Передовая инженерная школа «Цифровой инжиниринг»: Разработка научно-технических основ создания авиационного гибридного двигателя малой мощности и его системы автоматического управления. Этап 2024 г.

Научно-исследовательская политика предлагаемого направления заключается в подготовке высококвалифицированных специалистов, способных осуществлять исследования, проектирование и эксплуатацию авиационных двигателей и энергетических установок на их основе, решать научные, проектные и эксплуатационные задачи в области авиационного машиностроения с учетом энергосбережения и энергосберегающих технологий, применяя передовые цифровые технологии и принципиально новые технические решения. Проект направлен на развитие основных фронтирных путей эволюции в авиадвигателестроении: Рост сложности систем — подсистем — компонентов, мультидисциплинарность, киберфизические системы. Рост сложности технологий: мультитехнологичность, лучшие в классе, кросс-отраслевой трансфер, комплексирование, цифровые платформы, экосистемы. В мировом авиастроении происходят радикальные преобразования, связанные с внедрением новых технологий, стандартов и методов цифрового производства. В настоящее время наблюдается существенное отставание российских предприятий авиационной промышленности от мировых лидеров в использовании передовых цифровых технологий. На предприятиях требуется создание комплексного платформенного технологического и программного решения, которое будет объединять в себе функционал систем по подготовке производства (системы CAD, CAM, CAE, PDM), систем управления производством (системы MES и ERP) и системы управления ресурсами ЕАМ. Развитие компетенций кадров авиационной промышленности в области цифровых технологий с использованием методов форсайта определило набор компетенций, необходимых для применения современных цифровых технологий в авиационной промышленности. Предлагается осуществить на этой основе подготовку специалистов принципиально нового типа, способных стать «цифровыми лидерами» на предприятиях и обеспечить цифровую трансформацию отрасли, а также массовую и быструю переподготовку имеющихся кадров. Для развития научных, конструкторских, инженерных кадров авиационной науки, обеспечения ее лидерства в развитии человеческого капитала России будут реализованы следующие меры: • восстановление и развитие отечественной научной и инженерной школы СПбПУ в области авиации; • поддержка ее деятельности, распространение и популяризация научно-технических достижений; • адаптация системы подготовки, переподготовки, повышения квалификации кадров для авиационной науки к прорывным научно-технологическим направлениям и современным профессиональным компетенциям в областях цифровизации и информатизации, новых материалов и технологий, интеллектуальной собственности; • развитие и тиражирование лучших практик интеграции авиационной науки и образования, реализуемых научными организациями и ОКБ, включая создание базовых кафедр, совместных лабораторий, научно-образовательных центров; • формирование программ привлечения и закрепления молодежи в авиационной науке, предусматривающих целевую подготовку специалистов, специальные гранты, поддержку академической мобильности, участие в перспективных проектах и др. Актуальность исследования обусловлена необходимостью решения больших (фронтирных) инженерных задач в интересах высокотехнологичной авиадвигателестроительной промышленности и обеспечения импортозамещения, технологического суверенитета и национальной безопасности в условиях мобилизационной экономики. В проекте будут использованы передовые технические решения – высокоперепадные турбины конструкции ЛПИ, высокооборотные радиально-осевые центростремительные турбины, центробежные компрессоры и синхронные двигатель / генераторы на постоянных магнитах; газодинамические, газостатические и магнитные подшипники; высокочастотный преобразователь и высокоэффективные малогабаритные аккумуляторы. Сочетание таких технических решений в оптимизационных тепловых схемах позволит обеспечить высокую экономичность и надежность, минимальные массогабаритные характеристики гибридного двигателя. Результатом проекта должны стать научно-технические основы (в том числе Научно-технические отчеты по этапам и конструкторская документация – теоретические чертежи для создания авиационного гибридного двигателя малой мощности), что позволит перейти к рабочему проектированию гибридного двигателя малой мощности на основе технологии цифровых двойников. Будут разработаны основы цифрового двойника турбогенераторной установки в части одномерных и трехмерных математических моделей и матрицы граничных условий и ресурсных ограничений, которые позволят проводить оптимизацию технических характеристик основных узлов с целью снижения материальных затрат, прогнозирования аварийности, моделирования внештатных ситуаций. Будет разработана документация на цифровую систему автоматического управления турбогенераторной установки и далее создан цифровой двойник электронной модульной системы автоматического управления (САУ), включающей в себя: программный комплекс, обеспечивающий решение задач моделирования алгоритмов САУ; комплекс взаимоувязанных тепловых, механических и математических моделей САУ; программно-аппаратный стенд цифровых испытаний САУ. В то же время в рамках выполнения НИОКР планируется валидация и верификация математических моделей на стенде. Отличительной особенностью работы является интеграция математических моделей ГТУ с цифровым двойником САУ. На этапе 2024 года ожидаемым результатом является модификация ранее разработанных математических моделей под разработку микротурбинных установок, выполнение расчетно-экспериментальных исследований малорасходных высокоэффективных микротурбин, валидация модернизированных методик на стенде ТГ-16М.