 |
Ученые Пермского Политеха разработали систему для снижения вредных выбросов из авиадвигателей на 3%
Исследование опубликовано в журнале «Мехатроника, автоматизация, управление», том 25, №5 за 2024 год. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Авиация – один из крупнейших источников выбросов вредных веществ. Особенно это касается оксидов азота, которые выделяются в процессе сгорания топлива. Его высокие концентрации опасны для человека, при длительном воздействии эти газы приводят к воспалению дыхательных путей, бронхиту и онкологиям. Особенно в группе риска находятся жители крупных индустриальных городов. Наибольшую опасность оксиды азота представляют в качестве активного компонента смога. Создание экологичных авиадвигателей требует совершенствования систем автоматического управления. Особую сложность представляет управление камерой сгорания газотурбинного двигателя, так как необходимо соблюдать баланс между их стабильной работой и минимизацией выбросов. Ученые ПНИПУ разработали систему, которая снижает концентрацию выбросов оксидов азота более чем на 3% и повышает экологическую эффективность при стабильной работе камеры сгорания.
Камера сгорания – одна из самых важных частей газотурбинной установки, в которой внутренняя энергия топлива превращается в энергию горячего газа для работы турбины. Это происходит, когда для сжигания топлива используют окислитель (кислород воздуха), поступающий под высоким давлением после компрессора. При этом образуются газообразные продукты сгорания высокой температуры, в том числе оксиды азота.
Для устойчивой работы камеры сгорания в авиадвигателе важно, чтобы она поддерживала оптимальное соотношение топлива и воздуха на разных режимах. Требования экологии сужают область этого соотношения. При этом управление концентрацией выбросов может привести к неустойчивому горению пламени камеры сгорания и нарушениям в работе двигателя.
Отечественные и зарубежные ученые уже внесли вклад в снижение выбросов оксидов азота, исследуя автоматическое управление силовых установок, однако в существующих работах при проектировании регуляторов не учитываются многие требования, например, на затрачиваемые ресурсы и на время работы в «жестком реальном времени» (гарантированное время отклика системы на конкретное событие). Эти показатели тоже влияют на выбросы азота и устойчивость горения пламени в камере сгорания.
Ученые Пермского Политеха представили новый подход к управлению камерой сгорания авиадвигателя и разработали модель этой системы. Решение подразумевает коррекцию расхода топлива между коллекторами камеры сгорания за счет введения обратной связи по оксидам азота в систему автоматического управления двигателем. По задумке информация о состоянии двигателя поступает в электронный регулятор, который обрабатывает ее и формирует управляющее воздействие. Устойчивость горения при этом обеспечивается равномерным перераспределением топливовоздушной смеси с помощью коллекторов.
В рамках современного подхода к мониторингу и снижению выбросов оксидов азота в двигателе ученые ПНИПУ предложили использовать два адаптивных нейронных измерителя.
Первый нейронный измеритель настроен на границу, близкую к «виброгорению», с 10%-ным запасом по устойчивости. Это означает, что он работает в диапазоне, где выбросы оксидов азота минимальны. Значение, выдаваемое этим измерителем, является эталонным для системы. Такой подход позволяет поддерживать выбросы на минимальном уровне и обеспечивать оптимальные экологические показатели. Второй измеритель, основанный на нейронной сети, отвечает за мониторинг текущих значений оксидов азота в реальном времени. Его задача — непрерывно фиксировать фактические показатели и передавать их в систему контроля.
– Значения, полученные от двух нейронных измерителей, сравниваются и анализируются. Если текущее значение оксидов азота, определенное вторым измерителем, отклоняется от эталонного значения первого, то система автоматически корректирует расход топлива. Именно этот показатель в совокупности с температурой в камере сгорания напрямую влияют на выбросы. Разработанный регулятор в автоматическом режиме перераспределяет топливо между коллекторами. Таким образом достигается баланс между экономичностью процесса и соблюдением экологических норм, – рассказывает доктор технических наук, заведующий кафедрой автоматики и телемеханики Александр Южаков.
Использование двух адаптивных нейронных измерителей в системе контроля выбросов оксидов азота представляет собой инновационный и эффективный метод управления вредными выбросами. Это не только способствует улучшению экологической обстановки, но и помогает предприятиям соответствовать требованиям законодательства и стандартам по охране окружающей среды.
– Результаты моделирования уже подтвердили эффективность разработанного нами метода. Благодаря разработке выброс оксидов азота можно уменьшить с 2,14 до 2,06 кг, это примерно 3,74%. Эти цифры значимы для создания современных систем управления процессом горения авиадвигателей нового поколения, – подводит итог ассистент кафедры автоматики и телемеханики ПНИПУ Вячеслав Никулин.
Ученые Пермского Политеха представили новый подход к управлению камерой сгорания авиадвигателя. Внедрение дополнительного регулятора позволит снизить выброс оксидов азота более чем на 3%, уменьшить затраты на управление авиадвигателями и оптимизировать их работу с пользой для экологии.
Контактное лицо: Дарья Биянова (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 03:45, 12.06.2024
Количество просмотров: 116
Страна: Россия
| Ученые Пермского Политеха нашли способ улучшить качество бумаги и картона, ПНИПУ, 22:45, 17.07.2026, Россия |
446 |
| Ученые Пермского Политеха впервые в России разработали систему, которая диагностирует состояние воды в реальном времени. Это позволит в несколько раз быстрее отслеживать ухудшение ее качества и оперативно реагировать на него, сокращая убытки предприятий и снижая себестоимость товаров. |
|
| Ученый Пермского Политеха рассказал о «горизонтальном» июльском звездопаде, ПНИПУ, 22:02, 17.07.2026, Россия |
44 |
| С середины июля до конца августа россияне смогут наблюдать звездопад Южные дельта-Аквариды. В ночь на 31 июля ожидается до 25 метеоров в час. Эти метеоры летят почти горизонтально, их называют «пасущимися». Ученый Пермского Политеха объяснил, почему поток стабилен, как на него влияет Юпитер и откуда желтоватый след. |
|
| Улучшает иммунитет, пищеварение и защищает от инсульта: ученый Пермского Политеха назвал 7 причин разрешать себе лениться, ПНИПУ, 22:13, 14.07.2026, Россия |
274 |
| 15 июля отмечается День русской лени. Ученый ПНИПУ рассказал, как она помогает очищать мозг от токсинов, восстанавливать оболочку нервов, повышать иммунитет, улучшать пищеварение, предотвращает образование тромбов, увеличивает фазу медленного сна и поднимает мотивацию, а также чем здоровая лень отличается от вредной. |
|
| Ученый Пермского Политеха объяснил, почему мы испытываем симптомы акклиматизации, даже не покидая родной город, ПНИПУ, 21:26, 14.07.2026, Россия |
52 |
| Резкие перепады температуры могут вызывать у человека симптомы, сходные с теми, что возникают при смене климатической зоны. Ученый ПНИПУ рассказал, что происходит с организмом при температурных контрастах, какие привычные средства самопомощи только вредят и почему самочувствие может ухудшиться уже после нормализации. |
|
|
|
