Директор Передовой инженерной школы МАИ Наталия Шовгеня о беспилотниках, новых материалах и гибридных установках

Два года назад в России стартовал федеральный проект Министерства науки и высшего образования «Передовые инженерные школы», цель которого ― подготовить специалистов для высокопроизводительных секторов экономики, ориентированных на экспорт, и создать площадки для новых отечественных разработок и обучения студентов. Одной из таких площадок стал институт № 14 «Передовая инженерная школа» МАИ.

В этом году ПИШ МАИ выпустила первых магистров и представила новые разработки: электродвигатели для малых и средних беспилотников, цифровую систему объективного контроля состояния водителей, силовую установку с водородным генератором и др. Подробнее о работе института рассказала его директор Наталия Евгеньевна Шовгеня.

С чего начиналась Передовая инженерная школа МАИ и каких результатов удалось достичь за два года?

Главной идеей при создании школы была подготовка нового поколения инженеров, способных генерировать смелые идеи и воплощать их в жизнь, поднимая нашу авиационную отрасль на принципиально новый уровень. Задумывая и проектируя ПИШ МАИ совместно с индустриальными партнёрами, мы ориентировались в первую очередь на три перспективных направления: создание новых материалов для авиационного производства, в том числе с использованием аддитивных технологий, электрические и гибридные силовые установки, цифровизацию в области беспилотных воздушных систем, за которыми, как я считаю, будущее.

За два года мы успели подготовить первый выпуск магистров (причём все восемь ребят окончили ПИШ МАИ с отличием) и создать собственные высокотехнологичные разработки. Среди них электрическая силовая установка для беспилотных летательных аппаратов, включающая в себя блок управления, двигатель и источник питания, предназначенная для использования на воздушных судах массой до 35 кг. Это сердце летательного аппарата: без неё ни один беспилотник не взлетит.

Ноу-хау инженеров ПИШ МАИ ― агродрон, беспилотное воздушное судно для повышения урожайности, продуктивности агропромышленных комплексов и предотвращении потерь урожая.

Комплект оборудования на столе ― элементы электрической силовой установки для беспилотных летательных аппаратов и стенд для исследования винтомоторной группы, разработанные в ПИШ МАИ. Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»

Эти разработки созданы на базе российского оборудования?

Да, причём спектр применения наших отечественных систем для беспилотников очень широк и не ограничивается только сельским хозяйством. Дроны могут быть задействованы для проведения аэрофото- и видеосъёмки, в геодезических и строительных работах и т.д.

Видите ли вы интерес к вашим разработкам со стороны представителей сельскохозяйственной отрасли?

Конечно. Прямо сейчас мы ведём совместную работу с РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева. Такой обмен опытом между инженерами и специалистами в области сельского хозяйства очень полезен, и наши знания взаимодополняют друг друга. Таким образом, конечный продукт получается более осмысленным и максимально прикладным.

Они уже используют ваши наработки?

Сейчас мы находимся на завершающем этапе наших совместных разработок, я надеюсь, что результат не заставит себя ждать. Наш будущий продукт ― это не просто система управления беспилотниками, а целый комплекс цифровизации, умная экосистема, позволяющая с помощью дрона исследовать почву и понимать, в каких удобрениях она нуждается, как себя чувствует то или иное растение, какой необходим полив и т.д.

Электродвигатель для беспилотника. Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»

Какие ещё направления развиваются в ПИШ МАИ?

У нас есть перспективные наработки в области аддитивных технологий (печать на 3D-принтере). С использованием отечественных установок селективного лазерного плавления мы печатаем различные изделия и нарабатываем опыт и технологию их использования. Помимо этого, развиваем направление композитных материалов, но это уже скорее сугубо научная работа: формирование методики использования данных, их анализ и обработка.

Использование новых материалов и подходов к производству, в том числе композиционных материалов и аддитивных технологий, ― ключевой фактор для качественного изменения характеристик (веса, прочности, ресурса и др.) конструкции изделий и отдельных узлов продукции аэрокосмической индустрии, а также повышения экономической эффективности при их создании.

Какие именно изделия вы печатаете или планируете печатать в ближайшее время на 3D-принтере?

Их много, и они предназначены для разных отраслей, в том числе для медицины, автомобилестроения, авиации и др. Это могут быть как маленькие незначительные детали (тройники, различные соединения и т.п.), которые мы с вами, будучи пассажирами самолёта, даже никогда не увидим, так и крупногабаритные изделия, такие как лопатки для газотурбинных двигателей нового поколения.

Одно из наших перспективных направлений ― создание технологии ремонта лопаток двигателей иностранных производителей, ушедших из России.

Ещё одно наше направление связано с замещением сложных деталей (произведённых по классической схеме) аддитивными технологиями с использованием топологической оптимизации для снижения веса. Этим мы занимаемся совместно с предприятиями, изготавливающими летательные аппараты. Исследования проводятся с помощью новых материалов и технологий, ещё предстоит пройти стендовые испытания и доказать прочность и надёжность. Следующим этапом станет сертификация.

Какое оборудование Передовой инженерной школы можно назвать уникальным?

Пожалуй, наш стенд для исследования гибридных силовых установок (ГСУ), позволяющий проводить испытания тепловой машины и электрической части силовой установки совместно. В результате могут быть получены уникальные экспериментальные данные о ГСУ, недоступные при испытании её элементов по отдельности. Стендов ГСУ подобной размерности (до 400 кВт) больше в России нет.

Кроме того, испытательная база ПИШ МАИ позволяет проводить испытания различных схем системы (параллельная, последовательная) и типов тепловой машины (газотурбинного двигателя, двигателя внутреннего сгорания).

У нас есть лаборатория по исследованию композитных материалов, где работает томограф, позволяющий производить экспресс-анализ деталей или агрегатов, выполненных из того или иного материала, чтобы быстро находить дефекты и устранять их с помощью методов неразрушающего контроля. Это особенно актуально в отечественной авиации, где сейчас активно используют композитные материалы, например при строительстве самолётов МС-21-310 и SJ-100, которые должны прийти на замену иностранным Airbus и Boeing. Наши специалисты также разработали методику анализа полученной от томографа информации и её оперативной обработки для дальнейших манипуляций с материалом.

Электродвигатель ВД-150 для привода воздушных винтов аппаратов типа аэротакси. Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»

Как вы использовали опыт, наработанный за годы существования МАИ, при создании Передовой инженерной школы?

Вы правы, наша школа не создавалась с нуля, и мы активно задействовали полученные ранее фундаментальные и прикладные знания, обогатив их современными подходами, новыми технологиями проектирования и производства, методиками испытаний и программного обеспечения. Кроме того, в образовательной деятельности мы пересмотрели наш подход к гуманитарным дисциплинам и переориентировали их в сторону системной инженерии.

За счёт гуманитарного блока мы учим ребят строить гипотезы и не бояться реализовать даже самые смелые задумки; а превращать их в реальность помогает сильная фундаментальная база.

Ключевое место в опережающей подготовке инженеров выделено проектной деятельности, умению создавать команды и работать внутри этих коллективов. Я считаю, что только таким образом могут родиться лидеры производства, способные повести за собой людей.

То есть комплексные инженеры?

Да. Мы реализуем комплексный подход во всём, начиная от лабораторий и заканчивая готовыми проектами, внедрёнными в производство на базе наших индустриальных партнёров.

Изготавливая любую, пусть даже самую малую деталь, мы смотрим на неё в рамках целой большой установки, единой системы, оценивая огромное количество параметров на всём жизненном цикле изделия.

Мы учим наших студентов смотреть на любой проект максимально широко, видеть его развитие пошагово и в комплексе, от первоначальной задумки до финального воплощения.

Но ведь на базе МАИ уже давно работают подобные кафедры, где готовят инженеров. Чем Передовая инженерная школа принципиально отличается от них?

Хороший вопрос. Мы и сами часто задаём его себе, пытаясь понять: а в чём наша главная отличительная особенность? Думаю, акцент нужно сделать именно на комплексном подходе, о чём я говорила выше. На других кафедрах, будь то самолёто-, вертолёто- или двигателестроение, всё-таки преобладает более узкая и глубокая направленность исследований и подготовки специалистов, в то время как комплексный инженер должен иметь более широкие и комплексные знания.

Кроме того, мы делаем сильный упор на развитие управленческих навыков, чего нет ни в одном другом подразделении МАИ.

Сколько всего инженерных школ было открыто в России в рамках федерального проекта?

На текущий момент их 50. Мы были одними из пионеров, войдя в число 30 школ первого потока, и поэтому нам пришлось сложнее всего. Вместе с Минобрнауки России мы размышляли о том, каким должен быть наш подход к работе, и при необходимости корректировали его. Затем к проекту присоединились ещё 20 вузов. Кстати, попасть в него было не так просто: требовалось представить Совету по грантам Минобрнауки программу развития ПИШ и достойно защитить её.

На какой срок рассчитана работа передовых инженерных школ?

Если говорить о государственном финансировании, то в этом году оно заканчивается. Сам проект при этом будет продолжаться минимум до 2030 года, то есть нам предстоит создавать качественные продукты под ключ и находить источники финансирования, и здесь мы возлагаем большие надежды на наших индустриальных партнёров, которые очень заинтересованы не только в новых кадрах, но и в новых технологических разработках.

Индустриальные партнёры ― это конечный потребитель?

Да. Собственно, ради них мы всё это и делаем. Благодаря им у нас есть возможность организовывать хорошие стажировки для студентов. Мы также понимаем, что после окончания вуза наши студенты будут гарантированно трудоустроены. Так, все наши выпускники этого года уже нашли работу в разных компаниях (в Объединённой двигателестроительной корпорации, Объединённой авиастроительной корпорации, компании «АэроКомпозит» и др.), а за некоторых ребят между работодателями была серьёзная борьба.

Какие у вас планы на ближайшее будущее?

МАИ участвует в изменениях высшего образования в России (выход из Болонской системы ― Примеч. ред.), и мы уверены, что наработки Передовой инженерной школы найдут своё применение в этой области. В этом году мы также очень надеемся завершить дооснащение наших высокотехнологичных лабораторий, чтобы они смогли начать работать во всю мощь. Это позволит нам продолжить интеграцию лабораторий ПИШ в большую науку, а также создать пул потенциальных уникальных технологических результатов с возможностью их дальнейшей коммерциализации.