В России создана методика предотвращения авиакатастроф

Физики-теоретики из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) помогают авиаинженерам в анализе причин выхода из строя двигателей во время испытаний. Кроме того, они участвуют в создании системы, которая может предотвратить развитие критических явлений. И если предложенные в ФИАНе методы будут реализованы в «железе», многих авиакатастроф удастся избежать.

В основе разработанных в ФИАНе методов регистрации критических явлений и их классификации лежит вейвлет-анализ — математический метод, позволяющий анализировать частотные компоненты сигналов с привязкой их особенностей к времени. В данном случае вейвлеты предсказывают опасные явления тогда, когда еще можно успеть что-то предпринять и не допустить их развития.

«В одной из первых работ, результаты которой были опубликованы в журнале Control Engineering Practice, по данным, снятым с датчика давления в компрессоре газотурбинного двигателя, мы определили причину, из-за которой этот двигатель разрушился, — рассказывает один из разработчиков вейвлет-методики предсказания опасных авиаявлений кандидат физ.-мат. наук Владимир Нечитайло. — Виной всему был помпаж — срывной режим работы двигателя, вызванный нарушением потока воздуха внутри турбины (вплоть до изменения направления потока на обратное). По нашим расчетам, предсказать подобное явление можно было за 1–2 секунды до того, как оно произошло. Для двигателя это очень большое время. А вот характерные времена, за которые можно что-то «предсказать» с помощью спектрального Фурье-анализа, составляют десятки долей секунды. Понятно, что этот метод здесь не помощник».

Фиановцы Владимир Нечитайло, кандидат физ.-мат. наук Олег Иванов и доктор физ.-мат. наук Игорь Дремин (руководитель группы) около десяти лет занимаются решением целого ряда фундаментальных и прикладных задач с помощью вейвлет-анализа. В частности, вейвлеты используются на комплексе ПАВИКОМ для анализа распределения вторичных заряженных частиц в фазовом пространстве. А к предупреждению неисправностей, возникающих в газотурбинных двигателях, их подтолкнуло сотрудничество с Центральным институтом авиационного моторостроения имени П. И. Баранова (ЦИАМ).

«Когда испытываются опытные образцы двигателей, очевидно, что разрушать их «до основанья» никому не хочется, — поясняет Владимир Нечитайло. — Одно дело — довести его до критических параметров, и совсем другое — допустить, чтобы он разлетелся во все стороны. И задачей, которую поставили перед нами коллеги из ЦИАМа, было как раз максимально раннее определение того, когда двигатель начинает «сваливаться» в опасный режим. То есть предупреждение неустойчивости работы прежде, чем она разовьется до максимальной амплитуды».

Задача из числа эксплуатационно-инженерных. И если реализовать принцип предупреждения критических явлений в некоей контрольной системе, которая автоматически, по определенным признакам, будет регистрировать фазу отклонения от стабильной работы двигателя в самом ее зачатке и предпринимать «уравновешивающие» действия (скажем, сбрасывать обороты двигателя), избежать авиакатастрофы будет вполне реально. Такова была первостепенная задача, определенная на начальном этапе сотрудничества двух институтов. Позже, уже совместно, был определен второй класс задач — классификация неустойчивостей, возникающих в работе двигателя.

Комментирует Владимир Нечитайло: «То есть надо определить причину нестабильной работы двигателя (или вовсе выхода его из строя) по показаниям стандартных датчиков. Эта задача крайне важна для авиаинженеров, потому что внешние признаки критических явлений могут быть очень похожи, но причины, их вызывающие, обычно радикально различаются, а значит, разными будут и способы борьбы с ними».

На сегодня принципы решения упомянутых задач реализованы в виде относительно универсальной компьютерной программы, и сотрудники ФИАНа работают над ее полной адаптацией под конкретного заказчика. Именно тогда она сможет стать не только частью испытательного стенда, но и важной составляющей информационно-управляющей системы авиаконструкций.