Команда ПИШ СПбПУ: защита кандидатских диссертаций и вклад в науку

Передовая инженерная школа Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого «Цифровой инжиниринг» (ПИШ СПбПУ) сосредоточена на подготовке высококвалифицированных инженеров, способных выводить производства на новый уровень и отвечать на актуальные вызовы промышленности, целенаправленно двигаясь к достижению технологического лидерства нашей страны. Одним из ключевых факторов успешной реализации целей программы ПИШ СПбПУ является развитие коллектива школы, обеспечивающего подготовку передовых образовательных программ и разработку наукоемких проектов в интересах индустриальных партнеров.

Ведение совместных проектов с ведущими высокотехнологичными индустриальными партнёрами обеспечивает формирование и развитие у специалистов школы широкого набора компетенций, сфокусированных на интеграции инновационных подходов к развитию бизнеса и внедрении передовых цифровых и производственных технологий, что способствует динамичному росту и повышению конкурентоспособности промышленных предприятий в условиях новых технологических реалий.

В первом полугодии 2025 года инженер отдела энергетического машиностроения ПИШ СПбПУ Александр Чусов и инженер отдела исследования и проектирования механизмов ПИШ СПбПУ Омран Мохаммад успешно защитили диссертации на соискание ученых степеней кандидатов технических наук.

Представленные работы сосредоточены на актуальных фронтирных задачах современной научно-технологической повестки и направлены на развитие передовых цифровых и производственных технологий. Результаты исследований и решения, предложенные соискателями в рамках кандидатских диссертаций, способны оказать влияние на развитие отраслей и ускорить процессы цифровой трансформации промышленности.

13 марта 2025 года инженер отдела энергетического машиностроения ПИШ СПбПУ Александр Чусов представил к защите на диссертационном совете СПбПУ кандидатскую диссертацию, посвященную разработке мультикамерного разрядника с повышенной отключающей способностью.
Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Высшей школы электроэнергетических систем Института энергетики СПбПУ Владимир Фролов.

Работа ставит своей целью создание мультикамерного разрядника нового типа с повышенной отключающей способностью путём совершенствования конструкции разрядной камеры.

• «Грозовые перенапряжения являются одной из основных причин отключения воздушных линий электропередачи и повреждения оборудования. Поиск эффективного и одновременно экономичного метода молниезащиты остаётся одной из наиболее актуальных проблем электроэнергетики. Традиционные методы молниезащиты, такие, как установка на линию грозозащитного троса или нелинейного ограничителя напряжения, показали свою эффективность, однако были выявлены и их слабые стороны, в связи с чем в последние годы стали появляться альтернативные решения.
• Одним из наиболее перспективных устройств является мультикамерный разрядник, обладающий по сравнению с иными методами такими преимуществами, как более высокая устойчивость к прямым ударам молнии и более низкая стоимость»,
  – пояснил Александр Чусов.

Актуальность работы обусловлена необходимостью расширять область применения мультикамерных разрядников, включая в неё линии электропередачи высоких классов напряжения (свыше 110 кВ) и повышать тем самым общую грозозащищённость линий. В процессе подготовки кандидатской диссертации были впервые проведены подробные экспериментальные исследования электрофизических процессов, протекающих внутри мультикамерного разрядника. Также впервые была разработана математическая модель мультикамерного разрядника и основанная на этой модели расчётная методика оценки эффективности технических решений по улучшению конструкции разрядника. Применение расчётной методики при создании прототипа нового устройства позволило добиться повышения эффективности на 16%.

Впервые в истории устройств данного типа были применено математическое моделирование в качестве основного инструмента исследования и проектирования.

В ходе диссертационного исследования Александр Чусов вместе с сотрудниками Высшей школы электроэнергетических систем Института энергетики СПбПУ провел экспериментальные исследования электрофизических процессов в мультикамерном разряднике. В результате были выполнены  измерения основных физических параметров, определяющих работу устройства.

CAD-модель разрядной камеры мультикамерного разрядника в пакете Comsol
Конечно-элементная модель	Постановка задачи моделирования
Расчётное распределение скорости истечения газа из разрядной камеры мультикамерного разрядника	Расчётное распределение температуры в разрядной камере

Значительная часть лёгших в основу диссертации результатов была получена на базе АО НПО «Стример» – крупнейшего в России разработчика и производителя устройств молниезащиты. Результаты испытаний, полученные в лаборатории АО НПО «Стример», позволили провести валидацию математической и компьютерной модели мультикамерного разрядника. Применение разработанной модели в дальнейшем обеспечило возможность разработки прототипа нового устройства с улучшенными характеристиками.

Высокоскоростная камера	Кадры высокоскоростной съёмки истечения газа из разрядной камеры мультикамерного разрядника (временной интервал между кадрами – 20 микросекунд)
Испытания мультикамерного разрядника в высоковольтной лаборатории	Измеренное и расчётное напряжение на искровом промежутке. (валидация)
Прототип мультикамерного разрядника нового типа во время испытаний в высоковольтной лаборатории	Расчётное и измеренное напряжение на разрядной камере мультикамерного разрядника (валидация)
График зависимости отключающей способности прототипа нового разрядника в зависимости от величины напорного объёма (одного из конструктивных параметров разрядной камеры)

• «Работа по данной теме шла почти 10 лет. В процессе разработки мультикамерного разрядника с повышенной отключающей способностью было привлечено несколько научно-исследовательских коллективов, включая представителей Высшей школы электроэнергетических систем СПбГПУ, кафедры радиофизики СПбГУ, Института электрофизики и электроэнергетики Российской Академии Наук, Института Прикладной Физики Плазмы (г. Грайфсвальд, Германия), Технической Школы Рапперсвиля (Швейцария). На мой взгляд, данное исследование является примером успешного синтеза теоретических и экспериментальных исследований»,
  – резюмировал Александр Чусов.

Основные результаты по теме диссертации изложены в 14 научных работах, опубликованных, в том числе в 3 публикациях в научных журналах и в 7 публикациях, индексируемых в международных базах данных.

По итогам защиты все члены диссертационного совета единогласно проголосовали за присуждение инженеру отдела энергетического машиностроения ПИШ СПбПУ Александру Чусову ученой степени кандидата технических наук по научной специальности 2.4.2. «Электротехнические комплексы и системы».

10 июня 2025 года инженер отдела исследования и проектирования механизмов ПИШ СПбПУ Омран Мохаммад представил кандидатскую диссертацию по разработке методики проектирования и оптимизации проточной части низконапорных радиально-осевых гидротурбин на основе двухмерных и трехмерных методов расчета течения.

Научный руководителель – доктор технических наук, профессор Высшей школы энергетического машиностроения Института энергетики СПбПУ Александр Жарковский.

Исследование обладает высокой степенью актуальности и решает практически значимую задачу, так как согласно современными требованиям проектирование радиально-осевых гидротурбин должно обеспечивать высокий КПД и кавитационные характеристики в широком диапазоне режимов работы. В рамках диссертации разработана база данных конструктивных параметров рабочих колес низконапорных радиально-осевых гидротурбин на основе анализа существующих рабочих колес и новых конструкций, полученных с использованием двумерного расчета течения и автоматизации данного подхода. Математическое и компьютерное оделирование трёхмерного вязкого течения для одно- и двухфазных потоков в проточных частях низконапорных радиально-осевых гидротурбин выполнены с использованием ANSYS CFX. Суперкомпьютерное моделирование выполнено на базе Суперкомпьютерного центра СПбПУ «Политехнический».

В ходе диссертационного исследования Омран Мохаммад определил методику оптимизационного проектирования на основе поверхности отклика, реализуемую в несколько последовательных этапов. В работе выполнена автоматизация проектирования отсасывающей трубы радиально-осевой гидротурбины на основе закона распределения площади с автоматическим улучшением формы поперечных сечений трубы итерационным способом, а также её оптимизация, реализуемая в несколько последовательных этапов. Соискатель ученой степени создал несколько программ для автоматизации проектирования радиально-осевых гидротурбин. Эти программы охватывают автоматизированный выбор основных параметров турбины, построение её эксплуатационных характеристик, проектирование спиральной камеры, а также оптимизацию формы лопастей рабочего колеса на основе двумерного течения.

Кавитационно-опасные области на лопастях радиально-осевой гидротурбины при различных режимах работы
Изображение образования пара на лопастях в результате расчёта двухфазного течения при режимах работы P, A и C.
Лицевая сторона лопасти	Тыльная сторона лопасти
Улучшение формы линий тока на лопастях рабочего колеса в результате оптимизации

• «Полученные результаты позволяют существенно сократить время проектирования и повысить эффективность работы гидротурбин в широком диапазоне эксплуатационных режимов. Дальнейшее развитие направления связано с интеграцией методов машинного обучения в процесс оптимизации, расширением базы данных конструктивных решений, а также адаптацией предложенных подходов для турбин других напоров. Выражаю искреннюю благодарность своему научному руководителю Жарковскому Александру Аркадьевичу за ценные научные советы и постоянную поддержку»,
  – отметил инженер отдела исследования и проектирования механизмов ПИШ СПбПУ Омран Мохаммад.

По теме диссертации опубликовано 16 работ, из них 4 работы опубликованы в рецензируемых научных изданиях. Также получено 5 свидетельств о государственной регистрации программ для ЭВМ (РИД).

Защита проходила в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого. Положительные отзывы на автореферат кандидатской диссертации оставили представители ведущих индустриальных партнеров ПИШ СПбПУ, таких как АО «Центральное конструкторское бюро машиностроения» (входит в Госкорпорацию «Росатом») и АО «Силовые машины». На основании единогласного решения диссертационного совета СПбПУ инженеру отдела исследования и проектирования механизмов ПИШ СПбПУ Омрану Мохаммаду была присвоена ученая степень кандидата технических наук по научной специальности 2.5.10 «Гидравлические машины, вакуумная, компрессорная техника, гидро- и пневмосистемы».

Успешные защиты кандидатских диссертаций стали важным этапом в развитии научно-кадрового потенциала ПИШ СПбПУ, подтвердив высокий уровень подготовки специалистов и их способность к проведению самостоятельных исследований.
Защиты диссертаций инженерами ПИШ свидетельствуют о благоприятной научно-исследовательской среде, созданной в ПИШ СПбПУ, которая способствует профессиональному росту и развитию молодых ученых.

В Передовой инженерной школе СПбПУ «Цифровой инжиниринг» активно поддерживаются научные исследования, предоставляется доступ к современной научно-технологической инфраструктуре, организуются научные семинары и конференции, на которых аспиранты, инженеры и молодые ученые представляют свои результаты и обмениваются опытом с коллегами. Руководство ПИШ СПбПУ уделяет особое внимание развитию кадрового потенциала, понимая, что именно квалифицированные специалисты являются ключевым ресурсом школы и залогом ее устойчивого и успешного развития.