Лаборатория №1

Аэродинамика и концептуальное проектирование СПС с низким звуковым ударом

1. Методы аэродинамического анализа и аэродинамического проектирования СПС. Анализ современных методов расчета аэродинамических характеристик, генерации расчетных сеток, начальных и граничных условий. Формирование требований по выбору тестовой компоновки для проведения сравнительных анализов аэродинамических и акустических характеристик СПС, звукового удара.

2. Анализ различных подходов и расчетно-экспериментальных методов определения формы эквивалентного тела вращения (ЭТВ). ЭТВ минимального звукового удара в ближнем, среднем и дальнем поле возмущенного течения. Обзор методов и существующего программного обеспечения для исследования ближнего возмущенного поля течения на основе ассимптотической теории, с применением численных методов аэродинамики.

3. Обзор базовых теорий и методов расчета звукового удара в неоднородной атмосфере и пути их усовершенствования. Анализ основных факторов, влияющих на интенсивность ударной волны и громкость звукового удара. Подборка научно-технической информации.

1. Обзор методов и программ расчета аэродинамических характеристик и звукового удара.

2. Требования к тестовой компоновке. Методы расчета, комплект научно-технической информации.

3. Обзор методов в области исследования ближнего возмущенного поля течения в интересах СПС.

4. Обзор методов в области комплексной оптимизации в интересах звукового удара.

Аэроакустика и вибрации

1. Новые модели турбулентности, новые методы расчета шума, вибрации:

- Существующие модели турбулентности и их адаптация к теориям генерации шума. Методы расчета шума струй для двигателя малой степени двухконтурности.

2. Акустика сверхзвуковых самолетов:

2.1. Развитие численных методов повышенной точности для решения задач аэроакустики.

2.2. Исследование влияния падающего акустического излучения на отклик деформируемых элементов конструкций.

1. Методы расчета шума струй.

2. Методы повышенной точности для расчёта струй на неструктурированных сетках.

3. Методики расчётов и проведенные расчёты линейного отклика вибраций конструкции на падающее акустическое поле.

Прочность и интеллектуальные конструкции

1. Гибридные (про-бионические) перспективные КСС и конструкции на их основе:

- Формирование требований к про-бионическим конструкциям СПС, позволяющих реализовать положительный синергетический эффект в повышении жесткостных и прочностных характеристик и снижении массы конструкции.

2. Использование SMART-материалов в элементах летательных аппаратов для управления геометрией и динамическими процессами:

- Выбор smart-материалов, перспективных для управления геометрией и динамическими процессами летательных аппаратов.

3. Виртуальные испытания в рамках пирамиды расчетно-экспериментальных исследований конструкции:

- Разработка основных принципов виртуального моделирования механических, ударных и климатических испытаний деталей и фрагментов конструкций, в том числе для перспективных КСС. Разработка расчётных моделей определения характеристик перспективных материалов для металло-композитных конструкций при циклическом нагружении. Формирование требований для стенда анализа прочности элементарных и конструктивно подобных про-бионических конструкционных образцов на основе принципа виртуального эксперимента.

1. Требования к про-бионическим перспективным КСС для критических зон конструкции планера.

2. Определение номенклатуры и структуры smart-материалов перспективных для управления геометрией и динамическими процессами.

3. Основные принципы разработки и создания методики моделирования механических, ударных и климатических испытаний авиаконструкций с учетом стандартизированных микромеханических моделей материалов.

Газовая динамика и силовая установка

Разработка методов и моделирование воздействия вредных выбросов в районе аэропортов:

- Совершенствование методов расчета процесса распространения загрязнений от летательных аппаратов в зоне аэропортов и прилегающих территорий на всех этапах взлетно-посадочного цикла с учетом рельефа местности. Учет рельефа местности и больших строений, направления и скорости ветра, в том числе нестационарных порывов, эффектов стратификации в атмосфере загрязняющих веществ, множественного характера источников загрязняющих веществ, подвижности источников загрязняющих веществ, многокомпонентный характер загрязняющих веществ. Разработка методики расчета процесса распространения загрязнений от летательных аппаратов на всех этапах взлетно-посадочного цикла с учетом рельефа местности.

Методика расчета процесса распространения загрязнений от летательных аппаратов на всех этапах взлетно-посадочного цикла с учетом рельефа местности.

Искусственный интеллект и безопасность полетов

1. Формирование плана исследований, конкретизация направлений; обзор литературы и патентные исследования по следующим направлениям:

- Аналитические, расчётные и экспериментальные исследования по разработке высоконадёжных интеллектуальных систем ручного и автоматического управления полётом СПС.

- Аналитические и экспериментальные исследования элементов человеко-машинного интерфейса и управляемости СПС на различных режимах полета. Выбор рычагов управления и обоснование их характеристик.

- Разработка и отработка на пилотажном стенде идеологии формирования единого информационно-управляющего поля кабины СПС на основе использования технологий «искусственного интеллекта», технического зрения и дополненной реальности. Исследования в области технологий виртуальной и дополненной реальности для пилотажного стенда СПС.

- Многодисциплинарные исследования по формированию и оптимизации траекторий СПС, адаптированных к требованиям перспективной системы организации воздушного движения (ОрВД) с учетом функциональных ограничений и ограничений по звуковому удару; разработка алгоритмов планирования и коррекции траекторий для вычислительной системы самолетовождения.

- Анализ проблем совместной работы зрительного и вестибулярного анализатора и определение возможных путей их решения при разработке нового поколения подвижных пилотажных стендов. Анализ возможностей систем дополненной реальности с перспективой применения в критических условиях пилотирования СПС. (в части: Аналитический обзор современной научно-технической литературы и других материалов в области решений: гибридного отслеживания движений и безмаркерного отслеживания движений человека)

- Интеллектуальное управление полетом СПС, включая анализ особенностей динамических и пилотажных характеристик СПС, разработку системы критериев оценки пилотажных характеристик и явления раскачки СПС, анализ состояния исследований и разработок в области адаптивного и интеллектуального управления полетом летательных аппаратов применительно к специфике управления полетом СПС.

- Активные рычаги управления, анализ различных вариантов и типов для сверхзвукового пассажирского самолета и методов выбора их характеристик.

- Перспективные системы отображения информации СПС, прогнозирующей развитие его движения, включая концепции построения перспективной системы индикации, базирующейся на закономерностях восприятия летчиком визуальной информации, а также моделях его поведения в системе самолет-летчик. Обоснование целесообразности представления прогнозной информации о развитии движения СПС в условиях предвидения его программной траектории.

- Интеллектуальная система мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС. Анализ неопределенностей постановок задач мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС, вызванных наличием возмущений и ошибок измерений, неидентифицируемостью, нелинейностью и нестационарностью математических моделей контролируемых объектов.

- Интеллектуальная система реконфигурации бортового оборудования и систем СПС. Анализ неопределенностей постановок задач реконфигурации бортового оборудования и систем СПС, вызванных наличием возмущений и ошибок измерений, неидентифицируемостью, нелинейностью и нестационарностью математических моделей контролируемых объектов.

- Интеллектуальная система обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС. Анализ перспективных внешних сервисов, потенциальных киберугроз, подходов к обеспечению кибербезопасности бортового оборудования и систем информационно-связанных воздушных судов.

1. Планы исследований, результаты обзора литературы, результаты патентных исследований по направлениям:

-        аналитические, расчётные и экспериментальные исследования по принципам построения высоконадёжных интеллектуальных систем ручного и автоматического управления полётом СПС.

-        аналитические и экспериментальные исследования концепций, функций и элементов человеко-машинного интерфейса, критериев управляемости СПС на различных режимах полета. Функции органов управления, принципы взаимодействия с информационным полем и обоснование характеристик.

-        формирование и отработка на пилотажном стенде идеологии формирования единого информационно-управляющего поля (ИУП) кабины СПС на основе использования технологий «искусственного интеллекта», технического зрения и дополненной реальности. Принципы цифровизации ИУП.

-        мультидисциплинарные исследования по формированию и оптимизации траекторий СПС, адаптированных к требованиям перспективной системы организации воздушного движения (ОрВД), функциональным ограничениям и ограничениям по звуковому удару. Разработка алгоритмов планирования и коррекции траекторий для вычислительной системы самолетовождения.

2. Аналитический обзор современной научно-технической литературы и других материалов в области решений:

-        гибридного отслеживания движений и безмаркерного отслеживания движений человека;

3. Планы исследований, результаты обзора литературы, отчеты о патентных исследованиях по направлениям:

-        система критериев оценки пилотажных характеристик и явления раскачки СПС.

-        анализ существующих алгоритмов адаптивного и интеллектуального управления полетом с учетом особенностей в динамике СПС.

-        варианты и типы рычагов управления для СПС.

-        концепция построения системы отображения информации, предназначенной для различных этапов полета СПС.

4. Планы исследований, патентные исследования и обзор литературы по направлениям:

-        анализ неопределенности постановки задач мониторинга технического состояния.

-        анализ неопределенностей постановок задач реконфигурации бортового оборудования и систем СПС.

Аэродинамика и концептуальное проектирование СПС с низким звуковым ударом

1. Обзор методов решения обратной задачи аэродинамического расчета. Усовершенствование метода расчета аэродинамических характеристик и решения обратной задачи аэродинамического расчета для формирования аэродинамической компоновки СПС. Разработка прототипа программного обеспечения для расчета аэродинамики. Методы аэродинамического проектирования и оптимизации аэродинамической компоновки с целью увеличения максимального аэродинамического качества. Методы расчета летно-технических характеристик модели тестовой компоновки (в том числе с использованием весовых оценок конструктивно-силовых схем, полученных в результате проведения научных исследований по направлению «Прочность и интеллектуальные конструкции»).

2. Усовершенствование технологии оптимизации аэродинамической компоновки с учетом требования минимизации звукового удара. Разработка методов формирования различных заданных профилей эпюры избыточного давления ударной волны. Анализ перспективных мер измерения звукового удара. Разработка методов оценки громкости звукового удара, сравнительный анализ различных метрик.

3. Модификация отечественных и зарубежных методов и программ расчета распространения звукового удара в неоднородной слоистой атмосфере с учетом дисперсии и абсорбции. Проведение расчетов по исследованию ближнего возмущенного поля течения около тестовой компоновки и некоторых ее заданных модификаций, а также соответствующих ЭТВ различными методами: по квазилинейной классической теории, на основе решения уравнений Эйлера и Навье-Стокса. Доработка программного обеспечения. Сравнительный анализ соответствующих значений звукового удара.

4. Требования к аэродинамической компоновке высокого уровня с целью комплексной многофакторной оптимизация ЛА, учитывающей состояние атмосферы, режимы и трассы полета, особенности воздействия звукового удара на людей, животный мир, здания и сооружения. Обзор методов и существующего программного обеспечения. Подборка научно-технической информации.

1. Модифицированные программы расчета аэродинамических характеристик, ближнего поля течения и звукового удара. Результаты обзора методов решения обратной задачи аэродинамического расчета.

2. Модернизированный метод расчета аэродинамики, прототип программного обеспечения.

3. Методы расчета, расчетные сетки в области исследования ближнего возмущенного поля течения в интересах СПС.

4. Требования к аэродинамической компоновке высокого уровня.

Аэроакустика и вибрации

1. Новые модели турбулентности, новые методы расчета шума, вибрации:

- Исследование механизмов турбулентности в высокоскоростных потоках. Предсказательная теория генерации шума струй. Проведение вихреразрешающих расчётов турбулентных струй, в том числе турбулентного течения из двухконтурного сопла двигателя с трансзвуковым и сверхзвуковым выходом. Влияние струи на акустические нагрузки на поверхности СПС. Влияние структуры турбулентного пограничного слоя и ближнего поля турбулентной струи на акустические нагрузки и шум внутри салона СПС. Исследование звукоизоляции гибридных КСС конструкций.

2. Акустика сверхзвуковых самолетов:

2.1. Развитие моделей вихреразрешающего моделирования нестационарных турбулентных течений. Численное моделирование пульсационных нагрузок при сверхзвуковом обтекании конструктивных элементов планера.

2.2. Учет геометрической формы конструкции. Анализ влияния формы на вибрационный отклик.

1 Развитие предсказательной теории генерации шума струй. Результаты численного моделирования акустики струйных течений.

Оценка влияния турбулентного потока на акустические нагрузки и шум. Методы оценки акустических нагрузок.

2. Модели вихреразрешающего моделирования. Определение режимов, где применение вихреразрешающего моделирования пристеночных турбулентных течений является критичным. Результаты численного моделирования пристеночных турбулентных течений и создаваемых ими пульсационных нагрузок.

3. Результаты исследований вибрационного отклика конструкций элементов летательного аппарата на падающее интенсивное акустическое поле с учётом геометрической формы конструкции.

Прочность и интеллектуальные конструкции

1. Гибридные (про-бионические) перспективные КСС и конструкции на их основе:

- Разработка концепций перспективных про-бионических КСС для критических зон СПС с использованием материалов с большими градиентами значений физических и механических свойств.

- Исследование положительных синергетических эффектов от взаимодействия основных компонентов перспективной про-бионической конструкции СПС по улучшению жесткостных и прочностных характеристик.

2. Прикладные нелинейные модели для анализа нагрузок, прочности и аэроупругости в условиях скоростного полета:

- Формирование требований к нелинейным моделям для анализа нагрузок, прочности и аэроупругости перспективных про-бионических конструкций.

- Формирование требований к методике выбора рациональных параметров про-бионических КСС, реализующих положительные синергетические эффекты по улучшению жесткостных и прочностных характеристик (включая противоударные и звукоизоляционные свойства).

- Проведение обзора существующих моделей для анализа нагрузок, прочности и аэроупругости СПС для различных уровней детализации конструкции планера.

3. Интеллектуальные системы мониторинга механического состояния конструкций на основе волоконно-оптических технологий:

- Иллюстрация методами численного моделирования на элементах летательных аппаратов возможностей разрабатываемой концепции интеллектуального мониторинга механического поведения конструкций.

- Разработка алгоритмов компенсации влияния температуры и сложного напряженного состояния на величину деформаций, измеряемых волоконно-оптическими датчиками деформацией (ВОДД), прикрепляемыми по различным технологиям к поверхности материала.

- Разработка экспериментального образца (образцов), обеспечивающего при расположении ВОДД на поверхности материала демонстрацию достоверного измерения деформаций при различных сценариях нагрузок, действующих на элементы летательных аппаратов.

- Разработка стратегии выделения локального полезного сигнала в условиях интенсивных широкополосных шумов.

- Корректировка планов работ с учётом достижений волоконно-оптических и других технологий измерения деформации.

- Разработка концепции интеллектуальной системы мониторинга механического состояния конструкций, обеспечивающей измерение деформаций, регистрацию возникновения и развития дефектов, верификацию и совершенствование алгоритмов численного моделирования квазистатического и динамического деформирования конструкции. Анализ методов комплексной фильтрации больших объемов. Корректировка планов работ с учётом достижений волоконно-оптических и других технологий измерения деформации.

4. Использование SMART-материалов в элементах летательных аппаратов для управления геометрией и динамическими процессами:

- Построение моделей и алгоритмов численного анализа процессов управления геометрией и динамическим поведением элементов летательных аппаратов при использовании smart-материалов на основе пьезоэлементов. Корректировка планов исследований с учетом текущих достижений в области использования smart-материалов на основе пьезоэлементов.

5. Разработка метода повышения усталостной прочности сплавов авиационного назначения на основе лазерной проковки:

- Решение задачи прогнозирования формирования остаточных напряжений, пластических деформаций и микроструктуры в приповерхностном слое металла при лазерной проковке.

- Разработка отечественной технологии применения метода лазерной ударной проковки, адаптированной под задачи упрочнения деталей из титановых и алюминиевых сплавов.

6. Виртуальные испытания в рамках пирамиды расчетно-экспериментальных исследований конструкции:

- Разработка новых методов расчетного анализа прочности высоконагруженных стыков про-бионических конструкций. Разработка и апробация методов виртуального моделирования прочностного эксперимента для элементов, конструктивно-подобных образцов, в том числе для перспективных КСС.

- Формирование технического задания на стенд виртуального эксперимента для анализа прочности элементарных и конструктивно подобных образцов про-бионической КСС.

1. Результаты исследований по максимизации положительных синергетических эффектов от взаимодействия составных элементов про-бионической конструкции. Концепции про-бионических перспективных КСС, реализующие положительную синергетику.

2. Набор базовых требований к нелинейным моделям для анализа нагрузок, прочности и аэроупругости про-бионических конструкций СПС. Требования к методике выбора рациональных параметров про-бионических КСС. Методика формирования нелинейных прочностных моделей про-бионических конструкций для альтернативных вариантов КСС с системой защиты ответственных элементов. Обзор существующих моделей для анализа нагрузок, прочности и аэроупругости СПС.

3. Результаты численного моделирования. Алгоритмы компенсации влияния температуры и сложного напряжённого состояния при измерениях ВОДД. Концепция интеллектуальной системы мониторинга механического состояния конструкций.

4. Алгоритмы решения задач, обеспечивающие получение численных результатов при использовании smart-материалов для управления геометрией и динамическими процессами.

5. Модель процесса, позволяющая оптимизировать технологический процесс лазерной ударной проковки с учётом баланса энергии в материале в процессе деформирования. Техническое задание на прототип установки, позволяющей проводить исследование процесса образования остаточных напряжений в металлах в результате обработки лазером.

6. Стандартизированные микромеханические модели материалов; сравнительный анализ про-бионических конструкций с альтернативными КСС; валидация нелинейных прочностных моделей на основе расчетно-экспериментальных исследований элементарных и конструктивно подобных образцов. Техническое задание на стенд виртуального эксперимента для анализа прочности элементарных и конструктивно подобных образцов с про-бионической КСС.

Газовая динамика и силовая установка

1. Анализ уровня готовности/зрелости существующих технологий по формированию технического облика силовой установки (СУ) перспективных СПС, удовлетворяющих ожидаемым требованиям по топливной экономичности, звуковому удару, шуму в районе аэропорта и эмиссии вредных веществ, с целью определения направлений совершенствования этих технологий.

- Анализ возможных решений по двигателю и силовой установке для перспективных СПС.

- Анализ условий на входе в двигатель и уровней газодинамических потерь в воздухозаборнике для критических точек траектории перспективных СПС.

- Анализ условий работы выходного устройства и связанных с ним потерь тяги для критических точек траектории перспективных СПС.

- Анализ шума выхлопной струи в условиях взлета и посадки для перспективных СПС.

- Анализ возможности повышения топливной эффективности двигателя с учетом выполненных оценок условий его работы для критических точек траектории перспективных СПС.

- Формирование требований к математической модели силовой установки, предназначенной для оценки ее эффективных характеристик

2. Фундаментальные исследования с целью создания входных устройств, обеспечивающих безопасную и эффективную работу двигателя в полетных условиях

- Исследования взаимодействия скачка уплотнения с «толстым» турбулентным пограничным слоем для учета влияния числа Рейнольдса на величину критического перепада давления

3. Фундаментальные исследования физических процессов и разработка методов расчета генерации широкополосного шума в узлах и элементах двигателя

- Разработка требований к методам расчета широкополосного шума СУ СПС

4. Фундаментальные исследования по физическим основам выявления источников образования вредных веществ

- Анализ источников образования вредных веществ при работе СУ СПС на взлетно-посадочных и крейсерском режимах полета

- Разработка моделей излучения реагирующих газовых смесей для повышения информативности эмиссионной диагностики процессов горения в условиях двигателей СПС

5. Исследования по влиянию входной неравномерности на условия работы, характеристики и запасы газодинамической устойчивости вентиляторов и компрессоров, с целью повышения эффективных характеристик силовой установки для перспективных СПС.

- Расчетные исследования по влиянию входной неравномерности на характеристики и запасы газодинамической устойчивости вентиляторов

- Расчетные исследование газодинамической неравномерности по тракту ВЗ в компоновке с ЛА

- Исследование влияния входной неравномерности на характеристики двигателя.

6. Исследования технологий применения в горячих частях двигателя (камера сгорания, турбина) высокотемпературных композиционных материалов на основе керамики с целью обеспечения требуемого ресурса и надежности.

- Анализ определяющих факторов, методов и средств проведения исследований, включая модели деформирования и разрушения высокотемпературных композиционных материалов с целью обеспечения требуемого ресурса и надежности деталей горячей части двигателя СПС

- ТЗ на доработку стенда для испытаний высокотемпературных композиционных материалов изделий с воспроизведением интенсивных внешних воздействий в виде высокотемпературного течения газового потока с учетом охлаждения изделия, воздействия продуктов сгорания топлива и механической нагрузки

7. Математическая модель силовой установки СПС

- Разработка инженерной модели СУ СПС (воздухозаборник-двигатель-сопло)

- Разработка требований к математической модели с учетом особенностей перспективных СУ СПС и трехмерного моделирования отдельных элементов СУ

8. Разработка методов и моделирование распространения вредных выбросов в районе аэропортов:

- Разработка макета программного комплекса для расчета процесса распространения загрязнений от летательных аппаратов в зоне аэропортов и прилегающих территорий.

1.Требования к математической модели силовой установки, предназначенной для оценки ее эффективных характеристик

2.Инженерная модель силовой установки СПС (воздухозаборник-двигатель-сопло)

3.Результаты анализа уровня готовности/зрелости существующих технологий по формированию технического облика силовой установки перспективных СПС, удовлетворяющих ожидаемым требованиям по топливной экономичности, звуковому удару, шуму в районе аэропорта и эмиссии вредных веществ, с целью определения направлений совершенствования этих технологий

4. Макет программного комплекса для расчета процесса распространения загрязнений от летательных аппаратов в зоне аэропортов и прилегающих территорий, программная документация.

Искусственный интеллект и безопасность полетов

1. Формирование плана исследований, конкретизация направлений; обзор литературы и патентные исследования по следующим направлениям:

- Разработка интеллектуальной системы поддержки экипажа в сложных режимах полета.

- Анализ рисков для безопасности полета, обусловленных человеческим фактором; экспериментальные исследования критических режимов полета СПС и на пилотажных стендах с системой подвижности.

2. Анализ проблем совместной работы зрительного и вестибулярного анализатора и определение возможных путей их решения при разработке нового поколения подвижных пилотажных стендов. Анализ возможностей систем дополненной реальности с перспективой применения в критических условиях пилотирования СПС. (в части: Аналитический обзор технологий 3D-дисплеев.; методов компенсации ошибок стереоскопического рендеринга; совместного использования шлемов виртуальной реальности, вестибуло-гальванической стимуляции (GVS-технологии), динамической имитации на пилотажно-динамических стендах.)

3. Аналитические, расчётные и экспериментальные исследования по разработке высоконадёжных интеллектуальных систем ручного и автоматического управления полётом СПС:

- Определение задач и анализ ресурсов интеллектуального управления СПС и взаимодействия с человеко-машинным интерфейсом. Формирование математической модели тестовой компоновки СПС на базе вычислительной аэродинамики, аналитические и расчётные исследования по оценке собственных динамических характеристик. Определение специфических особенностей динамики компоновки СПС с точки зрения балансировки, регламентированных скоростей полета, характеристик устойчивости и управляемости. Определение уровня необходимой автоматизации по коррекции собственных характеристик, определение набора органов управления. Формирование набора функций комплексной системы управления (далее – КСУ) для автоматизированного ручного и автоматического управления СПС с учетом характерных профилей полета и организации движения в районе аэропорта (схемы SID, STAR). Определение необходимых ресурсов по эффективности органов управления, энергетике и динамике исполнительных элементов для реализации функций КСУ.

4. Аналитические и экспериментальные исследования концепций, функций и элементов человеко-машинного интерфейса, управляемости СПС на различных режимах полета. Выбор рычагов управления и обоснование их характеристик:

- Исследования по выбору концепции, определению набора функций и обоснованию свойств рычагов управления СПС. Определение типовых сценариев, режимов полета и задач управления для выбора рычагов управления СПС. Исследование различных концепций взаимодействия членов экипажа и разделения их обязанностей по управлению СПС применительно к выбору рычагов управления. Сравнительный анализ различных рычагов управления (штурвал, центральная и боковая ручки, боковая ручка управления).

5. Разработка и отработка на пилотажном стенде идеологии формирования интегрированного информационно-управляющего поля кабины СПС на основе использования технологий «искусственного интеллекта» (ИИ), технического зрения и дополненной реальности:

- Сравнительный анализ концепций построения информационно управляющего поля (далее - ИУП) кабины СПС. Выбор перспективной концепции, определение состава, особенностей построения ИУП кабины без лобового стекла, определение функций отдельных элементов. Принципы интеграции элементов ИИ в состав ИУП. Составление требований к системам отображения информации для СПС и оформление их в форме технического задания. Разработка концепции формирования единого информационно-управляющего поля кабины СПС.

6. Разработка интеллектуальной системы оценки летной ситуации и поддержки экипажа в сложных режимах полета:

- Сравнительный анализ концепций, методов и средств построения систем поддержки экипажа в сложных режимах полета. Принципы применения элементов ИИ для оценки летной ситуации, идентификации угроз и определения путей разрешения конфликтов. Формирование концепции, определение функционала и составление требований к интеллектуальной системе поддержки экипажа СПС с учетом отсутствия лобового стекла.

7. Анализ рисков для безопасности полета, обусловленных человеческим фактором. Экспериментальные исследования критических режимов полета СПС и на пилотажных стендах с системой подвижности:

- Оценка рисков для безопасности полета, связанных с человеческим фактором, с учетом расположения и построения кабины, определение критических режимов полета. Разработка сценариев для моделирования на пилотажном стенде выбранных критических режимов полета с точки зрения возникновения рисков, обусловленных человеческим фактором.

8. Многодисциплинарные исследования по формированию и оптимизации траекторий СПС, адаптированных к требованиям перспективной системы организации воздушного движения (ОрВД), функциональным ограничениям и ограничениям по звуковому удару. Разработка алгоритмов планирования и коррекции траекторий для вычислительной системы самолетовождения:

- Сравнительный анализ концепций интеграции СПС в перспективную структуру воздушного движения. Выбор концепции, определение особенностей траекторий СПС с учетом требований перспективной структуры ОрВД/УВД, функциональных ограничений и ограничений по звуковому удару. Определение базовых и перспективных функций вычислительной системы самолетовождения (ВСС) СПС.

9. Теоретические и экспериментальные исследования в области технологий виртуальной и дополненной реальности для пилотажного стенда СПС:

- разработка прототипа шлема виртуальной реальности с интегрированной системой отслеживания взора для проведения исследований на подвижном пилотажном стенде СПС;

- разработка алгоритмов идентификации параметров и отслеживания движений подвижной платформы в составе исследовательского стенда СПС.

10. Интеллектуальное управление полетом СПС:

- Фундаментальные основы создания алгоритма интеллектуальных систем управления СПС.

- Разработка методов формирования нейросетевых моделей движения СПС. Разработка базовых вариантов алгоритмов адаптивного и интеллектуального управления полетом СПС, устойчивых к отказам оборудования и повреждениям конструкции СПС.

11. Активные рычаги управления сверхзвуковых самолетов:

- Разработка концепции активного рычага управления СПС и определение его основных функций.

- Обоснование целесообразности использования в качестве управляющего сигнала для системы управления усилий, прикладываемых летчиком к рычагу управления.

12. Перспективные системы отображения информации СПС, прогнозирующей развитие его движения:

- Разработка модели характеристик управляющих действий летчика при восприятии прогнозной информации.

13. Интеллектуальная система мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС:

- Разработка концепции универсальной интеллектуальной системы мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС, способной решать задачи обнаружения, локализации и прогнозирования возникновения отказов в режиме реального времени в условиях параметрических и непараметрических неопределенностей. Обоснование функциональности интеллектуальной системы мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС. Разработка архитектуры интеллектуальной системы мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС. Разработка технического облика интеллектуальной системы мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС.

14. Интеллектуальная система реконфигурации бортового оборудования и систем СПС:

- . Разработка концепции универсальной интеллектуальной системы реконфигурации бортового оборудования и систем СПС, способной решать задачи динамической реконфигурации информационно-измерительных, информационно-вычислительных и информационно-исполнительных подсистем комплекса бортового оборудования в режиме реального времени в условиях параметрических и непараметрических неопределенностей. Обоснование функциональности интеллектуальной системы реконфигурации бортового оборудования и систем СПС. Разработка архитектуры интеллектуальной системы реконфигурации бортового оборудования и систем СПС. Разработка технического облика интеллектуальной системы реконфигурации бортового оборудования и систем СПС.

15. Интеллектуальная система обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС:

- Разработка концепции интеллектуальной системы обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС, основанной на разделении информационно-вычислительного пространства воздушного судна по уровням доверия на безопасные контролируемые домены с разными уровнями критичности, использовании технологий сервисно-ориентированной архитектуры и распределенных реестров. Обоснование функциональности интеллектуальной системы обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС. Разработка архитектуры интеллектуальной системы обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС. Разработка технического облика интеллектуальной системы обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС.

1. Концепция интеллектуальной системы мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС.

2. Концепция интеллектуальной системы реконфигурации бортового оборудования и систем СПС.

3. Концепция интеллектуальной системы обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС.

4. Концепция управления и набор традиционных и интеллектуальных функций управления, предлагаемый для реализации на КСУ СПС.

5. Обоснование функционального набора КСУ СПС. Функции и возможности интеллектуального управления, концепция взаимодействия с ИУП.

6. Концепция построения интеллектуального человеко-машинного интерфейса, адаптированного к функциям штурвального и автоматического управления СПС.

7. Результаты сравнительного анализа использования различных рычагов управления для управления СПС.

8. Концепция интегрированного ИУП кабины СПС.

9. Концепция и набор функций интеллектуальной системы оценки летной ситуации и поддержки экипажа, предлагаемой для реализации на борту СПС.

10. Набор сценариев критических ситуаций в полете (расчетных случаев) для анализа рисков, связанных с человеческим фактором.

11. Концепция интеграции СПС в перспективную структуру воздушного движения с учетом функциональных ограничений и ограничений по уровню звукового удара.

12. Прототип шлема виртуальной реальности с интегрированной системой отслеживанием взора для проведения исследований на подвижном пилотажном стенде СПС.

13. Заявки на регистрацию программного обеспечения шлема виртуальной реальности с интегрированной системой отслеживанием взора.

14. Алгоритмы идентификации параметров и отслеживания движений подвижной платформы в составе исследовательского стенда СПС, опубликованные в виде статьи и индексируемом журнале (WoS/Scopus).

15. Адаптивные модели динамики полета СПС, требуемые для функционирования интеллектуальных систем управления полетом СПС.

16. Базовые варианты алгоритмов адаптивного и интеллектуального управления полетом СПС, устойчивых к отказам оборудования и повреждениям конструкции СПС.

17. Концепция и функции активного рычага управления СПС.

18. Математическая модель характеристик управляющих действий летчика для различных этапов полета СПС, вариантов систем отображения информации, включая пилотирование с предвидением, в штатных и нештатных условиях эксплуатации и при воздействии внешних возмущений.

19. Функциональность интеллектуальной системы мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС.

20. Архитектура интеллектуальной системы мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС.

21. Технический облик интеллектуальной системы мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС.

22. Функциональность интеллектуальной системы реконфигурации бортового оборудования и систем СПС.

23. Архитектура интеллектуальной системы реконфигурации бортового оборудования и систем СПС.

24. Технический облик интеллектуальной системы реконфигурации бортового оборудования и систем СПС.

25. Функциональность интеллектуальной системы обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС.

26. Архитектура интеллектуальной системы обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС.

27. Технический облик интеллектуальной системы обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС.

28. Сформированный план исследований, конкретизация направлений; обзор литературы и патентные исследования по следующим направлениям:

- Определение принципов и разработка функций интеллектуальной системы оценки летной ситуации и поддержки экипажа на сложных режимах полета.

- Анализ специфических рисков для безопасности полета СПС, обусловленных человеческим фактором с учетом особенностей кабины и информационно-управляющего поля. Экспериментальные исследования критических режимов полета СПС и на пилотажном стенде с системой подвижности.

29. Результаты аналитического обзора современной научно-технической литературы и других материалов в области решений в части:

- технологий 3D-дисплеев;

- методов компенсации ошибок стереоскопического рендеринга;

- совместного использования шлемов виртуальной реальности, вестибуло-гальванической стимуляции (GVS-технологии), динамической имитации на пилотажно-динамических стендах

Аэродинамика и концептуальное проектирование СПС с низким звуковым ударом

1. Усовершенствование метода расчета аэродинамики и решения обратной задачи аэродинамического расчета с целью повышения качества формирования аэродинамической компоновки СПС. Оптимизация тестовой аэродинамической компоновки с целью увеличения максимального аэродинамического качества. Исследование устойчивости и управляемости СПС на всех режимах полета. Оценка летно-технических характеристик тестовой компоновки СПС (на основе весовых оценок конструктивно-силовых схем, полученных в результате проведения научных исследований по направлению «Прочность и интеллектуальные конструкции»). Различные сценарии полета (совместно с направлением «Искусственный интеллект и безопасность полетов»). Ламинаризация обтекания летательного аппарата (далее – ЛА). Обзор расчетных и экспериментальных методов моделирования сверхзвуковых режимов в соплах и воздухозаборниках. Перспективные подходы к интеграции силовой установки и планера (совместно с направлениями «Аэроакустика и вибрации» и «Газовая динамика и силовая установка»). Участие в международной кооперации.

2. Разработка прототипа программы расчета формы эквивалентного тела, в том числе ЭТВ минимального звукового удара в сверхзвуковом потоке. Проведение расчетов на валидационном базисе ближнего возмущенного поля и соответствующих ЭТВ. Разработка технологии оптимизации аэродинамической компоновки с учетом требования минимизации звукового удара. Поиск новых методик экспериментальных исследований в аэродинамических трубах (далее - АДТ) применительно к аэродинамическим моделям СПС нового поколения.

3. Развитие теории и методов расчета распространения звукового удара в неоднородной атмосфере с учетом турбулентности. Сравнительный анализ значений звукового удара в спокойной и турбулентной среде. Анализ случаев стационарного и нестационарного полетов. Трехмерные области слышимости звукового удара.

4. Уточнение подходов к комплексной оптимизации аэродинамической компоновки по критериям низкого звукового удара. Разработка требований к носовой и хвостовой частям аэродинамической компоновки СПС с точки зрения снижения звукового удара. Разработка прототипа программного обеспечения комплексной оптимизации аэродинамической компоновки по различным критериям. Различные сценарии полетов над населенными районами с учетом ограничений по звуковому удару (совместно с направлениями «Аэроакустика и вибрации» и «Искусственный интеллект и безопасность полетов»). Формирование сценариев полетов над населенными районами с учетом ограничений по звуковому удару и шуму.

Участие в работе международных проектов, регулирующих органов с целью формирования предложений в проекты нормативной документации по звуковому удару.

1. Расчетные модели и расчетные случаи для валидации результатов расчетов, результаты расчетов областей слышимости звукового удара. Модифицированная программа расчета звукового удара.

2. Анализ результатов расчета на валидационном базисе ближнего возмущенного поля течения.

3. Модифицированная тестовая компоновка СПС, программное обеспечение для расчета аэродинамики.

4. Прототип программного обеспечения комплексной оптимизации аэродинамической компоновки по различным критериям, сценарии полета над населенными районами с учетом с учетом ключевых критериев.

Аэроакустика и вибрации

1. Новые модели турбулентности, новые методы расчета шума, вибрации:

- Развитие новых моделей турбулентности. Разработка методов расчета шума струй для двигателя малой степени двухконтурности. Разработка методов снижения шума с помощью звукопоглощающих конструкций в неосесимметричных каналах переменного сечения. Прохождение звука через композитные конструкции различного типа, влияние структуры конструкции на звукоизоляцию.

2. Акустика сверхзвуковых самолетов:

2.1. Проведение валидационных расчетов для подтверждения корректности используемых методов и реализующих их программных комплексов для моделирования высокоскоростных турбулентных струйных и пристеночных течений. Численное исследование шума обтекания планера самолета. Проведение валидационных расчетов по моделированию шума крыла с механизацией.

2.2. Исследование вибропрочности зданий и сооружений, подверженных интенсивному акустическому излучению и воздействию ударных волн.

1. Новые методы расчета шума струй и методы снижения шума. Метод оценки звукоизоляции композитных конструкций различного типа.

2. Результаты валидационных расчетов. Оценка корректности разработанных методов и моделей.

3. Результаты исследования вибрационного отклика типовых конструкций зданий, находящихся в зоне воздействия интенсивных ударных волн и интенсивного акустического воздействия. Определены запасы выносливости конструкции.

Прочность и интеллектуальные конструкции

1. Гибридные (про-бионические) перспективные КСС и конструкции на их основе:

- Разработка эффективных принципов защиты ответственных силовых элементов от ударных, тепловых и климатических воздействий на конструкцию СПС.

- Разработка рациональных КСС для критических зон конструкции на основе однонаправленных гибридных силовых структур с учетом встроенной системы обеспечения мониторинга технического состояния.

2. Прикладные нелинейные модели для анализа нагрузок, прочности и аэроупругости в условиях скоростного полета:

- Разработка методов анализа динамической и ударной прочности ответственных силовых элементов про-бионических гибридных конструкций СПС.

- Разработка методики выбора рациональных параметров пористых металлических структур для гармонизации свойств стыковочных пар металл-связующее.

- Разработка метода и программная реализация инженерной интерпретации результатов топологической оптимизации при проектировании металло-композитных авиационных конструкций. Разработка метода виртуального моделирования процесса накопления повреждений на основе экспериментальных зависимостей параметров механики разрушения.

3. Интеллектуальные системы мониторинга механического состояния конструкций на основе волоконно-оптических технологий:

- Экспериментальная апробация ВОДД, расположенных на поверхности образцов, при различных вариантах нагрузок, действующих на элементы летательных аппаратов.

- Разработка алгоритма компенсации температуры и сложного напряженного состояния на величину деформаций, измеряемых ВОДД, встроенными в композиционные материалы, используемые для элементов летательных аппаратов. Выбор аппаратной базы для создания подсистемы мониторинга поврежденности. Разработка методов анализа данных различной физической природы о процессах, сопровождающих деградацию структуры материала.

- Корректировка планов работ с учётом достижений волоконно-оптических и других технологий измерения деформации.

4. Использование SMART-материалов в элементах летательных аппаратов для управления геометрией и динамическими процессами:

- Поиск на основе численного моделирования эффективных схем управления геометрией оболочечных и про-бионических конструкций на основе использования пьезоэлементов.

- Корректировка планов исследований с учетом текущих достижений в области использования smart-материалов на основе пьезоэлементов.

- Анализ современного состояния приложений в авиации Smart-материалов на основе материалов с памятью формы;

- Выбор моделей, описывающих термомеханическое поведение материалов с памятью формы и разработка экспериментальной методики идентификации параметров этих моделей;

- Разработка численных моделей термомеханического поведения элементов конструкций с встроенными материалами с памятью формы.

5. Разработка метода повышения усталостной прочности сплавов авиационного назначения на основе лазерной проковки:

- Решение задачи прогнозирования ресурса деталей, обработанных лазерной ударной проковкой, при произвольных циклических историях нагружения.

6. Виртуальные испытания в рамках пирамиды расчетно-экспериментальных исследований конструкции:

- Разработка основных модулей стенда для исследования прочностных характеристик элементарных и конструктивно подобных образцов на основе принципа виртуального эксперимента.

1. Основные принципы формирования защиты ответственных силовых элементов от ударных, тепловых и климатических воздействий на конструкцию СПС. Рациональные КСС для критических зон конструкции СПС со встроенной системой мониторинга технического состояния

2. Расчетные методы анализа ударной прочности силовых элементов про-бионических гибридных конструкций. Методика выбора рациональных параметров пористых металлических структур для гармонизации свойств стыковочных пар металл-связующее.

3. Результаты экспериментов по измерению деформаций ВОДД. Алгоритмы компенсации влияния температуры и сложного напряженного состояния при измерениях ВОДД, встроенными в композиционный материал.

4. Схемы использования пьезоэлементов для управления геометрией оболочечных и про-бионических конструкций.

5. Методика расчета ресурса изделий при малоцикловой и многоцикловой усталости с учетом модификации состояния поверхностного слоя материала лазерной ударной проковкой.

6. Алгоритм топологической оптимизации, алгоритм автоматизированного формирования отчетности; стандартизированный метод моделирования накопления повреждений конструкции. Исследование прочностных характеристик элементарных и конструктивно-подобных образцов для формирования нижних уровней пирамиды расчетно-экспериментальных исследований про-бионических конструкций СПС. Проектная документация на основные модули стенда анализа прочности на основе принципов виртуального эксперимента.

Газовая динамика и силовая установка

1. Параметрическое исследование на основе разработанных математических моделей характеристик силовой установки и летательного аппарата.

2. Исследование методов моделирования шума узлов силовой установки и шумоглушения.

3. Отработка методов проектирования пространственных входных устройств в условиях интеграции с летательным аппаратом.

4. Исследование способов моделирования образования вредных и загрязняющих веществ.

5. Отработка методов применения высокотемпературных композиционных материалов на основе керамики.

1. Аэродинамические проекты элементов силовой установки (воздухозаборник и выходное устройство) и двигателя (вентилятор и смеситель);

2. Требования к программному комплексу «Цифровая модель силовой установки для СПС» и базовые решения по ее созданию;

3. Скорректированный план работы на 2023 г. и план работ на 2024 г.;

4. Публикации, предусмотренные общим планом публикационной активности на 2022 год.

5. Доработанная методика и макет программного комплекса для расчета процесса распространения загрязнений от летательных аппаратов в зоне аэропортов и прилегающих территорий, программная документация.

Искусственный интеллект и безопасность полетов

1. Аналитические, расчётные и экспериментальные исследования по разработке высоконадёжных интеллектуальных систем ручного и автоматического управления полётом СПС:

- Формирование расчетной математической модели СПС на основе вычислительной аэродинамики. Расчетные исследования по разработке структуры и алгоритмов системы автоматизированного ручного управления СПС в соответствии с выбранным функциональным набором КСУ. Исследования по обоснованию параметров функций КСУ ограничения параметров движения. Определение требований к динамическим характеристикам исполнительной и информационно-вычислительной частей КСУ. Разработка интеллектуальных функций управления и мониторинга и их интеграция в структуру КСУ.

2. Аналитические и экспериментальные исследования элементов человеко-машинного интерфейса и управляемости СПС на различных режимах полета. Выбор рычагов управления и обоснование их характеристик:

- Разработка теоретического подхода к оптимизации характеристик управляемости СПС в каналах тангажа крена и рыскания на различных режимах полета. Подготовка пилотажного стенда и его систем для проведения экспериментальных исследований характеристик управляемости с учетом отсутствия лобового стекла кабины СПС. Прототипирование рычагов управления СПС на пилотажном стенде.

3. Разработка и отработка на пилотажном стенде идеологии формирования единого информационно-управляющего поля кабины СПС на основе использования технологий «искусственного интеллекта», технического зрения и дополненной реальности:

- Разработка теоретического подхода и определение функционала использования технологий «искусственного интеллекта», технического зрения и дополненной реальности при формировании информационных кадров информационно-управляющего поля.

4. Разработка интеллектуальной системы поддержки экипажа в сложных режимах полета:

- Определение структуры, информационного обеспечения, средств человеко-машинного интерфейса, необходимых для функционирования системы поддержки экипажа и реализации ее функционала. Разработка алгоритмов и математического обеспечения для реализации системы интеллектуальной поддержки экипажа.

5. Анализ рисков для безопасности полета, обусловленных человеческим фактором; экспериментальные исследования критических режимов полета СПС и на пилотажных стендах с системой подвижности:

- Формирование математической модели СПС для проведения расчетных и стендовых исследований на критических режимах полета. Разработка требований к системе подвижности пилотажного стенда, выработка рекомендаций к законам управления подвижностью кабины пилотажного стенда.

6. Многодисциплинарные исследования по формированию и оптимизации траекторий СПС, адаптированных к требованиям перспективной системы организации воздушного движения (ОрВД) с учетом функциональных ограничений и ограничений по звуковому удару. Разработка алгоритмов планирования и коррекции траекторий для вычислительной системы самолетовождения:

- Разработка математической модели траекторного движения СПС, учитывающей его текущее состояние, внешние условия, функциональные ограничения и ограничения по звуковому удару для оперативной оптимизации и прогноза четырехмерной траектории полета в бортовом вычислителе самолета.

7. Теоретические и экспериментальные исследования в области технологий виртуальной и дополненной реальности для пилотажного стенда:

- Разработка методики применения GVS-технологии для пилотов в экстремальных условиях управления полётом СПС при визуальном восприятии информации внешней обстановки, а также для проведения исследований на подвижном пилотажном стенде в комбинации с алгоритмами динамической имитации.

- Разработка методики максиминного тестирования качества выполнения операций на подвижном пилотажном стенде.

8. Интеллектуальное управление полетом СПС:

- Разработка ядра инструментального программного комплекса, включающего средства подготовки данных, требуемых при отработке моделей движения и алгоритмов управления полетом СПС, а также средства синтеза законов адаптивного и интеллектуального управления полетом СПС.

9. Активные рычаги управления для СПС:

- Модификация математической модели характеристик управляющих действий летчика и модели его нервно-мышечной системы и оценка возможности ее использования для выбора параметров и типа рычага управления.

10. Перспективные системы отображения информации СПС прогнозирующей развитие его движения:

- Выбор облика и параметров перспективной системы отображения прогнозной информации о развитии движения СПС в условиях предвидения программной траектории СПС путем проведения математического моделирования и экспериментальных исследований системы самолет-летчик, в условиях интенсивной атмосферной турбулентности.

11. Интеллектуальная система мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС:

- Разработка моделей отказов элементов бортового оборудования и систем СПС. Разработка интеллектуальных методов контроля, диагностики и прогнозирования технического состояния бортового оборудования и систем СПС. Разработка методологии синтеза интеллектуальной системы мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС.

12. Интеллектуальная система реконфигурации бортового оборудования и систем СПС:

- Разработка интеллектуальных методов динамической реконфигурации информационно-измерительных, информационно-вычислительных и информационно-исполнительных подсистем СПС. Разработка методологии синтеза интеллектуальной системы реконфигурации бортового оборудования и систем СПС.

13. Интеллектуальная система обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС:

- Разработка моделей угроз кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС. Разработка методов обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС. Разработка методологии синтеза интеллектуальной системы обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС.

1. Алгоритмы, реализующие функциональный набор КСУ. Принципы и методы интеграции элементов интеллектуального управления и мониторинга в структуру КСУ.

2. Требования к исполнительной и информационно-вычислительной частям КСУ для реализации алгоритмов КСУ, включая интеллектуальные.

3. Оценка характеристик управляемости и анализ влияния основных характеристик рычагов управления для различных типов (штурвал, центральная и боковая ручки управления).

4. Обоснование использования и функционал технологий «искусственного интеллекта» и технического зрения при формировании ИУП СПС.

5. Обоснование функционального набора интеллектуальной системы оценки летной ситуации и поддержки экипажа на сложных режимах полета.

6. Методология проведения экспериментальных исследований на наземных пилотажных стендах критических ситуаций, обусловленных рисками человеческого фактора.

7. Математическая модель траекторного движения СПС с учетом функциональных ограничений и ограничений на уровень звукового удара, а также топливной эффективности.

8. Описание методики применения GVS-технологии, опубликованное в виде статьи и индексируемом журнале (WoS/Scopus).

9. Описание методики максиминного тестирования качества выполнения операций на подвижном пилотажном стенде СПС, опубликованное в виде статьи и индексируемом журнале (WoS/Scopus).

10. Ядро программного комплекса для формирования данных, требуемых для обучения моделей движения и алгоритмов управления полетом, а также средства синтеза законов адаптивного и интеллектуального управления полетом СПС.

11. Математическая модель характеристик управляющих действий летчика и модель его нервно-мышечной системы для проведения математического моделирования системы самолет-летчик при пилотировании на разных этапах полета.

12. Облик перспективной системы отображения информации для СПС и методика выбора ее параметров.

13. Модели отказов элементов бортового оборудования и систем СПС.

14. Методы контроля, диагностики и прогнозирования технического состояния бортового оборудования и систем СПС.

15. Методология синтеза интеллектуальной системы мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС.

16. Методы динамической реконфигурации информационно-измерительных, информационно-вычислительных и информационно-исполнительных подсистем СПС.

17. Методология синтеза интеллектуальной системы реконфигурации бортового оборудования и систем СПС.

18. Модели угроз кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС.

19. Методы обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС.

Аэродинамика и концептуальное проектирование СПС с низким звуковым ударом

1. Уточненный расчет летно-технических характеристик нетрадиционных компоновок СПС с минимальным звуковым ударом (на основе уточненных весовых оценок конструктивно-силовых схем, полученных в результате проведения научных исследований по направлению «Прочность и интеллектуальные конструкции»). Исследование устойчивости и управляемости СПС на базе тестовой модели компоновки. Разработка методики и программного обеспечения для динамики полета, анализа устойчивости и управляемости. Различные сценарии полета (совместно с направлением «Искусственный интеллект и безопасность полетов»). Ламинаризация обтекания, баланс сопротивления ЛА. Развитие расчетных и экспериментальных методов моделирования сверхзвуковых режимов в соплах и воздухозаборниках. Развитие методов интеграции силовой установки и планера (совместно с направлениями «Аэроакустика и вибрации» и «Газовая динамика и силовая установка»).

2. Совершенствование технологии оптимизации аэродинамической компоновки с учетом требования минимизации звукового удара и конструктивных особенностей сверхзвукового самолета. Формирование ударных волн с различным профилем эпюры избыточного давления при заданных критериях оптимизации. Методы валидации оптимальных решений. Анализ зарубежных технологий воспроизведения и регистрации ударных волн различного профиля на имитационном стенде звукового удара. Формирование требований к обосновывающим данным для регулирующих международных и национальных органов по нормированию звукового удара. Участие в международной кооперации.

3. Теория и методы расчета распространения звукового удара в неоднородной атмосфере с учетом дисперсии, абсорбции, турбулентности и других диссипативных факторов. Звуковой удар при нестационарном полете ЛА. Фокусировка звукового удара. Вторичные звуковые удары. Зоны воздействия звукового удара под трассой полета с учетом фокусировки. Зонирование по звуковому удару и шуму в районе аэропортов для типичных полетных сценариев.

4. Комплексная оптимизация аэродинамической компоновки по различным критериям. Требования к аэродинамической компоновке высокого уровня. Различные сценарии полетов над населенными районами с учетом ограничений по различным критериям (совместно с направлениями «Аэроакустика и вибрации» и «Искусственный интеллект и безопасность полетов»). Разработка методов управления траекторией СПС в реальном режиме времени с учетом ограничений по звуковому удару на пролетных территориях (совместно с направлением «Искусственный интеллект и безопасность полетов»). Участие в работе международных экспертных организаций и проектов с целью формирования предложений в проекты нормативной документации ИКАО и РФ для СПС нового поколения. Поиск и разработка технологий повышения газодинамической эффективности воздухозаборников силовой установки при их размещении на верхней поверхности планера ЛА в условиях наличия пограничного слоя. Усовершенствование и расчетно-экспериментальная отработка методик определения ближнего поля самолета в АДТ для оценки характеристик эпюры ближнего поля. Участие в работе международных проектов, регулирующих органов с целью формирования предложений в проекты нормативной документации ИКАО и РФ для СПС нового поколения.

1. База данных по минимальным звуковым ударам, методы и программы расчета ближнего поля течения и звукового удара с учетом абсорбции и дисперсии.

2. Летно-технические характеристики СПС, сценарии полета, методика и прототип программного обеспечения для расчета динамики полета.

3. Анализ результатов расчета, дополнительные модули для программного обеспечения.

4. Программный модуль управления траекторией СПС.

Аэроакустика и вибрации

1. Новые модели турбулентности, новые методы расчета шума, вибрации:

- Разработка методов измерения и расчета шума снаружи и внутри объема.

- Разработка методов многоканальных измерений источников шума.

- Разработка новых методов оценки вибрации зданий и сооружений при воздействии ударной волны различного профиля и ее уровня громкости.

2. Акустика сверхзвуковых самолетов:

2.1. Разработка методов вихреразрешающего моделирования турбулентного течения около стреловидного крыла самолета. Численное исследование шума стреловидного крыла самолета.

2.2. Учет физической и геометрической нелинейности конструкции. Исследование прочностных свойств деформируемых конструкций под влиянием длительного воздействия акустических волн. Определение усталостных характеристик конструкций.

1. Методы многоканальных измерений источников шума. Методы оценки вибрации зданий и сооружений при воздействии ударной волны различного профиля.

2. Методы численного предсказания шума при обтекании планера самолета на основе вихреразрешающего моделирования. Результаты численного моделирования шума, генерируемого стреловидным крылом самолета на режимах посадки.

3. Результаты исследований вибрационного отклика конструкций элементов летательного аппарата на падающее интенсивное акустическое поле с учётом геометрической и физической нелинейности конструкции. Результаты исследований уровня вибронапряжений. Определены запасы выносливости конструкции.

Прочность и интеллектуальные конструкции

1. Гибридные (про-бионические) перспективные КСС и конструкции на их основе:

- Разработка альтернативных концепций про-бионических КСС для критических зон конструкции. Разработка альтернативных КСС стыковочных узлов про-бионических конструкций.

2. Прикладные нелинейные модели для анализа нагрузок, прочности и аэроупругости в условиях скоростного полета:

- Разработка алгоритмов нелинейных моделей для анализа статической прочности и аэроупругости.

- Валидация алгоритмов оптимизации про-бионических конструкций с встроенной системой мониторинга технического состояния.

3. Интеллектуальные системы мониторинга механического состояния конструкций на основе волоконно-оптических технологий:

- Экспериментальная апробация ВОДД, встроенных в образцы, обеспечивающие имитацию комплекса нагрузок, действующих на элементы летательных аппаратов из композиционных материалов.

- Корректировка планов работ с учётом достижений волоконно-оптических и других технологий измерения деформации.

4. Использование SMART-материалов в элементах летательных аппаратов для управления геометрией и динамическими процессами:

- Численный анализ демпфирования колебаний и аэроупругой устойчивости элементов летательных аппаратов при использовании smart-материалов на основе пьезоэлементов.

- Корректировка планов исследований с учетом текущих достижения в области использования smart-материалов для управления геометрией и динамическим поведением конструкций.

5. Разработка метода повышения усталостной прочности сплавов авиационного назначения на основе лазерной проковки:

- Разработка методов контроля результатов воздействия и экспериментальной программы тестирования упрочнённых образцов.

6. Виртуальные испытания в рамках пирамиды расчетно-экспериментальных исследований конструкции:

- Разработка расчётных моделей определения характеристик ПКМ в металло-композитных конструкциях, учитывающих возможные моды разрушения композитного пакета под действием эксплуатационных факторов. Разработка расчетных моделей отклика напряжённо-деформированного состояния конструкции на повреждения различной природы. Создание и валидация стенда виртуального эксперимента для элементарных и конструктивно-подобных образцов.

1. Альтернативные концепции перспективных про-бионических КСС для отдельных частей планера СПС.

2. Набор алгоритмов нелинейных моделей для анализа нагрузок, прочности и аэроупругости СПС.

3. Результаты экспериментов по апробации ВОДД, встроенных в композиционные материалы.

4. Результаты численного моделирования, демонстрирующие возможности демпфирования колебаний и влияния на аэроупругую устойчивость элементов летательных аппаратов при использовании smart-материалов на основе пьезоэлементов.

5. Реализованная технология упрочнения, сравнительный анализ усталостного ресурса обработанных и необработанных деталей.

6. Стандартизированные микромеханические модели материалов с учетом эксплуатационных факторов и различных повреждений. Результаты валидации стенда виртуального эксперимента для элементарных и конструктивно-подобных образцов.

Газовая динамика и силовая установка

1. Аналитические и расчетно-экспериментальные исследования в обеспечение повышение уровня готовности/зрелости технологий по формированию технического облика силовой установки перспективных СПС, удовлетворяющих ожидаемым требованиям по топливной экономичности, звуковому удару, шуму в районе аэропорта и эмиссии вредных веществ, с целью оценки сроков и затрат на создания СПС, формирования проектов соответствующих государственной программы и дорожной карты:

- совершенствование методов и средств решения поставленной транспортной задачи с выбором рациональной конфигураций СПС и параметров силовой установки при заданных требованиях и ограничениях по топливной эффективности, шуму в условиях аэропорта и вредным выбросам;

- совершенствование методов и средств по снижения входной неравномерности, дополнительного сопротивления и газодинамических потерь в воздухозаборнике для критических участков траектории СПС;

- совершенствование методов и средств по минимизации потерь тяги малошумных выходных устройств для критических участков траектории СПС;

- создание быстрых и достоверных методов предсказания шума силовой установки СПС (выхлопная струя и др.) в условиях взлета и посадки.

2. Разработка методов и моделирование распространения вредных выбросов в районе аэропортов:

- Моделирование распространения примесей и загрязняющих веществ с учетом турбулентного перемешивания, и их взаимодействия с приаэродромной территорией. Формирование верификационного базиса. Сравнение результатов расчетов процесса распространения загрязнений от летательных аппаратов в зоне аэропортов и прилегающих территорий с известными решениями другими методами и реальными замерами. Сравнительный анализ соответствующих значений загрязнений.

1. Подтвержденные с использованием программно-аппаратного комплекса «Цифровая модель силовой установки для СПС» проектные решения по силовой установке на основе ТРДД с пониженным уровнем удельной тяги, обеспечивающие выполнения основных требований по перспективному СКС (решение поставленной транспортной задачи при требуемой топливной эффективности и при удовлетворении будущих экологических норм.

2. Скорректированный план работы на 2024 г. и план работ на 2025 г.

3. Публикации, предусмотренные общим планом публикационной активности на 2023 год.

4. Верификационный базис, результаты верификации методики.

Искусственный интеллект и безопасность полетов

1. Аналитические, расчётные и экспериментальные исследования по разработке высоконадёжных интеллектуальных систем ручного и автоматического управления полётом СПС:

- Аналитические и расчётные исследования по разработке алгоритмов системы автоматического управления СПС для реализации заданных функций КСУ, обеспечения требуемых характеристик устойчивости и управляемости, реализации 4D - траекторий, а также требований современных и перспективных нормативных документов. Определение и обоснование интеллектуальных функций автоматического управления КСУ. Оценка возможности их реализации и интеграции в структуру КСУ.

2. Аналитические и экспериментальные исследования элементов человеко-машинного интерфейса и управляемости СПС на различных режимах полета. Выбор рычагов управления и обоснование их характеристик:

- Разработка алгоритмов загрузки рычагов управления, логики формирования управляющих сигналов с учетом суммирования, переключения и пересиливания при совместной работе органов управления. Расчетные и стендовые исследования на пилотажном стенде консольного типа по оптимизации характеристик загрузки рычагов управления и характеристик управляемости для различных режимов полета СПС.

3. Разработка и отработка на пилотажном стенде идеологии формирования единого информационно-управляющего поля кабины СПС на основе использования технологий «искусственного интеллекта», технического зрения и дополненной реальности:

- Разработка логики, алгоритмов формирования и состава информационных кадров для различных электронных носителей информации приборной доски СПС.

4. Разработка интеллектуальной системы оценки летной ситуации и поддержки экипажа в сложных режимах полета:

- Подготовка пилотажного стенда консольного типа и его систем для проведения экспериментальных исследований по отработке системы поддержки летчика. Формирование типовых сценариев для экспериментальных исследований нештатных ситуаций и попадания в критические режимы. Расчетные исследования по доработке и отладке алгоритмов и математического обеспечения для реализации интеллектуальной поддержки экипажа.

5. Анализ рисков для безопасности полета, обусловленных человеческим фактором. Экспериментальные исследования критических режимов полета СПС и на пилотажных стендах с системой подвижности:

- Расчетные исследования критических режимов СПС. Подготовка пилотажного стенда консольного типа к проведению экспериментальных исследований критических режимов полета с учетом отсутствия лобового стекла кабины СПС. Определение признаков попадания в сваливание и штопор, моделирование различных видов возможного штопора и его параметров.

6. Многодисциплинарные исследования по формированию и оптимизации траекторий СПС, адаптированных к требованиям перспективной системы организации воздушного движения (ОрВД) с учетом функциональных ограничений и ограничений по звуковому удару. Разработка алгоритмов планирования и коррекции траекторий для вычислительной системы самолетовождения:

- Разработка методики оптимизации управления траекторией СПС с учетом функциональных ограничений и ограничений на интенсивность звукового удара для различных этапов полета и внешних условий.

7. Теоретические и экспериментальные исследования в области технологий виртуальной и дополненной реальности для пилотажного стенда СПС:

- Анализ сценариев летных ситуаций для эргономической оценки элементов информационно-управляющего поля СПС на основе данных системы отслеживания взора и движений летчика;

- Сравнительный анализ алгоритмов динамической имитации для нового поколения пилотажных стендов СПС с расширенными возможностями имитации перегрузок.

8. Интеллектуальное управление полетом СПС:

- Развитие и расширение состава реализованных алгоритмов адаптивного управления полетом, отработка этих алгоритмов в вычислительном и стендовом эксперименте.

9. Активные рычаги управления сверхзвуковых самолетов:

- Разработка алгоритмов динамического изменения жесткости активного рычага управления с целью подавления явления раскачки СПС летчиком.

10. Перспективные системы отображения информации СПС прогнозирующей развитие его движения:

- Разработка методики формирования разработанной системы отображения информации по технологии дополненной реальности и при использовании трехмерных дисплеев.

11. Интеллектуальная система мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС:

- Разработка алгоритмов контроля, диагностики и прогнозирования технического состояния бортового оборудования и систем СПС. Разработка логики работы интеллектуальной системы мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС.

12. Интеллектуальная система реконфигурации бортового оборудования и систем СПС:

- Разработка алгоритмов реконфигурации информационно-измерительных, информационно-вычислительных и информационно-исполнительных подсистем комплекса бортового оборудования СПС. Разработка логики работы интеллектуальной системы мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС.

13. Интеллектуальная система обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС:

- Разработка алгоритмов работы интеллектуальной системы обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС.

1. Алгоритмы, реализующие функциональный набор КСУ. Перспективные интеллектуальные функции автоматического управления КСУ, возможность их реализации и интеграции в КСУ. Экспериментальная оценка функциями и алгоритмами КСУ СПС на основе стендовых исследований на пилотажном стенде консольного типа.

2. Логика взаимодействия рычагов управления с компьютерной системой загрузки для реализации характеристик управляемости КСУ при штатной работе и в отказных ситуациях.

3. Логика, алгоритмы и формат информационных кадров ИУП кабины СПС без лобового стекла. Принципы взаимодействия интеллектуальных элементов ИУП с экипажем.

4. Алгоритмы, реализующие интеллектуальную поддержку экипажа в сложных режимах полета. Логика и форматы информирования экипажа, формирование предупреждений о приближении и рекомендаций по предотвращению критических ситуаций.

5. Математическая модель СПС для исследований критических режимов с учетом аэродинамических характеристик на больших углах атаки и скольжения и аэродинамического гистерезиса. Виды и параметры возможных режимов штопора СПС.

6. Методика оптимизации управления траекторией СПС для различных этапов полета и внешних условий с учетом функциональных ограничений и ограничений на уровень звукового удара.

7. Математическая модель взаимодействия летчика с отдельными интерфейсами кабины СПС с учетом возмущающих факторов.

8. Анализ системы отслеживания взора и движений летчика, предназначенных для эргономической оценки информационно-управляющего поля СПС, опубликован в виде статьи и индексируемом журнале (WoS/Scopus).

9. Анализ алгоритмов динамической имитации для нового поколения пилотажных стендов СПС консольного типа с расширенными возможностями имитации перегрузок, опубликованные в виде статьи и индексируемом журнале (WoS/Scopus).

10. Алгоритмы адаптивного и интеллектуального управления полетом СПС, основанные на нелинейных законах управления и методах машинного обучения.

11. Алгоритмы адаптивных законов изменения жесткости активного рычага управления СПС.

12. Система отображения информации в кабине самолета СПС, построенная по технологии дополненной реальности.

13. Оценка эффективности представления разработанной индикации на стереоскопических дисплеях.

14. Алгоритмы контроля, диагностики и прогнозирования технического состояния бортового оборудования и систем СПС.

15. Логика работы интеллектуальной системы мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС.

16. Алгоритмы реконфигурации информационно-измерительных, информационно-вычислительных и информационно-исполнительных подсистем комплекса бортового оборудования СПС.

17. Логика работы интеллектуальной системы мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС.

Аэродинамика и концептуальное проектирование СПС с низким звуковым ударом

1. Различные сценарии полета (совместно с направлением «Искусственный интеллект и безопасность полетов»). Разработка метода расчета оптимальной траектории разгона-набора (“Direct collocation”) СПС с учетом ограничений по звуковому удару в районе аэропорта. Расчетные и экспериментальные методы моделирования сверхзвуковых режимов в соплах и воздухозаборниках. Интеграция силовой установки и планера (совместно с направлениями «Аэроакустика и вибрации» и «Газовая динамика и силовая установка»). Проведение исследований по проблеме интеграции силовой установки и планера СПС. Выработка решений, направленных на оптимизацию интеграции силовой установки и планера СПС.

2. Технологии воспроизведения и регистрации ударных волн различного профиля на имитационном стенде звукового удара. Формирование требований к обосновывающим данным для регулирующих международных и национальных органов по нормированию звукового удара. Участие в международной кооперации.

3. Теория и методы расчета распространения звукового удара в неоднородной атмосфере с учетом дисперсии, абсорбции, турбулентности и других диссипативных факторов. Усовершенствование и расчетно-экспериментальная отработка методик определения ближнего поля самолета в АДТ для оценки характеристик эпюры ближнего поля. Совершенствование, верификация и валидация методик расчета аэродинамических характеристик СПС с использованием средств вычислительной газовой динамики (CFD). Звуковой удар при нестационарном полете. Фокусировка. Вторичные звуковые удары. Зоны воздействия звукового удара под трассой полета. Зонирование по звуковому удару в районе аэропортов для типичных полетных сценариев.

4. Комплексная оптимизация аэродинамической компоновки по различным критериям. Требования к аэродинамической компоновке высокого уровня. Различные сценарии полетов над населенными районами с учетом ограничений по звуковому удару (совместно с направлениями «Аэроакустика и вибрации» и «Искусственный интеллект и безопасность полетов»). Управления траекторией СПС в реальном режиме времени с учетом ограничений по звуковому удару на пролетных территориях (совместно с направлением «Искусственный интеллект и безопасность полетов»). Разработка программного обеспечения комплексной оптимизации аэродинамической компоновки по различным критериям с модулем управления траекторией СПС. Анализ имеющейся международной базы данных (совместно с консорциумом “Rumble”) человеческого отклика на воздействия звукового удара в открытых условиях и внутри зданий. Участие в работе международных экспертных организаций и проектов, регулирующих органов с целью формирования предложений в проекты нормативной документации ИКАО и РФ для СПС нового поколения. Выработка предложения по технологиям и процедурам сертификации СПС с точки зрения приемлемого уровня звукового удара.

1. Оптимальная компоновка с низким сопротивлением, база данных по зонам слышимости звукового удара, включая вторичные звуковые удары, база данных для определения приемлемого звукового удара.

2. Предложения, направленные на улучшение интеграции силовой установки и планера СПС.

3. Анализ результатов расчетов звукового удара для нестационарного режима полета.

4. Программное обеспечение комплексной оптимизации аэродинамической компоновки.

Аэроакустика и вибрации

1. Новые модели турбулентности, новые методы расчета шума, вибрации:

- Определение связей структуры турбулентности и механизмов генерации шума. Управление шумом, создаваемым различными источниками СПС, с помощью высоковольтных разрядов, воздействующие на звукоизлучающую часть турбулентности. Управление шумом с помощью высоковольтных разрядов. Взаимодействие струи с планером СПС и исследование дополнительного шума в салоне. Создание базы данных для формирования требований к приемлемому звуковому удару внутри зданий и сооружений.

2. Акустика сверхзвуковых самолетов:

2.1. Разработка метода численного бимформинга для исследования источников звука при проведении вычислительного эксперимента. Локализация источников шума при обтекании планера самолета с использованием метода численного бимформинга.

2.2. Учет физической и геометрической нелинейности конструкции. Исследование прочностных свойств деформируемых конструкций под влиянием длительного воздействия акустических волн. Определение усталостных характеристик конструкций.

1. Уточненная модель дифракции, эффективность экранирования шума турбулентной струи планером СПС. Методы оценки шума взаимодействия. Оценка дополнительного шума внутри салона, связанного с высокоскоростными струями. База данных по уровням звукового удара и вибрациям внутри зданий и сооружений.

2. Метод численного бимформинга. Карты локализации источников шума при обтекании планера. Сравнение карты шума полученного методом численного бимформинга с экспериментальными результатами.

3. Результаты исследований вибрационного отклика конструкций элементов летательного аппарата на падающее интенсивное акустическое поле с учётом геометрической и физической нелинейности конструкции. Результаты исследований уровня вибронапряжений. Определены запасы выносливости конструкции.

Прочность и интеллектуальные конструкции

1. Гибридные (про-бионические) перспективные конструктивно-силовые схемы и конструкции на их основе:

- Проведение обоснованного выбора рациональных концепций КСС основных частей конструкции планера СПС.

- Оценка потенциального уровня весовой эффективности использования про-бионических конструкций СПС со встроенной системой мониторинга технического состояния.

2. Прикладные нелинейные модели для анализа нагрузок, прочности и аэроупругости в условиях скоростного полета:

- Разработка методов оптимизации про-бионических конструкций СПС на основе конструкционных материалов с большим градиентом прочностных и механических свойств.

3. Интеллектуальные системы мониторинга механического состояния конструкций на основе волоконно-оптических технологий:

- Разработка, численная и экспериментальная апробация модели и методики построения полей температуры и деформаций, регистрации появления и развития дефектов по данным измерений ограниченного числа ВОДД, расположенных в элементах летательных аппаратов.

- Разработка подсистемы оценки текущего уровня накопленной поврежденности в композиционных деталях летательных аппаратов.

- Корректировка планов работ с учётом достижений волоконно-оптических и других технологий измерения деформации.

4. Использование SMART-материалов в элементах летательных аппаратов для управления геометрией и динамическими процессами:

- Численный и экспериментальный анализ использования новых материалов, в том числе графеновых композиторов, функционально-градиентные материалов в smart-системах на основе пьезоэлементов.

- Корректировка планов исследований с учетом текущих достижения в области использования smart-материалов для управления геометрией и динамическим поведением конструкций.

5. Разработка метода повышения усталостной прочности сплавов авиационного назначения на основе лазерной проковки:

- Разработка нормативно-технических рекомендаций для тиражирования методики лазерного упрочнения с использованием созданного прототипа.

6. Виртуальные испытания в рамках пирамиды расчетно-экспериментальных исследований конструкции:

- Результаты исследования прочности элементарных и конструктивно подобных образцов, полученные на стенде виртуального эксперимента.

- Формирование проекта расчётных условий, требований к обеспечению прочности конструкции и программ расчетно-экспериментальных исследований сверхзвукового пассажирского самолета.

1. Рациональные концепции КСС для основных частей конструкции планера СПС.

2. Методы оптимизации перспективных про-бионических конструкций СПС.

3. Методика регистрации повреждений при изменении деформаций ограниченным числом ВОДД.

4. Результаты оценок использования графеновых композиторов и функционально-градиентных материалов в smart-конструкциях для формоизменения конструкций и управления их динамическим поведением.

5. Методики повышения усталостной прочности для конкретной номенклатуры деталей.

6. Проект расчетных условий, проекты программ моделирования и испытаний. Оценка эффективности использования стенда виртуального эксперимента для нелинейного анализа прочности элементарных и конструктивно подобных образцов.

Газовая динамика и силовая установка

1. Аналитические и расчетно-экспериментальные исследования в подтверждение уровня готовности критических технологий, необходимого для формированию технического облика перспективных СПС, удовлетворяющих ожидаемым требованиям по топливной экономичности, звуковому удару, шуму в районе аэропорта и эмиссии вредных веществ, с целью уточнения сроков и затрат на создания СПС, согласования соответствующих государственной программы и дорожной карты, и разработки проектов технических заданий для промышленности:

- исследования в обеспечение повышения эффективных характеристик с использованием двигателей изменяемого цикла (ДИЦ);

- подготовка предложений в проекты Дорожной карты и государственной программы создания и развития перспективных СПС в части силовой установки;

- подготовка проекта технического задания на демонстратор силовой установки для СПС среднесрочной перспективы (2030+).

2. Разработка методов и моделирование распространения вредных выбросов в районе аэропортов:

- Дополнение уравнения Навье-Стокса физико-математическими моделями многокомпонентного дозвукового изотермического течения газа, учет нестационарных граничных условий вынужденной конвекции, использование неструктурированной расчетной сетки с учетом батиметрических данных поверхности и больших строений, учет гравитационных сил, моделирование турбулентности, возможность использования движущихся источников массы и импульса.

- Доработка методики и программного комплекса по результатам верификации. Разработка рабочей версии программного комплекса, разработка программной документации.

1. Согласованные предложения в проекты Дорожной карты и государственной программы создания и развития перспективных СПС в части силовой установки.

2. Проект технического задания на демонстратор силовой установки для СПС среднесрочной перспективы (2030+).

3. План работ на 2025 г.

4. Публикации, предусмотренные общим планом публикационной активности на 2024 год.

5. Программный комплекс для расчета процесса распространения загрязнений от летательных аппаратов в зоне аэропортов и прилегающих территорий, программная документация.

Искусственный интеллект и безопасность полетов

1. Аналитические, расчётные и экспериментальные исследования по разработке высоконадёжных интеллектуальных систем ручного и автоматического управления полётом СПС:

- Статистические исследования системы автоматического управления СПС на посадочных режимах с целью анализа характеристик точности посадки и выполнения требований безопасности.

2. Аналитические и экспериментальные исследования на пилотажном стенде консольного типа элементов человеко-машинного интерфейса и управляемости СПС на различных режимах полета. Выбор рычагов управления и обоснование их характеристик:

- Расчетные и стендовые исследования на пилотажном стенде консольного типа по оптимизации логики взаимодействия рычагов управления и отработке алгоритмов системы загрузки рычагов управления СПС. Анализ работы системы управления рычагов управления в отказных ситуациях.

3. Разработка и отработка на пилотажном стенде консольного типа идеологии формирования интегрированного информационно-управляющего поля кабины СПС на основе использования технологий «искусственного интеллекта», технического зрения и дополненной реальности:

- Подготовка пилотажного стенда консольного типа и его систем для проведения экспериментальных исследований по информационно-управляющему полю.

4. Разработка интеллектуальной системы поддержки экипажа в сложных режимах полета:

- Реализация разработанного прототипа системы поддержки экипажа на пилотажном стенде. Проведение экспериментальных исследований по оценке поддержки экипажа на пилотажном стенде. Оценка результатов и доработка прототипа системы.

5. Анализ рисков для безопасности полета, обусловленных человеческим фактором. Экспериментальные исследования критических режимов полета СПС и на пилотажных стендах с системой подвижности:

- Проведение экспериментов на пилотажном стенде консольного типа для отладки модели динамики движения СПС на критических режимах полета и уточнение предлагаемых конфигураций системы подвижности пилотажного стенда. Формирование рекомендаций по функциям рычагов управления, а также составу и формату информационных кадров ИУП по недопущению критических режимов и выходу из них.

6. Многодисциплинарные исследования по формированию и оптимизации траекторий СПС, адаптированных к требованиям перспективной системы организации воздушного движения (ОрВД) с учетом функциональных ограничений и ограничений по звуковому удару. Разработка алгоритмов планирования и коррекции траекторий для вычислительной системы самолетовождения:

- Разработка алгоритмов оптимального автоматического управления траекторией СПС, адаптированных к условиям самолетовождения в перспективной системе ОрВД. Интегральная оценка влияния на траектории и безопасность полета СПС функциональных ограничений и ограничений на звуковой удар.

7. Теоретические и экспериментальные исследования в области технологий виртуальной и дополненной реальности для пилотажного стенда СПС:

- Разработка элементов искусственного интеллекта для оценки качества визуальной стабилизации при когнитивной и гальванической коррекции установки взора пилота;

- Проведение экспериментов по эргономической оценке информационно-управляющего поля СПС для выбранных сценариев с использованием системы отслеживания движений в условиях воздействия на человека различных нагрузок.

8. Интеллектуальное управление полетом СПС:

- Верификация разработанных алгоритмов с использованием вычислительного эксперимента в расширенном диапазоне неточности знаний характеристик СПС, а также в условиях внешних воздействий.

9. Активные рычаги управления сверхзвуковых самолетов:

- Разработка методики выбора характеристик активного рычага управления и типа формирования управляющего сигнала обеспечивающих снижение загрузки летчика, улучшение точности пилотирования, а также подавления возможного явления раскачки самолета летчиком («явления PIO»).

10. Перспективные системы отображения информации СПС прогнозирующей развитие его движения:

- Дополнение разработанной системы отображения информации алгоритмом, позволяющем компенсировать запаздывание в тракте управления, характерное для современных высокоавтоматизированных самолетов, а также ее адаптация для использования в системе управления воздушным движением для выполнения посадки по криволинейной глиссаде с целью облета жилых строений, а также маневрирования в районе аэропорта.

11. Интеллектуальная система мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС:

- Проведение экспериментальных исследований алгоритмов интеллектуальной системы мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС на демонстраторе подсистемы эксплуатационной безопасности воздушного судна ГосНИИАС. Анализ результатов экспериментальных исследований алгоритмов интеллектуальной системы мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС.

12. Интеллектуальная система реконфигурации бортового оборудования и систем СПС:

- Проведение экспериментальных исследований алгоритмов интеллектуальной системы реконфигурации бортового оборудования и систем СПС на демонстраторе подсистемы эксплуатационной безопасности воздушного судна ГосНИИАС. Анализ результатов экспериментальных исследований алгоритмов интеллектуальной системы реконфигурации бортового оборудования и систем СПС.

13. Интеллектуальная система обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС:

- Проведение экспериментальных исследований алгоритмов интеллектуальной системы обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС на стенде исследования информационной безопасности воздушного судна ГосНИИАС. Анализ результатов экспериментальных исследований алгоритмов интеллектуальной системы обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС.

1. Результаты математического моделирования динамики полета СПС с КСУ.

2. Логика взаимодействия рычагов управления с компьютерной системой загрузки при штатной работе и в отказных ситуациях.

3. Результаты экспериментальных исследований на пилотажном стенде консольного типа по отработке элементов ИУП СПС на пилотажном стенде ЦАГИ.

4. Требования к информационному обеспечению, необходимому для реализации интеллектуальной поддержки.

5. Результаты математического моделирования и стендовых исследований на пилотажном стенде консольного типа критических режимов СПС.

6. Алгоритмы оптимального автоматического управления траекторией СПС.

7. Подача заявки на регистрацию программного обеспечения синхронной̆ визуальной̆ и динамической̆ имитации для подвижных стендов-тренажеров.

8. Отчет об экспериментах по эргономической оценке информационно-управляющего поля СПС для выбранных сценариев с использованием системы отслеживания движений в условиях воздействия на человека различных нагрузок.

9. Описание элементов искусственного интеллекта для оценки качества визуальной стабилизации при когнитивной и гальванической коррекции установки взора пилота, опубликованное в виде статьи и индексируемом журнале (WoS/Scopus).

10. Алгоритмы реконфигурации и реструктуризации законов управления полетом СПС, обеспечивающие парирования последствий возможных отказов, повреждений и атмосферных возмущений.

11. Методика выбора варианта рычага управления и типа формирования управляющего сигнала для СПС, основанная на методах исследования системы самолет-летчик.

12. Алгоритм для системы отображения информации, обеспечивающий компенсацию запаздывания в тракте управления высокоавтоматизированного СПС.

13. Алгоритм построения системы отображения информации при выполнении посадки по криволинейной глиссаде и маневрирования в районе аэропорта.

14. Результаты экспериментальных исследований алгоритмов мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС.

15. Результаты экспериментальных исследований алгоритмов интеллектуальной системы реконфигурации бортового оборудования и систем СПС.

Аэродинамика и концептуальное проектирование СПС с низким звуковым ударом

1. Различные сценарии полета с учетом ключевых критериев (совместно с направлением «Искусственный интеллект и безопасность полетов»). Летно-технические характеристики СПС с учетом оптимальных сценариев полета (на основе весовых оценок конструктивно-силовых схем, полученных в результате проведения научных исследований по направлению «Прочность и интеллектуальные конструкции»). Оптимальная интеграция силовой установки и планера (совместно с направлениями «Аэроакустика и вибрации» и «Газовая динамика и силовая установка»). Сравнительный анализ по показателю аэродинамическое совершенство существующих отечественных и зарубежных концепций СПС.

2. Воспроизведения и регистрации ударных волн различного профиля на имитационном стенде звукового удара. Лабораторные исследования отклика человека, зданий и сооружений на воздействие звукового удара. Формирование требований к обосновывающим данным для регулирующих международных и национальных органов по нормированию звукового удара. Участие в международной кооперации. Фокусировка и вторичные звуковые удары. Зонирование по звуковому удару и шуму в районе аэропортов для типичных полетных сценариев.

3. Комплексная оптимизация аэродинамических компоновок СПС различной размерности по различным критериям. Требования к аэродинамическим компоновкам высокого уровня. Различные сценарии полетов над населенными районами в различных географических районах мира с учетом ключевых критериев (совместно с направлениями «Аэроакустика и вибрации» и «Искусственный интеллект и безопасность полетов»). Управления траекторией СПС в реальном режиме времени с учетом ограничений по звуковому удару на пролетных территориях (совместно с направлением «Искусственный интеллект и безопасность полетов»). Анализ полученной в данной работе и имеющейся международной баз данных человеческого отклика на воздействия звукового удара в открытых условиях и внутри зданий. Участие в работе международных экспертных организаций и проектов, регулирующих органов с целью формирования предложений в проекты нормативной документации ИКАО и РФ для СПС нового поколения. Уточнение предложения по технологиям и процедурам сертификации СПС с точки зрения приемлемого уровня звукового удара на основе полученных данных на стенде имитации звукового удара.

4. Формирование методического базиса для создания и применения СПС:

- в части инструментов исследования (проектирования) в виде расчетных методов, инженерных подходов оценки громкости звукового удара и вибраций, экспериментальных методик и стендов;

- в части аэродинамики СПС, его силовой установки, конструктивных особенностей, полетных сценариев и технологий интерактивного управления полетом;

- в части формирования приемлемых с точки зрения населения уровней звукового удара, нормирования громкости звукового удара, технологии и процедур сертификации СПС с точки зрения приемлемого звукового удара.

1. Уточненные предложения в перспективные нормы по звуковому удару, технологиям и процедурам сертификации.

2. Результаты сравнительного анализа по показателю аэродинамическое совершенство существующих отечественных и зарубежных концепций СПС.

3. Анализ результатов расчетов на расширенном наборе ЭТВ.

4. Требования к аэродинамической компоновке высокого уровня.

Аэроакустика и вибрации

1. Новые модели турбулентности, новые методы расчета шума, вибрации:

- Развитие теории генерации шума сверхзвуковыми струями. Разработка методов снижения и управления шумом, создаваемым различными источниками СПС. Оценка уровней шума перспективных СПС на местности и в салоне с учетом разработанных методов снижения. Выработка рекомендаций с целью обеспечения СПС действующих и перспективных норм по шуму.

2. Акустика сверхзвуковых самолетов:

2.1. Исследование механизмов генерации шума с помощью методов пониженного порядка, основанных на алгоритмах декомпозиции больших объёмов пространственно-временных данных, полученных в ходе вычислительного эксперимента. Применения разработанных методов к исследованию механизмов генерации шума в реальных задачах аэроакустики сверхзвукового самолета.

2.2. Исследование влияния падающего акустического излучения на отклик деформируемых элементов конструкций из композиционных материалов. Исследование прочностных свойств деформируемых конструкций под влиянием длительного воздействия акустических волн. Определение усталостных характеристик конструкций.

1. Развитие теории генерации шума сверхзвуковыми струями. Рекомендации по обеспечению СПС действующих и перспективных норм по шуму.

2. Методы исследования механизмов генерации акустического излучения. Выводы о локализации акустических источников и возможных механизмах их формирования.

3. Результаты исследований вибрационного отклика композитных конструкций элементов летательного аппарата на падающее интенсивное акустическое поле с учётом физической нелинейности конструкции. Предложения по оптимальной структуре конструкций летательного аппарата.

Прочность и интеллектуальные конструкции

1. Гибридные (про-бионические) перспективные конструктивно-силовые схемы (далее – КСС) и конструкции на их основе:

- Комплексная оценка эффективности использования про-бионических конструкций.

- Рекомендации по использованию про-бионических конструкций в ответственных критических зонах планера СПС.

2. Прикладные нелинейные модели для анализа нагрузок, прочности и аэроупругости в условиях скоростного полета:

- Комплексная валидация нелинейных методов анализа нагрузок, прочности, аэроупругости для конструкций СПС.

- Оценка эффективности использования нелинейных методов оптимизации для конструкции СПС с про-бионическими и традиционными КСС.

3. Интеллектуальные системы мониторинга механического состояния конструкций на основе волоконно-оптических технологий:

- Построение прототипа системы интеллектуального мониторинга, обеспечивающей измерение и прогнозирования механического состояния элементов летательных аппаратов.

4. Использование SMART-материалов в элементах летательных аппаратов для управления геометрией и динамическими процессами:

- Экспериментальная апробация на элементах летательных аппаратов разработанных на основе численного анализа схем управления геометрией и динамическими процессами при использовании smart-материалов.

5. Разработка метода повышения усталостной прочности сплавов авиационного назначения на основе лазерной проковки:

- Разработка методов анализа и повышения усталостной прочности в режиме гигацикловой усталости.

6. Виртуальные испытания в рамках пирамиды расчетно-экспериментальных исследований конструкции:

- Формирование требований к конструкции и комплексному обеспечению прочности СПС.

1. Рекомендации по созданию нового поколения эффективных конструкций СПС.

2. Результаты валидации. Верифицированные нелинейные методы анализа.

3. Создание интеллектуальных систем мониторинга и прогнозирования механического состояния элементов летательных аппаратов на основе использования волоконно-оптических датчиков, в том числе датчиков встроенных в материал элементов из композиционных материалов.

4. Разработка и демонстрация интеллектуальных элементов летательных аппаратов, обеспечивающих управление геометрией и различными динамическими процессами на основе использования smart‑материалов.

5. Методики упрочнения и методы анализа усталостной прочности в гигацикловом режиме нагружения.

6. Проекты требований к конструкции и комплексному обеспечению прочности СПС.

Газовая динамика и силовая установка

1. Аналитические и расчетно-экспериментальные исследования в обеспечение разработки концепций СПС дальнесрочной перспективы (2035+):

- исследования в обеспечение использования принудительных способов обеспечения жестких норм по шуму в районе аэропорта нетрадиционными средствами (поперечный вдув струй холодного воздуха в сопло, впрыск воды, плазменные актуаторы и т.п.);

- исследование в обеспечение использования распределенных силовых установок (РСУ);

- исследование в обеспечение использования гибридных (электрифицированных) и/или комбинированных силовых установок.

2. Исследование различных компоновок (планер+силовая установка) с целью минимизации вредных выбросов (совместно с направлением «Аэродинамика и концептуальное проектирование СПС с низким звуковым ударом»). Формирование требований к компоновке высокого уровня.

1. Документ «Силовые установки СПС дальнесрочной (2035+) перспективы: концепции и возможности их реализации»;

2. Публикации, предусмотренные общим планом публикационной активности на 2025 год.

3. Результаты анализа нескольких конфигураций сверхзвукового самолета с использованием разработанной методики, рекомендации по их усовершенствованию для минимизации вредных выбросов и загрязнений в зоне аэропортов и прилегающих территорий.

Искусственный интеллект и безопасность полетов

1. Аналитические, расчётные и экспериментальные исследования на пилотажном стенде консольного типа по разработке высоконадёжных интеллектуальных систем ручного и автоматического управления полётом СПС:

- Расчетные и экспериментальные исследования на пилотажном стенде консольного типа по валидации функций и алгоритмов ручного автоматизированного и автоматического управления СПС в соответствии с заданным функционалом управления, а также требованиями современных нормативных документов. Интегральная оценка возможностей интеллектуальных функций управления и мониторинга КСУ, их реализации и интеграции в структуру КСУ. Оценка функций КСУ со стороны летчиков испытателей на основе результатов экспериментальных исследований на пилотажном стенде консольного типа.

2. Аналитические и экспериментальные исследования на пилотажном стенде консольного типа элементов человеко-машинного интерфейса и управляемости СПС на различных режимах полета. Выбор рычагов управления и обоснование их характеристик:

- Проведение экспериментальных исследований на пилотажном стенде по выбору и отработке системы загрузки рычагов управления и статических характеристик управляемости на пилотажном стенде консольного типа с участием летчиков-испытателей.

3. Разработка и отработка на пилотажном стенде консольного типа идеологии формирования единого информационно-управляющего поля кабины СПС на основе использования технологий «искусственного интеллекта», технического зрения и дополненной реальности:

- Проведение экспериментальных исследований по выбору и отработке элементов информационного обеспечения экипажа СПС на пилотажном стенде консольного типа с участием летчиков-испытателей.

4. Разработка интеллектуальной системы оценки летной ситуации и поддержки экипажа в сложных режимах полета:

- Проведение экспериментальных исследований по валидации интеллектуальной системы поддержки экипажа на пилотажном стенде ЦАГИ с участием летчиков-испытателей. Валидация концепции и формирование рекомендаций по построению, функциям и взаимодействию с ИУП.

5. Анализ рисков для безопасности полета, обусловленных человеческим фактором. Экспериментальные исследования критических режимов полета СПС и на пилотажном стенде консольного типа с системой подвижности:

- Стендовые исследования динамики движения СПС на критических режимах полета с участием летчиков испытателей, формирование рекомендаций по выводу из штопора и уточнение функций рычагов управления и ИУП по недопущению критических режимов и выходу из них.

6. Многодисциплинарные исследования по формированию и оптимизации траекторий СПС, адаптированных к требованиям перспективной системы организации воздушного движения (ОрВД) с учетом функциональных ограничений и ограничений по звуковому удару. Разработка алгоритмов планирования и коррекции траекторий для вычислительной системы самолетовождения:

- Проведение расчетных исследований и стендового моделирования с использованием пилотажного стенда консольного типа по отработке и валидации алгоритмов управления траекторией с учетом характеристик информационного обеспечения системы самолетовождения СПС. Оценка эффективности технологий траекторного управления, возможности и эффективности их интеллектуализации и обеспечения безопасности полета.

7. Теоретические и экспериментальные исследования в области технологий виртуальной и дополненной реальности для пилотажного стенда СПС:

- Интеграция шлема VR, системы отслеживания взора и движений в составе исследовательского стенда для проведения эргономической оценки информационно-управляющего поля СПС;

- Апробация разработанных алгоритмов динамической имитации для перспективного пилотажного стенда СПС с расширенными возможностями имитации перегрузок.

8. Интеллектуальное управление полетом СПС:

- Сравнительный анализ возможностей разработанных алгоритмов адаптивного и интеллектуального управления полетом СПС и традиционных алгоритмов управления полетом.

9. Активные рычаги управления СПС:

- Проведение комплексных экспериментальных исследований на пилотажном стенде по оценке синергетического эффекта интеграции выбранного варианта рычага управления и типа управляющего сигнала при выполнении различных этапов полета СПС при различном уровне информационного обеспечения и автоматизации.

10. Перспективные системы отображения информации СПС прогнозирующей развитие его движения:

- Проведение комплексных экспериментальных исследований на пилотажном стенде по оценке эффективности разработанной системы отображения информации при выполнении различных этапов полета СПС и синергетического эффекта интеграции с КСУ.

11. Интеллектуальная система мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС:

- Разработка требований к интеллектуальной системе мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС. Разработка рекомендаций по разработке интеллектуальной системы мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС на платформе распределённой модульной электроники.

12. Интеллектуальная система реконфигурации бортового оборудования и систем СПС:

- Разработка требований к интеллектуальной системе реконфигурации бортового оборудования и систем СПС. Разработка рекомендаций по разработке интеллектуальной системы на платформе распределённой модульной электроники.

13. Интеллектуальная система обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС:

- Разработка требований к интеллектуальной системе обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС. Разработка рекомендаций по разработке интеллектуальной системы обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС на платформе распределённой модульной электроники.

1. Результаты математического моделирования и стендовых исследований на пилотажном стенде консольного типа динамики полета СПС с КСУ. Перспективные интеллектуальные функции КСУ, возможность их реализации и интеграции в структуру КСУ. Оценки функций КСУ со стороны летчиков-испытателей.

2. Результаты экспериментальных исследований на пилотажном стенде консольного типа системы управления рычагами управления ее взаимодействия с КСУ, а также результаты стендовых исследований характеристик управляемости.

3. Результаты экспериментальных исследований на пилотажном стенде консольного типа по отработке элементов ИУП СПС на пилотажном стенде. Валидированная концепция построения ИУП СПС, его функций и принципов взаимодействия с КСУ.

4. Результаты моделирования и стендовых исследований на пилотажном стенде консольного типа по оценке интеллектуальной системы оценки летной ситуации и поддержки экипажа на пилотажном стенде с участием летчиков-испытателей. Рекомендации по функциям системы и ее интеграции с элементами человеко-машинного интерфейса. Оценка возможности использования элементов ИИ и их интеграции в КСУ.

5. Рекомендации по функциям рычагов управления, логике, составу и формату информационных кадров ИУП по недопущению критических режимов СПС и выходу из них.

6. Валидация и оценка эффективности предложенных технологий траекторного управления СПС. Интегральная оценка функциональных ограничений и ограничений по звуковому удару на реализуемость и эффективность траекторий СПС.

7. Отчет о результатах апробации разработанных алгоритмов динамической имитации для перспективного пилотажного стенда консольного типа СПС с расширенными возможностями имитации перегрузок.

8. Программно-аппаратный комплекс, интегрирующий шлем VR, систему отслеживания взора и движений в составе пилотажного стенда для проведения эргономической оценки информационно-управляющего поля СПС.

9. Оценка эффективности использования алгоритмов адаптивного и интеллектуального управления полетом СПС и сравнение с традиционными алгоритмами управления полетом.

10. Сравнительная характеристика качества пилотирования по результатам стендовых исследований при использовании в качестве активного рычага СПС боковой ручки и центрального рычага управления.

11. Оценка качества пилотирования по результатам стендовых исследований при использовании различных вариантов управляющего сигнала, формируемого рычагом управления СПС: пропорционального перемещению или его усилию.

12. Объективные показатели эффективности использования в различных задачах пилотирования разработанной системы отображения информации для СПС.

13. Требования к интеллектуальной системе мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС.

14. Рекомендации по разработке интеллектуальной системы мониторинга технического состояния бортового оборудования и систем СПС на платформе распределённой модульной электроники.

15. Требования к интеллектуальной системе реконфигурации бортового оборудования и систем СПС.

16. Рекомендации по разработке интеллектуальной системы на платформе распределённой модульной электроники.

17. Требования к интеллектуальной системе обеспечения кибербезопасности бортового оборудования и систем СПС.