Необычный способ борьбы с турбулентностью в авиации разработали ученые Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) и Института проблем машиноведения (ИПМаш) РАН. Для предотвращения тряски и нырков воздушного судна они предлагают оснащать его крылья "перьями" - сотнями маленьких пластинок, самостоятельно меняющих пространственное положение в зависимости от давления воздуха. Эксперты считают подобный способ "подсмотренным у природы".

Это явление знакомо каждому авиапассажиру. "Наш самолет входит в зону турбулентности", - объявляет командир корабля, и авиалайнер начинает трястись, нырять и болтаться из стороны в сторону под действием хаотичных завихрений окружающего воздуха.

- Мы вовсе не пытаемся устранить турбулентность как таковую, да это и невозможно, - объяснил "Известиям" руководитель проекта, доктор физико-математических наук, профессор СПбГУ Олег Граничин. - Мы ставим перед собой другую задачу: скомпенсировать разницу давлений в разных зонах крыла так, чтобы самолет сохранял стабильное положение в зоне турбулентности.

Для этого ученые предложили покрывать поверхность крыла матрицей из активных ячеек, каждая из которых снабжена датчиком давления, микрокомпьютером и пластиной-крылышком - "пером", - меняющим свое пространственное положение под действием электропривода. Когда возникает турбулентность, перья приходят в движение и, меняя свой наклон относительно крыла, компенсируют возникающую неоднородность давления воздуха. В результате самолет продолжает движение так, будто турбулентность отсутствует вовсе: оперение крыла "разруливает" все неоднородности потока.

Проблема, однако, в том, что точный расчет правильного положения для каждого из сотен подобных перышек - чрезвычайно сложная и ресурсоемкая задача.

- Для централизованного управления всеми ячейками не хватило бы быстродействия даже самого мощного современного компьютера, - рассказал "Известиям" разработчик математического решения проекта, постдок СПбГУ Константин Амелин. - Поэтому мы сразу пошли другим путем: оснастили индивидуальным микрокомпьютером каждую ячейку, построив так называемую распределенную систему управления - что-то наподобие блокчейна. Каждое такое отдельное вычислительное устройство принимает данные от собственного датчика давления, обменивается данными с микрокомпьютерами соседних ячеек, мгновенно просчитывает необходимое положение пера в пространстве и подает команду на электропривод.

Константин Амелин утверждает, что идея работает: эксперименты с метровым крылом, оснащенным сотней "перьев" и обдуваемым мощными вентиляторами, показывают возможность согласованной работы микрокомпьютеров и нахождения ими консенсусного решения для каждой единицы "оперения" крыла.

Ученые подали заявку на патентование своего изобретения и сейчас работают над созданием нового, более совершенного испытательного стенда. На нем будут ставить эксперименты с действующей моделью "пернатого" самолета, размах крыла которого составит уже несколько метров. Расширятся и возможности "перьев": для лучшей компенсации локального давления они смогут вращаться в двух плоскостях, а не в одной, как сейчас.

Специалист по явлению турбулентности, заведующий кафедрой физической механики факультета аэрофизики и космических исследований Московского физико-технического института, академик РАН Эдуард Сон о работе петербургских коллег высказывается пока осторожно:

- Попытки применять для борьбы с турбулентностью активные актуаторы - устройства, воздействующие на поток, - предпринимаются давно, но пока не принесли большого успеха. Акустические актуаторы, плазменные - все они приемлемо работают только в довольно узком диапазоне скоростей, а дальше турбулентность возникает все равно.

Впрочем, идею с "активными перьями" Эдуард Сон считает перспективной и сравнивает с теми способами борьбы с турбулентностью, которые работают в живой природе, - например, у рыб. У акул, касаток, дельфинов и других крупных морских животных при плавании с большой скоростью начинается вибрация поверхности кожи, которая предотвращает переход движения в турбулентный режим.

Совместная работа СПбГУ и ИПМаш ведется при поддержке Российского научного фонда....