Стандарты Международной организации гражданской авиации устанавливают строгие требования к уровню выбросов вредных веществ из камер сгорания авиадвигателей. Измерять уровень выбросов на воздушном судне в полете технически невозможно, в то время как эта информация необходима не только для поддержания экологической безопасности, но и для надежной работы двигателя. Ученые Пермского Политеха разработали прогностическую математическую модель, которую можно встроить в систему управления авиадвигателем, чтобы контролировать как эмиссию оксида азота, так и возможность приближения к аварийным режимам в камере сгорания. Исследование проводится в рамках программы академического стратегического лидерства «Приоритет-2030».
Исследование, опубликованное в журнале «Прикладная математика и вопросы управления» (№2, 2022г.), способствует укреплению технологического суверенитета Российской Федерации.
— Во время полета двигатель самолета выбрасывает в атмосферу вредные вещества, такие как оксид азота, который образуется при сгорании топлива. Соотношение «топливо/воздух» в составе горящей смеси имеет случайный характер и изменяется по некоторому случайному закону — то есть случайным образом происходит изменение концентрации топлива в составе топливовоздушной смеси. Это и есть один из тех случаев, когда актуальная информация необходима для безопасного полета, но получить ее здесь и сейчас невозможно. Алгебраические функции, описывающие подобные параметры, и составили основу модели, — объяснила кандидат технических наук, доцент кафедры конструирования и технологий в электротехнике, директор Центра дистанционных образовательных технологий, Татьяна Кузнецова.
Предложенный учеными ПНИПУ авторский алгоритм, основанный на вероятностном подходе, определяет уровень генерации окислов азота в зависимости от исходного состава топливо-воздушной смеси. Так же исследователи принимают во внимание наличие в камере сгорания продольных акустических волн, возбуждаемых выделением тепла при горении, которые влияют на концентрацию кислорода в горящей смеси. Компьютерное моделирование процесса горения подтвердило прогностическую точность разработанного метода.
Полученный алгоритм можно ввести как элемент системы автоматического управления самолетом или использовать как обучающий алгоритм для нейросети.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.