Архив

Отчет Института механики за 2001 год

Научно-исследовательский институт механики

Наука

В 2001 году в НИИ механики МГУ продолжались фундаментальные и прикладные исследования по 14 приоритетным научным направлениям в области основных разделов современной механики. Финансирование работ по направлениям, кроме базового госбюджетного, осуществлялось за счет грантов РФФИ (72 гранта), по программе "Университеты России - фундаментальные исследования" (6 грантов), по Федеральной целевой программе "Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки" (ФЦП "Интеграция", 3 проекта), по Федеральной программе "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения" (2 темы) и др.

К основным результатам фундаментальных научных исследований, полученным в НИИ механики в 2001 году по приоритетным научным направлениям, относятся следующие.

Гидродинамика высокоскоростных и нестационарных процессов

Экспериментально изучены закономерности фонтанирования плоских струй воды из-под свободной поверхности на различных режимах стока. Теоретически и экспериментально исследованы колебания и сопротивление цилиндра и шара в плоском канале. Разработаны схема автоматизации гидротрубы и способ обработки экспериментальных данных давления. (Лаборатория экспериментальной гидродинамики).

Продолжены работы по использованию энергии морских волн для создания тянущей силы судна. Предложена новая схема волнодвижителя для парусно-моторных буксиров. На струйной установке, моделирующей плоское течение с образованием вентилируемой каверны с отрицательным числом кавитации, проведен цикл экспериментов по исследованию зависимости коэффициента уноса газа от длины каверны и числа Вебера. (Лаборатория нестационарной гидродинамики).

Устойчивость гидродинамических течений и турбулентность

Экспериментально исследованы турбулентные течения в сферическом течении Куэтта, обнаружен новый сценарий возникновения турбулентности, характеризующийся скачкообразным изменением структуры течения. В проблеме осреднения в теории гидродинамической турбулентности обнаружена возможность построения сходящейся цепочки моментных уравнений, когда сходимость обеспечивается выделением турбулентных когерентных структур и рассмотрением относительно малой оставшейся части решения, для которой и строится цепочка моментных уравнений. (Лаборатория общей аэродинамики).

Изучено течение в тонкой пленке, стекающей по вертикальной поверхности, вязкой жидкости, содержащей поверхностно-активные вещества, химические и физические свойства которых существенно изменяют структуру пленки и картину неустойчивых волн, порождаемых на ее поверхности. Развит метод, позволивший описать режимы, когда кроме основного вида неустойчивости - гидродинамической моды - возникают два типа новых диффузионных возмущения, вызываемых только эффектом Марангони (наличие касательные напряжения вдоль поверхности пленки, зависящие от неоднородности концентрации поверхностно-активных веществ). (Лаборатория сверхзвуковой аэродинамики).

Теоретически разработан метод управления стекающей пленкой вязкой жидкости, позволяющий подавлять ее конвективную неустойчивость. (Лаборатория механики природных процессов).

Механика сред, взаимодействующих с электрическими и магнитными полями

При сжатии магнитного поля сильной сходящейся ударной волной в монокристалле CsI обнаружен квазистационарный режим, когда скорость ударной волны близка к постоянной. Построена бифуркационная картина решений для задачи взаимодействия медленной МГД ударной волны с контактным разрывом. Дано обобщение модели звездного и солнечного ветра на случай релятивистской газовой динамики пробной материи в пространстве-времени Шварцшильда. Получены точные решения типа звездного ветра. Соответствующее движение имеет нулевую скорость на гравитационном радиусе с ускорением в режиме дозвукового истечения до скорости звука и последующим сверхзвуковым истечением. (Лаборатория общей гидромеханики).

Начаты исследования воздействия электронов на сплавы и износостойкие покрытия. Обнаружен новый эффект - изменение микротвердости металлических сплавов под воздействием аномально малых значений интегральных потоков электронов. (Лаборатория общей гидромеханики и лаборатория ползучести и длительной прочности).

Получены важные для приложений в космологии выражения производных спинорных полей через производные соответствующих им тензорных полей в трехмерном и четырехмерном пространствах. Использование новой калибровки тетрад позволило получить общее точное решение системы уравнений Эйнштейна - Дирака (в том числе с космологическим членом) в однородном римановом пространстве 1 типа по классификации Бианки. (Лаборатория нестационарной аэродинамики).

Создана методика численного моделирования трехмерных течений системы стратифицированных нагретых жидкостей со свободной поверхностью под действием внешних стационарных массовых и поверхностных электромагнитных и других сил в замкнутой области. Исследована устойчивость возникающих течений. Получено качественное согласование с экспериментальными данными. (Лаборатория сверхзвуковой аэродинамики).

Продолжены исследования процессов тепломассопереноса в магнитных жидкостях; закалочного охлаждения намагничивающихся тел в магнитных жидкостях; использования магнитных жидкостей в качестве закалочной среды для ненамагничивающихся тел; влияния магнитного поля на устойчивость свободных поверхностей и слоев магнитных жидкостей в магнитном поле; поверхностных и капиллярных явлений в магнитных жидкостях; по созданию новых видов магнитоуправляемых лекарственных препаратов. Проведен цикл экспериментов по влиянию магнитного поля и температуры нагретого полого намагничивающегося цилиндра на тепломассоперенос при охлаждении цилиндра в магнитных жидкостях. Выполнены теоретические исследования по описанию формирования и распределения паровых полостей на поверхности полого намагничивающегося цилиндра при его охлаждении в магнитных жидкостях. Впервые проведено изучение явлений Лейденфроста в магнитных жидкостях. Исследован капиллярный распад цилиндрического слоя вязкой феррожидкости во внешнем магнитном поле. Изучено спонтанное течение капель вязкой жидкости вдоль твердой поверхности с неоднородным распределением смачиваемости. Исследованы особенности распространения импульса концентрации ионов по межэлектродному промежутку в рамках трех различных моделей диэлектрической жидкости. Исследована электризация диэлектрических жидкостей в ламинарном течении вблизи плоской металлической пластинки при конечной скорости поверхностной электрохимической реакции. На основе построенной макроскопической модели, учитывающей электроориентирование коллоидных частиц в коллоидных и макромолекулярных растворах, решена задача о течении анизотропно поляризующейся жидкости в канале с непараллельными стенками. Найдены условия образования возвратных течений у стенок канала и исследовано влияние электрического поля на этот процесс. (Лаборатория физико-химической гидродинамики).

Движение сплошных сред с физико-химическими превращениями

Получено новое решение обратной задачи метеорной физики для метеороида, дробящегося в атмосфере под воздействием аэродинамического давления. Подтвержден косвенный вывод наблюдателей о том, что дробление происходило путем отделения мелких фрагментов от основного тела с последующим полным разрушением и погасанием метеора. (Лаборатория общей аэродинамики).

Развиты модели физико-механического взаимодействия метеороидов с атмосферами Земли и планет. Для произвольной (неизотермической) атмосферы проинтегрированы в конечном виде уравнения торможения и уноса массы недробящегося тела. Найдены в явном виде все параметры движения метеороида. Найдено число образующихся осколков на траектории. Получено условие образования метеоритных дождей. Создан пакет программ, позволяющий на основе полных уравнений Навье-Стокса проводить численное исследование течений и теплообмена в недорасширенных струях диссоциированного воздуха для условий, реализуемых на установке ВГУ-4 (ИПМ РАН) (плазмотрон). Экспериментально и теоретически развито новое направление в определении каталитических свойств контактных поверхностей теплозащитных панелей космических аппаратов. (Лаборатория физико-химической газодинамики).

Продолжено изучение проблемы управления донным сопротивлением тел вращения при сверхзвуковых скоростях полета. Экспериментально показано, что комбинированный вдув (содержащий стационарную и пульсирующую составляющие) продуктов сгорания в ближний след может приводить к значительному уменьшению аэродинамического сопротивления тел. Проведен анализ экспериментальных результатов, полученных при исследовании следов за моделями из тефлона, летящими со скоростями 5-6 км/с. Разработан метод решения обратной задачи, который позволил рассчитать сразу несколько констант скоростей реакций прилипания электронов к соединениям фтора по результатам измерений электронной концентрации в следе. Полученные данные существенно уточняют имеющиеся в литературе величины этих констант скоростей реакций. (Лаборатория гиперзвуковой аэродинамики).

Разработана база данных констант скоростей химических реакций, происходящих в смесях СО2 +N2 + Ar, а также кинетических свойств ударно нагретого газа для планируемых условий полета возвращаемого космического аппарата в атмосфере Земли. Построена кинетическая модель образования и разрушения диоксинов в продуктах сгорания органических топлив под действием ионизирующего излучения. Разработан вычислительный комплекс "МD Trajectory". (Лаборатория кинетических процессов в газах).

Продолжены исследования по инициированию сферической и цилиндрической детонации в водородо-воздушной смеси в результате схлопывания областей (полости) низкого давления в пространстве, ограниченном твердой оболочкой. Установлено, что для фиксированного значения пониженного давления в случае сферической симметрии избыточная внутренняя энергия шарового слоя, заключенного между оболочкой и областью низкого давления, которая идет на инициирование детонационного горения, имеет минимум, существенно превышающий критическую энергию инициирования детонации зарядом тротила в неограниченном пространстве. Для четырехкомпонентной горючей смеси построена критическая поверхность и определены ПДС кислорода для различных составов указанной смеси. Исследован вопрос о возможности возбуждения детонационного горения угольной пыли при отсутствии горючего газа в исходной смеси. Показано, что взрывные волны способны генерировать детонационное горение угольной пыли как в кислороде, так и в воздухе, но лишь при интенсивном выделении летучих компонент, скорость которого определяется суммарным эффектом кинетической и диффузионной составляющих процесса. Созданы проблемно ориентированные программные комплексы для расчета гиперзвуковых вязких течений газа. Предложена газофазная модель смеси ударно нагретого воздуха с продуктами термохимического разрушения теплозащитного покрытия космических аппаратов. Модель включает более 20 компонент и учитывает неравновесные химические реакции и процессы ионизации в высокотемпературном газе. Создана первая версия локальных баз данных по термодинамическим, транспортным и кинетическим свойствам индивидуальных газов и компонент газовых смесей, включенных в модель, а также соответствующий интерфейс. Совместно с физическим факультетом МГУ проведены исследования поперечного электрического разряда в сверхзвуковом потоке. Показано, что и тлеющий, и импульсный разряды, которые наблюдались в экспериментах, являются существенно нестационарными. Численно обнаружен квазистационарный режим, когда результирующее течение не зависит от формы и длительности импульса и определяется лишь суммарным значением энергии, подведенной в течение периода. (Лаборатория газодинамики взрыва и реагирующих систем).

Газовая динамика и теплообмен в проблемах авиационно-космической техники

Рассмотрен класс сопел с центральным телом - штыревых сопел с осесимметричной и плоской геометрией центрального тела. Создана методика построения оптимальных контуров этих сопел. С использованием трехпараметрической модели турбулентности проведены расчеты пограничного слоя и определены величины потерь удельного импульса из-за трения в штыревых соплах, а также в сопле Лаваля с той же степенью расширения. Установлены преимущества и недостатки рассмотренных сопел. В частности, показано, что плоское штыревое сопло по величине потери удельного импульса из-за трения более предпочтительно по сравнению с осесимметричным. (Лаборатория общей гидромеханики).

Выполнен цикл экспериментальных исследований аэродинамики и динамики цилиндрических тел с организованными отрывными структурами в дозвуковом потоке, найден новый способ обеспечения продольной устойчивости удлиненных тел данного класса. Проведены исследования нестационарных аэродинамических сил, действующих на вращающиеся тела. Выявлено наличие гистерезисных явлений и определен их вклад в моментные нагрузки относительно оси принудительного вращения, а также исследовано влияние на характеристики авторотации. (Лаборатории общей аэродинамики и лаборатория сверхзвуковой аэродинамики).

Выполнены экспериментальные исследования обтекания затупленных тел с установленными в передней части несколькими иглами. Во всех исследованных случаях применение нескольких игл вместо одной приводило к увеличению лобового сопротивления, при этом на передней части тел возникала схема течения с регулярным или маховским пересечением скачков, индуцированных системой игл. (Лаборатория нестационарной аэродинамики).

Найден метод сравнения аэродинамических следов в сверхзвуковом потоке за динамическим препятствием (источником импульса) и за областью внешнего энергоподвода (источником тепла). Показано, что способность аэродинамического следа за источниками изменять структуру обтекания расположенных вниз по потоку других тел определяется, в главном, профилем поперечного распределения неоднородности динамических параметров в ядре следа. Обнаружено, что для поддержания динамически эквивалентных неоднородностей в следе за источниками тепла или импульса, более энергозатратным всегда является тепловой источник. Разработана оригинальная модификация численного метода дискретных вихрей, позволившая при решении задач с проницаемыми границами учитывать производство распределенной завихренности при просачивании среды через проницаемую границу, а также приближенно учитывать эффекты диссипации завихренности в следе. Расчетным путем получены наблюдаемые в эксперименте немонотонные зависимости сопротивления тандема сплошных дисков от зазора между ними и от соотношения их диаметров. Обнаружено, что наличие слабой проницаемости переднего диска может усиливать эффект уменьшения суммарного сопротивления. (Лаборатория сверхзвуковой аэродинамики).

Получены экспериментальные данные о характеристиках движения низкоскоростного воздушного потока в расширяющемся канале (диффузоре) с активной вихревой ячейкой на одной из его стенок при интенсификации циркулирующего в пределах круговой ячейки потока с помощью вращения центрального тела, что позволило осуществить верификацию встроенной в вычислительный комплекс зональной модели переноса сдвиговых напряжений на задаче имеющей указанный физический аналог. Осуществлена визуализация дозвукового обтекания в аэродинамической трубе кругового цилиндра конечного размаха с одной вихревой ячейкой либо на торце, либо на гладкой боковой поверхности. При этом обнаружены режимы течения, когда уловленный вихрь теряет устойчивость и происходит периодический выброс крупных дискретных вихревых образований из ячейки в основной поток. (Лаборатории сверхзвуковой и гиперзвуковой аэродинамики).

Обнаружены и описаны неизвестные ранее структуры конических течений с разветвленными системами ударных волн, реализующиеся при несимметричном обтекании V-образных крыльев со сверхзвуковыми передними кромками. Установлено, что производство энтропии в l- конфигурации ударных волн, реализующихся при развитом отрыве турбулентного пограничного слоя в плоских и конических течениях, подчиняется принципу минимального производства энтропии с ограничением. Показано, что конический характер возмущенного течения с отрывом пограничного слоя является проявлением указанного принципа. Методом термографии получено детальное поле температур на теплоизолированной поверхности с одиночной полусферической лункой при сверхзвуковом обтекании. Впервые определено влияние параметров лунки на интенсификацию теплообмена при возникновении локальных вихревых течений. Создана программы численного расчета решения уравнений теории взаимодействия в компенсационном режиме для задачи обтекания решетки удлиненных тел, как в классической формулировке теории взаимодействия, так и в модифицированной (глобальной) постановке, в которой смыкание отрывной зоны происходит в локально-невязкой области с использованием неравномерной расчетной сетки, выполнен цикл отладочных расчетов. (Лаборатория гиперзвуковой аэродинамики).

Продолжены теоретические исследования возможности изменения аэродинамических характеристик тел с помощью распределенного подвода энергии в набегающий поток. Проведена оптимизация параметров энергоисточников большой мощности, обнаружены и объяснены эффекты "насыщения потока энергией" и "непрерывного торможения потока", предложены аналитические модели для описания этих эффектов. Показано, что для плохо обтекаемых тел возможно эффективное снижение сопротивления за счет локального энергетического воздействия на набегающий поток. Для тел имеющих форму близкую к оптимальной (носовой обтекатель самолета Су-27) воздействие энергоисточника ограничивается лишь областью температурного следа. Поэтому для заметного снижения сопротивления необходимо использовать энергоисточники соизмеримые с размерами тела, что является малоэффективным. Исследовано влияние теплового воздействия на течение в плоском турбулентном сверхзвуковом пограничном слое. Анализ проведен в широком диапазоне значений количества подводимого к газу тепла. Показано, что в результате теплоподвода снижение силы поверхностного трения может достигать 60%. Оценена эффективность применения теплового источника для уменьшения поверхностного трения. (Лаборатория газодинамики взрыва и реагирующих систем).

Механика природных процессов

Построена механическая модель фреатомагматического извержения, при котором в канал вулкана поступает вода из пористых окружающих пород. Модель состоит из стационарной одномерной модели течения магмы в канале с учетом притока массы и тепла из пористого слоя и нестационарной одномерной модели фильтрации жидкости в пористом водонасыщенном пласте. Исследовано влияние интенсивности подтока и глубины водонасыщенного слоя на динамику извержения. Показано, что в зависимости от местоположения пористого слоя возможно как усиление, так и ослабление извержения, а интенсивность подтока нелинейным образом влияет на величину изменения расхода. На основании нестационарной модели течения магмы для режима роста лавового купола рассчитаны параметры вулканической системы для вулкана Сантьягуито (Гватемала). Получены оценки для диаметра канала и объема очага, которые невозможно измерить прямыми наблюдениями. Разработана теория течения концентрированной газовзвеси в ударной трубе под действием волны разряжения. Расчеты позволили объяснить наблюдающуюся в экспериментах зависимость скорости фронта газовзвеси от перепада давления. Проведен анализ постановки граничных условий на фронтах фазовых переходов в геотермальных пластах с использованием условия термодинамической непротиворечивости решений. (Лаборатория общей гидромеханики).

Изучена конвекция в естественных водоемах при переходе зависимости плотности жидкости от температуры через максимум. Обнаружено, что прохождение термобара сопровождается появлением системы двух вихревых структур. (Лаборатория общей аэродинамики).

Проведен анализ кратерообразования при высоких скоростях соударения. Установлена природа изменения особенностей формы ударных кратеров на планетах Земной группы и Луне в зависимости от масштаба ударного явления. Установлен соответствующий закон подобия. Предложены методы и приборы для использования энергии взрыва. Впервые дано объяснение природы парадокса сухого трения - парадокса Пэнлеве. Построена упрощенная механико-математическая модель тайфуна. Построена принципиальная модель шаровой молнии. Продолжены работы по математическому моделированию движения снежных лавин и ледников по различным существующим моделям. Продолжено исследование гидродинамического режима субполярных ледников. Продолжено исследование упрощенной математической модели для описания медленных течений в мелководных акваториях. (Лаборатория механики природных процессов).

Биомеханика

Разработана структурная модель скелетной мышцы для интерпретации дифракционных рентгенограмм и на ее основе проведен анализ результатов экспериментов. Выполнено численное моделирование впячивания клеточного пласта при морфогенезе. Установлено, что наблюдаемая последовательность форм развивается при специальном неоднородном распределении активных усилий и вязкоупругой реологии максвелловского типа. Предложены математическая модель и алгоритм для изучения поведения артериол при участии двух регуляторов. Выполнено исследование влияния упругих свойств и инерционности задней стенки трахеи на временную зависимость скорости выдоха при кашле и вид кривой поток-объем форсированного выдоха. Предложен метод оценки инерционности задней стенки трахеи по измерению временной зависимости скорости выдоха при кашле. Построена общая электростатическая модель формирования мембранного потенциала. (Лаборатория общей гидромеханики).

Разработан иммуномагнитный сорбент на основе g - F2O3, обладающий повышенной избирательностью к стволовым кроветворным клеткам. (Лаборатория физико-химической гидродинамики).

Разработана и реализована в виде комплекса программ для персонального компьютера модель, описывающая дифракционную рентгенограмму от актин-миозиновой решетки скелетных мышц; получено хорошее совпадение модели с экспериментом. Получено точное решение задачи о дифракции рентгеновских лучей на спирали, частично декорированной присоединенными к ней идентичными молекулами. Показано, что осредненная интенсивность дифракции всегда больше, чем предсказываемая квадратичным законом. Экспериментально показано, что связывание миозиновых головок приводит к изменению параметров актиновой спирали: она удлиняется, а угол ее закручивания изменяется. Обнаруженное явление может играть существенную роль в механике мышечного сокращения. (Лаборатория биомеханики).

Совместно с механико-математическим факультетом МГУ и больницей №18 проводилось математическое моделирование движения человека, соответствующего глобальной сгибательной синергии. Часто такими движениями характеризуется патология больных детским церебральным параличом (ДЦП). Проводилось математическое моделирование электромеханического привода, предназначенного для переноса ноги больного, страдающего парезом или вялым параличом нижних конечностей. По результатам моделирования сделаны рекомендации по выбору параметров двигателя и редуктора привода. (Учебно-научная лаборатория механики и электроники).

Проблемы динамических воздействий на сплошные среды и конструкции

В рамках модели вязкоупругой среды с малыми анизотропией и нелинейностью численно изучено поведение метастабильной квазипоперечной волны при ее взаимодействии с неодномерными возмущениями. Продемонстрирована устойчивость этой волны по отношению к возмущениям большой амплитуды. (Лаборатория общей гидромеханики).

Проведены исследования ветровых нагрузок и снегоотложения по поверхности модели проектируемого навеса над стадионом "Локомотив", получено распределение коэффициентов давления по поверхности подвесного покрытия, выявлены зоны экстремальных ветровых нагрузок. (Лаборатория общей аэродинамики).

Решен ряд новых задач о взаимодействии оболочки конечной длины с составной оболочечной конструкцией при динамическом нагружении. Проведена экспериментальная проверка основных гипотез, используемых в теории стержня Гопкинсона. (Лаборатория динамических испытаний).

Динамика, прочность и устойчивость тонкостенных конструкций в проблемах авиационно-ракетно-космической техники

Представлен цикл фундаментальных исследований по проблемам прочности конструкций космических летательных аппаратов при запуске тяжелых ракет-носителей в конверсионных программах. Выполнены численные эксперименты по изучению применимости предложенной ранее сдвиговой модели нераспространяющегося расслоения для расчета трехслойных машиностроительных конструкций при изгибе и неравномерном нагреве. Разработаны новые методы решения систем неоднородных линейных обыкновенных дифференциальных уравнений высшего порядка с переменными коэффициентами и рассмотрены примеры их применения в механических задачах. (Лаборатория упругости и пластичности).

Ползучесть, пластичность, длительная и высокотемпературная прочность материалов

Проведен анализ всех известных экспериментальных данных по длительной прочности металлов при сложном напряженном состоянии. Предложен метод выбора критерия длительной прочности. Получены решения ряда новых задач по определению времени потери несущей способности стержней и кольцевых элементов с учетом реономных свойств материалов и оценкой влияния сингулярности в определяющих соотношениях. Разработан метод моделирования ползучести и длительной прочности металлов с учетом влияния агрессивных сред. Особенность данного метода заключается в использовании вероятностного подхода при определении процесса накопления поврежденности. Проведено экспериментально-теоретическое исследование объемной деформации, обусловленной микроповреждениями, в процессе холодного течения жестких полимеров. (Лаборатория ползучести и длительной прочности).

Построено и проанализировано семейство определяющих соотношений для описания реономных процессов в сплошных средах. Определяющие соотношения основаны на операторах типа нормы Лебега относительно деформаций и их производных по времени. (Лаборатория прочности и ползучести при высоких температурах).

Исследовано распространение трещин в ортотропных пластинах, при котором направление трещин не совпадает с главными направлениями ортотропии. Предложен новый метод количественной оценки параметров микроструктуры при анализе деформирования в режиме сверхпластичности. Сформулирован и исследован вариант теории течения для случая больших деформаций. Разработан вариант прикладной теории конечных деформаций применительно к моделированию процессов листовой штамповки. Сформулированы общая постановка и методы решения задачи о напряженно-деформированном состоянии растущих тел с учетом фазовых превращений. (Лаборатория упругости и пластичности).

Механика многокомпонентных и многофазных сплошных сред

Определены границы режима отсутствия инерционного осаждения частиц на лобовую поверхность затупленного тела, обтекаемого сверхзвуковым потоком вязкого запыленного газа при конечных числах Рэйнольдса. Исследованы нестационарные тепловые потоки в критической точке сферы, пролетающей с гиперзвуковой скоростью через слоистые пылевые неоднородности. (Лаборатория общей аэродинамики).

Исследовано влияние вязкости на сверхзвуковое обтекание тел двухфазным потоком в рамках полных уравнений Навье-Стокса. Впервые построена модель обтекания тел вязким двухфазным потоком, когда течение дисперсной фазы происходит в рамках свободномолекулярного режима. Найдены границы режима инерционного осаждения частиц в зависимости от числа Рейнольдса обтекания тела для континуального и свободномолекулярного режимов обтекания дисперсной фазы. (Лаборатории общей аэродинамики и физико-химической газодинамики).

Проблемы управления движением мобильных роботов

Разработан, построен и испытан новый вариант колесного робота для участия команды механико-математического ф-та МГУ в соревнованиях мобильных роботов. Разработана методика юстировки телевизионной системы технического зрения для мобильного робота. Исследовано движение робота - неголономной механической системы. Найдены условия, выполнение которых обеспечивает устойчивость движения с большими скоростями. (Лаборатория общей механики и учебно-научная лаборатория механики и электроники).

Динамика твердого тела, движущегося в сплошной среде

В задаче о полете тела с высоким аэродинамическим качеством при наличии динамической асимметрии установлено чередование интервалов значений параметра асимметрии, соответствующих устойчивым и неустойчивым послерезонансным режимам полета. Для известной схемы нестационарного воздействия потока среды на пластинку, в рамках которой для силы составлено линейное дифференциальное уравнение второго порядка, предложена новая механическая интерпретация, состоящая в конструировании "присоединенного" к пластинке осциллятора, имитирующего одну из внутренних степеней свободы среды. Соответствующая математическая модель успешно протестирована на ряде известных экспериментальных и расчетных данных. (Лаборатория навигации и управления).

Методы анализа, оценивания и управления нелинейными механическими системами

В рамках исследования качественной теории динамических систем классической механики изучены оптимальные ляпуновские метрики гомеоморфизмов, обладающие гиперболической структурой. (Лаборатория нестационарной аэродинамики).

Предложен эффективный метод исследования устойчивости линейных нестационарных систем определенного класса, который применен к решению ряда технических задач (в частности, динамики космических аппаратов). Разработан ряд новых алгоритмов стабилизации установившихся движений колесных экипажей. Исследованы области параметрического резонанса механических систем, зависящих от параметров диссипации, амплитуды и частоты периодического воздействия. Изучены перестройки общего положения частотных кривых в неконсервативных системах и получены аппроксимации границ областей устойчивости, флаттера и дивергенции. Исследованы множества неуправляемости в многопараметрических динамических системах. (Лаборатория навигации и управления).

Компьютерные технологии для автоматизации научных экспериментов, социальных исследований и учебного процесса

Продолжались работы по созданию математических моделей, алгоритмов и программ обработки данных для экспериментальных исследований на различных установках института, биологического ф-та МГУ, Центра телекоммуникаций и технологий интернет МГУ им. М.В. Ломоносова. Продолжена разработка: прикладных программ съема, накопления и обработки информации в системе LABVIEW для газодинамических установок; математической модели поведения магнитов и немагнитных тел, погруженных в магнитную жидкость; математического, алгоритмического и программного обеспечения для обработки экспериментальных данных медико-биологических исследований в задачах генетики ускоренного старения; математического, алгоритмического и программного обеспечения для обработки данных наблюдений за динамикой роста числа хостов в российских научно-образовательных сетях и обработки данных скорости передачи данных конечным пользователям. Начата разработка федеральной и региональной баз данных учета детей сирот и оставленных без попечения родителей. (Лаборатория автоматизации экспериментальных исследований).

Учебная работа в 2001 году

Институт механики является базой отделения механики механико-математического факультета МГУ в лабораторном обучении студентов старших курсов и подготовке молодых специалистов. Учебная работа ведется по совместным с факультетом планам, утверждаемым ежегодно деканом факультета и директором института. В структуре проводимой институтом учебной работы традиционно содержатся следующие формы обучения: лабораторные работы общего физико-механического практикума для всех студентов 3 курса отделения механики; лабораторные работы специального практикума по профилю кафедр для студентов 4 курса; чтение лекций и ведение семинаров отдельными сотрудниками института на кафедрах механико-математическом факультета; руководство курсовыми, дипломными и диссертационными работами студентов и аспирантов факультета; участие сотрудников института в проведении приемных и выпускных экзаменах студентов и аспирантов, участие в процедурах защиты курсовых и дипломных работ (рецензирование); агитация за поступление школьников в МГУ на отделение механики механико-математического факультета, организация экскурсий по экспериментальным установкам института в рамках проведения дней открытых дверей. Этой работой регулярно занято около 70 сотрудников института. Каждый студент 3 курса отделения механики (около 120 человек) выполняет в течение учебного года 18 лабораторных задач общего практикума по механике жидкости и газа, механике твердого деформируемого тела, прикладной механике и процессам управления. Такое же количество студентов 4 курса выполняют усложненные задачи специального лабораторного практикума по профилю своих кафедр. Специалисты лабораторий института и преподаватели кафедр факультета осуществляют регулярное взаимодействие по вопросам организации и проведения лабораторного обучения, систематически обсуждают содержание и методику проведения занятий, принимают совместные решения по оснащению приборами и вычислительной техникой, публикуют совместные методические материалы.

Осенью 2001 г. в Институте механики МГУ проведен III Всероссийский научно-технический Фестиваль молодежи "Мобильные роботы 2001". В рамках Фестиваля состоялись соревнования мобильных роботов, научная конференция по современным проблемам робототехники и мехатронных систем. Всего в Фестивале приняло участие 138 человек. Россию представляли студенты и аспиранты МГУ им. М.В. Ломоносова, МЭИ (ТУ), МАИ (ТУ), МГТУ им. Н.Э. Баумана, ИПМ им. М.В. Келдыша ( г. Москва), ИТМО ( г. Санкт-Петербург), НИИ МВС ТРТУ (г. Таганрог), КГТУ ( г. Курск), ИМ УНЦ РАН ( г. Уфа) , ВГТУ ( г. Волгоград), ДВГУ (г. Владивосток); Украину: ДГНИИ( г. Донецк), ДНУ ( г. Днепропетровск); Мексику: Puebla Iberoamericano University (г. Сан-Пуэбла). В соревнованиях мобильных роботов приняли участие 10 команд: "Уитзлиуитл" - г. Сан Пуэбла , Университет (Мексика), "Невская стрела" - г. Санкт Петербург, "Трикол" - г. Москва, ИПМ РАН, математический факультет МФТИ, "Юниона" - г. Москва, ИПМ РАН, математический факультет МФТИ, "Кронус" - г. Москва, НИИ механики, механико-математический факультет МГУ, "РМ-МЭИ" - г. Москва, МЭИ, "СК-МЭИ" - г. Москва, МЭИ, "Винни-Пух" - г. Москва, МЭИ, "Бруно" - г. Москва, МГТУ, "Тачка" - г. Москва, НИИ механики МГУ, механико-математический факультет. Для обеспечения соревнований был разработан новый вариант Регламента и развернут существенно модернизированный по сравнению с прошлыми годами полигон, оборудованный, в частности, подвижными маяками новой конструкции. Соревновались роботы двух классов - "Монотип" и "Свободный". Участникам были предложены семь задач: "Маяки-ворота", "Восьмерка", "Змейка", "Куча", "Невидимый маяк", "Полоса", "Полоса с бревном". На этих соревнованиях молодежная команда, подготовленная сотрудниками Института механики, заняла два первых и одно второе место. В программу школы-конференции "Мобильные роботы и мехатронные системы" было включено 29 докладов, отражающих современное состояние механики мобильных роботов. Более половины докладов было представлено молодыми участниками Фестиваля и содержали результаты их научных исследований, полученные при разработке соревновавшихся роботов. Фестиваль был организован и проведен лабораторией общей механики, учебно-научной лабораторией механики и электроники и лабораторией навигации и управления.

Институт механики участвует в осуществлении базового образования студентов факультета наук о материалах в области механики. Все студенты IV курса изучают экспериментальные аспекты механики деформируемого твердого тела в лабораториях прочностного цикла института. Ведущие научные сотрудники руководят проведением задач специального лабораторного практикума для студентов этого факультета. Кроме этого, студенты факультета наук о материалах слушают лекции в центре компьютерных технологий НИИ механики


Конференции. В НИИ механики в 2001 году были проведены следующие научные мероприятия:

  • Ломоносовские чтения;
  • Конференция молодых ученых института;
  • Всероссийское рабочее совещание "Биомеханика - 2001";
  • Фестиваль "Мобильные роботы и мехатронные системы";
  • Школа-семинар "Современные проблемы аэрогидродинамики".

Сотрудники института также приняли участие в работе других научных съездов, конференций и симпозиумов, в т.ч. в российских (122 участника и 122 доклада), в международных, включая российские и зарубежные (103 участника 133 - доклада).

Публикации. В 2001 году сотрудниками института опубликованы 1 монография, 5 сборников, изданных в МГУ, 7 учебных пособий, 2 научно-популярных издания и в 4-х монографиях написаны отдельные главы и разделы. Опубликовано 190 статей, прочитаны 255 докладов на XIII съезде по теоретической и прикладной механике, а также на различных конференциях, конгрессах, школах и пр.

Международное сотрудничество.

Сотрудники института сотрудничали с рядом зарубежных институтов, университетов и фирм:

Франции (Centre Nationale de Recherches Scientifiques, CNRS; Office Nationale d' Etudes et Recherches Aerospatiale, ONERA; Национальный центр космических исследований, СNES; Парижская лаборатория робототехники, Высшая школа в Нанте, Университет Генри Пуанкаре в Нанси); Великобритании (Бристольский университет, Национальный институт медицинских исследований, Лондонский университет, Бирменгемский университет); Дании (Датский технический университет, Копенгаген; Датский технический университет, Люнгбю; Ольборгский университет); Италии (Университет Бари, Университет Флоренции); США (Национальная ассоциация аэрокосмических исследований, Медицинский институт Ховарда Хьюза); КНР (Институт механики Академии наук, Далианский технический университет); Испании (Политехнический университет Каталонии); Бразилии (Институт фундаментальной и прикладной математики в Рио-де-Жанейро); Нидерландов (Европейское космическое агентство); Австрии (Franz Ziegler, Technical University of Vienna); Индии (Indian Institute of Technology); Мексики (Автономный университет в Пуэбло).

Сотрудничество с зарубежными организациями осуществлялось по грантам: МНТЦ (1 грант), INTAS-ONERA, INTAS-CNRS, INTAS-CNES, INTAS-ESA (по 1 гранту), INTAS-YSF (2 гранта), INTAS (3 гранта), CNRS (1 грант), NERC (1 грант), Royal SOS (1 грант), РФФИ-ГФЕН (2 гранта), АФГИР (1 грант), Грант Медицинского института Ховарда Хьюза, а также по программам с Институтом фундаментальной и прикладной математики (Бразилия), с Датским техническим университетом и Ольборгским университетом, по Целевой программе сотрудничества между РАН и CNRS в области перспективных проблем робототехники (CARRA) c Францией, по программе с Автономным институтом Мексики. 42 сотрудника института были в 33 краткосрочных и 9 длительных зарубежных командировках.