НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

   Особенностью современных тяжелых транспортных самолетов является компоновка с двигателями на упругих пилонах под крылом, при этом основная масса топлива размещена в консолях крыла. В этом случае в число основных упругих тонов собственных колебаний летательного аппарата (ЛА), которые определяют его динамический отклик на внешние возмущающие воздействия, входят так называемые двигательные тона (вертикальные и горизонтальные (боковые) колебания двигателей на упругих пилонах). Появился новый вид флаттера – пилонный, который для некоторых летательных аппаратов определяет критическую скорость флаттера ЛА в целом. Основная причина этого явления заключается в низком демпфировании колебаний двигателя на пилоне под крылом. Поэтому представляются актуальными исследования, направленные на модернизацию узлов крепления двигателей на пилоне с целью снижения уровня упругих колебаний при эксплуатации ЛА. Одним из возможных путей решения данной задачи является использование концепции освобожденного двигателя, когда проводится модернизация узлов крепления двигателя к пилону, обеспечивающая более эффективное демпфирование колебаний двигателей. С целью подтверждения возможности практической реализации данных решений проведены соответствующие экспериментальные исследования на разработанной авторами экспериментальной установке. Разработана конструкция узлов крепления двигателя, допускающая заданные смещения двигателя относительно пилона при вынужденных упругих колебаниях системы, которая включает шарнирный подвес, установку дополнительных упругих элементов и гидравлических демпферов. В статье приводятся результаты исследований влияния упругодиссипативных параметров (парциальной частоты собственных колебаний и парциального декремента колебаний) подвески двигателя на упругом пилоне на динамические характеристики динамической системы «модель крыла – упругий пилон – двигатель». Показано, что путем введения специальным образом сконструированных узлов подвески двигателей на пилонах представляется возможным существенно изменить динамические характеристики (частоты и амплитуды собственных колебаний) упругой системы в целом. Так, амплитуды колебаний центра масс двигателя в области двигательных тонов уменьшаются в 3…7 раз при вынужденных гармонических колебаниях.

   Режимы «вихревого кольца» наблюдаются при обтекании винта с положительными углами атаки. Для несущего винта эти условия реализуются при крутом снижении вертолета с малыми скоростями. Режимы «вихревого кольца» винта сопровождаются рядом характерных явлений, связанных с поведением его аэродинамических характеристик, в том числе явлений негативного характера. К последним относятся прежде всего снижение тяги винта, рост потребной мощности, пульсации тяги и крутящего момента, неустановившееся маховое движение лопастей и др. С точки зрения пилотирования вертолета они выражаются в резкой потере высоты, росте расходов управления, высоком уровне вибраций, «размытии» конуса вращения лопастей, ухудшении управляемости. Все это определяет актуальность исследований данных режимов и важность практической реализации задачи определения их границ. В последнее время в связи с бурным развитием вычислительной техники и совершенствованием расчетных моделей появляется возможность выполнять численные исследования аэродинамических характеристик винтов на режимах «вихревого кольца». В работе представлены результаты исследований аэродинамических характеристик соосного несущего винта вертолета Ка-226Т на режимах крутого снижения в области режимов «вихревого кольца». Рассмотрены углы атаки винта αВ = 90…30° и диапазон скоростей вертикального снижения Vу = 0…26 м/с. Использована оригинальная нелинейная лопастная вихревая модель винта, разработанная в Московском авиационном институте (МАИ). Рассчитаны суммарные и распределенные аэродинамические характеристики винта. Проанализированы формы вихревого следа и картины обтекания винта. Построены границы режимов «вихревого кольца» в скоростных координатах «Vx − Vy» по различным критериям, отражающим известные особенности данных режимов. Полученные результаты существенно дополняют имеющийся опыт экспериментальных и численных исследований в данной области.

В настоящее время непрерывно расширяется область применения беспилотных воздушных судов. Перспективной областью совершенствования беспилотных воздушных судов является осуществление при выполнении управляемого полета некоторых групповых действий. В настоящей работе рассмотрены некоторые вопросы группового применения беспилотных воздушных судов, связанные с организацией согласованного планирования и управления беспилотными воздушными судами, выполняющими задачи наблюдения. Выполнение поисковых работ с воздуха технически осложнено необходимостью распознать объект поиска в произвольных условиях, которые могут быть как простыми, так и сложными. Область поиска ограничена техническими возможностями беспилотного воздушного судна, поэтому с целью повышения эффективности поисковых работ беспилотные воздушные суда объединяются в группы. Предлагается алгоритм решения задачи поиска объекта в произвольных условиях группой беспилотных воздушных судов. Преимуществом группового поиска беспилотными воздушными судами является охват района поиска большей площади за условную единицу времени. В настоящей работе рассматривается технический облик беспилотного воздушного судна, содержащий как средства осуществления группового полета, так и систему технического зрения. Изображение, получаемое системой технического зрения, является одновременно источником навигационной информации и средством, достоверно определяющим результат поисковых работ. В зависимости от условий проведения поисковых работ изображение, получаемое системой технического зрения, может потребовать дополнительной обработки для применения по назначению. Предложен алгоритм комплексирования, отличающийся адаптивной настройкой параметров в каждом кадре индивидуально для различных фрагментов изображения. На основе полученных результатов планируется создать новый продукт для коммерческой эксплуатации беспилотных воздушных судов.

Упругие колебания элементов конструкции планера самолета при действии эксплуатационных нагрузок являются одним из основных источников накопления усталостных повреждений. Известно, что подвижность топлива в баках может изменять динамические (частоты и формы собственных колебаний) и диссипативные (декременты затухания колебаний) свойства упругой системы, включающей баки, частично или полностью заполненные топливом. При этом волновое движение топлива в баках за счет дополнительной диссипации энергии колебаний упругой системы может оказывать существенное влияние как на усталостные, так и на аэроупругие характеристики элементов конструкции воздушного судна. Теоретические и экспериментальные исследования применительно к большинству эксплуатирующихся в настоящее время транспортных самолетов показали, что топливо при моделировании динамических явлений и решении задач аэроупругости можно рассматривать условно затвердевшим, что фактически не влияет на конечный результат. Появление современных тяжелых транспортных самолетов с крылом большого удлинения и четырьмя двигателями на пилонах под крылом привело к существенному изменению динамической картины взаимодействия ЛА с окружающей средой. Основная особенность заключается в том, что при данной компоновке в число основных упругих тонов, определяющих динамическую реакцию на внешние воздействия, входит первый тон горизонтально-изгибных колебаний крыла. В этом случае модель затвердевшего топлива может оказать существенное влияние на точность прогнозирования динамических нагрузок и, как следствие, на количественные показатели долговечности и аэроупругости. В статье приводятся результаты экспериментальных исследований влияния подвижности жидкости в баке на динамические характеристики (частоты собственных колебаний и амплитуды вынужденных колебаний) системы «модель крыла – бак». Описана конструкция экспериментальной установки и методика проведения экспериментов. В процессе эксперимента бак частично или полностью заполнялся жидкостью, исследовались горизонтально-изгибные формы колебаний модели крыла, для которых учет подвижности жидкости в баке наиболее актуален. Определены уровни заправки бака, при которых достигается наибольший эффект демпфирования колебания системы за счет рассеивания энергии при волновом движении жидкости. Проанализировано влияние различных факторов (наличие верхней крышки, внутреннего силового набора, перфорации в силовом наборе) на амплитуды и частоты вынужденных колебаний.

В работе рассматривается процесс проектирования аэродинамического руля, конструкция которого включает обшивку постоянной толщины, силовой каркас и балансировочный носок, играющий роль противофлаттерного балансира. Целью работы является постановка и решение задачи проектирования рационального конструктивно-технологического решения руля, отвечающего требованиям прочности, жесткости, аэроупругой устойчивости и минимума массы. Для решения поставленной задачи предложен алгоритм проектирования аэродинамического руля с использованием топологической и параметрической оптимизации. Определены основные параметры области проектирования и балансировочного носка, необходимые для топологической оптимизации. Для конечно-элементного анализа и топологической оптимизации использовался программный комплекс ANSYS Workbench. По результатам оптимизации проведена постобработка и предложено конструктивно-технологическое решение, объединяющее в себе силовые схемы с постоянной и переменной шириной балансировочного носка. Проведен анализ напряженно-деформированного состояния и установлено, что спроектированная конструкция отвечает требованиям прочности для заданного расчетного случая. Предложена схема решения задачи параметрической оптимизации руля по условию аэроупругой устойчивости. В рамках решения данной задачи проведено исследование флаттера с использованием многостепенной модели, позволяющей исследовать рулевые и корпусно-рулевые формы флаттера беспилотного летательного аппарата (БЛА), оснащенного аэродинамическими рулями. Получены результаты исследования флаттера для расчетного режима полета БЛА в виде зависимостей критической скорости и частоты флаттера от средней ширины балансировочного носка. Анализ данных зависимостей позволил определить оптимальные значения параметров балансировочного носка из условия минимума массы для двух вариантов рулей: с постоянной и переменной шириной балансировочного носка.

Проблема столкновения воздушных судов с птицами (bird strike) актуализируется с тенденциями роста числа авиационных перевозок. По данным Международной организации гражданской авиации (ИКАО), за семь лет в 105 государствах мира зарегистрирована информация о 97 751 столкновении воздушного судна с животными. Примерно в половине случаев (56 093 инцидента) сообщается о наличии повреждений воздушного судна различного характера. По некоторым оценкам, ежегодный ущерб от столкновений воздушных судов с птицами составляет около 610 млн долларов США. В статье проводится анализ влияния угрозы столкновения воздушного судна с птицами (орнитологической опасности) на безопасность полетов. Рассмотрена статистика авиационных происшествий с птицами за период 2010–2022 гг. по данным ИКАО и Росавиации. Анализируется проблематика оценки риска и обеспечения орнитологической безопасности полетов, существующие работы в данном научном направлении. Выделяются и рассматриваются основные проблемы и недостатки существующих подходов. Автором предложена новая концепция обеспечения орнитологической безопасности полетов с помощью разделения угроз на угрозы в поле частичной неопределенности и угрозы в поле глубокой неопределенности. Принятие решений в том или ином поле требует применения специфических инструментов. Для решения задачи обеспечения орнитологической безопасности полетов при угрозах в поле глубокой неопределенности предложено применение инструмента динамического адаптивного планирования (Dynamic Adaptive Planning), который позволяет разрабатывать и поддерживать работу планов с постоянным отслеживанием качества их выполнения. Приводится пример функционирования алгоритма принятия решений и назначения критических точек (триггеров) для отслеживания эффективности работы плана авиапредприятия с основной целью достижения заданных показателей орнитологической безопасности полетов. Анализ результатов работы показал, что решение задач в поле глубокой неопределенности является сложной научной задачей, однако применение новых инструментов сценарного моделирования позволит повысить качество работы авиапредприятия в направлении обеспечения орнитологической безопасности полетов, что в конечном итоге положительно скажется на снижении риска возникновения авиационных происшествий.

   В работе рассматриваются вопросы применения предварительно обученных нейронных сетей для решения задачи обратного поиска рентгеновских изображений запрещенных предметов и веществ. Целью работы является проведение анализа и обоснование путей повышения эффективности систем распознавания рентгеновских изображений багажа и ручной клади пассажиров. Представлен анализ существующих отечественных и зарубежных работ в области распознавания рентгеновских изображений багажа и ручной клади пассажиров. Выявлено, что, несмотря на достигнутые результаты по разработке алгоритмов распознавания запрещенных предметов и веществ, они не в полной мере справляются с таким фактором сложности, как наложение предметов. Для решения данной проблемы в работе предлагается дополнительно анализировать те рентгеновские изображения, на которых уверенность в распознавании объектов невысокая. Данный этап включает в себя следующие шаги: сегментация изображений, извлечение признаков сегментированных элементов изображений; поиск схожих изображений по базе данных; принятие решения о классе сегментированных элементов изображений. В данной статье рассматриваются три последних шага. Проанализированы варианты реализации подходов к извлечению признаков из изображений, в частности основанные на применение сверточных автоэнкодеров и предварительно обученных нейронных сетей. Выбран подход, основанный на применении предварительно обученных нейронных сетей. В работе применяется нейронная сеть архитектуры ResNet-50, предварительно обученная на коллекции ImageNet. Для применения данной модели для извлечения векторов признаков изображений, был предварительно удален последний слой классификации. Все предыдущие слои модели кодируют изображение в вектор. ResNet-50 генерирует 2048-мерный вектор признаков изображений. Для понижения размерности векторов признаков изображений используется метод главных компонент. Решение о том, является ли сегментированный элемент изображения запрещенным предметом или веществом, рассматривается как задача обратного поиска с применением алгоритма K‑ближайших соседей. Класс элемента рентгеновского изображения в данном случае – это класс, наиболее часто встречающийся среди k ближайших соседей. В целях апробации предложенного подхода был сформирован обучающий набор данных, включающий 4 635 изображений отдельных предметов и веществ, которые могут встречаться в багаже и ручной клади пассажиров. Представлен сравнительный анализ времени индексации и поиска изображений при различных алгоритмах и количестве признаков. Представлен сравнительный анализ точности модели. Сделан вывод, что наиболее приемлемым является алгоритм Brute force в сочетании с методом главных компонент.

В последнее время производители авиадвигателей проявляют повышенный интерес к разработке гибридных силовых установок (ГСУ), представляющих собой комбинацию газотурбинных двигателей (ГТД) с электродвигателями-генераторами. Использование ГСУ позволяет повысить топливную эффективность самолета, а также создать новые конфигурации с улучшенными аэродинамическими и тяговыми характеристиками. Повышение топливной эффективности достигается в результате оптимизации режима работы силовой установки под требования крейсерского полета с компенсацией недостающей мощности при взлете и уходе на второй круг за счет подключения электродвигателей с питанием от аккумуляторов. Создание новых конфигураций с улучшенными характеристиками может быть обеспечено благодаря синергетическому эффекту взаимодействия воздушных винтов с планером самолета. Успешные летные испытания опытных образцов ГСУ в компоновках легких самолетов позволяют рассчитывать на их возможное применение в будущем в проектах новых винтовых самолетов. Потенциальные преимущества применения новых силовых установок на самолетах местных авиалиний могут привести как к сокращению расхода топлива, так и к снижению выбросов углерода. Также возможно кратковременное поддержание безопасного режима полета в случае отказа одного двигателя при использовании нескольких источников энергии. Энергия, вырабатываемая электрическим генератором, подключенным к работающему двигателю, может использоваться как для привода электродвигателей концевых воздушных винтов, так и для вращения движителя отказавшего двигателя. В работе представлены результаты исследований влияния отказа критического двигателя на аэродинамические характеристики модели легкого транспортного самолета, полученные как при отсутствии, так и при наличии электрической передачи между работающим и отказавшим двигателем. Экспериментальные исследования проведены в малоскоростной аэродинамической трубе Т-102 ЦАГИ. Моделирование работы электрической трансмиссии проведено путем установки режима работы двух имитаторов силовой установки, соответствующего половинному значению коэффициента нагрузки воздушного винта Boодного двигателя на взлетном режиме.

В статье изложены результаты работ в области создания натурного стенда для исследований в области определения структуры и параметров системы управления беспилотными летательными аппаратами коптерного типа с силовой установкой, имеющей в своем составе электродвигатели с винтами фиксированного шага. Представлены особенности конструктивной реализации стенда с учетом перспектив его развития в части количества степеней свободы (каналов тангажа, крена и рыскания). Описан реализованный принцип интеграции Simulink – модели объекта управления, контроллера на базе платформы Arduino, гироскопа-акселерометра для организации обратных связей в интересах формирования алгоритмов автоматического и позиционного (ручного) управления углом тангажа, ручного управления оборотами электродвигателя. Представлен анализ результатов натурного моделирования в части качества переходных процессов и затрат электроэнергии для различных вариантов настройки PID-регулятора, обеспечивающего формирование сигнала оборотов электродвигателя. Сделан вывод о целесообразности создания и использования экспериментальной базы для обоснования применения адаптивных алгоритмов управления беспилотными летательными аппаратами коптерного типа с элементами искусственного интеллекта в интересах обеспечения требуемых пилотажных характеристик в широком диапазоне свойств объектов управления.

В интересах изучения проблемы грубых посадок и выкатывания самолетов с взлетно-посадочной полосы (ВПП) была разработана анкета для пилотов, в которой содержалось 22 вопроса, имеющих отношение к рассматриваемой проблеме. Основной акцент в анкете был сделан на выкатывании самолета за боковую кромку ВПП. Спектр вопросов охватывал разные аспекты проблемы, в том числе восприятие и сравнительную оценку пилотами различных факторов риска, личный опыт выполнения посадок с предпосылками к выкатыванию, принятие решения об уходе на второй круг, отношение к политике авиакомпаний в части оценки качества посадки, достоверность сообщаемой экипажу информации о погоде и состоянии ВПП, качество тренажерной подготовки к полетам в условиях бокового ветра и скользкой ВПП, современные бортовые системы предотвращения выкатывания самолета с ВПП и др. Были опрошены более 50 пилотов гражданской авиации разного возраста, с разным стажем и опытом работы, командиры воздушных судов и вторые пилоты. Анкетирование проводилось заочно и анонимно. Обработка анкет включала в себя детальный анализ ответов на каждый из вопросов анкеты. При отсутствии ответа на вопрос или обоснованном сомнении в его корректности анкета исключалась из рассмотрения. Результаты обработки анкет по всей выборке и по отдельным группам (молодые/опытные, командиры / вторые пилоты, турбовинтовые/турбореактивные самолеты) представлены и проанализированы в данной работе.

Проблемы развития транспортного коридора «Север – Юг» напрямую взаимосвязаны с интеграцией инфраструктуры регионов стран – участниц данного проекта. Значение коридора в настоящее время затрагивает не только экономическую сферу, но также и сферу геополитики всего мирового сообщества, поскольку затрагиваются вопросы балансировки сил в мировой экономике. По итогам исследования статистических данных из открытых источников, анализа обширной периодической литературы обоснованы сильные и слабые стороны мультимодального транспортного коридора (МТК) «Север – Юг» и определены перспективные пути реализации и повышения его эффективности. В качестве факторов, которые препятствуют активной реализации проекта, выделены политическое давление на ряд стран-участниц и асимметрия интересов (наиболее заинтересованными участниками являются Иран и Россия, другие стороны от участия в проекте могут иметь негативные геополитические и экономические последствия). Большие проблемы имеются в уровне развития инфраструктуры и недостаточной степени гармонизации институциональных условий, в рамках которых функционирует транспортный коридор. В то же время безусловными преимуществами транспортного коридора «Север – Юг» являются снижение зависимости от других транспортных путей, в том числе проходящих через конкурирующие страны, повышение национальной безопасности и суверенитета России, укрепление евразийской интеграции, углубление внешнеполитических связей со странами Азии и Африки. В целях максимально возможного использования потенциала МТК «Север – Юг» и повышения его конкурентоспособности в сравнении с другими транспортными узлами предложены следующие пути: 1) единовременное решение комплекса задач: модернизации инфраструктуры, в первую очередь портовой – в России, железнодорожной – в Иране; полноценная цифровизация транспортно-логистической сферы во всех странах-участницах; гармонизация институциональных условий реализации проекта в области законодательства, таможенных процедур, бизнес-процессов, управления; 2) более активное использование режимов свободных экономических зон и особых экономических зон; 3) формирование специальной наднациональной организационной структуры, которая будет заниматься непосредственно развитием МТК «Север – Юг».

Целью системы управления производственной безопасностью является выявление факторов опасностей и разработка совокупности методов для предупреждения травматизма на авиапредприятии, профессиональной заболеваемости, материальных затрат в случае ущерба имуществу и окружающей среде. В ходе анализа структуры профессиональной патологии в зависимости от воздействующих факторов производственной среды и трудового процесса за период 2013–2022 годов показано, что процент заболеваний, связанных с воздействием производственных физических факторов, за данный период остается на прежнем уровне. Данный факт в свою очередь подтверждает актуальность области выбранного исследования. Анализ и выявление складывающейся производственной обстановки необходим для проведения оценки влияния неблагоприятных производственных факторов. В данном исследовании реализован новый подход к построению модели для системы управления производственной безопасностью. Математическое моделирование позволяет более глубоко понять природу некоторых явлений и выявить ту информацию, которая отражает реальную ситуацию и является фактором, стимулирующим развитие новых научных проблем и способов их решения, а также основой для принятия конкретных решений при реализации определенных проектов. Успешное осуществление стратегий в целях создания системы производственной безопасности для гибкой структуры мониторинга и управления неотъемлемо зависит от того, насколько эффективна ее функциональная структура, данное положение объясняется фундаментальностью задач, которые решаются на этапе управления. В статье рассмотрены теоретические положения, касающиеся математического моделирования. При создании модели был использован аппарат абстрактной алгебры – теория множеств. Разработанный в ходе исследования подход дает возможность ввести модель системы управления производственной безопасностью в деятельность авиапредприятий.