AeroNet — направление Национальной технологической инициативы, задачей которого стало создание новых летательных аппаратов. В этой области Южно-Уральским государственным университетом реализуется множество уникальных проектов.
Сейчас ученые Политехнического института ЮУрГУ работают над выполнением нескольких фундаментальных задач. Среди них — создание новых материалов и «умных» конструкций для аэрокосмической промышленности, работы по созданию новых летательных аппаратов, поиск способов утилизации отходов производства.
Какие направления включает AeroNet?
Деятельность аэрокосмического факультета ЮУрГУ в рамках AeroNet делится на 3 главных направления. Так, кафедра летательных аппаратов под руководством доктора технических наук, профессора Александра Карташёва занимается конструированием малых летательных аппаратов. Кафедра двигателей летательных аппаратов, заведующим которой является доктор технических наук, член-корреспондент РАРАН, профессор Сергей Ваулин, создает двигатели малой тяги для новых летательных аппаратов. Кафедра технической механики под руководством доктора технических наук, профессора Сергея Сапожникова разрабатывает сверхлегкие «умные» материалы для аэрокосмической промышленности. Созданием более эффективных источников энергии занимается энергетический факультет Южно-Уральского государственного университета.
Необходимо отметить, что в стратегическом направлении AeroNet ведет научную деятельность также Высшая школа электроники и компьютерных наук ЮУрГУ. Например, для того, чтобы обеспечить успешную посадку малого летательного аппарата на астероид, важно, чтобы аппарат смог «видеть» его поверхность. Разработкой методов компьютерного зрения для выбора посадочной площадки на малом космическом теле занимается заведующий кафедрой информационных технологий, доктор технических наук Борис Суховилов. Кроме того, ведется работа по развитию наземной инфраструктуры связи и глобальной системы управления воздушным движением. Так, доктор технических наук, профессор Николай Войтович работает над системой безопасной посадки воздушных судов в сложных метеоусловиях; доктор технических наук, профессор Владимир Ширяев совершенствует навигационные системы, которые будут использоваться в космосе. Кроме того, НОЦ «Геоинформационные системы» осуществляет дистанционное зондирование и мониторинг поверхности Земли.
Создаются материалы с «нервными волокнами»
«Сегодня необходимо создавать конструкции, которые были бы легкими, с заданной прочностью и долговечностью и четко выполняли бы свои функции. AeroNet в первую очередь связан с новыми материалами, потому что из чугуна не сделать беспилотный летательный аппарат. Здесь на первое место выходят композиты – угле- и органопластики. ЮУрГУ работает с ними с 1974 года, выполняя заказы предприятий аэрокосмической отрасли страны или работая в рамках федеральных грантов. Так, сотрудниками нашей кафедры на протяжении последних пяти лет выиграны два крупных гранта РНФ (Российского научного фонда) на темы, связанные с разработкой и применением высокоэффективных композитных и керамических материалов в защитных структурах плавающих бронеавтомобилей, а также новых композитов с управляемой нелинейностью механического поведения и методов проектирования из них элементов авиационных конструкций. Конструкции эти должны быть «умными»: в них встраиваются датчики, оценивающие их состояние; и это далеко не все возможности», — рассказывает заведующий кафедрой технической механики Политехнического института, доктор технических наук, профессор Сергей Сапожников.
.jpg)
На фото: Сергей Сапожников
Композиты представляют собой материалы, состоящие, как правило, из полимерной основы, армированной высокопрочными легкими волокнами углерода, стекла, арамидов. Углепластик обладает неоспоримыми преимуществами перед другими конструкционными материалами по жесткости, прочности и плотности. Именно из него создаются современные пилотируемые и беспилотные летательные аппараты. Перед учеными стоит задача научиться встраивать в них «нервные волокна», которые сигнализировали бы о любом воздействии на конструкцию и позволяли оценивать ее состояние. Композитные smart-конструкции должны быть автономными, чтобы успешно выполнять заданные функции, находясь в далёком космосе.
Встроенные датчики, как нервные волокна живого организма, будут собирать информацию, передавать её в специальную программу — искусственный интеллект, который, в свою очередь, сделает вывод о возможности надёжной работы конструкции в течение заданного срока. Таким образом будут сведены практически к нулю тяжелые аварии, связанные в частности, с внезапным разрушением ответственных конструкций с человеческими жертвами. Но здесь придется серьёзно поработать, чтобы создать алгоритмы и программы для искусственного мозга, снабдить его достоверной информацией о нагрузках и свойствах материалов, натренировать его на известных случаях.
AeroNet представляет собой комплексную программу, нацеленную на новое качество проектирования, эксплуатации и управление жизненным циклом летательных аппаратов, включая также решение проблем утилизации вышедших из строя конструкций и отходов производства. Если металл можно переплавить, то с композитными материалами всё сложнее. В производстве самолетов отходы дорогостоящих композитов достигают 30—40%. Их рациональное использование в других направлениях — обязательное условие для любого проекта в этой области.