НЦМУ Сверхзвук

Наименование лаборатории

Профиль деятельности

Актуальность и значимость научных исследований

Ожидаемые результаты

Лаборатория «Аэродинамика и концептуальное проектирование СПС с низким звуковым ударом»

Участники:

ЦАГИ, МАИ

Руководитель:

Чернышев Сергей Леонидович,

руководитель лаборатории,

доктор физико-математических наук, академик РАН, ЦАГИ.

— Повышение аэродинамической и технико-экономической эффективности концепций СПС с низким уровнем экологического воздействия, рациональная интеграция планера и силовой установки СПС.

— Развитие методов расчета звукового удара, создание уникального стенда имитационного моделирования звукового удара.

— Развитие фундаментальных аспектов сверхзвукового обтекания и методов численного моделирования.

— Исследование проблем устойчивости и управляемости СПС.

— Необходимость усовершенствования расчетных методов аэродинамики и решение обратных задач аэродинамики для эффективного формирования аэродинамической компоновки СПС, обладающей оптимальным сочетанием минимально возможного звукового удара, низкого сопротивления и низкого шума.

— Усовершенствование расчетных методов и программ, учитывающих разнообразные особенности полета СПС в неоднородной атмосфере по сложным трехмерным траекториям. Предполагается получить ряд фундаментальных результатов по особенностям воздействия звукового удара на здания, сооружения и человека

Новые методы и программы расчета аэродинамических характеристик, ближнего поля течения и звукового удара с учетом абсорбции и дисперсии.

Методы оптимизации аэродинамической компоновки СПС для достижения приемлемого уровня звукового удара.

Оптимальная компоновка СПС с минимальным звуковым ударом-низким шумом-низким сопротивлением.

База данных по зонам слышимости звукового удара, включая вторичные звуковые удары, база данных для определения приемлемого звукового удара.

Программное обеспечение комплексной оптимизации аэродинамической компоновки, включающее программный модуль управления траекторией СПС.

Предложения в перспективные нормы по звуковому удару технологиям и процедурам сертификации.

Лаборатория «Аэроакустика и вибрации»

Участники:

ЦАГИ, МГУ,ИПМ

Руководитель:

Копьев Виктор Феликсович,

доктор физико-математических наук,ЦАГИ

— Разработка моделей излучающей турбулентности, методов расчета шума и вибрации.

— Разработка численных методов повышенной точности для решения задач аэроакустики.

— Исследование отклика и вибрации конструкций в рамках исследования шума в салоне и вибраций зданий при пролете СПС.

Актуальность и значимость научных исследований обусловлена требованием для СПС удовлетворять нормам по шуму на местности.

— Усиление конкурентоспособности отечественных СПС по сравнению с зарубежными аналогами за счет создания решений и технологий, обеспечивающих на режимах сверхзвукового полета уровни шума и вибрации, приемлемые для пассажиров.

— Исследование отклика и вибраций конструкций для правильного учета воздействия звукового удара на здания и сооружения при обновлении стандартов по импульсным шумам в зоне жилой застройки.

— Новые методы расчета шума струй для двигателя малой степени двухконтурности и методы снижения шума с помощью звукопоглощающих конструкций в неосесимметричных каналах переменного сечения.

— Новые вихреразрешающие методы моделирования турбулентных течений и создаваемых ими акустических полей. Новые параллельные алгоритмы и программные утилиты для вычислительных систем с экстрамассивным параллелизмом для определения связи структуры турбулентности и механизмов генерации шума. Методы многоканальных измерений источников шума.

— Методы оценки шума взаимодействия струи с планером СПС.

— Методы оценки вибрации зданий и сооружений при воздействии ударной волны различного профиля, учитывающие влияния падающего акустического излучения на отклик деформируемых элементов конструкций и вибрации с учетом геометрической формы конструкции, в том числе из композиционных материалов, и с учетом физической нелинейности конструкции. База данных по уровням звукового удара и вибрациям внутри зданий и сооружений.

— Развитие теории генерации шума сверхзвуковыми струями. Рекомендации по обеспечению СПС действующих и перспективных норм по шуму.

Лаборатория «Прочность и интеллектуальные конструкции»

Участники:

ПФИЦ, МАИ, ЦАГИ

Руководитель:

Матвеенко Валерий Павлович, доктор технических наук, ПФИЦ

— Разработка методик моделирования и систем мониторинга поведения элементов конструкции СПС.

— Создание научных основ для повышения эксплуатационного ресурса новых материалов и авиационных сплавов.

— Разработка гибридных самодиагностируемых КСС с использованием smart-материалов и про-бионических конструкций.

— Создание научного задела для практического использования про-бионических КСС, композиционных и smart-материалов в авиастроении, разработаны практические методы повышения длительной прочности, разработаны и валидированы алгоритмы выбора рациональных параметров конструкции СПС на основе традиционных и нетрадиционных КСС, созданы прототипы интеллектуальных систем мониторинга, работающие в условиях интенсивных внешних воздействий, и предложен проект требований к конструкции и комплексному обеспечению прочности СПС.

— Интеллектуальная система мониторинга и прогнозирования механического состояния элементов летательных аппаратов на основе использования волоконно-оптических датчиков, в том числе датчиков встроенных в материал элементов из композиционных материалов. Методика регистрации повреждений при изменении деформаций ограниченным числом волоконно-оптических датчиков деформации.

— Результаты исследований применения smart-материалов в элементах летательных аппаратов для управления геометрией и динамическими процессами

— Метод повышения усталостной прочности сплавов авиационного назначения на основе метода лазерной ударной проковки.

— Концепции про-бионических КСС для ответственных частей конструкции планера с учетом специфики нагружения и эксплуатации на сверхзвуковых режимах. Новые методы анализа нагрузок, прочности и аэроупругости на основе нелинейных расчетных моделей гибридных про-бионических конструкций. Новые методы многодисциплинарной оптимизации конструкции, включающие отсеки с традиционными и про-бионическими КСС, на основе многокритериального подхода. Новая методика анализа прочности элементарных и конструктивно подобных образцов конструкции на основе принципов виртуального эксперимента.

— Результаты исследований влияния нелинейного поведения конструкции на характеристики аэроупругости, параметры внешнего нагружения и НДС.

— Метод виртуального моделирования процесса накопления повреждений на основе экспериментальных зависимостей параметров механики разрушения. Проекты требований к конструкции и комплексному обеспечению прочности сверхзвукового пассажирского самолета.

Лаборатория «Газовая динамика и силовая установка»

Участники:

ЦИАМ, МАИ

Руководитель:

Ланшин Александр Игоревич, доктор технических наук, ЦИАМ

— Формирование облика, требований и проекта ТЗ на создание силовой установки.

— Разработка новых технических решения в узлах силовых установок.

— Разработка и использование инновационных математических методик, в т.ч. технологий цифровых двойников.

— Создание технического облика силовой установки, удовлетворяющей требованиям по топливной экономичности, звуковому удару, шуму в районе аэропорта и эмиссии вредных веществ;

— Развитие физических основ и математических моделей рабочего цикла авиационных газотурбинных двигателей для СПС, удовлетворяющих параметрам и облику двигателя с пониженным уровнем удельной тяги;

— Исследования вязко-невязкого взаимодействия в каналах входных и выходных устройств с применением пассивных и активных завихрителей, запасов газодинамической устойчивости вентиляторов и компрессоров, физических процессов и методов расчета генерации широкополосного шума в узлах и элементах силовой установки.

— Исследования по разработке высокотемпературных композиционных материалов на основе керамики и технологии их применения в горячих частях двигателя

— Работы по снижению входной неравномерности, дополнительного сопротивления и потерь в воздухозаборниках, минимизация потерь тяги малошумных выходных устройств СПС, создание достоверных методов предсказания шума силовой установки СПС в условиях взлета и посадки с использованием отечественных вихреразрешающих методов и суперкомпьютерных технологий.

— Предложения в проекты Дорожной карты и государственной программы создания и развития перспективных СПС в части силовой установки

-Фундаментальные основы формирования требований к силовой установке СПС, облик силовой установки.

— Математическая модель силовой установки на основе наиболее вероятных решений по параметрам и облику двигателя с пониженным уровнем удельной тяги.

— Новые технические решения в части воздухозаборника, сопла, компрессора, камеры сгорания, турбины турбореактивного двигателя (ТРД) и ТРД в целом.

— Программно-аппаратный комплекс «Цифровая модель силовой установки для СПС».

— Проектные решения по силовой установке на основе ТРДД с пониженным уровнем удельной тяги. Проект технического задания на демонстратор силовой установки для СПС среднесрочной перспективы (2030+).

— Новая методика расчета процесса распространения загрязнений от летательных аппаратов на всех этапах взлетно-посадочного цикла с учетом рельефа местности.

Лаборатория «Искусственный интеллект и безопасность полетов»

Участники:

МГУ, МАИ, ГосНИИАС, ЦАГИ

Руководитель:

Ефремов Александр Викторович,

доктор технических наук, МАИ

— Формирование концепции управления СПС и разработка интеллектуальной КСУ.

— Создание системы отображения
информации, адаптированной
к разным этапам полета СПС.

— Разработка принципов полунатурного моделирования полета СПС.

Разработка концепции систем
мониторинга, реконфигурации и обеспечения кибербезопасности КБО и систем СПС.

— Обеспечение необходимого уровня безопасности полета путем создания высоконадежных систем управления, средств человеко-машинного интерфейса, позволяющих снизить влияние человеческого фактора, приводящего к летным происшествиям.

— Повышение автоматизации и интеллектуализации управления как самого самолета, так и воздушного движения, что особенно важно для СПС вследствие больших скоростей и эшелонов полета и требований к уровню звукового удара.

— Комплекс исследований по разработке концепции управления, принципов человеко-машинного интерфейса и определению набора функций, выполняемых комплексной системой управления, созданию алгоритмов, обеспечивающих необходимые характеристики устойчивости и управляемости, синтезу алгоритмов высокоинтеллектуальных систем управления, предупреждения критических режимов, недопущения превышения предельных значений параметров движения, способных парировать внешние возмущения, возможные отказы оборудования и ошибки летчика.

— зрения и дополненной реальности, разработку интеллектуальной системы поддержки экипажа в сложных режимах полета, создание нового поколения дисплеев, прогнозирующих развитие траектории движения СПС.

— Разработка интеллектуальных систем мониторинга технического состояния, реконфигурации бортового оборудования и обеспечение их кибербезопасности.

— Оценка эффективности предлагаемых решений, а также рисков человеческого фактора и путей их снижения на пилотажных стендах.

— Совершенствованию и созданию подсистем пилотажного стенда СПС с целью повышения достоверности результатов исследований в наземных условиях.

— Концепция интеллектуального управления СПС, принципы построения и обоснование функций человеко-машинного интерфейса СПС со «слепой» кабиной (без остекления) в том числе, интегрированное информационно-управляющее поле кабины СПС с использованием технологий искусственного интеллекта, технического зрения и дополненной реальности, система интеллектуальной поддержки экипажа на критических режимах полета.

— Критерии управляемости, алгоритмы интеллектуального управления КСУ с учетом использования технического зрения в кабине, расположения кабины, упругости конструкции неустойчивости самолета в продольном и боковом каналах, результаты математического и стендового моделирования СПС.

— Математическая модель траекторного движения СПС с учетом уровня звукового удара на поверхности земли и на основных эшелонах воздушного движения, а также экологических факторов.

— Методы синтеза алгоритмов формирования и управления траекторией СПС с учетом данных факторов и интеграции СПС в перспективную систему УВД/ОрВД.

— Формирование концепций, разработка требований и рекомендации к разработке интеллектуальных систем мониторинга технического состояния, реконфигурации, кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС.