Основные научные направления кафедры с аннотацией основных научных результатов

Основные научные направления кафедры высшей математики и теоретической механики имени С.Ф.Сайкина с аннотацией основных научных результатов

Научные направления кафедры:

1. Математические модели и их приложения.

Рассматриваются задачи математической физики в приложениях к задачам механики, теоретической физики, электротехники, экологии и других отраслей науки. Проводится аналитический и численный анализ решений некоторых классов линейных и нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений. Результаты исследований публикуются в центральных и зарубежных научных журналах.

2. Ветро- и гидроэнергетические установки нового типа.

В рамках данного направления проводится исследование и разработка инновационных ветро-и гидроэнергетических установок нового типа. Теоретические  исследования подкрепляются экспериментами на действующих моделях. На данный момент реализованы следующие инновационные решения: простое и эффективное адаптивное управление крыльями, являющееся «ноу-хау» разработчиков. С помощью системы адаптивного управления крылья автоматически изменяют свою конфигурацию и угол установки в зависимости от направления ветра. В отличие от традиционных ветророторов в данной установке во время движения ротора и динамического взаимодействия крыла и закрылка, которые совершают колебательные движения около своих осей, возникает дополнительная тяга. В настоящее время изготовлен опытный образец ветроэнергоустановки со следующими характеристиками:

  • Электрическая мощность – 1 кВт
  • Минимальная скорость ветра, при которой осуществляется старт – 0,5 м/с
  • Устойчивый заряд АКБ при скорости ветра – 1,5 м/с.
  • Номинальная скорость ветра – 5 м/с
  • Вес укомплектованной установки – 200 кг.

Высокая эффективность ветроустановки обеспечивается благодаря следующим факторам:

  • Высокий коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ = 0,48-0.5) при сравнительно небольших скоростях ветра (2-5 м/с),
  • Отсутствует необходимость наведения на ветер,
  • Равномерное снятие энергии со всей поверхности крыла,
  • Тонкий – быстроходный - профиль крыла (NACA 0006).
  • Использование щелевых закрылок типа «Фаулера» и механизации крыла.
  • Отсутствие шума, что позволяет монтировать установки на крышах и в непосредственной близости от жилых зданий.

Применяемые в производстве ветроустановки инновационные технологические решения позволяют повысить эффективность использования ветра и снизить стоимость вырабатываемой электроэнергии.

3. Создание и развитие флуктуационно-шумовой метрологии.

Развитие этого направления позволит заложить основы единого метрологического анализа всех реальных экспериментов, в основе которых лежат измерения, основанные на воспроизводимости данных.

Решаемые задачи:

  • Разработка неинвазивных (не вносящих неконтролируемых ошибок) и безмодельных методов обработки и анализа сигналов и шумов различной природы.
  • Определение границ применимости и последующая оптимизация разработанных неинвазивных и безмодельных методов.
  • Выработка рекомендаций для применения разработанных неинвазивных и безмодельных методов обработки и анализа спектров, сигналов и шумов в различных областях науки и техники (вибродиагностика, акустическая диагностика, оптика, шумометрия, сигналы от биологических систем, обработка и анализ медицинских и фармокологических данных, диэлектрическая спектроскопия и т.д.).

Новизна предлагаемых методов состоит в том, что они позволяют помимо сигналов "прочитать" также чисто шумовые флуктуации и, тем самым, получить их универсальные количественные характеристики.

4. Изучение и моделирование механизмов мобильного реагирования самоорганизующихся биосистем на неблагоприятные внешние воздействия.

Исследования базируются на представлении, согласно которому  консолидированные самоорганизующиеся биокомплексы представляют собой сложные динамические системы, нормальное функционирование которых  обеспечивает возможность противостоять дестабилизирующим факторам окружающей среды при экономном расходовании энергетических ресурсов, что достигается использованием средств мобильного  реагирования на неблагоприятные изменения абиотических факторов среды. Изучение и моделирование процессов тепло- и массопереноса в консолидированных скоплениях животных актуально для понимания физиологических механизмов терморегуляции у гомойотермных организмов. Сравнительный анализ изучения  толерантности к гипо- и гипертермии, гипоксии, насыщению воздуха водяными парами, электромагнитному полю и другим неблагоприятным воздействиям на отдельных особей и их консолидированные группы различной численности важно для понимания общих принципов развития социальности. Анализ средств сигнального взаимодействия в скоплениях насекомых важен для выявления средств, способствующих повышению надежности и помехоустойчивости коммуникаций между отдельными особями. На этой основе открывается возможность устанавливать причинно-следственные связи, обусловливающие развитие и совершенствование устойчивых связей в саморегулирующихся биосистемах. Наряду с решением указанных задач  разработаны оригинальные методы контроля мобильных реакций биосистем на физические стимулы разной модальности, что необходимо для совершенствования системы экологического мониторинга. Разработка математического моделирования  приспособительных реакций биосистем направлено на  понимание принципов функционирования организмов разной сложности.