15 окт 2024
Профессор УГГУ Владимир Макаров: «Самолет должен летать, как птица»
Фантастические фильмы любят все: так, сага «Звездные войны» полвека притягивает внимание миллионов фанатов. Но о том, как воплотить в жизнь нарисованное на экране, как сконструировать неведомые доселе летательные аппараты, задумываются единицы. Это и есть настоящие ученые. Один из них – профессор кафедры горной механики Уральского государственного горного университета Владимир Макаров – рассказал о своих разработках в спецпроекте «Ума палата» об уральских ученых, которые меняют мир к лучшему, созданном объединенной редакцией «ФедералПресс» и GlobalCity при поддержке АНО «ИРИ».
Природоподобная соразмерность
Ваши разработки связаны с вентиляцией горно-металлургических и нефтегазовых комплексов, что актуально в нашем горном краю. Расскажите, в чем новизна технологии?
— У меня много патентов на изобретения – уже за 90. Все они проходят через рецензируемые статьи, которых около 300. Схема такая: по техзаданию заказчика, инвестора либо в рамках государственного гранта мы проводим научные исследования, патентуем результат, разрабатываем проектную документацию и публикуем в рецензируемых научных журналах. За рубежом используется ряд моих патентов. Полученный в 2023 году способ повышения эффективности сушки минералов в тепломассообменных аппаратах находится в Лондонской публичной библиотеке.
Это принципиально новый подход к процессу сепарации и теплообмена. Там происходит примерно то же самое, что в установках квантовой механики, токамаках, где плазму держат магнитным полем. Здесь уровень другой, но есть природоподобная аналогия. Мы заменили процесс взаимодействия в двухфазной среде газа и твердой частицы на взаимодействие в однофазной среде. Вокруг частицы создаем присоединение вихри, и в результате, с одной стороны, мы можем эффективно сепарировать частицы, что повышает экологичность процесса, а с другой стороны, увеличиваем эффективность теплообмена. Ну, это упрощенно.
Я дошел до понимания реальных физических процессов – оказывается, все едино и в квантовой механике, и в классической, если это рассматривать с точки зрения общей философии науки для обывателя. Этот подход называется конвергентным и базируется на природоподобной соразмерности. Тем, как эффективно использовать природоподобие в науке и технике, я активно занимаюсь последние пять лет.
Мною была высказана гипотеза, что циркуляция ускорения, то есть энергия вихря в каждой точке взаимодействия газообразной среды, в частности воздуха, с техногенным объектом, например с лопаткой турбомашины, крылом самолета, минералом в шахтной печи, должна стремиться к нулю, как и в природе. Мы нашли способ проверить эту гипотезу, верифицировали ее, что позволило нам создать принципиально новый профиль лопасти вентилятора. И сейчас аппараты воздушного охлаждения имеют КПД вместо 0,6 – 0,82
На базе этой гипотезы нами разработан радиально-вихревой прямоточный газоотсасывающий вентилятор, отличающийся высокой адаптивностью и увеличенной в 1,5 раза аэродинамической загруженностью.
Например, мы сотрудничаем с компанией из Казахстана – лидером по производству асбеста в мире, треть рынка принадлежит им. Они 10 лет бились с проблемой, как повысить энергетическую и экологическую эффективность шахтных печей сушки хризотил-асбестовой руды. У них были китайцы, заходили американцы – ничего не получается. Кто-то услышал обо мне, об идеях природоподобия. Пригласили меня. Я походил, посмотрел. А там 10 печей стоит высотой с 15-этажный дом. Осмыслил, как идет процесс. Организовали совещание. Сидят серьезные люди – слушают. Ребята, проблема-то вот здесь, объясняю им. Они озадачились, понимаете: им надо было принять решение, потому что достаточно большие капитальные затраты – переделать саму печь, а не «Циклонами» [аппаратами очистки руды] заниматься. И в процессе диалога они поняли, что мне самому интересно получить результат, не деньги, и согласились. Это был декабрь 2022 года, и в конце 23-го года мы уже включили эту печь. Теперь они в год экономят почти 5 миллионов кубометров газа, 600 тысяч киловатт электроэнергии, и у них уже в 35 раз уменьшился выброс пылевых частиц асбеста. Это и есть классический принцип природоподобного подхода к тепломассообменному оборудованию, когда в печи одновременно сушится руда и сепарируются частицы пыли, дополнительно увеличивая выход готового продукта. Фактически на первом этапе происходит сушка руды и создание пыли, а на втором этапе идет «борьба с пылью». Эта разработка, то, что она превзошла все ожидания, реально окрылила меня на десятки лет, дала стимул двигаться дальше!
От Европы до Китая
Насколько широко географическое распространение ваших изобретений?
— Могу сказать, что на сегодня нет ни одной газообильной шахты в Евразии, где бы не стояли мои газоотсасывающие вентиляторы. Когда я защитил докторскую, уже было 600 с лишним вентиляторов выпущено. А это 2006 год. Вот каталог 2016 года. Сегодня ничего не изменилось – их регулярно выпускают. Езжайте в Китай, езжайте во Вьетнам – куда угодно, везде, где расположены газообильные шахты, эти газоотсасывающие вентиляторы стоят. Их особенность в том, что они откачивают 100% метана, а обычная вентиляция только 1%.
Летать, как птица
Есть ли какие-то новые проекты или идеи, над которыми вы работаете, и к чему бы вы хотели прийти в будущем?
— Иногда думаю – вот огромный карьер, полкилометра глубиной. Если правильно построить устройство в виде трубы, можно, используя энергию вращения Земли, создать устойчивую целенаправленную систему присоединенных вихрей, создающих по аналогии с «управляемым торнадо» достаточную депрессию для очистки карьера от пыли. Мы с математиком Сергеем Баутиным проводили модельные испытания вихревой трубы для создания устойчивой депрессии за счет использования энергии вращения Земли и создали математическую модель.
А вторая, которую я обязательно реализую: природоподобный профиль для крыла самолета. Представьте, летят самолет и птица. В чем у них отличие? Траектория птицы меняется за счет того, что перья раскрываются, и нет отрыва крыла от воздушных вихрей.
Если самолет взлетает, что происходит? Предкрылок, закрылок, еще какие-то железки.
А что такое природоподобный профиль? Это когда, как я вам сказал, встречаются однофазные среды, газ и газ. Так вот, технология такая примерно: внутрь профиля крыла подается под давлением газ от двигателей. На профиле сплошные перфорации. И через них этот газ выходит. И вот направления этих струй соответствуют аэродинамике. Если к этому мы подключим искусственный интеллект, который посчитает каждую оптимальную точку перфорации, что обеспечит функцию сведения ускорения циркуляции к нулю, мы получим энергоэффективный профиль крыла, который при любом угле будет иметь максимальный КПД. И это позволит значительно сэкономить затраты топлива.
Напечатаем на 3D-принтере, будем испытывать эти профили. Я хочу сделать действующую модель и в аэродинамической трубе всем показать: вот она, смотрите! Пожалуйста, делайте новые самолеты!
Полученные результаты помогут существенно повысить энерговооруженность и маневренность БПЛА и коптеров.
Природоподобная соразмерность
Ваши разработки связаны с вентиляцией горно-металлургических и нефтегазовых комплексов, что актуально в нашем горном краю. Расскажите, в чем новизна технологии?— У меня много патентов на изобретения – уже за 90. Все они проходят через рецензируемые статьи, которых около 300. Схема такая: по техзаданию заказчика, инвестора либо в рамках государственного гранта мы проводим научные исследования, патентуем результат, разрабатываем проектную документацию и публикуем в рецензируемых научных журналах. За рубежом используется ряд моих патентов. Полученный в 2023 году способ повышения эффективности сушки минералов в тепломассообменных аппаратах находится в Лондонской публичной библиотеке.
Это принципиально новый подход к процессу сепарации и теплообмена. Там происходит примерно то же самое, что в установках квантовой механики, токамаках, где плазму держат магнитным полем. Здесь уровень другой, но есть природоподобная аналогия. Мы заменили процесс взаимодействия в двухфазной среде газа и твердой частицы на взаимодействие в однофазной среде. Вокруг частицы создаем присоединение вихри, и в результате, с одной стороны, мы можем эффективно сепарировать частицы, что повышает экологичность процесса, а с другой стороны, увеличиваем эффективность теплообмена. Ну, это упрощенно.
Я дошел до понимания реальных физических процессов – оказывается, все едино и в квантовой механике, и в классической, если это рассматривать с точки зрения общей философии науки для обывателя. Этот подход называется конвергентным и базируется на природоподобной соразмерности. Тем, как эффективно использовать природоподобие в науке и технике, я активно занимаюсь последние пять лет.
Мною была высказана гипотеза, что циркуляция ускорения, то есть энергия вихря в каждой точке взаимодействия газообразной среды, в частности воздуха, с техногенным объектом, например с лопаткой турбомашины, крылом самолета, минералом в шахтной печи, должна стремиться к нулю, как и в природе. Мы нашли способ проверить эту гипотезу, верифицировали ее, что позволило нам создать принципиально новый профиль лопасти вентилятора. И сейчас аппараты воздушного охлаждения имеют КПД вместо 0,6 – 0,82
На базе этой гипотезы нами разработан радиально-вихревой прямоточный газоотсасывающий вентилятор, отличающийся высокой адаптивностью и увеличенной в 1,5 раза аэродинамической загруженностью.
Например, мы сотрудничаем с компанией из Казахстана – лидером по производству асбеста в мире, треть рынка принадлежит им. Они 10 лет бились с проблемой, как повысить энергетическую и экологическую эффективность шахтных печей сушки хризотил-асбестовой руды. У них были китайцы, заходили американцы – ничего не получается. Кто-то услышал обо мне, об идеях природоподобия. Пригласили меня. Я походил, посмотрел. А там 10 печей стоит высотой с 15-этажный дом. Осмыслил, как идет процесс. Организовали совещание. Сидят серьезные люди – слушают. Ребята, проблема-то вот здесь, объясняю им. Они озадачились, понимаете: им надо было принять решение, потому что достаточно большие капитальные затраты – переделать саму печь, а не «Циклонами» [аппаратами очистки руды] заниматься. И в процессе диалога они поняли, что мне самому интересно получить результат, не деньги, и согласились. Это был декабрь 2022 года, и в конце 23-го года мы уже включили эту печь. Теперь они в год экономят почти 5 миллионов кубометров газа, 600 тысяч киловатт электроэнергии, и у них уже в 35 раз уменьшился выброс пылевых частиц асбеста. Это и есть классический принцип природоподобного подхода к тепломассообменному оборудованию, когда в печи одновременно сушится руда и сепарируются частицы пыли, дополнительно увеличивая выход готового продукта. Фактически на первом этапе происходит сушка руды и создание пыли, а на втором этапе идет «борьба с пылью». Эта разработка, то, что она превзошла все ожидания, реально окрылила меня на десятки лет, дала стимул двигаться дальше!
От Европы до Китая
Насколько широко географическое распространение ваших изобретений?— Могу сказать, что на сегодня нет ни одной газообильной шахты в Евразии, где бы не стояли мои газоотсасывающие вентиляторы. Когда я защитил докторскую, уже было 600 с лишним вентиляторов выпущено. А это 2006 год. Вот каталог 2016 года. Сегодня ничего не изменилось – их регулярно выпускают. Езжайте в Китай, езжайте во Вьетнам – куда угодно, везде, где расположены газообильные шахты, эти газоотсасывающие вентиляторы стоят. Их особенность в том, что они откачивают 100% метана, а обычная вентиляция только 1%.
Летать, как птица
Есть ли какие-то новые проекты или идеи, над которыми вы работаете, и к чему бы вы хотели прийти в будущем?— Иногда думаю – вот огромный карьер, полкилометра глубиной. Если правильно построить устройство в виде трубы, можно, используя энергию вращения Земли, создать устойчивую целенаправленную систему присоединенных вихрей, создающих по аналогии с «управляемым торнадо» достаточную депрессию для очистки карьера от пыли. Мы с математиком Сергеем Баутиным проводили модельные испытания вихревой трубы для создания устойчивой депрессии за счет использования энергии вращения Земли и создали математическую модель.
А вторая, которую я обязательно реализую: природоподобный профиль для крыла самолета. Представьте, летят самолет и птица. В чем у них отличие? Траектория птицы меняется за счет того, что перья раскрываются, и нет отрыва крыла от воздушных вихрей.
Если самолет взлетает, что происходит? Предкрылок, закрылок, еще какие-то железки.
А что такое природоподобный профиль? Это когда, как я вам сказал, встречаются однофазные среды, газ и газ. Так вот, технология такая примерно: внутрь профиля крыла подается под давлением газ от двигателей. На профиле сплошные перфорации. И через них этот газ выходит. И вот направления этих струй соответствуют аэродинамике. Если к этому мы подключим искусственный интеллект, который посчитает каждую оптимальную точку перфорации, что обеспечит функцию сведения ускорения циркуляции к нулю, мы получим энергоэффективный профиль крыла, который при любом угле будет иметь максимальный КПД. И это позволит значительно сэкономить затраты топлива.
Напечатаем на 3D-принтере, будем испытывать эти профили. Я хочу сделать действующую модель и в аэродинамической трубе всем показать: вот она, смотрите! Пожалуйста, делайте новые самолеты!
Полученные результаты помогут существенно повысить энерговооруженность и маневренность БПЛА и коптеров.
Путь в науку – от производства
В какой момент своей жизни вы решили связать ее с наукой и почему вас привлекло именно это направление?— Меня еще в школе интересовала авиация, отец какое-то время служил военным летчиком. Хотел пойти по его стопам, но мне друзья подсказали: займись наукой.
Я поступил в авиационный институт в Куйбышеве. Получил красный диплом и попал в фирму Королева. Фирма «Прогресс», она известна, делает ракеты-носители. Но давайте честно, у каждого человека есть амбиции. В тот период я считал, что в такой фирме, где только проектами занимается порядка 15 тысяч человек, а в целом на заводах порядка 120 тысяч, я растворюсь.
И я решил начать с малого. Родители жили недалеко от Артемовского, где вентиляторный завод, я пошел туда. Это ведь та же аэродинамика. И приехал на Урал. В 1984 году сделал кандидатскую.
Мои кандидатская и докторская шли от производства. Сначала пошла продукция. На момент защиты докторской уже 600 вентиляторов работали. Это наиболее эффективный вариант, я считаю.
Потом началась приватизация. Я погрузился во все эти длительные бизнес-процессы. Но считаю, что это было не мое. И с 1992 по 2003 мне было не до науки.
Хотя в это время я сделал подготовку для докторской, но это был просто результат тех работ, которые я до этого выполнял. У меня на заводе была первая в России лицензированная по британскому стандарту лаборатория. Огромная аппаратура аэродинамическая, построенная еще при социализме, я просто ее до ума довел. Все свои разработки до 2013 года я оттуда черпал.
Жизнь так сложилась, что я перешел в вуз, но я рад этому, это и есть мое. Правда, опять же с 2006 по 2016 год меня ректор попросил стать проректором по инновационной работе. И 90% времени я тратил на организационную работу. Мы были вторыми после УРФУ в нашем регионе с точки зрения малых инновационных предприятий, у нас их было больше 20, получали много грантов, все это было очень сложно. И науку я делал только по нужде, там 2–3 статьи в год. В 2017 году у нас прошли небольшие изменения в вузе, да и возраст уже. И вот с этого момента уже с накопленными знаниями я начал переосмысливать философию науки. Много читал в интернете, ездил, беседовал. И занялся аппаратами воздушного охлаждения. А поскольку уже был большой опыт, достаточно быстро выстрелили эти аэродинамические схемы. И сегодня, когда мне 70 лет, я считаю, что у меня наступил самый счастливый период в жизни.
Уральские институты развития
В Свердловской области действуют университеты, признанные на международном уровне. Как вы думаете, почему уральская земля считается плодотворной для научных открытий?— Екатеринбург – в нем сконцентрирована тяжелая промышленность, есть определенная концентрация ученых – вузы, Уральское отделение РАН. И это уже само по себе позволяет делать открытия, результаты. Как и в квантовой механике, происходит переход количества в качество.
Нужно собрать в одном месте заказчика – того, кому что-то надо, и тех, кто может создать, изобрести. Только тогда возникнет нужный результат. Если этой концентрации недостаточно, сколько вы ни принимайте постановлений и решений – толку не будет.
Нужен бизнес, который бы хотел иметь реальную прибыль за счет инноваций как источника формирования нового технологического уклада, роста производительности труда, а не за счет интенсификации и в ущерб качеству. У нас есть институты развития, есть серьезные деньги, которые дают как инвестор, так и государство, прекрасно понимая, что именно сюда их надо.
На Урале эта школа еще перед Великой Отечественной войной начала формироваться – металлургическая, биохимическая, машиностроительная школа.
Как стать ученым?
— Во-первых, фактор трудолюбия должен быть. Второе – надо быть в меру коммуникабельным. И третье: если хочешь достичь каких-то результатов, ты должен понимать, что ты за это что-то все равно отдашь в жизни. И ты не должен об этом сожалеть. Понимаете?У меня много было падений и ошибок. Они не были связаны с наукой, но они направили меня в нужное русло. Как говорил Форд, это ступенька к следующему успеху в любом случае. Кто такой эксперт или ученый? Это человек, который совершил максимум ошибок на данный момент.
А вообще, по-моему, Пушкин сказал: «Чтобы быть успешным, надо быть счастливым». Если ты не счастливый, у тебя не будет результатов, поверьте мне. Только наличие какой-то конкретной задачи, о которой ты точно знаешь, что получишь результат. И пусть на пути есть трудности – они решаемы. Вот это все в сочетании с тем, что у тебя крепкий тыл, семья, где тебя ждут. Не понимаю, как можно ходить на работу, как на каторгу.
Я рад, когда коллеги достигают успехов. Почему? А потому что я у них научусь. А другие, наоборот, завидуют. Говорят: «Зачем ты всех помощников включаешь в патенты, в том числе студентов?!».
Я отвечаю: может быть, обо мне потом вспомнят. Ну а студента включаю – может, замотивирую наукой заниматься. Чем больше ты даешь, тем больше ты получаешь. Это не пустые слова, поверьте мне.
Успех и счастье внутри каждого из нас, в разумном сочетании понимания основ науки, искусства и религии, как основных составляющих познания себя и мира.
Фото: ФедералПресс / Антон Федулов
16+
скажешь в каком месте "авиапром уничтожен"?
Твой бред веселит Россиян !
Ты стал популярен, как Петросян🤣🤣🤣
А дураком помрёшь
Видимо профессор уже ближе