Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench® : применение в отрасли беспилотных авиационных систем

Алексей Боровков
К.т.н., ФГАОУ ВО Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, главный конструктор по ключевому научно-технологическому направлению развития СПбПУ «Системный цифровой инжиниринг», директор Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» (ПИШ СПбПУ).

Александр Гордеев
ФГАОУ ВО Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, ведущий -инженер опытного конструкторского бюро, ПИШ СПбПУ.

Михаил Корчков
ФГАОУ ВО Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, главный инженер проекта, «Центр компьютерного инжиниринга» ПИШ СПбПУ.

Александр Себелев
К.т.н., ФГАОУ ВО Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, начальник отдела, «Центр компьютерного инжиниринга» ПИШ СПбПУ.

Игорь Войнов
ФГАОУ ВО Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, начальник отдела конечно-элементной механики и компьютерного инжиниринга, ПИШ СПбПУ.

Екатерина Мартынец
ФГАОУ ВО Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, младший научный сотрудник отдела технологического и промышленного форсайта, ПИШ СПбПУ.

Юрий Рябов
К.полит.н., ФГАОУ ВО Санкт-Петербургский политехничес-кий университет Петра Великого, начальник отдела технологического и промышленного
форсайта, ПИШ СПбПУ.

Статья представляет девятую часть цикла статей «Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников “Digital Twins” CML-Bench^®». Первые три части статьи опубликованы в № 8-10 за 2023 год, четвертая, пятая и шестая — в № 5, 7 и 8 за 2024-й, седьмая — в № 7 за 2025-й, части 8.1 и 8.2 — в № 10 и 11 за 2025 год. Девятая часть цикла статей посвящена описанию ключевых результатов развития цифровой платформы по разработке и применению цифровых двойников
CML-Bench^® в отрасли БАС.
В статье, состоящей из трех разделов, освещены ключевые аспекты проектов беспилотной авиации, реализованных на базе цифровой платформы CML-Bench^®. В первой части (9.1) рассматривается разработка беспилотных воздушных судов с системой вертикального взлета-посадки серии «Снегирь», заделы и достижения в части разработки сверхлегкого самолета для агропромышленности CML-Aeroplane, обозначены ключевые вопросы становления процесса «цифровой сертификации» в рамках национального проекта технологического лидерства «Беспилотные авиационные системы», приведены сведения о реализации Стратегии развития беспилотной авиации РФ до 2030/2035 годов в части оснащения платформы цифровыми (виртуальными) испытательными стендами и полигонами для проведения цифровых испытаний БАС. Вторая часть (9.2) посвящена архитектуре, функциональным модулям и компонентам специализированной версии платформы — ЦП РПЦД БАС. В заключительной части (9.3) представлены результаты создания демонстратора программного комплекса для автоматизированного проектирования и расчета электрических винтомоторных групп беспилотных воздушных судов.

Краткое описание цифровой платформы CML-Bench^®

Новые экономические вызовы и геополитические изменения требуют быстрого освоения сквозных передовых технологий, создания инновационных продуктов и достижения технологического лидерства в приоритетных отраслях промышленности в соответствии с национальными целями развития России [1]. Одной из таких критически важных приоритетных отраслей является беспилотная авиация — быстроразвивающаяся отрасль экономики, которая стимулирует опережающее развитие в смежных высокотехнологичных секторах, включая технологии цифрового проектирования и моделирования, что позволяет заложить основы цифровой трансформации промышленности, а также расширить границы применения беспилотных воздушных судов гражданского и военного назначения.

В 2023 году утверждена Стратегия развития беспилотной авиации РФ на период до 2030 года и на перспективу до 2035 года (Распоряжение Правительства РФ от 21 июня 2023 г. № 1630-р) — [2], в целях реализации которой запущен одноименный национальный проект технологического лидерства. Стратегия определила необходимость кардинального ускорения процессов разработки, производства и сертификации беспилотных воздушных судов (БВС), а также создания принципиально новой цифровой инфраструктуры для проектирования и испытаний БВС.

Ключевым инструментом достижения поставленных целей является цифровой инжиниринг — подход к разработке высокотехнологичных изделий, позволяющий заменить значительную часть дорогостоящих и длительных натурных испытаний цифровыми (виртуальными) испытаниями, а также управлять всем жизненным циклом изделия на основе технологии цифровых двойников. В соответствии с национальным стандартом ГОСТ Р 57700.37—2021 «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения» [3] для разработки цифровых двойников и проведения цифровых испытаний рекомендуется применение программно-технологической платформы, обеспечивающей управление процессами и данными компьютерного моделирования (Simulation Process and Data Management, SPDM-системы [4]).

Важно подчеркнуть, что в ноябре 2023 года ГОСТ Р 57700.37—2021 был официально включен в перечень взаимно признаваемых стандартов в сфере авиастроения между Россией и Китайской Народной Республикой [5], что подтвердило высокий уровень значимости стандарта для развития технологии цифровых двойников не только в национальном, но и международном пространстве.

Российской SPDM-системой является разработка ПИШ СПбПУ — цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников
CML-Bench^® [6; 7]. Платформа прошла многократную отраслевую кастомизацию при выполнении наукоемких проектов для высокотехнологичных отраслей: автомобилестроения, двигателестроения, атомного, нефтегазового и энергетического машиностроения, авиастроения, судостроения, кораблестроения и др.

По состоянию на апрель 2026 года на цифровой платформе CML-Bench^® представлено более 388 тыс. цифровых и проектных решений: в первую очередь верифицированных и валидированных математических, компьютерных и цифровых моделей, обладающих высоким уровнем адекватности реальным материалам, изделиям, физико-механическим, технологическим и эксплуатационным процессам, а также результатов цифровых испытаний, мульти- и междисциплинарных задач механики деформируемого твердого тела, механики жидкости и газа, тепломассообмена, оптимизации и других типов анализа, что является интеллектуальным научно-технологическим заделом (Digital Brainware) и обеспечивает преемственность проектов [8-14]. На платформе также реализованы AI‑функциональные возможности (интеллектуальные помощники, редуцированные модели, многокритериальная многопараметрическая оптимизация), позволяющие ускорять многодисциплинарные расчеты и повышать их эффективность (AI‑функциональные возможности платформы рассмотрены в частях 8.1 и 8.2 цикла статей [15; 16]).

Платформа включена в Единый реестр отечественного программного обеспечения и баз данных (реестровая запись № 9110 от 16.02.2021 г. на основании приказа Минцифры России от 16.02.2021 г. № 84), цифровая платформа CML-Bench^® имеет статус «средство управления процессами и данными компьютерного моделирования (SPDM)» по основному классу [7].

CML-Bench^® интегрирует более 225 программных систем и модулей, включая передовые CAD-, CAE-, CAO-, PDM- и PLM-решения. Среди интегрированных отечественных CAE-систем: FlowVision (ООО «Тесис»), CAE Fidesys (ООО «Фидесис»), Универсальный механизм (ООО «Вычислительная механика»), ELCUT 6.6 (ООО «Тор»), QForm (ООО «Кванторформ»), ЛОГОС (РФЯЦ-ВНИИЭФ) — [13] и др. Для решения задач импортозамещения в части управления жизненным циклом разработан модуль миграции данных из Siemens Teamcenter (PLM) на CML-Bench^® [13].

Многолетний опыт и накопленный научно-технологический задел легли в основу создания специализированной версии платформы для отрасли беспилотных авиационных систем — Цифровой платформы разработки и применения цифровых двойников БАС (ЦП РПЦД БАС). В марте 2023 года ПИШ СПбПУ разработала концепцию единой среды проектирования БАС на базе CML-Bench^®, которая затем была закреплена в Стратегии развития беспилотной авиации (пункт 2.4 плана мероприятий): «Cоздание и развитие отечественной цифровой платформы в целях оптимизации методик проектирования беспилотных авиационных систем и их компонентов» [2].

В 2024 году ПИШ СПбПУ заключила стратегический контракт с АНО «Федеральный центр БАС» на выполнение работ по развитию системы цифровых (виртуальных) испытательных стендов (далее — ВИС) и полигонов (ВИП), проведению цифровых испытаний элементов БВС [17], что подтвердило статус ПИШ СПбПУ в качестве полноправного участника реализации национального проекта технологического лидерства по развитию БАС.

Цифровая платформа разработки и применения цифровых двойников БАС (ЦП РПЦД БАС) на базе CML-Bench^® является не просто программным продуктом, а системообразующим элементом формирующейся отрасли беспилотной авиации России, поскольку обеспечивает сквозной цифровой процесс проектирования, цифровых испытаний и «цифровой сертификации», а также служит базой для накопления моделей, знаний, компетенций и лучших практик. Подробнее результаты данной работы по разработке и наполнению ЦП РПЦД БАС будут представлены в части 9.2 цикла статей.

В 2023-2026 годах ПИШ СПбПУ были достигнуты значительные результаты, рассматриваемые в части 9.1 цикла статей:

• отработаны структура и принципы создания цифровых (виртуальных) испытательных стендов (ВИС), цифровых (виртуальных) испытательных полигонов (ВИП), параметрических шаблонов численных математических моделей (ПШЧММ) и численных математических моделей (ЧММ) для элементов БВС и конструкции БВС в целом на цифровой платформе CML-Bench^®;
• разработаны опытные образцы беспилотных летательных аппаратов серии «Снегирь»: «Снегирь-1» (разработан от идеи до первого полета за рекордные пять месяцев), «Снегирь-1.5» (проведены усовершенствования цифровых моделей на базе цифровой платформы, отработана система управления) и «Снегирь-2» (улучшены характеристики, повышена устойчивость, внедрена модульность конструкции, унификация с возможностью быстрой сборки, разборки, замены элементов), которые успешно прошли летные испытания;
• победа команды ПИШ СПбПУ на Чемпионате России по спорту сверхлегкой авиации на модернизированном самолете МИКС‑500 [18] в дисциплине «Микросамолет-1», что стало первым этапом создания нового сверхлегкого самолета CML-Aeroplane с применением подхода «цифровой сертификации» на базе цифровой платформы CML-Bench^®;
• разработан оригинальный электродвигатель CML_03 с улучшенными тяговыми характеристиками для решения задач импортозамещения;
• проведено тестирование платформы ЦП РПЦД БАС специалистами компаний-разработчиков БАС по результатам обучения по работе на платформе. Обучение проводилось на базе инженерных задач компаний-разработчиков БАС (рассмотрены задачи для шести различных типов БВС: самолетного, вертолетного, мультироторного типа, конвертоплан, гидросамолет, циклолет и др.).

Особое значение для развития отрасли имеет внедрение «цифровой сертификации»1 — этот термин введен в нормативное поле в редакции ПИШ СПбПУ и закреплен в Распоряжении Правительства РФ № 3113-р
от 7 ноября 2023 года (а также в ред. Распоряжения Правительства РФ от 26 февраля 2026 г. № 378-р)
[19; 20] — более подробно см. ниже. В ноябре 2025 года на VII Всероссийском форуме «Передовые цифровые и производственные технологии», который ежегодно организует ПИШ СПбПУ, состоялся круглый стол «Сертификация БАС», в котором приняли участие представители АНО «ФЦ БАС», Союза авиапроизводителей России, ЦАГИ и других организаций.

В ходе круглого стола обсуждался, в частности, риск-ориентированный подход к сертификации (с 1 марта 2026 года в Воздушный кодекс введено понятие «дифференцированный и соразмерный подход»), а также предложение об аккредитации цифровых (виртуальных) испытательных полигонов (ВИП) в Росавиации как официальных испытательных лабораторий. Такой подход обеспечит прохождение натурных сертификационных испытаний с первого раза и, в перспективе, позволит признавать результаты цифровых испытаний наравне с натурными, что кратно сократит сроки и стоимость вывода БВС на рынок, и является критически важным для формирования процедур «цифровой сертификации» в стране.

Цифровые испытания элементов БВС на цифровой платформе CML-Bench^®

В методологии системного цифрового инжиниринга, реализованной на платформе CML-Bench^®, первостепенным этапом в разработке беспилотного воздушного судна (БВС) является его иерархическая декомпозиция на функциональные и конструктивные подсистемы (рис. 1). Такая декомпозиция опирается на положения национальных стандартов — в частности, ГОСТ Р 59517—2021 «Беспилотные авиационные системы. Классификация и категоризация», ГОСТ Р 59519—2021 «БАС. Компоненты БАС. Спецификация и общие технические требования» и ГОСТ Р 59518—2021 «БАС. Порядок разработки». На их основе формируется структура, включающая шесть укрупненных подсистем: планер/конструкция, силовая установка, топливо, целевая нагрузка, снаряжение и спецоборудование, а также бортовое оборудование и системы. Каждая подсистема детализируется до конкретных компонентов: крыла, фюзеляжа, оперения, шасси, двигателя, винтов, топливной системы, аккумуляторных батарей и т.д.

Рис. 1. Декомпозиция структурно-функциональной схемы БВС
(Источник: ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг»)

Рассмотренная декомпозиция позволяет систематизировать проведение комплекса цифровых (виртуальных) испытаний двух критически важных основных подсистем:

•  планер/конструкция — на платформе реализованы ВИС и ВИП для расчетов аэродинамики, аэроупругости и нагрузок, прочности, а также моделирования испытаний образцов материалов, включая композиционные материалы. Цифровые испытания охватывают как отдельные элементы (крыло, фюзеляж, оперение, шасси и др.), так и их взаимодействие в составе всей конструкции;
•  силовая установка — платформа поддерживает цифровые испытания двигателей всех типов, применяемых в БАС: электрических (с возможностью моделирования винтомоторных групп), поршневых, турбовинтовых, газотурбинных, гибридных.

Таким образом, в процессе декомпозиции конструкции БВС формируется структурно-функциональная схема, на основе которой на платформе CML-Bench^® строятся автоматизированные расчетные цепочки, определяются необходимые ВИС и формируется доказательная документация для демонстрации соответствия требованиям сертификационного базиса в рамках реализации процедур «цифровой сертификации». Именно такой подход позволяет перейти от изолированных испытаний компонентов к сквозному цифровому моделированию всей системы БВС, что значительно сокращает сроки и стоимость разработки.

На основе выполненной декомпозиции БВС на платформе CML-Bench^® формируется иерархическая структура цифровых (виртуальных) испытаний, охватывающая все ключевые подсистемы и режимы эксплуатации (рис. 2). Эта структура реализована в виде взаимосвязанных ВИС и ВИП, каждый из которых предназначен для решения конкретных задач математического и компьютерного моделирования.

На цифровой платформе реализованы следующие ключевые ВИП:

•  цифровой (виртуальный) испытательный полигон (ВИП) «Аэродинамика» объединяет ВИС для расчета характеристик крыла (построение поляр, кривых Жуковского, зависимостей аэродинамического качества от углов атаки и др.), аэродинамики БВС в самолетном режиме, аэродинамики устойчивости и управляемости и др. Для каждого ВИС используются соответствующие численные математические модели: от 2D-профилей крыла до полных 3D-моделей БВС с отклоненными рулевыми поверхностями, изменением углов крена, тангажа и рыскания и т.д.;
•  цифровой (виртуальный) испытательный полигон (ВИП) «Аэроупругость и нагрузки» включает ВИС для расчета полетных и наземных нагрузок, а также решения задач аэроупругости, что позволяет оценивать поведение конструкции под действием аэродинамических сил и обеспечивать безопасность от явлений аэроупругости;
•  цифровой (виртуальный) испытательный полигон (ВИП) «Прочность» охватывает статическую, динамическую и усталостную прочность, а также оценку интегральных жесткостных характеристик конструкции БВС. Цифровые испытания на этих ВИС позволяют обеспечить соответствие нормативным требованиям в части обеспечения прочности конструкции БВС и ее элементов, а также прохождение натурных испытаний с первого раза.

Отдельные ВИП предназначены для испытаний материалов — ВИП «Композиционные материалы», ВИП «Металлические материалы», ВИП «Неметаллические материалы». Для каждого типа материалов созданы соответствующие ВИС для испытаний образцов на растяжение, сжатие, сдвиг, изгиб, кручение, срез, ударное повреждение и т.д. Это позволяет формировать математические модели материалов, используемых в конструкции БВС, обладающих высоким уровнем адекватности, прошедших полный цикл цифровых испытаний и процедуры валидации, в том числе на основе результатов натурных испытаний, и применять их при расчетах конструкции в ВИП «Прочность».

Важное место занимает ВИП «Электромоторы», на котором проводятся цифровые испытания электродвигателей: определение собственных частот колебаний, продувка для оценки аэродинамического сопротивления и охлаждения, электромагнитные расчеты и анализ теплового состояния. Это особенно актуально для электрических и гибридных силовых установок, которые активно применяются в современных БВС.

Таким образом, разработанная и представленная иерархическая структура ВИП и ВИС на платформе CML-Bench^® обеспечивает большой объем цифровых испытаний (только в 2024-2025 гг. разработаны и использовались в практике проектирования БВС разного типа 1800 ЧММ, 30 ПШЧММ, 75 ВИС и 20 ВИП) — от аэродинамики и нагрузок до прочности и работы двигателей, что представляет фундаментальную основу для «цифровой сертификации» беспилотных воздушных судов (рис. 2). При этом иерархическая структура ВИП и ВИС дополняется и совершенствуется по результатам эксплуатации платформы CML-Bench^® сотрудниками ПИШ СПбПУ и разработчиками БВС.

Рис. 2. Иерархическая структура цифровых (виртуальных) испытаний БВС
на цифровой платформе CML-Bench® (Источник: ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг»)

Семейство БВС «Снегирь» — от идеи до летной лаборатории за пять месяцев

В августе 2023 года специалисты ПИШ СПбПУ в инициативном порядке приступили к разработке БВС гибридной схемы (вертикальный взлет/посадка + горизонтальный полет). Всего за пять месяцев — от формулировки требований до первого полета — был создан опытный образец «Снегирь-1» (рис. 3). Реализация проекта в короткие сроки стала возможной исключительно благодаря применению инструментов системного цифрового инжиниринга и цифровых испытаний на платформе CML-Bench^®.

Рис. 3. Семейство БВС «Снегирь» (Источник: ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг»)

В ходе реализации проекта на цифровой платформе CML-Bench^® было проведено более 300 многовариантных цифровых испытаний по аэродинамике, прочности и аэроупругости, что позволило оптимизировать компоновку, конструкцию и улучшить характеристики летательного аппарата, в первую очередь аэродинамические и весовые характеристики. После изготовления опытного образца БВС были проведены летные испытания для подтверждения заявленных характеристик.

В марте 2024 года макет «Снегирь-1» был представлен Первому Заместителю Председателя Правительства РФ Д.В. Мантурову на Всемирном фестивале молодежи (ВМФ-2024), а также Специальному представителю Президента РФ по вопросам цифрового и технологического развития, генеральному директору АНО «Платформа НТИ» Д.Н. Пескову и 40 отраслевым экспертам, руководителям производственных предприятий, АНО «Платформа НТИ» и АНО «Университет 2035» в рамках семинара по формуле автономности дрона под председательством Дмитрия Пескова в ПИШ СПбПУ.

Накопленные в процессе разработки БВС «Снегирь-1» цифровые данные (около 70% проектной информации) использованы для быстрого создания усовершенствованной модели «Снегирь-1.5» (2024 год). Созданные в рамках проекта «Снегирь-1» ВИП и ВИС, настроенные автоматизированные расчетные цепочки, параметризация граничных условий, варьирование материалов существенно сократили сроки разработки усовершенствованной модели.

В рамках проектирования БВС «Снегирь-1.5» на платформе CML-Bench^® дополнительно разработаны специализированные ВИС, включая ВИС «Аэродинамический базис», «Модальный анализ», «Полетные нагрузки» и др. Это позволило эффективно провести расширенный цикл цифровых испытаний и изготовить БВС. В августе 2024 года «Снегирь-1.5» был представлен на форуме «Армия-2024», а в июле 2025 года — на выставке ИННОПРОМ-2025.

В 2025 году завершена разработка «Снегирь-2» — аппарата с улучшенными летно-техническими характеристиками (рис. 4). При его проектировании активно использовались редуцированные модели (ROM), построенные с помощью AI‑функциональных возможностей платформы (CML-Bench^®.RomAI) [15; 16].

Рис. 4. Беспилотное воздушное судно «Снегирь-2»
(Источник: ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг»)

Искусственный интеллект и редуцированные модели на платформе CML-Bench^®

В частях 8.1 и 8.2 цикла статей рассмотрены три подсистемы, реализованные на платформе 
CML-Bench^® [15; 16]:

•  CML-Bench^®.AI-Assistant для интеллектуальной поддержки принятия решений инженерами в процессе создания цифровых двойников изделий;
•  CML-Bench^®.RomAI для построения редуцированных (ROM — Reduced Order Models) и суррогатных моделей;
•  CML-Bench^®.OptiCore для многопараметрической многокритериальной оптимизации.

В отрасли беспилотной авиации данные подсистемы применены, в частности, для построения редуцированной модели воздушного обтекания БВС самолетного типа (рис. 5). Проведение цифрового испытания на суперкомпьютере с использованием полномасштабной CFD-модели занимает около 10 часов (4400 ядро-часов). ROM-модель, построенная на основе нескольких десятков таких расчетов, получает решение за 200 миллисекунд с максимальным отличием от полномасштабной CFD-модели в 1,87%. Тем самым достигнуто ускорение расчетов в миллион раз.

Рис. 5. Применение CML-Bench®.RomAI для построения редуцированной модели лопасти БВС (Источник: ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг»)

Это позволило инженерам-конструкторам в режиме реального времени (на летающей лаборатории «Снегирь-1» или при проектировании «Снегирь-2») оценивать влияние изменения геометрии крыла, угла атаки или скорости на аэродинамические характеристики, не дожидаясь очереди для расчетов на суперкомпьютере. Аналогичные ROM-модели разрабатываются для решения задач прочности, аэроупругости, тепломассообмена. Разработка редуцированных моделей на платформе CML-Bench^® в рамках подсистемы CML-Bench^®.RomAI соответствует оригинальному CML-подходу (NonLinear MultiPhysics CAE & ROM)-Based AI/ML.

Легкомоторный самолет CML-Aeroplane и победа в чемпионате

В 2025 году в рамках реализации ключевого научно-технологического направления развития СПбПУ «Системный цифровой инжиниринг» (КНТН-1) стартовал проект по созданию легкомоторного самолета CML-Aeroplane. Первым этапом стала модернизация существующего сверхлегкого самолета МИКС-500 (модификация Х32 МИКС) аэроклуба АСТК «АЭРОМИКС».

Инженеры ОКБ ПИШ СПбПУ выполнили на платформе CML-Bench^® комплекс цифровых испытаний по оценке аэродинамических характеристик сверхлегкого самолета. Использование методов вычислительной аэродинамики (CFD) и суперкомпьютерного моделирования позволило провести десятки испытаний и получить поля скоростей, давлений и вихревых структур для самолета и отдельных его конструктивных элементов в различных режимах полета (взлет, крейсерский полет, посадка) на сеточных моделях в десятки и даже сотни миллионов ячеек. Особое внимание уделено вихреобразованию за стойками шасси и подкосами крыла, где для получения картины завихренности использовалась гибридная вихреразрешающая DES-модель (рис. 6).

Рис. 6. Визуализация результатов суперкомпьютерного моделирования вихреобразования потока позади шасси самолета: а — без обтекателя; б — с обтекателем, включая отображение распределения давления (Источник: ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг»)

По результатам цифровых испытаний спроектированы и установлены обтекатели колес передней и основных опор, для подкосов крыла спроектирован профиль, уменьшающий аэродинамическое сопротивление. После внесения изменений повторно проведен комплекс цифровых испытаний модернизированной конфигурации.

Сравнение результатов «до» и «после» показало уменьшение коэффициента лобового сопротивления и интенсивности вихрей за шасси на 3%, улучшение аэродинамического качества, снижение нагрузок на конструкцию.

Модернизированный самолет успешно прошел летные испытания. Сопоставление данных реальных полетов (телеметрия, показания датчиков, субъективные оценки пилота) с расчетными характеристиками подтвердило высокую адекватность цифровых моделей — расхождение не превысило 3-5%.

В августе 2025 года на аэродроме «Серёдка» (Псковская область) прошел Чемпионат России по спорту сверхлегкой авиации. Команда ПИШ СПбПУ впервые принимала участие в чемпионате подобного уровня, что потребовало существенной предварительной подготовки как инженеров, так и пилотов, и выступила на доработанном самолете МИКС-500 в дисциплине «Микросамолет-1». По результатам соревнований команда одержала победу (рис. 7) — [18].

Рис. 7. Команда Петербургского Политеха победила в Чемпионате России по спорту сверхлегкой авиации (Источник: ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг»)

Модернизация МИКС-500 — это демонстрационный проект, показавший, что цифровые испытания способны обеспечить быструю и достоверную оптимизацию реального авиационного изделия. Полученный опыт и валидированные модели будут использованы в 2026-2027 годах при создании на базе CML-Bench^® полноценного цифрового двойника нового беспилотного воздушного судна для агропромышленности CML-Aeroplane, а также при изготовлении опытного образца. На основе цифрового двойника в конструкции прорабатываются следующие задачи:

• внедрение передовых композиционных материалов;
• уменьшение веса с сохранением жесткостных и прочностных характеристик;
• улучшение аэродинамических характеристик;
• оптимизация конструктивно-силовой схемы.

По сравнению с традиционным Ан-2, новое БВС CML-Aeroplane сможет взлетать с небольших площадок (50×100 м), экономить химикаты на 20-30% за счет ультрамалообъемного опрыскивания и использовать мощный турбулентный поток от толкающего винта для обработки нижней стороны листьев. Все эти режимы прорабатываются с применением суперкомпьютерного моделирования на платформе CML-Bench^®.

Разработка электродвигателя для БВС

Одним из ключевых вызовов для формируемой отрасли беспилотной авиации является замещение иностранных комплектующих, в частности — электродвигателей для беспилотных летательных аппаратов. Инженеры ПИШ СПбПУ решили эту проблему, создав собственный электродвигатель CML_03 с улучшенными тяговыми характеристиками полностью из российских материалов [21].

Работа над CML_03 велась с применением полного цикла системного цифрового инжиниринга на платформе CML-Bench^®:

•  изучение лучших зарубежных образцов — проведены стендовые испытания нескольких типов доступных зарубежных электродвигателей, получены их реальные характеристики (тяга, КПД, тепловыделение, надежность);
•  построение математических и компьютерных моделей — на платформе CML-Bench^® спроектирован электродвигатель, в частности созданы мультидисциплинарные модели, описывающие электромагнитные, тепловые и механические процессы. Модели параметризованы, что позволяет быстро изменять количество полюсов, форму магнитов, геометрию зубцов статора и другие параметры;
•  цифровые (виртуальные) испытания — выполнена серия цифровых испытаний для оптимизации конструкции, исследовано влияние:
  • количества полюсов на момент и равномерность вращения,
  • формы магнитов на распределение магнитного поля,
  • геометрии коронок зубцов на потери в стали и перегрев;
•  изготовление и испытания опытного образца — на основе оптимизированной цифровой модели был изготовлен и испытан на стенде электродвигатель CML_03;
•  валидация моделей — результаты цифровых испытаний были сопоставлены с данными натурных стендовых экспериментов (на реальных прототипах), подтверждено достижение высокой адекватности разработанных моделей и проведенных цифровых испытаний — цифровая модель достоверно отражает поведение реального двигателя.

По сравнению с лучшими зарубежными аналогами (в частности, двигателями, широко применяемыми в БВС мультироторного и самолетного типов), CML_03 обеспечивает:

•  увеличение пиковой мощности на 15% благодаря оптимизации магнитной системы и обмоток;
•  повышение КПД на 2%, что критически важно для увеличения дальности и времени полета БПЛА;
•  снижение массы на 10% за счет оптимизации формы магнитов и коронок зубцов без потери прочности.

Опытный образец электродвигателя CML_03 был представлен в ходе визита делегации Республики Татарстан во главе с раисом Рустамом Миннихановым в ПИШ СПбПУ (апрель 2025 года).

«Цифровая сертификация» и риск-ориентированный подход

В ноябре 2025 года на VII Всероссийском форуме «Передовые цифровые и производственные технологии» в ПИШ СПбПУ состоялся круглый стол «Сертификация БАС» с участием генерального директора Союза авиапроизводителей России А.Д. Рогозина, заместителя генерального директора АНО «ФЦ БАС» Д.С. Иванова, заместителя генерального директора «Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ) им. Н.Е. Жуковского» К.С. Анисимова и других экспертов отрасли [22]. Ключевым вопросом для обсуждения стал переход к риск-ориентированному подходу: технические требования к БАС дифференцируются в зависимости от ожидаемых рисков эксплуатации (низкий, средний, высокий). Это позволяет не предъявлять избыточных требований к простым БВС, работающим над безлюдной местностью, и ужесточать их для тяжелых БВС, эксплуатируемых над городской застройкой.

С 1 марта 2026 года в Воздушном кодексе РФ введено понятие «дифференцированный и соразмерный подход», а также создан новый класс воздушного пространства «Н» для снижения рисков [23]. Обязательными становятся удаленная идентификация и система прекращения полета. При этом эксперты пояснили, что математическое моделирование — ключевой способ ускорения сертификации: цифровые испытания не заменяют натурные испытания, которые служат основой для валидации математических моделей [22], и обеспечивают прохождение сертификационных испытаний с первого раза.

Важным шагом также стало предложение зарегистрировать цифровые испытательные полигоны в Росавиации как официальные испытательные лаборатории, что было озвучено на VII Всероссийском форуме [22]. Если цифровой (виртуальный) испытательный стенд (ВИС) будет определен в качестве такового, то результаты проведенных на нем цифровых испытаний можно будет предъявлять в составе доказательной документации наравне с натурными. АНО «ФЦ БАС» анонсировал пилотный проект по полной сертификации БВС массой более 30 кг (получение сертификата типа) с использованием Цифровой платформы разработки и применения цифровых двойников БАС, разрабатываемой ПИШ СПбПУ.

Экономический эффект очевиден: традиционная сертификация тяжелого БПЛА (например, БАС200, тяжелый БПЛА вертолетного типа, предназначенный для транспортировки грузов до 50 кг, разработанный АО «НЦВ Миль и Камов», входит в Госкорпорацию «Ростех») обошлась в 142 млн руб. и заняла более полутора лет [13; 24; 25]. Внедрение «цифровой сертификации» на базе CML-Bench^® позволяет сократить сроки в 2-3 раза и снизить затраты не менее чем на 40%, что подтверждено представителями отрасли.

В этом направлении важно отметить глобальный тренд на переход авиационной промышленности к парадигме «цифровой сертификации»: документами NASA 2021 года (включая Руководство по «цифровой сертификации» самолетов NASA и дорожную карту по «цифровой сертификации» самолетов и авиадвигателей) предусмотрено достижение основной цели — «сертификация на основе численного моделирования» (Certification by Simulation) к 2040 году [26; 27].

Заключение

Успехи ПИШ СПбПУ в области беспилотной и легкой авиации стали возможны благодаря многолетнему опыту в области системного цифрового инжиниринга и применению цифровой платформы CML-Bench^®. Именно внедрение технологии цифровых двойников, многовариантные цифровые испытания на специализированных цифровых испытательных стендах и полигонах, сквозное управление требованиями и данными позволяют инженерам ПИШ СПбПУ разрабатывать, модернизировать и выводить на испытания сложные авиационные изделия в рекордно короткие сроки с минимальными затратами.

Представленная девятая часть цикла статей описывает результаты развития технологии цифровых двойников в отрасли беспилотной авиации в рамках реализации проектов с применением отечественной SPDM-системы цифровой платформы CML-Bench^®. Платформа претерпела эволюцию — из универсального инструмента цифрового инжиниринга в специализированное отраслевое решение — цифровую платформу разработки и применения цифровых двойников БАС (более подробно см. в части 9.2), которая полностью соответствует задачам Стратегии развития беспилотной авиации РФ и национального проекта технологического лидерства «Беспилотные авиационные системы».

В рамках деятельности в области беспилотных систем в марте 2026 года Передовая инженерная школа СПбПУ «Цифровой инжиниринг» представила новую магистерскую программу «Системный цифровой инжиниринг беспилотных авиационных систем» (набор — с сентября 2026 года) [28]. Программа нацелена на подготовку инженеров, владеющих методологией системного цифрового инжиниринга, сквозного цифрового проектирования, разработки цифровых двойников, проведения цифровых испытаний и «цифровой сертификации» БВС на базе платформы CML-Bench^®. С первого семестра магистранты будут вовлечены в реализацию реальных НИОКР по заказам индустриальных партнеров — предприятий авиастроения и беспилотной авиации. В частности, студенты будут:

• разрабатывать математические и компьютерные модели БВС;
• проводить многовариантные цифровые испытания на специализированных ВИС и ВИП — аэродинамика, прочность, аэроупругость, нагрузки и др.;
• использовать технологию цифровых двойников для оптимизации конструкции;
• участвовать в разработке и изготовлении опытных образцов БВС, проведении летных испытаний на базе Опытного конструкторского бюро (ОКБ) ПИШ СПбПУ.

На платформе возможно автоматическое формирование «цифрового следа» каждого студента: фиксируются созданные модели, проведенные цифровые испытания, полученные результаты и их соответствие требованиям [13].

Таким образом, магистерская программа ПИШ СПбПУ «Системный цифровой инжиниринг беспилотных авиационных систем» — это не просто обучение, а встроенный механизм генерации, накопления и использования инженерных знаний на платформе CML-Bench^®,
что напрямую способствует достижению технологического лидерства России в беспилотной авиации.

В следующих частях цикла статей будут рассмотрены вопросы архитектуры отраслевой платформы для беспилотной авиации ЦП РПЦД БАС (часть 9.2) и результаты реализации проекта по разработке демонстратора программного комплекса проектирования электродвигателей БВС [29] — часть 9.3.

Список источников:

1.   Указ Президента РФ от 7 мая 2024 г. № 309 «О национальных целях развития РФ на период до 2030 года и на перспективу до 2036 года». URL: http://publication.pravo.gov.ru/document/0001202405070015.
2.  Распоряжение Правительства РФ от 21 июня 2023 г. № 1630-р. URL: http://static.government.ru/media/files/3m4AHa9s3PrYTDr316ibUtyEVUpnRT2x.pdf.
3.  ГОСТ Р 57700.37—2021 Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения. URL: https://protect.gost.ru/document.aspx?control=7&id=241313.
4.  Приказ Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций РФ от 22 сентября 2020 г. № 486. URL: https://base.garant.ru/74832091/.
5.  Китай официально признал российский ГОСТ Р 57700.37—2021 Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения. URL: https://fea.ru/news/8683.
6.  CML-Bench^® — цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников. URL: https://cml-bench.ru/.
7.  Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench^® — Реестр программного обеспечения. URL: https://reestr.digital.gov.ru/reestr/310460/?sphrase_id=1514023.
8.  Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench^® (часть 1) / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2023. № 8. С. 42-51.
9.  Боровков А.И. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench^® (часть 2) / А.И. Боровков, В.В. Бураков // САПР и графика. 2023. № 9. С. 54-64.
10. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench^® (часть 3) / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2023. № 10. С. 50-62.
11. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench^® (часть 4) / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2024. № 5. С. 4-12.
12. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench^® (часть 5) / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2024. № 7. С. 4-16.
13. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench^® (часть 6) / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2024. № 8. С. 12-24.
14. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench^® (часть 7): разработка и применение цифровых двойников композиционных материалов / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2025. № 7. С. 4-18.
15. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench^® (часть 8.1): применение параметрической оптимизации, методов машинного обучения и генеративного искусственного интеллекта при разработке цифровых двойников изделий / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2025. № 10. С. 19-29.
16. Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников «Digital Twins» CML-Bench^® (часть 8.2): применение параметрической оптимизации, методов машинного обучения и генеративного искусственного интеллекта при разработке цифровых двойников изделий / А.И. Боровков [и др.] // САПР и графика. 2025. № 11. С. 32-41.
17. Передовая инженерная школа СПбПУ «Цифровой инжиниринг» выиграла стратегически важный конкурс и заключила контракт с АНО «Федеральный центр беспилотных авиационных систем». URL: https://fea.ru/news/8904.
18. Команда Петербургского Политеха победила в Чемпионате России по спорту сверхлегкой авиации. URL: https://pish.spbstu.ru/news/9171.
19. Распоряжение Правительства РФ от 07.11.2023 г. № 3113-р. URL: http://government.ru/docs/all/150406/.
20. Правительство актуализировало стратегическое направление в области цифровой трансформации обрабатывающих отраслей промышленности. URL: http://government.ru/news/57959/.
21. Инженеры Научного центра мирового уровня СПбПУ «Передовые цифровые технологии» разработали и изготовили электродвигатель для беспилотников. URL: https://nticenter.spbstu.ru/news/8944.
22. «Сертификация БАС» — круглый стол на VII Всероссийском форуме «Передовые цифровые и производственные технологии» в СПбПУ. URL: https://fea.ru/news/9283.
23. Воздушный кодекс РФ от 19 марта 1997 г. N 60-ФЗ (с изм. и доп.). URL: https://base.garant.ru/10200300/9db18ed28bd6c0256461e303941d7e7a/.
24. Минтранс РФ установил ценовой предел для сертификации беспилотников до 30-70 млн руб. URL: https://www.interfax.ru/russia/898017.
25. Сертификация БАС обходится в 150 млн рублей. URL: https://dronus.ru/news/sertifikatsiya-bespilotnika.
26. High-Lift Common Research Model (CRM-HL) — NASA, 2021. URL: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20210010908/downloads/06-NASA-IFAR-Cert-CRM-HL-Wahls-final.pdf.
27. NASA/CR-20210015404 A Guide for Aircraft Certification by Analysis. URL: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20210015404/downloads/NASA-CR-20210015404%20updated.pdf.
28. В ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг» открыта новая магистерская программа «Системный цифровой инжиниринг беспилотных авиационных систем». URL: https://fea.ru/news/9324.
29. Архипелаг-2025: Специалисты ПИШ СПбПУ представили демонстратор программного комплекса автоматизированного проектирования и расчета электрических винтомоторных групп беспилотных воздушных судов на выставке-конкурсе «Дрон-гараж». URL: https://pish.spbstu.ru/news/9174.