Имена победителей Международной молодёжной научной конференции «Гагаринские чтения» в Московском авиационном институте (национальном исследовательском университете) объявили в пятницу, 20 апреля, после финальной презентации и защиты проектов перед жюри. По словам председателя экспертной комиссии, проректора по научной работе МАИ Юрия Равиковича, перед его коллегами стоял непростой выбор. Все работы были очень сильные, перспективные, непохожие друг на друга. Тем не менее, нужно было решить, какие из них достойны войти в призовую тройку. В результате победу одержал аспирант МАИ и инженер-конструктор отдела проектирования лопастей и несущих рулевых винтов Московского вертолётного завода им. М. Л. Миля Максим Каргаев. Второе место досталось студенту МАИ Вячеславу Белкину, третье место занял инженер ЦНИРТИ им. академика А. И. Берга Марат Ашряпов.

Ветер под расчёт

Работа победителя конкурса молодых учёных на «Гагаринских чтениях», выпускника МАИ и сотрудника МВЗ им. М. Л. Миля Максима Каргаева была посвящена учёту ветровых нагрузок при проектировании и эксплуатации лопастей несущего винта вертолёта. Рассматривалось воздействие ветра на вертолёт, находящийся на стоянке.

— Во время эксплуатации винтокрылые аппараты, находящиеся в стояночном положении, часто подвергаются воздействию ветровых нагрузок разной интенсивности, — поясняет победитель конкурса. — Эти нагрузки могут приводить к повреждениям лопастей несущего и рулевого винтов вертолёта, а также связанных с ними единой силовой схемой агрегатов автомата перекоса и втулок, препятствуя возможности их дальнейшей эксплуатации. Ущерб от воздействия ветра на парк вертолётов может быть оценён сотнями тысяч долларов.

Подобные поломки оказываются возможными из-за малой собственной жёсткости лопастей несущего винта, что делает их весьма чувствительными к ветровому нагружению.

— Конструкторам при проектировании винтокрылых летательных аппаратов необходимо принимать меры по обеспечению защиты от воздействий ветрового потока, — отмечает Максим. — В ходе работ, получено и решено уравнение статической аэроупругости лопасти. Построено решение, позволяющее избегать необходимости прямого интегрирования исходного уравнения. Итоговые расчётные формулы даны в виде, удобном для численного определения положений точек упругой оси лопасти, углов наклона, изгибающих моментов (напряжений).

Разработчику удалось получить расчётные формулы для определения критических скоростей ветрового потока однородных и неоднородных лопастей в зависимости от угла скольжения. Кроме того, для оценки характеристик устойчивости лопастей несущего винта вертолета под воздействием ветра предложен критерий — ветровой коэффициент лопасти.

— Полученные результаты позволят решить несколько важных задач, — отмечает автор работы.— Во-первых, они смогут наиболее полно обеспечивать требования авиационных правил к прочности винта на наземные случаи нагружения. Во-вторых, можно будет проектировать лопасти несущего винта исходя из обеспечения необходимых, заранее заданных значений скорости ветра, безопасных для его эксплуатации. Кроме того, методика исследования технического состояния агрегатов несущего и рулевого винтов вертолётов на стоянке позволит основательней подходить к вопросу об отстранении комплектов лопастей от эксплуатации после воздействия на них штормового ветра. Помимо этого, эксплуатанты, пользуясь полученными расчётным путём данными и опираясь на сведения метеослужб, смогут своевременно принимать меры по обеспечению сохранности лопастей несущего винта, в случае превышения ожидаемых скоростей ветра их безопасных значений.

Всюду сети

Понятия «интернета вещей» и «умного дома» у каждого на слуху. Однако далеко не все понимают, как это всё работает и какой жизнью живёт. А, между тем, за функционирование этой системы отвечает целый технологический пласт — беспроводные сенсорные сети. Именно этим разработкам посвящена работа студента МАИ Вячеслава Белкина, занявшая на конференции «Гагаринские чтения» второе место.

— На этом рынке не так уж много игроков, — отмечает Вячеслав. — Среди отечественных компаний их вообще можно по пальцам пересчитать. Я разработал программную платформу, которая в совокупности решает две задачи. Первая — это тулчейн для разработки приложений под семейство микропроцессоров MSP430 на Linux-подобных операционных системах. Вторая — стек коммуникационных протоколов. Именно он позволяет организовывать беспроводную сенсорную сеть.

По словам Вячеслава, он работает над увеличением энергоэффективности датчиков в составе беспроводной сенсорной сети, а также над топологией самой сети. Разработчик пытается совместить древовидную, иерархическую топологию и ячеистую.

— Конечно, я не первый, кто этот проект реализовывал, — отмечает Вячеслав. — Однако мой стек протоколов и тулчейн для разработки приложения обладает некоторой новизной и актуальностью на российском рынке. Это касается вопросов импортозамещения, ограничения использования зарубежных технологий в некоторых областях.

На «гражданке» использование беспроводных сенсорных сетей открывает большие горизонты. Это не только интернет вещей и «умный» дом, но и наблюдательный помощник для управляющих компаний и компаний-застройщиков. Оптимальным решением этот вариант будет и для сферы платных парковок.

— Во-первых, автовладельцы будут знать, где есть свободные места, — отмечает маёвец. — Во-вторых, можно мониторить своего четырёхколесного друга не выходя из дома благодаря установке датчиков в автомобиле и на столбах, которые находятся на парковке. Они ведь могут «общаться» между собой.

Помимо гражданского применения, беспроводные сенсорные сети востребованы в военной сфере и космонавтике.

Широкий жест

Третье место на конкурсе выиграл проект разработки перспективных сверхширокополосных радиолокаторов. Разработкой самих устройств и созданием математических алгоритмов для их работы занимается инженер ЦНИРТИ им. академика А. И. Берга Марат Ашряпов вместе с доцентом кафедры 410 МАИ и директором Научно-исследовательского центра сверхширокополостных технологий МАИ Денисом Охотниковым.

— Сфера применения устройств сверхширокополосной радиолокации очень обширна, — отмечает Марат. — Например, радары можно применять при антитеррористических операциях, при чрезвычайных ситуациях, когда нужно оперативно найти человека под завалами. Кроме того, сверхширокополосные радары устанавливаются на беспилотники и пилотируемые летательные аппараты.

По словам разработчика, вместе с коллегами они решили расширить область применения перспективных разработок до гражданского сегмента. Математический алгоритм, разработанный Маратом и заложенный в небольшое устройство, совместно с радаром, может распознавать жесты и преобразовывать их в команды. Таким образом, человек взмахом руки будет способен управлять бытовыми предметами в собственном доме.

— Человек находится в зоне луча радара и делает движение рукой, — отмечает разработчик. — Отраженный эхо-сигнал фиксируется радаром. Затем предаётся в вычислительный модуль для сравнения с базой данных, в которой заложена эталонная сигнальная последовательность. При совпадении сигналов методом извлечения коэффициента корреляции выполняется привязанная к этому жесту команда.

Зона действия луча радара — до 5 метров. Система сможет распознать внушительное число жестикуляций. Кстати, изначально систему планировали создать для распознавания жестикуляции глухонемых людей.

— Эту систему удалось реализовать в завершённом макете, начиная с алгоритма обработки сигналов и заканчивая устройством сверхширокополосного радара, — отмечает разработчик. — За два года мы успели разработать алгоритм, смоделировать его работу, и перенести в программную часть. На тот момент уже был изготовлен первый образец устройства — сверхширокополосный радиолокатор, разработанный в НИЦ СШП МАИ. После сопряжения программной архитектуры и аппаратной части были получены первые успешные результаты, некоторые из которых легли в основу доклада. Сейчас проект дорабатывается в области программной части для повышения качества распознавания.

Кстати, на конкурсе Марат продемонстрировал прототип системы. По его словам, в дальнейшем планируется серийный выпуск таких приборов.