Научный центр мирового уровня (НЦМУ) «Сверхзвук», в который входят ФАУ «ЦИАМ», ФГУП «ГосНИИАС», ФГБУ «МАИ», ФГБУ «МГУ», ФГБУ «ПФИЦ УрО РАН», ФГУ ФИЦ «Институт прикладной математики имени М.В. Келдыша» РАН.

Создание сверхзвукового самолета – это, прежде всего, решение целого ряда фундаментальных проблем современной авиационной науки. В Московском авиационном институте ведутся работы по оптимизации аэродинамического облика воздушного судна, моделированию воздействия звукового удара, поведения конструкции планера, вредных выбросов, акустических нагрузок и многие другие.

На базе консорциума создано пять лабораторий, каждая из которых решает собственный пласт задач, касающихся нового самолёта. Специалисты МАИ выполняют работы в четырёх из них, рассказали в пресс-службе института.

Аэродинамика и концептуальное проектирование

Работы в лаборатории «Аэродинамика и концептуальное проектирование СПС с низким звуковым ударом» ведут команды МАИ и ЦАГИ. Специалисты занимаются вопросами компоновки самолёта, моделированием его аэродинамических характеристик, изучением профилей ударной волны и имитацией звукового удара. Также проводятся работы по изучению рынка, анализу силовой установки и формированию облика СПС в соответствии с сертификационными нормами.

– Помимо того, что сверхзвуковой самолёт должен обладать высокими аэродинамическими характеристиками, он должен обеспечивать низкий уровень шума на режимах взлёта и посадки и низкий уровень звукового удара во время крейсерского полёта на сверхзвуковой скорости, – рассказывает участник работ, начальник лаборатории № 1 НИО-101 МАИ Андрей Катаев. – В наши задачи входит оптимизация компоновки, то есть внешнего вида СПС, с точки зрения этих критериев.

Специалисты МАИ создали собственную методику расчёта и программный комплекс, позволяющий решить эти задачи. Уже разработано несколько вариантов формы будущего самолёта в 3D.

Прочность и интеллектуальные конструкции

В коллектив лаборатории «Прочность и интеллектуальные конструкции» входят специалисты Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделения РАН, ЦАГИ и МАИ. Лаборатория занимается разработкой пробионических конструкций самолёта, систем мониторинга состояния конструкции, построенных на принципах решетки Брэгга, изучением технологического процесса ударной лазерной проковки.

Использовать в новом самолёте пробионические конструкции – одно из инновационных решений команды разработчиков. Конструктивно-силовые схемы агрегатов самолёта предлагается строить, например, по принципу скелета животного, где разные части адаптированы под разные нагрузки. Данная работа выполняется в лаборатории № 2 НИО-101 МАИ.

– В рамках этой работы мы предпринимаем попытки позаимствовать архитектуру костных скелетов животных или капиллярной сети растений и, адаптировав их должным образом, получить конструктивно-силовые схемы агрегатов, – объясняет начальник лаборатории № 2 НИО-101 МАИ Егор Назаров. – Уже разработано два варианта пробионических конструкций крыла СПС. Они исследованы с точки зрения массы и прочности. Кроме того, разработана универсальная методика микромеханического и послойного прочностного моделирования элементарных и конструктивно-подобных образцов из полимерных композитов.

Главная цель использования пробионических конструкций – снижение веса агрегатов воздушного судна и повышение степени их интегральности. Для сверхзвукового самолёта это имеет важнейшее значение.

Газовая динамика и силовая установка

Лаборатория «Газовая динамика и силовая установка» объединяет специалистов МАИ и Центрального института авиационного моторостроения имени П. И. Баранова. Одна из задач этой лаборатории – создание программного комплекса для расчёта процесса распространения загрязнений от летательных аппаратов, в том числе СПС, в зоне аэропорта.

К настоящему времени в МАИ разработана методика выполнения расчётов и сделан макет программного комплекса с частичной реализацией функционала. Пользователь в трёхмерном пространстве может обозначить зону аэропорта с рельефом местности, допустимый радиус распространения загрязнений, розу ветров. Также задаются источники загрязнения: самолёты, взлетающие и садящиеся в этом аэропорту в определённое время, типы их двигателей и топлива.

– С помощью программы можно выполнить расчёт распространения загрязнений от заданных источников, – говорит Андрей Катаев. – Конечная цель – обратная задача, когда известны источники загрязнения, но неизвестна траектория их полёта. В дальнейшем программный комплекс поможет рассчитывать оптимальную траекторию, чтобы концентрация загрязнений в заданной области была минимальной.

Искусственный интеллект и безопасность полёта

В составе лаборатории «Искусственный интеллект и безопасность полёта» работают специалисты МАИ, ЦАГИ, а также Государственного научно-исследовательского института авиационных систем и Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова. Здесь тоже есть несколько направлений, и одно из основных – разработка специальной системы управления СПС на основе синтеза традиционных и совершенно новых технологий.

– В рамках этого направления работают МАИ и ЦАГИ, – говорит руководитель лаборатории «Искусственный интеллект и безопасность полёта», председатель научного совета НЦМУ «Сверхзвук», заведующий кафедрой 106 «Динамика и управление полётом пилотируемых ЛА» МАИ профессор Александр Ефремов. – Сейчас нами предложено несколько вариантов структур системы управления, построенных на принципах нейросетевого подхода и адаптивного управления.

Ещё один пласт работ связан с кабиной СПС. Прямого видения пространства впереди самолёта не предусмотрено, и пилот будет получать всю информацию о полёте по совокупности дисплеев, объединённых в единое информационное поле. В рамках этого направления в МАИ разрабатывается специальный прогнозный дисплей, повышающий безопасность пилотирования. Технология позволяет прогнозировать траекторию движения воздушного судна и визуализировать её в виде трёхмерного коридора с набором меток, который поможет пилоту корректировать курс.

– Мы провели серию исследований, которые показали, что такой дисплей позволяет точнее выполнять задачу пилотирования с меньшей загрузкой пилота, – отмечает Александр Ефремов. – Разработка тестировалась на дозвуковых самолётах, а теперь будет адаптироваться для сверхзвукового – это работа на ближайшие два года.

Также специалистами МАИ была предложена идея активного рычага управления самолётом. Выходной сигнал такого рычага пропорционален усилию, прикладываемому к нему. Как показали предварительные исследования, при использовании такого устройства ошибка пилотирования уменьшается в 2,3 раза.

Кроме того, участники лаборатории «Искусственный интеллект и безопасность полёта» ведут исследования по оптимизации траектории движения СПС с точки зрения уменьшения шума и исключения столкновений с другими самолётами, разрабатывают интеллектуальную систему поддержки лётчика, комплекс мониторинга всех систем воздушного судна, системы реконфигурации, кибербезопасности и др. Все решения будут отработаны на специальном пилотажном стенде, который также создаётся коллективом лаборатории.

1 203