Учёные Научно-технологического университета «Сириус» работают над проектом, который поможет создавать более эффективные и надёжные топливные системы для космических ракет и самолётов. Специалисты изучают пористые сетчатые материалы, выполняющие функцию «умных фильтров». Эти материалы предотвращают вспенивание топлива и обеспечивают его бесперебойную подачу в двигатель в условиях невесомости или при выполнении манёвров. Проект направлен на создание цифровой технологии, позволяющей точно предсказывать поведение этих материалов без долгих и дорогих испытаний. Исследование получило поддержку в рамках госпрограммы «Наука» федеральной территории «Сириус».
Пористые сетчатые материалы играют ключевую роль в космической и авиационной технике. Они удерживают жидкое топливо за счёт капиллярных сил, не позволяя газу попасть в двигатель. Однако у этого защитного механизма есть издержки — они создают дополнительное сопротивление потоку топлива, что требует от насосов и двигателей затрачивать больше энергии на его преодоление и может снижать общую эффективность системы. До сих пор для точной настройки этих характеристик под каждое новое изделие требовались сложные физические эксперименты. Учёные Сириуса заменяют этот процесс математическим моделированием и искусственным интеллектом.
Перед инженерами, проектирующими топливный бак для новой ракеты, традиционно стояла задача экспериментального подбора оптимальной структуры сетчатого фильтра. Для этого требовалось изготавливать физические образцы и проводить их многоэтапные испытания на специальных стендах. В рамках текущего проекта исследователи создают виртуальную модель такого фильтра. Их целью является разработка точного цифрового инструмента, который позволит рассчитывать поведение материала при различных давлениях и скоростях потока непосредственно на компьютере, а также оперативно подбирать конструкцию, соответствующую заданным техническим требованиям.
В рамках проекта планируется создать несколько ключевых продуктов. Во-первых, это методика автоматизированного расчёта на базе российского программного обеспечения, которая заменит импортные аналоги. Во-вторых, модель-помощник на основе искусственного интеллекта, обученная на результатах точных расчётов. В-третьих, будет разработан специальный расчётный блок — цифровой двойник, который можно будет встроить в общую модель гидравлической системы ракеты или самолёта.
«Разработанная методика определения гидравлических и капиллярных свойств ПСМ полностью автоматизирована и реализована на отечественном программном обеспечении, что обеспечивает её практическую применимость при проведении дальнейших исследований и использовании на предприятиях промышленности. Разработанный подход является универсальным и может быть адаптирован под различные типы пористых материалов и инженерных задач, а комбинация численных расчётов и искусственного интеллекта позволяет получать инженерно значимые результаты оперативнее», — комментирует руководитель группы Научного центра информационных технологий и искусственного интеллекта Научно-технологического университета «Сириус» Анастасия Королёва.
Важно отметить, что в работу над проектом вовлечены молодые учёные и студенты магистратуры «Искусственный интеллект и математическое моделирование в промышленности». С первых дней обучения они становятся частью передовых научных команд и работают над реальными задачами.
Разработка учёных Научно-технологического университета «Сириус» носит прикладной характер. Потенциальными заказчиками технологий выступают ведущие предприятия ракетно-космической отрасли России, такие как АО ГНЦ «Центр Келдыша», АО «НПО Лавочкина» и АО «ВПК «НПО машиностроения». Однако результаты проекта будут востребованы не только в космосе. Технологии расчёта и оптимизации пористых материалов найдут применение в авиации, нефтегазовой и энергетической отраслях — везде, где требуется тонкая фильтрация и разделение жидкостей и газов.
Автор: Денис Новиков