Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Ученые нашли способ сократить вредные выбросы от самолетов
Ежегодно от работы авиационных двигателей в атмосферу попадает около 6-8 миллионов 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.
Telegram 
Дзен 
VK Энтомологи сравнили устойчивость коммерческих и диких гибридных медоносных пчел к главному паразиту ульев — клещу варроа. Полевые и лабораторные тесты показали, что гибриды заражаются в пять раз реже, поскольку их личинки не нравятся паразитам. Пчела-гибрид выживает без регулярных химических обработок и, что важно для пчеловодов, сохраняет миролюбивый характер.
Научное сообщество подходит к созданию квантовых компьютеров с разных сторон. В этой гонке технологий даже нежелательный эффект, сопровождающий еще ненайденную частицу, может стать частью вычислительной логики.
Ученые из лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ теоретически исследовали, как между собой взаимодействуют фотоны, испускаемые искусственным атомом. Для этого они рассчитали спектры резонансной флуоресценции. Результаты работы актуальны для квантовой оптики и способствуют развитию квантовых технологий — от точной спектроскопии до квантовых вычислений.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Ученые давно знают как с хорошим приближением прогнозировать рост поверхностей. Но экспериментально подтвердить точное соответствие реальных процессов и модели — гораздо более сложная задача, у которой, тем не менее, есть решение.
Энтомологи сравнили устойчивость коммерческих и диких гибридных медоносных пчел к главному паразиту ульев — клещу варроа. Полевые и лабораторные тесты показали, что гибриды заражаются в пять раз реже, поскольку их личинки не нравятся паразитам. Пчела-гибрид выживает без регулярных химических обработок и, что важно для пчеловодов, сохраняет миролюбивый характер.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно