В Петербурге разрабатывают цифровые модели БПЛА

Передовая инженерная школа (ПИШ) Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого "Цифровой инжиниринг" участвует в реализации нацпроекта "Беспилотные авиационные системы", создавая платформу разработки и применения цифровых двойников дронов.

Это цифровая модель с высоким уровнем адекватности реальному БПЛА по конструкции, техническим характеристикам и поведению во времени. Формируется она на этапе разработки, когда реальный дрон еще не изготовлен. Цифровые модели для всех типов БПЛА (самолетного, вертолетного и мультироторного типов, конвертопланов, а также гидросамолетов и гидросамолетов-амфибий) позволяют моделировать все физико-механические процессы, включая технологию производства. Например, для конструкций из композиционных материалов и эксплуатационных режимов в различных погодных условиях.

Эти модели позволяют определять температуры, перемещения, деформации и напряжения, моделировать обледенение и работу двигателей, аккумуляторов и систем управления.

Платформа ПИШ СПбПУ помогает создавать, усовершенствовать и оптимизировать методики проектирования беспилотных авиационных систем и их компонентов. По словам главного конструктора по ключевому научно-технологическому направлению "Системный цифровой инжиниринг" и директора ПИШ СПбПУ Алексея Боровкова, технология цифровых двойников позволяет снизить себестоимость разработки и сократить время вывода продукции на рынок, а также проходить необходимые предварительные и сертификационные испытания с первого раза - этот процесс называется "цифровая сертификация". На этапе разработки формируются ключевые конкурентные преимущества продукта, функциональные, технические и стоимостные характеристики, которые для обеспечения технологического лидерства должны превосходить зарубежные аналоги.

Инженеры ПИШ СПбПУ уже доказали применимость технологии цифровых двойников для производства. Яркий пример - разработка семейства БПЛА "Снегирь".

- Всего за пять месяцев удалось создать не только работоспособный образец, но положить начало разработке целой линейки усовершенствованных беспилотников и расширить модульную структуру цифровой платформы в соответствии с задачами новой отрасли БАС. Также мы смогли серьезно продвинуться в проведении цифровых испытаний, в создании и наполнении цифровых (виртуальных) испытательных стендов и полигонов, которые необходимы для цифровой сертификации. Сейчас БПЛА функционируют в режиме "летающей лаборатории" и собирают информацию для наполнения цифровой платформы содержательными данными для проектирования новых версий БПЛА, завершены разработка и производство новой версии "Снегирь-2", - перечисляет Алексей Боровков.

В цифровом пространстве можно безопасно отрабатывать даже самые экстремальные сценарии полета БПЛА

Актуальность цифровых дронов отмечает и экспертное сообщество. По словам старшего преподавателя кафедры "Математическая кибернетика и информационные технологии" МТУСИ Сергея Симонова цифровая (виртуальная) модель дрона позволяет тестировать поведение аппарата в различных условиях - от сильного ветра и турбулентности до перегрева, отказа привода или сбоя в системе управления. В реальности такие эксперименты часто невозможны или сопряжены с риском потери оборудования, а в цифровом пространстве можно безопасно отрабатывать даже самые экстремальные сценарии.

- Цифровые двойники в виде тренажеров активно применяются для обучения и подготовки операторов беспилотных систем. Инженеры, пилоты и разработчики могут работать с виртуальной копией реального аппарата, наблюдая реакцию системы на их действия в режиме реального времени. Это формирует глубокое понимание устройства дрона и принципов его функционирования, а также позволяет отрабатывать внештатные ситуации и аварийные алгоритмы поведения без ущерба для техники, - отмечает эксперт.

Несмотря на очевидные преимущества, создание цифровых двойников беспилотных аппаратов остается технологически сложной задачей. Цифровой двойник требует точной физико-математической модели, описывающей аэродинамику, механику, тепловые процессы и электромагнитные взаимодействия реального дрона. Для этого нужны высокоточные данные с сенсоров, телеметрии и испытаний. Однако в реальности часто наблюдается фрагментарность данных, разнородность форматов и отсутствие единых стандартов их интеграции. Без качественной и согласованной базы измерений цифровой двойник может потерять точность и прогностическую ценность. Помимо этого создание цифровых двойников - это высокопроизводительная вычислительная задача, замечает Сергей Симонов.