Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали систему, способную с помощью нейронных измерителей снизить концентрацию выбросов оксидов азота из авиадвигателей более, чем на 3%. Об этом ТАСС сообщили в пресс-службе вуза.

По данным университета, авиация является одним из крупнейших источников выбросов вредных веществ, в частности оксидов азота, которые выделяются в процессе сгорания топлива. Его высокие концентрации опасны для человека и приводят к воспалению дыхательных путей, бронхиту и онкологиям. При создании экологичных авиадвигателей особую сложность представляет управление камерой сгорания газотурбинного двигателя, поскольку необходимо соблюдать баланс между их стабильной работой и минимизацией выбросов.

"Новый подход к управлению камерой сгорания авиадвигателя подразумевает коррекцию расхода топлива между коллекторами камеры сгорания за счет введения обратной связи по оксидам азота в систему автоматического управления двигателем. По задумке, информация о состоянии двигателя поступает в электронный регулятор, который обрабатывает ее и формирует управляющее воздействие. Устойчивость горения при этом обеспечивается равномерным перераспределением топливовоздушной смеси с помощью коллекторов. В рамках современного подхода к мониторингу и снижению выбросов оксидов азота в двигателе ученые предложили использовать два адаптивных нейронных измерителя", - рассказали в университете.

О работе системы

По словам ученых, первый нейронный измеритель настроен на границу, близкую к "виброгорению", с десятипроцентным запасом по устойчивости. Это означает, что он работает в диапазоне, где выбросы оксидов азота минимальны. Значение, выдаваемое этим измерителем, является эталонным для системы. Это позволяет поддерживать выбросы на минимальном уровне и обеспечивать оптимальные экологические показатели. Второй измеритель, основанный на нейронной сети, отвечает за мониторинг текущих значений оксидов азота в реальном времени. Его задача - непрерывно фиксировать фактические показатели и передавать их в систему контроля.

"Значения, полученные от двух нейронных измерителей, сравниваются и анализируются. Если текущее значение оксидов азота, определенное вторым измерителем, отклоняется от эталонного значения первого, то система автоматически корректирует расход топлива. Именно этот показатель в совокупности с температурой в камере сгорания напрямую влияет на выбросы. Разработанный регулятор в автоматическом режиме перераспределяет топливо между коллекторами. Таким образом достигается баланс между экономичностью процесса и соблюдением экологических норм", - рассказал доктор технических наук, заведующий кафедрой автоматики и телемеханики ПНИПУ Александр Южаков.

Как отметил ассистент кафедры автоматики и телемеханики Вячеслав Никулин, результаты моделирования уже подтвердили эффективность разработанного метода. "Благодаря разработке выброс оксидов азота можно уменьшить с 2,14 до 2,06 кг, это примерно 3,74%. Эти цифры значимы для создания современных систем управления процессом горения авиадвигателей нового поколения", - сказал Никулин.

По данным вуза, разработка пермских ученых позволит снизить выброс оксидов азота более чем на 3%, уменьшить затраты на управление авиадвигателями и оптимизировать их работу с пользой для экологии. Результаты исследования разработчиков опубликованы в журнале "Мехатроника, автоматизация, управление", том 25, №5 за 2024 год. Разработка проводилась в рамках программы стратегического академического лидерства "Приоритет 2030", обладателем гранта которой в размере 100 млн рублей ПНИПУ стал в 2021 году.

"Приоритет 2030" является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений, нацеленной на 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.