В шесть раз быстрее скорости звука: доцент МАИ Михаил Тяглик рассказал о гражданских самолётах нового поколения

Российская авиационная отрасль держит курс на импортозамещение. Перед инженерами стоит задача расширить отечественный авиапарк, в том числе создать совершенно новые перспективные образцы техники, оснащённые самым современным бортовым радиоэлектронным оборудованием. Об эволюции авиационной электроники, разработке нового отечественного сверхзвукового самолёта и перспективах развития отрасли рассказал кандидат технических наук, доцент кафедры 106 «Аэродинамика, динамика и управление летательных аппаратов» МАИ Михаил Тяглик.

Этапы развития авиационной электроники

Внедрение средств автоматизации управления в авиацию проходило в несколько этапов.

В 1950–1960-е годы бурно развивалась сверхзвуковая авиация. Однако расплатой за скорость стало ухудшение характеристик устойчивости и управляемости из-за значительной трансформации собственной динамики воздушного судна при переходе на сверхзвук. Тогда в перечне бортового радиоэлектронного оборудования появились первые средства автоматизации контура ручного управления и новый тип индикаторов — директорные приборы, снижающие загрузку лётчика на этапе посадки.

1970–1980-е годы ознаменовались разработкой дистанционных систем управления. Роль средств автоматизации управления самолёта в эти годы изменилась: теперь они стали придавать воздушному судну необходимые пилотажные свойства.

Но не всё проходило гладко. С внедрением средств автоматизации появились побочные эффекты, которые могли привести к авиационным происшествиям. Например, при пилотировании гражданских самолётов Airbus и Boeing был выявлен эффект раскачки самолёта лётчиком. В 1990-х авиаконструкторы разработали критерии, формирующие систему параметров самолёт-лётчик и включили её в нормативные требования. Это позволило предотвратить раскачку на вновь создаваемых самолётах.

— Проектирование авиационной техники — сложный и ответственный процесс, который требует учёта множества факторов и использования передовых технологий. Одним из ключевых аспектов проектирования является автоматизация процессов. Применяемые средства позволяют повысить эффективность работы, снизить вероятность ошибок и обеспечить соответствие стандартам безопасности, — отмечает Михаил Тяглик.

С тех пор развитие авиационной электроники и вычислительной техники претерпело существенные, даже революционные изменения. Использование бортовых вычислительных машин позволило обеспечить желаемые характеристики устойчивости и управляемости, чего раньше можно было достичь лишь за счёт аэродинамических свойств и конструкции самого изделия.

Цифровые технологии и ИИ в авиации

В современной гражданской авиации системы управления ограничивают выход на опасные режимы и углы полёта, используют интегральные законы управления, делающие пилотажные свойства самолёта наилучшими, рассказал Михаил Тяглик.

Воздушные суда оснащаются новыми средствами отображения информации, в том числе теми, которые используют индикаторы на лобовом стекле. Благодаря этим техническим решениям удалось существенно повысить безопасность пилотирования.

Что касается искусственного интеллекта в бортовых системах самолёта, он может быть весьма полезным в вопросах диагностики различного рода неисправностей. К примеру, сбор и анализ данных с датчиков гидросистемы позволяет спрогнозировать течь гидравлической жидкости. Традиционно такие данные собирались и обрабатывались человеком, однако в последнее время всё чаще появляются программные продукты, позволяющие автоматизировать этот процесс и выдачу рекомендаций по обслуживанию отдельных узлов и агрегатов.

— То же касается и других элементов летательных аппаратов: формирование базы данных о перегрузках и деформациях позволяет спрогнозировать развитие усталостных трещин в элементах конструкции и произвести своевременную замену или ремонт, — добавляет эксперт.

Перспективы IT-технологий в авиасистемах

Развитие авиационной электроники и бортового радиоэлектронного оборудования открыло возможности для создания принципиально новых типов гражданских самолётов.

Так, в России ведётся работа над сверхзвуковым пассажирским самолётом нового поколения. Такое судно сможет развивать в два раза большую скорость, чем обычные самолёты. А в будущем можно ожидать появления гиперзвуковых пассажирских судов, способных летать со скоростью, превышающую скорость звука в шесть раз.

Создание летательных аппаратов нового типа неизбежно требует внедрения новых технических и технологических решений. Например, без дополнительных инструментов сверхзвуковой самолёт нового поколения будет неустойчив на посадочных режимах из-за особенностей конструкции. Чтобы добиться желаемых характеристик, необходима проработка сложных алгоритмов для бортового радиоэлектронного оборудования.

Для наблюдения закабинной обстановки пилотам придётся использовать показания измерителей и датчиков в сочетании с компьютерной графикой. Также учёные внедрят в алгоритмы системы управления элементы искусственного интеллекта, что обеспечит их перенастройку и реконфигурацию в зависимости от условий полёта, внешних возмущений и возможных отказов, формируя наилучшие динамические свойства на всех режимах полёта.

Необходимо учитывать, что воздух вокруг гиперзвуковых самолётов из-за сильного нагрева ионизируется, в результате чего существенно меняется аэродинамика. Поэтому предстоит использовать не классические системы управления, а адаптивные, которые будут изменять свою структуру в соответствии с условиями полёта. А это, безусловно, потребует использования искусственного интеллекта и нейросетевых подходов.

— Искусственный интеллект обладает значительным преимуществом по сравнению с традиционными алгоритмами. И когда будут решены проблемы его безопасного использования в критически важных системах, он сможет повысить надёжность авиационной техники и позволит создавать летательные аппараты нового поколения с выдающимися характеристиками, — заключает Михаил Тяглик.

Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России