Ежегодно самолеты перевозят четыре миллиарда пассажиров, и, по прогнозам, количество полетов будет расти. Выбросы авиадвигателей становятся одним из самых крупных источников парниковых газов, сообщает ООН. Чтобы прогнозировать выход вредных веществ, ученые Пермского Политеха разработали виртуальный датчик. Сенсор встроят в систему автоматического управления газотурбинным двигателем.
В ПНИПУ разработали датчик отслеживания выбросов авиадвигателей / www.sunhome.ru
Результаты исследования ученые опубликовали в журнале IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Международная организация гражданской авиации уже приняла новые стандарты, ограничивающие выбросы парниковых газов. С 2020 года они начнут действовать для новых типов самолетов. Производство моделей, которые не отвечают требованиям, планируют прекратить с 2028 года.
«Сегодня выбросы вредных веществ газотурбинных двигателей становятся таким же значимым параметром, как мощность или ресурс самолета. Чтобы измерить их количество, используют методы математического моделирования, построенные на основе нейросетей», – рассказывает доцент кафедры конструирования и технологий в электротехнике Пермского Политеха, кандидат технических наук Татьяна Кузнецова.
Математические модели, на основе которых реализован виртуальный датчик, прогнозируют количество оксида азота, который выделяет двигатель. Система автоматического регулирования со встроенным сенсором управляет двигателем на основе расхода топлива. Пермские ученые использовали для создания датчика нейросеть, обучение которой происходило на реальной камере сгорания.
Разработчики создали трехслойную сеть с 32 нейронами, которая точно определяет количество выбросов вредных веществ. Ее можно использовать как виртуальный сенсор в системе управления газотурбинного двигателя.
Датчик можно встроить в интеллектуальную систему автоматического регулирования, которой оснастят камеру сгорания авиадвигателя. По словам ученых, в самолетах «нового поколения», для того чтобы выброс газов оставался в пределах нормы, нужно устанавливать системы непрерывного мониторинга по параметрам двигателя и камеры сгорания.
Ученые определили количество выбросов за цикл от взлета до посадки в режиме набора высоты до 1000 метров. В это время выделяется наибольшее количество вредных веществ, при этом режим не критичен с точки зрения безопасности. Затем разработчики провели моделирование в программном комплексе MatLab и подтвердили, что нейросеть работает эффективно.
Исследования показали, что разработка соответствует современным международным требованиям. Ученые считают, что инновационный датчик можно использовать при проектировании отказоустойчивых интеллектуальных систем автоматического управления авиадвигателями.
