Российские ученые разработали систему для снижения вредных выбросов из авиадвигателей на 3%

Ученые ПНИПУ отметили, что авиация является одним из крупнейших источников выбросов вредных веществ. ПНИПУ Москва, 11 июн - ИА Neftegaz.RU. Специалисты из Пермского Политеха (ПНИПУ) разработали систему, которая снижает концентрацию выбросов оксидов азота более чем на 3%.
Об этом сообщила в пресс-служба вуза.

Авиация - один из крупнейших источников выбросов вредных веществ.
Особенно это касается оксидов азота, которые выделяются в процессе сгорания авиационного топлива.
Создание экологичных авиадвигателей требует совершенствования систем автоматического управления.
Особую сложность представляет управление камерой сгорания газотурбинного двигателя (ГТД), так как необходимо соблюдать баланс между их стабильной работой и минимизацией выбросов.

По данным ПНИПУ:

• 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 т.ч. 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.

Новый подход ученых из ПНИПУ к управлению камерой сгорания авиадвигателя 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 предложили использовать 2 адаптивных нейронных измерителя.

Как работает система?

Первый нейронный измеритель настроен на границу, близкую к виброгорению, с 10% запасом по устойчивости:

• это означает, что он работает в диапазоне, где выбросы оксидов азота минимальны;
• значение, выдаваемое этим измерителем, является эталонным для системы;
• благодаря этому будут поддерживаться 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.

Тезисы доктора технических наук, заведующего кафедрой автоматики и телемеханики ПНИПУ А. Южакова:

• значения, полученные от 2^х 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 влияет на выбросы;
• разработанный регулятор в автоматическом режиме перераспределяет топливо между коллекторами;
• так достигается баланс между экономичностью процесса и соблюдением экологических норм.

Как отметил ассистент кафедры автоматики и телемеханики В.Никулин:

• результаты моделирования уже подтвердили эффективность разработанного 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.

Разработка пермских ученых позволит снизить выброс оксидов азота более чем на 3%, уменьшить затраты на управление авиадвигателями и оптимизировать их работу с пользой для экологии.
Разработка проводилась в рамках программы стратегического академического лидерства Приоритет 2030, обладателем гранта которой в размере 100 млн руб. ПНИПУ стал в 2021 г.

Ранее стало известно, что молодые ученые из ПНИПУ работают над созданием робота, который проводит контроль и обслуживание металлоконструкций.