Выбросы от двигателей самолетов на аэродромах являются основным источником загрязнения окружающей среды. В частности, оксиды азота могут разрушать озоновый слой и увеличивать уровень радиации на поверхности Земли. С 2020 года Международная организация гражданской авиации приняла новые стандарты по выбросам вредных веществ современных типов самолетов. Ученые Пермского Политеха разработали измеритель на основе нейросетей, который позволит отследить выделение вредных веществ от газотурбинных двигателей в атмосферу.
Результаты исследования разработчики представили в сборнике 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus).
— К неконтролируемым выбросам авиадвигателей, которые загрязняют окружающую среду, можно отнести дым, монооксид углерода, несгоревшие углеводороды, оксиды азота и окислы серы. Оксиды азота наиболее опасны: они разрушают озоновый слой и повышают уровень радиации на поверхности Земли. Новые стандарты, принятые в 2020 году Международной организацией гражданской авиации, обусловливают разработку новых, «чистых» камер сгорания для современных авиадвигателей. Мы предложили использовать адаптивный виртуальный измеритель вредных веществ на базе нейронной и нечеткой технологии, — поясняет один из разработчиков, ассистент, учебный мастер кафедры «Автоматика и телемеханика» Пермского Политеха Вячеслав Никулин.
Уровень вредных веществ ученым удалось снизить за счет перераспределения топлива по различным коллекторам. При этом газодинамическая устойчивость в камере сгорания сохраняется. Топливо-воздушная смесь равномерно распределяется за счет поперечных пульсаций, а ее параметры можно отследить с помощью коэффициента камеры сгорания.
— Газотурбинные двигатели самолетов работают в условиях неопределенности. Поэтому мы использовали инструментарий технологий мягких вычислений, который основан на нечетких системах, вероятностных моделях, нейронных сетях и генетических алгоритмах. Нейросеть анализирует давление и температуру в камере сгорания, расход топлива и другие параметры. С ее помощью можно определить уровень окислителя в камере сгорания в режиме реального времени, а также спрогнозировать количество вредных веществ, которое выделит самолет во время взлета и посадки, — рассказывает профессор кафедры «Автоматика и телемеханика» Пермского Политеха, доктор технических наук, доцент Юрий Хижняков.
Нейронная часть измерителя состоит из двух персептронов. Первый определяет расход воздуха, который корректирует температуру газа при взлете и посадке с помощью нечеткого регулятора. Температуру газа в камере сгорания измеряет встроенный датчик. Второй персептрон вычисляет уровень оксида азота.
Расчеты ученых Пермского Политеха подтвердили, что технология позволяет снизить количество выбросов в районе аэродрома. Измеритель можно встроить в систему автоматического регулирования самолета для непрерывного мониторинга вредных веществ, считают ученые.