Научная
деятельность
Университет ИТМО

В Университете ИТМО разрабатывают систему противопожарной защиты для авиалайнеров нового поколения

Международная лаборатория «Механики и энергетических систем» Университета ИТМО разрабатывает систему противопожарной защиты для современных воздушных судов. Индустриальным партнером проекта является компания «Абрис» — один из лидеров в России по разработке и производству современных бортовых устройств контроля и диагностики авиационных двигателей и систем пожарной защиты авиационной техники. В рамках проекта предполагается создать многоспектральную комплексную систему безопасности, которая позволит в восемь раз повысить точность распознавания частиц дыма и снизить процент ложных срабатываний пожарной сигнализации на борту самолетов. В перспективе, как отмечают разработчики, комплекс можно устанавливать также на промышленных объектах, где система будет следить за концентрацией вредных веществ в воздухе.

Ложное срабатывание систем на борту — чем это опасно?

В марте 2017 года самолет «Уральских авиалиний» не смог вылететь из Москвы в Симферополь. Инцидент произошел в аэропорту «Домодедово». Когда сработала сигнализация о пожаре в одном из двигателей, лайнер уже начал разбег для взлета. Экипаж тут же прекратил взлет и вернул самолет на стоянку. Позже выяснилось, что произошло ложное срабатывание датчика пожарной тревоги. Однако пассажирам рейса пришлось полететь на резервном воздушном судне.

Годом ранее похожая ситуация произошла с самолетом Boeing 777, принадлежащим флагманской авиакомпании Гонконга Cathay Pacific. Воздушное судно, на борту которого находилось 214 пассажиров и 18 членов экипажа, совершало перелет по маршруту «Лондон — Гонконг». После срабатывания датчика, предупреждающего о пожаре в багажном отсеке, пилоты приняли решение об экстренной посадке самолета в новосибирском аэропорту Толмачево. Позднее было установлено, что его включение оказалось ложным. Пассажиров экстренно севшего в новосибирском аэропорту боинга в Гонконг доставили на другом лайнере.

Ложное срабатывание систем пожарной сигнализации на борту самолета может не только стать причиной повышения издержек авиакомпаний, паники на борту и задержки рейсов, но и повлечь за собой трагические последствия. Именно срабатывание датчиков задымления на борту самолета называлось экспертами в числе возможных причин крушения египетского А320. По данным источников Wall Street Journal, знакомых с ходом расследования причин авиакатастрофы, у самолетов A320 и ранее фиксировалось ложное срабатывание датчиков дыма. В частности, в апреле 2011 года система сработала на борту рейса United Airlines, летевшего из Нового Орлеана. Тогда сигнал признали ложным, однако после этого случая авиакомпания направила своим пилотам инструкцию, в которой говорилось о случаях ложного срабатывания датчиков и рекомендовалось принимать экстренные меры только в случае «заметного задымления».

Источник: zastavki.com
Источник: zastavki.com

Как подчеркивает Игорь Волобуев, представитель МНП «Механики и энергетических систем» Университета ИТМО, по отдельным системам количество ложных срабатываний может достигать 100 на одно истинное. Одна из причин — устаревание систем и неспособность датчиков отличить дым от других частиц — например, пыли или ряда взвесей, содержащихся в воздухе. Классическими способами «борьбы» с ложными срабатываниями в современной практике является либо конструкторское изменение дымового канала, иными словами затруднение попадания частиц пыли в рабочую зону с оптикой, либо загрублением чувствительности извещателя. В этом случае система лишний раз не сработает, но при возникновении реальной угрозы она уже не сможет вовремя предупредить об опасности.

Как сегодня пытаются решить проблему?

Над повышением надежности и устойчивости систем к ложному срабатыванию cегодня работают компании по всему миру. В России разработку современных противопожарных систем, в частности, ведут холдинг «Технодинамика», работающий совместно с американской компанией Curtis-Wright Controls, корпорация «Иркут», а также «Долгопрудненское конструкторское бюро автоматики», которое входит в концерн «ВЕГА».

Над созданием современной многоспектральной системы пожарной сигнализации, устойчивой к ложным срабатываниям, работают и в международной лаборатории «Механики и энергетических систем» Университета ИТМО. Индустриальным партнером проекта выступает компания «Абрис» — один из лидеров в России по разработке и производству современных бортовых устройств контроля и диагностики авиационных двигателей и cистем пожарной защиты авиационной техники. Проект стал победителем конкурса в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы».

Датчик. Источник: МНЛ «Механики и энергетических систем»
Датчик. Источник: МНЛ «Механики и энергетических систем»

В его основе — создание комбинированной многоспектральной оптико-электронной системы. В настоящее время разработчики ведут работу по созданию двухканального датчика-сигнализатора дыма/перегрева. При его создании используется физическая модель взаимодействия лазерного излучения с частицами и численная модель турбулентного течения. Предполагается, что подобный подход позволит построить достаточно точную численно-эмпирическую зависимость рассеивания излучения на частицах дыма и примесях, которая будет позволять отделять случаи реального задымления от реакции датчика на наличие пыли и неопасных примесей.

«Мы разрабатываем датчик, совмещающий синий и красный оптические каналы, это позволяет более точно определять размеры частиц дыма, сравнивая диаграммы направленности от излучения с разной длиной волны. Такая конструкция позволяет в восемь раз увеличить избирательность датчика по размеру частиц», — объясняет Игорь Волобуев.

Разработка выполнена на 90% из отечественных комплектующих. Еще одним признаком, отличающим систему специалистов Университета ИТМО и компании «Абрис» от зарубежных аналогов, является применение новых методов и технологий проектирования элементов системы и ее программирования, обеспечивающих полное соответствие современным авиационным стандартам (DO/KT-254, ARP4754A, DO-160G, DO-178C), добавляет Игорь Волобуев.

Проект стартовал в 2015 году, сейчас идет уже третий, заключительный этап работы. На втором этапе, осенью 2016 года, разработчики представили экспериментальный образец, а также провели его стендовые исследовательские испытания. Разрабатываемый датчик испытали на вибростендах, а также в климатических камерах, где температура опускается до -50 градусов Цельсия. На сегодняшний деньдоработан корпус датчика дыма и оптическая часть. В этом месяце, как отмечает Игорь Волобуев, индустриальный партнер проекта, компания «Абрис» планирует провести летно-исследовательские испытания. Проект завершается в 2017 году, а в 2018 году предполагается начать производство первых датчиков. В настоящий момент разработкой уже заинтересовались ПАО «Туполев», ПАО «Корпорация "Иркут"», АО «ГС "Сухого"».

Испытания датчика. Источник: МНЛ «Механики и энергетических систем»
Испытания датчика. Источник: МНЛ «Механики и энергетических систем»

«Создание системы пожаро-взрывобезопасности является актуальной задачей, так как современные системы пожарной сигнализации для гражданских и воздушных судов в России серийно не производятся. В настоящее время используются импортные датчики дыма, в частности, MSSI M-602/604 американского производства, применение их на перспективных авиалайнерах вызывает огромные трудности, так как они не в полной мере соответствуют современным авиационным стандартам. Наша система разрабатывается с применением новых методов и технологии проектирования элементов системы и ее программирования, обеспечивающих полное соответствие современным авиационным стандартам, что упрощает последующую сертификацию», — комментирует Игорь Волобуев.

Дальнейшее развитие

Создание датчика дыма является частью комплексной системы по предупреждению пожаров на борту самолетов — как в пассажирских лайнерах, так и в грузовых отсеках, и в перспективе на борту беспилотных летательных аппаратов. Именно в последних двух случаях особенно необходимо провести более детальную оценку ситуации, создав систему, которая сможет безошибочно отличить пожар на борту от наведенных помех или нагрева отдельных элементов.

Пожар характеризуется целым рядом признаков, в частности, световым излучением, если уже есть открытое пламя, либо инфракрасным излучением определенного диапазона, когда пламени еще нет, но опасность уже существует. Помочь системе отличить возгорание от перегрева электрической обмотки, а также горение металлических конструкций от тления горюче-смазочных материалов позволит создание дополнительных каналов. В планах разработчиков — оснастить систему пожарной безопасности не только линейными и точечными датчиками дыма, но и тепловыми датчиками, дополнительным УФ-каналом, а также камерой для распознавания образов.

Игорь Волобуев
Игорь Волобуев

«Уже существующие бесконтактные лазерные системы измерения температуры имеют погрешность до 50%, такая же ситуация с термопарами (тепловые датчики — прим.ред), которые могут стоять на элементах конструкций и зачастую из-за наводки токов могут сработать даже тогда, когда никакого возгорания нет в принципе. Наша задача сведение к нулю погрешности, которая есть у существующих систем. Поэтому в перспективе мы планируем разработать не только современные датчики дыма, но и комплексную многоспектральную систему, которая однозначно и быстро распознает, что это конкретно пожар на борту, а не наведенные помехи или нагрев каких-то определенных участков, элементов летательного аппарата», — говорит представитель МНП «Механики и энергетических систем» Игорь Волобуев.

Помимо воздушных судов, комплекс сможет применяться и на промышленных объектах, добавляет он. Разработчики планируют создать комбинированную многоспектральную систему безопасности, основанную на принципах совмещения традиционных оптических методов обнаружения твердых частиц в воздухе и квантовых когерентных нефелометров. Разработка сможет различать не только тепловые аномалии, но и также изменение оптических свойств и химического состава воздуха. Это позволит использовать систему не только для обнаружения пожаров, но и для проведения анализа распространения вредных выбросов на предприятиях, которые используют, производят, перерабатывают, хранят, эксплуатируют, транспортируют или уничтожают радиоактивные, опасные химические и биологические вещества.