Отчет о деятельности российской академии наук в 2003 году. Основные результаты в области естественных, технических, гуманитарных и общественных наук. М., 2004

… В 2003 году Российская академия наук, как и ранее, проводила фундаментальные и прикладные исследования в соответствии с Приоритетными направлениями развития науки, технологий и техники и Перечнем критических технологий Российской Федерации, утвержденными Президентом РФ 30 марта 2002 г. Повысилась роль Российской академии наук в подготовке решений по основным вопросам социально-экономического развития страны. Результаты исследований и разработок стали более востребованными органами государственной власти. В отчетном году научные коллективы Академии, продолжая исследования в рамках 23 программ фундаментальных исследований Президиума РАН и 67 программ отделений РАН, президентских федеральных целевых научно-технических и других программ, получили результаты высокого класса во многих направлениях современной науки. На традиционно высоком уровне проводились исследования в области математических наук. Получены крупные результаты в ряде направлений теоретической и прикладной математики, вычислительной математики и математического моделирования. В области информационных технологий и вычислительных систем решались проблемы, связанные с развитием и использованием высокопроизводительных вычислительных систем с параллельной архитектурой, с разработкой проблем информационно-вычислительных систем и сетей, элементной базы микро- и наноэлектроники. Важные результаты получены в ряде направлений физических наук - в физике конденсированных сред, физике ядра и элементарных частиц, в оптике и квантовой электронике, в физике плазмы. В области астрономии и исследованиях космического пространства продолжались исследования структуры и динамики плазмы в атмосфере Солнца, исследования гамма-излучения космических объектов с помощью орбитальных аппаратов. В исследованиях и разработках по актуальным проблемам энергетики, машиностроения, механики, процессов управления получены существенные результаты в изучении теплофизических и электрофизических свойств вещества в экстремальных состояниях, в разработке проблем создания безопасной и экологически чистой энергетики, в развитии теории и методов управления, разработке проблем механики. Ряд результатов большого научного и практического значения получен в области химических наук и наук о материалах. Предложены высокоэффективные катализаторы для производства базовых химических продуктов, процессов и переработки нефти и природного газа. Значительные достижения имеются в развитии методов синтеза новых классов органических соединений. Разработаны высокоэффективные лекарственные препараты, препараты для диагностики социально значимых заболеваний. Выполнен комплекс фундаментальных исследований в области физикохимии наноматериалов, разработаны эффективные неорганические материалы, в том числе высокопрочные низколегированные стали, новые жаропрочные сплавы, высокочистые вещества. В области биологических наук на высоком уровне проводились исследования структуры и функций биологических макромолекул - нуклеиновых кислот, белков. Продолжаются исследования генома человека, животных, растений и одноклеточных организмов. Крупные результаты получены в области клеточной биологии, в изучении структуры и функций биологических мембран, в области физиологии растений, в биофизике и биотехнологии. Значительными достижениями отмечены исследования физиологических механизмов поведения и высших психических функций человека, функционирования сенсорных и висцеральных систем. Широкие исследования ведутся по проблемам экологии, в том числе по проблемам структурно-функциональной организации экосистем, состояния и сохранения биоразнообразия. Крупные результаты получены в исследованиях по всему комплексу наук о Земле. Исследования по проблемам геохимии, петрологии и минералогии привели к обоснованию перспективных новых рудных месторождений и нефтегазоносных провинций. Изучены условия образования месторождений минерального сырья, в том числе редких и благородных металлов; разработаны генетические модели образования месторождений. Проводились исследования и мониторинг состояния окружающей среды, ресурсов морей России и Мирового океана. Исследовались состояния водных ресурсов, тепло-влагообмена поверхности суши с атмосферой, взаимодействия природной среды и общества. В области общественных наук проводились исследования по проблемам философии, социологии, политологии, психологии, правовых наук, экономической науки, проблемы мирового развития и международных отношений. Разрабатывались социально-политические проблемы российского общества, научные основы экономической политики государства, проблемы внешнеполитической деятельности и формирования современной системы международных отношений, проблемы международной и национальной безопасности России. В области исторических и филологических наук продолжалось изучение истории мировых цивилизаций и развития России, взаимодействие западных и восточных культур в истории человечества. Продолжались археологические исследования. Изучалась история русской литературы, литература народов России и стран СНГ, исследовались вопросы языкознания и искусствоведения, русского языка, языков России и народов мира.

…

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

Теория информации, научные основы информационно-вычислительных систем и сетей, системный анализ

Подготовлена промышленная версия компилятора языка С, обеспечивающего генерацию эффективного кода для цифрового процессора обработки сигналов с широким командным словом. В составе компилятора реализован оптимизирующий постпроцессор, который обеспечивает распараллеливание ассемблерного кода при помощи перебора планов выполнения по методу динамического программирования. (НИИСИ РАН) Разработана системная методика построения математических моделей оптимизации развития мультимодальных транспортных сетей, учитывающая поведенческие, организационные, экономические и технологические факторы. На ее основе построена экспериментальная модель для анализа и прогнозирования развития сети межгородских автомобильных магистралей РФ, использованная при оценке эффективности инвестиционных проектов реконструкции автомобильных магистралей. (ИСА РАН) Исследованы с общих позиций оптимальные необратимые процессы в термодинамических и микроэкономических системах. Найдены оценки минимальных затрат энергии для процессов разделения заданной производительности, обобщены на микроэкономические системы соотношения термодинамики необратимых процессов: условия взаимности Онзагера и принцип минимальной диссипации Пригожина для стационарного состояния открытых систем. (ИПС РАН) Получена асимптотическая верхняя граница для скорости кодов, свободных от перекрытий. Эта граница улучшает известные оценки скорости таких кодов. Для защиты от несанкционированного копирования построены коды с простым алгоритмом идентификации. Метод построения таких кодов позволил существенно улучшить известные результаты для кодов с “цифровыми водяными знаками”. (ИППИ РАН) Проведена разработка экспериментального программного комплекса обнаружения лиц на изображениях с целью включения ЦПТ РАН в состав участников проекта компании ХьюлеттПаккард по созданию систем организации, хранения и поиска фотоизображений в фотоколлекциях. (ЦПТ РАН) Предложен новый класс статистических критериев, эффективность которых при тестировании генераторов случайных чисел на несколько порядков выше, чем у лучших известных алгоритмов. Результат сравним с мировым. (ИВТ СО РАН).

Искусственный интеллект, системы распознавания образов, системы принятия решений при многих критериях

Разработаны методы и алгоритмы оценивания параметров нелинейных моделей систем формирования изображений по малому числу наблюдений. Задача решается на основе сформулированного в ИСОИ РАН принципа согласованности оценок. Предложены методы решения ряда задач оптимизации, основанные на использовании генетических алгоритмов. Разработаны параллельные алгоритмы, ориентированные на использование высокопроизводительных многопроцессорных вычислительных систем. (ИСОИ РАН) Разработана методика сравнительной оценки алгоритмов выделения границ, реализованная в системе PICASSO и основанная на использовании специального набора искусственно синтезированных тестовых изображений. Предложена 2D-классификация основных типов границ, которые представлены в наборе тестов, сгенерированных с помощью специального редактора изображений, являющегося частью системы PICASSO. Протестировано 6 детекторов границ. Исследованы глобальные методы обработки изображений. (НИИСИ РАН) Разработан комплекс моделей для имитации атак, объединенных в многоуровневой формальной модели представительного множества атак. Описание проведено в терминах семейства взаимодействующих грамматик, связанных операцией подстановки в грамматиках. Модель позволяет описывать формально большое разнообразие распределенных атак на различных уровнях детальности. Реализован программный прототип системы и проведено его исследование. (СПИИ РАН) Разработаны основные положения теории метрических пространств множеств и мультимножеств с мерой. Предложены новые виды метрик между измеримыми множествами и мультимножествами, исследованы их особенности и свойства. Введены новые понятия сходимости последовательностей измеримых множеств и мультимножеств почти всюду, по мере, по метрике на пространствах с полной мерой. Рассмотрены метрические и топологические свойства этих пространств. Предложены методы решения задач классификации и упорядочения объектов, которые могут существовать в нескольких «копиях» с отличающимися значениями количественных и качественных признаков. (ИСА РАН) Создан исследовательский прототип системы, предназначенный для изучения возможностей преодоления проблемы смысловой неадекватности на основе введения в интеллектуальные компьютерные системы Базы понятий, соотносящей слова как имена понятий с содержанием или сущностью этих понятий. (ИППИ РАН) Разработаны логические и алгоритмические средства для анализа данных посредством интеллектуальных систем, реализующих машинное обучение в базах фактов позитивных и негативных прецедентов изучаемых эффектов. Логические средства реализованы в решателях задач посредством автоматизированных правдоподобных рассуждений, образованных комбинированием индукции, аналогии и абдукции (принятие гипотез о причинах изучаемых эффектов посредством объяснения начального состояния базы фактов). (ВИНИТИ) Получено теоретическое описание формирования недавно обнаруженных регулярных структур в локально нагреваемой стекающей жидкой пленке. Использовался оригинальный метод частиц для несжимаемой жидкости, распространенный на случай вязкой теплопроводной жидкости с переменным поверхностным натяжением. Проведено численное моделирование конкретного эксперимента. Сравнение результатов показало хорошее качественное и количественное согласие. (ИВМ СО РАН) На основе анализа целей решаемых задач построены деревья решений, позволяющие осуществлять выбор как конкретной парадигмы нейронной сети (персептрона, RBF-сети, сети метода динамических ядер, самоорганизующихся карт Кохонена), так и ее архитектуры (входных, выходных и промежуточных слоев, методов нормировки, кодирования и т.д.). (ЦИТП РАН) Разработаны и исследованы качественно новые экономико-математические модели макроэкономической динамики национального дохода региона на основе учета взаимодействия спроса и предложения в рамках уравнения состояния непрерывной модели "вход-выход": модели, содержащие обратные связи в виде карлемановского сдвига временного аргумента; модели, содержащие обратные связи в виде функций Вольтерра; нелинейные математические модели динамики национального дохода. (ИИПРУ КБНЦ РАН)

Системы автоматизации, математические методы исследования сложных управляющих систем и процессов. CALS-технологии

Разработан адаптивный алгоритм поиска оптимального управления дискретной системой с новым типом регулятора в виде временного интервала. За счет этого регулятора достигается большая гибкость в настройке на решаемую задачу. Доказано свойство релаксационности алгоритма и предложен ряд его модификаций. С использованием разработанного алгоритма проведены расчеты оптимальной стратегии развития на модели региона. (ИПС РАН) Разработаны теоретические и методологические основы информационной безопасности компьютерных систем общего назначения. Формализована модель этой системы, сформулирован критерий защищенности, разработаны модели целостности и конфиденциальности компьютерной системы. Выполнена оценка методов реализации на основе инфраструктуры операционных систем общего назначения. Модель защищенности, включающая в себя драйвер ядра и установочный модуль, реализована на базе операционной системы Windows NT. (ННГУ) Разработано математическое и программное обеспечение для прогнозирования функционирования транспортных систем крупных городов, включающее модели оценки межрайонных корреспонденций, модального расщепления передвижений по видам транспорта, распределения корреспонденций по транспортному графу. Проведена калибровка модели по реальным данным для транспортной сети Московской агломерации (г. Москвы и ближайших пригородов). (ИСА РАН) Предложен и разработан принципиально новый и эффективный метод ввода информации в мобильные устройства с помощью пространственных жестов руки, удерживающей мобильное устройство. Жесты "улавливаются" с помощью полупроводниковых инерциальных сенсоров, встроенных в мобильное устройство, и затем выделяются с помощью специальных алгоритмов обработки. Предлагаемый подход естественно дополняет традиционные методы ввода информации в мобильные вычислительные устройства (функциональные клавиши, перьевой - stylus - и голосовой ввод), значительно расширяет их функциональные возможности и является универсальным средством ввода информации. (ИППМ РАН)

Нейроинформатика и биоинформатика

Разработан метод перекодировки бинарных образов в представление в виде векторных нейронов, позволяющий преодолеть негативное влияние корреляций между исходными образами на объем нейросетевой памяти. Переход к векторно-нейронному представлению бинарных образов и использование разработанной ранее параметрической нейронной сети устраняют корреляции и дают экспоненциальное (по параметру перекодировки) увеличение объема ассоциативной памяти. Разработан фазово-независимый вариант параметрической нейронной сети (ПНС). По объему памяти и помехоустойчивости фазово-независимая ПНС незначительно уступает наилучшим показателям, достигнутым для ПНС-архитектуры в общем случае, зато наиболее предпочтительна с точки зрения реализации ПНС в виде устройства. Разработаны схемы и модели многоагентных Интернет-систем. Модели предполагают, что многоагентная система состоит из нескольких эволюционирующих подпопуляций агентов, распределенных на узлах Интернета. Разработаны схемы индивидуального обучения Интернет-агентов на основе нейронных сетей (обучение методом обратного распространения ошибки) и метод обучения с подкреплением (с использованием gradient-descent Sarsa-метода). Модели реализованы в виде компьютерных программ. (ИОНТ РАН) Разработаны методики построения по результатам томографических исследований компьютерных биомоделей в STF формате для различных областей медицины и создана минерал-полимерная композиция для изготовления методом лазерной стереолитографии биосовместимых и биоактивных имплантантов со структурой, подобной структуре костной ткани. (ИПЛИТ РАН) Найдены новые сигналы регуляции у бактерий и архей. С помощью разработанного алгоритма на суперкомпьютере МВС-1000М (в МСЦ РАН) впервые в мировой генетической науке найдены сигналы аттенюаторной регуляции у альфа- и бета-протеобактерий и даже у грам-положительных бактерий; предсказаны совершенно новые регуляторные системы, основанные на прямом взаимодействии малых молекул с регуляторными структурами РНК в бактериях и археях, которые подтверждены экспериментально. Получены прямые данные о том, что паннексины действительно формируют щелевые контакты, являющиеся одним из наиболее распространенных механизмов межклеточных взаимодействий у человека и у других позвоночных. Впервые показано, что изолированные нейроны сохраняют способность к избирательному образованию электрических связей, подробно изучены условия, при которых такая избирательность поддерживается или пропадает. Выяснено, что внутринейронные инъекции синтетической мРНК, кодирующей один из паннексинов, специфично влияют на селективность образования электрических связей в нервной системе моллюска, что прямо подтверждает избирательность формирования электрических связей в зависимости от набора белков щелевых контактов. (ИППИ РАН)

Глобальные и интегрированные информационно-телекоммуникационные системы и сети

Разработано и внедрено программное обеспечение городских (гражданских) компьютерных систем, включающее: систему мониторинга технического состояния городской компьютерной сети; подсистему предоставления услуг IP-телефонии; расчетно-статистическую и биллинговую систему Nadmin; подсистему управления Абонентом своими услугами; специализированную ГИС для компьютерной сети; подсистему поддержки хостинга сайтов абонентов системы телекоммуникаций "Ботик". (ИПС РАН) Разработана архитектура распределенной системы организации научных расчетов на основе новой модели использования распределенных информационно-алгоритмических ресурсов (ИАР) посредством специальных агентов доступа к ИАР. (ИСА РАН) Построены два новых алгоритма множественного доступа, не имеющие недостатков, свойственных ранее известным алгоритмам. Новые алгоритмы являются стабильными и отличными от алгоритма ALOHA. Пропускная способность первого из этих алгоритмов ограничена сверху величиной 0,256 пакетов на окно. Второй алгоритм более мощный, чем первый, может работать в канале с захватами и множественным приемом и имеет пропускную способность 0,2891 пакета при тех же условиях, что и первый алгоритм. Все результаты получены для случая пуассоновского входного трафика. (ИППИ РАН) Создана модель полиномиальной нейронной сети с трёхслойной архитектурой, самонастраивающейся по обучающей базе данных, благодаря чему минимизируется число синаптических связей, необходимых для экономного описания и запоминания понятий и оптимальной классификации генетических данных. Предложенные сети эффективны в задачах распознавания речевых команд и морских объектов, а также прогнозирования градоопасности облаков по отраженным радиолокационным сигналам. (СПИИ РАН)

Архитектура, системные решения и программное обеспечение информационно-вычислительных комплексов новых поколений

Разработан комплекс инструментальных программных средств и методик создания интегрированных медицинских информационных систем ТЕХНОЛОГИЯ ИНТЕРИН, на базе которых реализован и успешно эксплуатируется ряд медицинских информационных систем крупных учреждений здравоохранения. (ИПС РАН) Разработаны и апробированы новые методы оптимизаций двоичного кода для целевой архитектуры широкого командного слова, что позволяет реализовать новые идеи в области высокопроизводительных архитектур, обеспечивая полную совместимость с созданным программным обеспечением. При проведении цикла этих работ впервые в мировой практике были применены методы аппаратной поддержки технологии двоичной компиляции. (ИМВС РАН) Предложены варианты реализации супер-ЭВМ на отечественной элементной базе, ориентированные на инженерные расчеты и моделирование трехмерных физических процессов. Выявлен представительный набор задач с регулярным распределением данных в памяти. В этих задачах проанализированы структуры потоков данных между компонентами иерархии памяти вычислительного узла и между вычислительными узлами. Предложена конструкция вычислительного узла на базе арифметического сопроцессора; параметры вычислительного узла оптимизированы на классе рассматриваемых задач при заданных технологических ограничениях. Оценена эффективность супер-ЭВМ на представительном наборе задач. (НИИСИ РАН) Разработана компьютерная система, позволяющая пользователю создавать ситуативные базы данных для конкретной прикладной области и осуществляющая обработку ситуативной информации, создание ситуативной базы данных, автоматическую генерацию лексического словаря и первичной семантико-синтаксической информации. В ходе работ создана ситуативная база данных для голосового управления летательным объектом. (СПИИ РАН)

Разработана архитектура и система команд масштабируемого векторного процессора, входящего в состав мультиархитектурной вычислительной суперсистемы. Предложенная архитектура векторного процессора не имеет аналогов в мировой практике и позволяет достичь высокой эффективности при решении хорошо векторизуемых задач с большим удельным весом сложных векторных функций. В мультиархитектурной суперсистеме невекторизуемые или плохо векторизуемые задачи, или соответствующие фрагменты задач решаются в скалярной многопроцессорной подсистеме, тесно связанной с векторным процессором через общую полупроводниковую память. Масштабирование векторного процессора и скалярной подсистемы, иерархическое построение памяти обеспечивают, во-первых, хорошее согласование с алгоритмами широкого круга научно-технических задач, а во-вторых, эффективное использование высокочастотных современных и перспективных СБИС. (ИСА РАН) Разработана архитектура высокопроизводительной информационно-вычислительной системы на новых принципах организации высокопараллельных вычислительных процессов. Представленная архитектура не имеет аналогов в мире и защищена патентом РФ. Создан макет данной архитектуры на программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС) фирмы АЛЬТЕРА, подтвердивший основные отличительные качества новой архитектуры. (ИПИ РАН) Разработан, теоретически обоснован и экспериментально проверен метод структурно-процедурных вычислений в многопроцессорных вычислительных системах с массовым параллелизмом и программируемой архитектурой. (НИИ МВС ТРТУ) Разработан и создан образец базового многопроцессорного модуля универсального суперкомпьютера с массовым параллелизмом. Базовый модуль является многопроцессорной вычислительной системой, аппаратно и программно совместимой с другими аналогичными базовыми модулями и с современными компьютерами. Это позволяет получить производительность разработанного суперкомпьютера на самом высоком современном мировом уровне в десятки и сотни терафлопс. Базовый модуль содержит 16 макропроцессоров, 64 элементарных процессора, имеет производительность 2,5×1010 опер/с при тактовой частоте 50 МГц, размещен на плате размером 250х330 мм2 и потребляет 30 Вт. Для создания модуля разработана и создана на основе ПЛИС-технологии макропроцессорная элементная база: макропроцессор, контроллер распределенной памяти и макрокоммутатор. (НИИ МВС ТРТУ)

Элементная база микроэлектроники, наноэлектроники и квантовых компьютеров. Материалы для микро- и наноэлектроники. Микросистемная техника. Твердотельная электроника

Исследована новая схемотехника на основе динамической КМОП-логики с восстановлением исходного состояния после прохождения волны обработки данных. В процессе исследований разработаны правила проектирования устройств микропроцессоров с применением новой схемотехники. (ИМВС РАН) На основе метода молекулярно-лучевой эпитаксии GaAs на подложках с ориентацией {111}А решена проблема формирования планарных p-n переходов с использованием лишь одной легирующей примеси кремния (без использования второй электрически активной примеси). (ИСВЧПЭ РАН) Исследованы фазовые переходы в системе кремний – имплантированный кислород. Предложен подход к решению задачи моделирования процесса ионного синтеза захороненных оксидных слоёв. Полученные результаты позволят оптимизировать технологические режимы SIMOX- процесса. На основе открытых «сэндвич»-структур Si-SiO2-W с толщиной оксида порядка десятков нанометров, изготовлены макеты элементов матрицы энергонезависимой электрически перепрограммируемой памяти на самоформирующихся проводящих наноструктурах. Выявлено принципиальное различие в форме вольт-амперных характеристик для приборных структур на кремнии различного типа проводимости Полученные данные позволяют улучшить конструкцию элементов памяти данного типа. (ИМИ РАН) Разработаны новые методы диагностики многокомпонентных газовых сред. На примере спектроскопической диагностики выхлопов авиационных двигателей продемонстрировано, что широкодиапазонный CO-лазер обладает существенно лучшими возможностями. Разработаны новые методы модификации пористых материалов с применением сверхкритических сред и формирования и очистки пористых минерал-полимерных композитов с целью создания материалов для направленной регенерации костных тканей и имплантантов нового поколения. (ИПЛИТ РАН) Впервые в отечественной практике созданы полностью автоматизированные установки плазмо-иммерсионной имплантации бора и фосфора для формирования сверхмелких р-п переходов с глубиной залегания от 100 до 10 нм и установка для плазмо-стимулированного осаждения сложных диэлектрических покрытий с эллипсометрическим контролем параметров осаждаемых слоев in situ и одновременным контролем состава плазмы методом оптической эмиссионной спектроскопии в диапазоне длин волн 400 – 820 нм. Разработан томограф плазмы на основе эмиссионной спектроскопии, позволяющий проводить измерения 2D-распределения концентрации активных радикалов и ионов в плазмохимических реакторах микроэлектроники. Впервые создан автономный источник ионов с радиально расходящимся пучком и распыляемой мишенью для осаждения пленок диэлектрических и композиционных материалов, включая магнитные. (ФТехнолИ РАН)

Опто-, радио- и акустоэлектроника, оптическая и СВЧ-связь

Разработана модель эффективного решения задач энергетики с использованием беспроводной передачи энергии на основе современных инфотелекоммуникационных систем. Работа направлена на комплексное исследование инженерных проблем создания энергетических систем, основанных на передаче энергии с помощью сфокусированных пучков электромагнитного излучения. (ЦИТП РАН) Для мощных СВЧ-транзисторов на двухбарьерных двусторонне легированных Р-НЕМТ гетероструктурах разработаны: новая технология селективного травления гетероструктуры, позволившая почти на порядок увеличить однородность характеристик; операции формирования двойного заглубления затвора, позволяющие достичь рекордно высоких пробивных напряжений транзистора (до 30 В), что обеспечило реализацию с применением этой технологии высоких удельных мощностей (более 1 Вт/мм). (ИСВЧПЭ РАН) Исследованы возможности создания плазмонных структур для формирования межслойных связей в нейропроцессорах, что позволило начать разработку и изготовление специальной измерительной аппаратуры - автоматизированной установки для исследования спектров поверхностного плазмонного резонанса, поляризационных и эллипсометрических характеристик наноструктур. (ИОНТ РАН) Разработаны тонкопленочные лазеры с распределенной обратной связью. Изготовлен брэгговский резонатор с решеткой первого порядка на гетероструктурах InP/InGaAsP и GaAs/GaAlAs. Собран и тестирован одночастотный лазер, излучающий в диапазоне 1,5 мкм. (ИПЛИТ РАН) Показано, что в асимметричной двойной квантовой яме возникает взаимодействие оптической и межподзонной ветвей 2D- плазменных колебаний, а также бесстолкновительное затухание оптических плазмонов при резонансе с межподзонным континуумом. При инверсии заселенностей подзон в области резонанса с межподзонным континуумом возможно усиление плазменных волн оптической ветви в диапазоне частот, определяемом плотностью 2D- электронного газа. Оценки проведены для 2D- газа на основе структуры AlGaAs/GaAs. (ИФП СО РАН)

ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ, МАШИНОСТРОЕНИЯ, МЕХАНИКИ И ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ

Теплофизика

Развит новый статистический метод моделирования бинарной дисперсии и кластеризации инерционных частиц в однородной изотропной турбулентности. Метод основан на получении кинетического уравнения для двухточечной функции плотности вероятности (ФПВ) относительной скорости пары частиц. Он описывает аккумулирование частиц в результате их взаимодействия с турбулентными вихрями. На основе полученного кинетического уравнения для двухточечной ФПВ предложена статистическая модель столкновений и коагуляции частиц. Модель учитывает дополнительное увеличение ядра столкновений (коагуляции) за счет эффекта кластеризации. Экспериментально исследована интенсификация теплообмена в закризисной зоне работы парогенерирующих труб путем нанесения на их поверхность сферических углублений. Опыты проведены при высоких (18 – 22 МПа) давлениях в условиях подъемного течения кипящей воды и пароводяной смеси. Впервые получено существенное повышение критических тепловых потоков (до 50%) и коэффициентов теплоотдачи (до 4-х кратного) при малом изменении гидравлического сопротивления. Данные по теплообмену обобщены единой расчетной формулой. Результаты представляют большой интерес для прямоточных котлов ТЭС и парогенераторов АЭС с позиций повышения их эксплуатационной надежности. (ИВТ РАН) Создан электронный справочник ЭКСТРЕМТЕРМО по термодинамическим свойствам веществ при высоких плотностях энергии. Справочник интегрирует расчетные алгоритмы и численные данные разнообразных моделей среды вместе с большими объемами надежной экспериментальной информации. ЭКСТРЕМТЕРМО в равной степени обладает характеристиками банка данных и развитого пакета прикладных программ. (ИТЭС ОИВТ РАН) Проведены исследования нестационарных режимов горения водородно-воздушных смесей в кумулирующих объёмах. На основе экспериментальных и расчетных данных изучена динамика зарождения и развития процесса взрыва в вершине конуса, приводящего к возникновению экстремально высоких давлений. Исследованы возможности химического подавления взрыва в условиях кумуляции в коническом объёме. Показано, что с помощью ингибитора, представляющего собой смесь пропана, бутана и пропилена, можно в 10 - 20 раз уменьшить максимальную величину давления. (ИТЭС ОИВТ РАН, ИСМАН) Проведен параметрический численный анализ устойчивости ударной волны в термодинамически неидеальных средах с использованием модельных и реального уравнений состояния. Обнаружено, что при распаде ударной волны с образованием двухволновой структуры (ударная адиабата с изломом) или полной комбинированной волны (ударная адиабата с плавным перегибом) на замыкающей ударной волне может развиваться акустическая неустойчивость. Впервые получен и проанализирован распад ударной волны в области ее неоднозначного представления, перекрывающий на ударной адиабате участок абсолютной неустойчивости L > 1+2M. Показано, что возникающая распадная конфигурация состоит из ударной волны, волны разрежения и разделяющего их контактного разрыва. (ИТЭС ОИВТ РАН, ИАПр РАН) Разработаны методики и программы расчета схем конверсионных ГТУ по газопаровым циклам с учетом специфики условий работы основного оборудования (турбокомпрессорной группы с "влажным" сжатием и регенеративного теплообменника с впрыском воды). Проведен параметрический анализ схем конверсионных ГТУ в характерном диапазоне параметров. Выбрана оптимальная схема газопаровой ГТУ на базе двигателя ТВЗ-117. Разработаны экспериментальные участки для проведения исследований газопаровых циклов на энергокомплексе ГТЭ-1500. (НТЦ ЭПУ ОИВТ РАН) Продолжены исследования гидродинамических и теплофизических процессов, лежащих в основе эффектов возбуждения колебаний давления в потоках несжимаемой жидкости и формирования волновых полей в продуктивных пластах, а также изучение механизма влияния различных факторов на процесс фильтрации в них при совмещении волнового, теплового и физико-химического воздействия. В результате установлена возможность достижения синергетического эффекта при совмещении различных методов воздействия и, что особенно важно - при совмещении с методами заводнения, с помощью которых добывается свыше 80 % нефти. Исследован механизм и определены условия максимального проявления синергетического эффекта. Тем самым открыта возможность коренного повышения нефтеотдачи пластов и энергосбережения. Получены новые экспериментальные данные по пространственно-временной взаимосвязи гидродинамических и тепловых параметров в турбулентном потоке. Выполнены измерения и систематизированы экспериментальные данные по характеристикам турбулентности во внутренних дозвуковых течениях со стационарным и периодически изменяющимся градиентом давления. Выявлены закономерности корреляций локальных мгновенных гидродинамических и тепловых параметров в градиентных потоках. Полученные данные способствуют совершенствованию методов моделирования процессов в энергоустановках. (ОЭ КазНЦ РАН)

Атомная энергетика

Совместно с организациями Минатома России (Отраслевой центр по расчетным кодам, СПб Атомэнергопроект), федеральными научными центрами (ВНИИЭФ и РНЦ «Курчатовский Институт») при головной роли ИБРАЭ РАН разработан интегральный российский код РАТЕГ-СВЕЧА по анализу безопасности АЭС. Основу интегрального кода составляют программа РАТЕГ, разработанная во ВНИИЭФ и моделирующая теплогидравлические процессы, и программа СВЕЧА, разработанная в ИБРАЭ РАН, моделирующая раннюю стадию разрушения активной зоны реактора. Программа СВЕЧА включает комплекс моделей физико-химического взаимодействия материалов при разогреве активной зоны, вызванной потерей теплоносителя, модели стекания жидких компонентов и механического поведения оболочки ТВЭЛов, выхода продуктов деления. РАТЕГ-СВЕЧА используется для анализа безопасности Тяньваньской АЭС с реактором ВВЭР-1000. (ИБРАЭ РАН) Разработан новый подход для численного моделирования процессов тепломассопереноса для анализа тяжелых аварий на АЭС, на основе которого созданы гидродинамические коды CONV2D и CONV3D, позволяющие анализировать процессы диффузии/конвекции с учетом плавления, в том числе бинарных смесей. Коды верифицированы на широкой базе экспериментальных данных. Разработаны модели формирования твердых структур на границе расплава реакторных материалов с учетом реальных фазовых диаграмм состояний, а также проведены численные расчеты по моделированию крупномасштабных экспериментов, проводимых в рамках международного проекта ОЭСР РАСПЛАВ-МАСКА по исследованию поведения прототипных материалов активной зоны на днище корпуса реактора и их взаимодействий. Головным исполнителем проекта является ИПБЯЭ РНЦ «Курчатовский институт». Расчетно-теоретическое сопровождение экспериментальных исследований в проекте возложено на ИБРАЭ РАН. Проведены исследования физических процессов, происходящих при повторном заливе реактора водой в условиях тяжелой аварии, разработана модель и компьютерные программы, включающие самосогласованное описание различных физических явлений. Работа проведена в тесном сотрудничестве с Исследовательским центром Карлсруэ (ФРГ, FZK, Karlsruhe). Развитая модель прошла тестирование на мелкомасштабных (один топливный стержень) экспериментах FZK. Экспериментальный цикл состоял из 28 модельных экспериментов, которые позволили всесторонне верифицировать модель и показали адекватность описания физических процессов. Дополнительно модель тестирована на крупномасштабных экспериментах FZK посредством описания физико-химического поведения центрального стержня в 20-твэльной сборке. Для анализа безопасности захоронений долгоживущих радионуклидов в геологических формациях и, в частности, процессов их миграции в сильно неоднородных средах с полным и неполным влагонасыщением разработана новая математическая модель процессов переноса примесей в сильно неупорядоченных средах, обладающих фрактальными свойствами. Модель основана на новых эффективных численных методах решения одномерных и многомерных прямых задач дробной диффузии с дробными дисперсионными потоками и дробной производной по времени, а также использовании искусственных нейронных сетей для решения обратной задачи дробной диффузии при определении неизвестных параметров оператора дробной диффузии, характеризующих фундаментальные свойства среды захоронения, по данным натурных измерений, получаемых из трассерных экспериментов. (ИБРАЭ РАН) Проведены исследования и конструкторские разработки по созданию перспективных блоков АЭС мощностью 1500 Мвт с числом оборотов ротора 3000 об./ мин. Определены возможности значительного увеличения размеров лопаток последних ступеней цилиндра низкого давления из титанового сплава, а также использование совмещенного цилиндра высокого и среднего давления с промежуточной сепарацией пара. Работа направлена на создание высокоэкономичной и надежной турбины большой мощности. (ВНИИАМ, ЛМЗ) Предложена конструкция реакторной установки и технические решения по энергоблоку, обеспечивающие возможность создания конкурентоспособного быстрого натриевого реактора-размножителя для крупномасштабной ядерной энергетики, отвечающего требованиям высокой безопасности. Определены работы по совершенствованию активной зоны реактора типа БН-1800 и по созданию корпусного парогенератора с закритическими параметрами пара. (ФГУП ОКБ Машиностроения) Разработаны критерии оценки эффективности, повышения безопасности АЭС на основе учёта удельной стоимости снижения риска. При этом учтены следующие виды риска: материальный, экономический, социальный и политический риск, а также снижение полного системного риска АЭС с ВВЭР. Разработаны методики для обоснования повышения безопасности и структурной надёжности АЭС с ВВЭР. Получена методика, позволяющая определять оптимальные параметры системы теплоснабжения от АЭС. Проведены исследования различных схем теплоснабжения с учетом удаленности теплоисточника, надежности и экологической безопасности теплоснабжения от АЭС. Выполнена оценка системной и социальной эффективности теплоснабжения от АЭС. (ОЭП СНЦ РАН)

Электрофизика

Получены новые данные по свойствам криогенной плазмы. Выполнено пионерское экспериментальное исследование неидеальной «пылевой» плазмы с температурой 5-10 K и обнаружены плазменно-пылевые объекты макроскопических размеров со свободной границей, характерные для фазовых переходов с образованием конденсированной фазы. Впервые для криогенной плазмы получены данные о зависимости частоты ионизации и скорости дрейфа электронов от поля в молекулярной жидкости в сильном электрическом поле. (ИВТ РАН) Выполнено комплексное экспериментальное исследование динамики макрочастиц в плазме высокочастотного емкостного разряда и тлеющего разряда постоянного тока. Эксперименты в пылевой плазме тлеющего разряда проводились на земле и в условиях микрогравитации (орбитальный комплекс «Мир» и Международная космическая станция). Измерены парные корреляционные функции, температуры и коэффициенты диффузии макрочастиц в широком диапазоне параметров пылевой плазмы. Выполнен комплекс расчетно-теоретических и экспериментальных исследований с целью моделирования воздействия внешних электромагнитных полей, создаваемых естественными (молнии) и искусственными (диверсионные устройства) источниками сильных нестационарных токов. На основе взрывомагнитного генератора создан мобильный имитатор токов молнии, испытанный на заземляющих опорах линий электропередач (ЛЭП) и молниеотводах. С помощью малогабаритного наносекундного генератора импульсных напряжений смоделированы условия несанкционированного внешнего воздействия на высоковольтные изоляторы мощной ЛЭП, исследована деградация изоляторов и их разрушение. (ИТЭС ОИВТ РАН) Проведены исследования особых свойств электродинамических систем из материалов с отрицательными значениями диэлектрической и магнитной проницаемостей. Исследованы эффекты отрицательного преломления, прохождения потоков энергии и особенности фокусировки. Рассмотрены источники в виде нитей электрического тока, расположенных вблизи фокусирующей пластины. Впервые экспериментально и теоретически получено изображение источников, расстояние между которыми существенно меньше длины волны. Таким образом, удалось на практике преодолеть ограничение на степень детализации изображения, известное как «дифракционный предел». Это в перспективе может стать основой технологического прорыва в микроэлектронике и в технологии производства фокусирующих систем, антенн, специальных материалов. (ИТПЭ ОИВТ РАН) В совместной работе с японскими учёными (Университет г. Осака) в 2002-2003 годах изучен механизм действия допирующих добавок фуллерена, приводящий к тушению люминесценции и значительному увеличению квантового выхода образования свободных носителей заряда и являющийся важным, в частности для фотовольтаических преобразователей солнечной энергии в электрическую. Использование нового двухимпульсного лазерного метода, предложенного в ИНЭПХФ РАН, позволило разрешить во времени процесс образования свободных носителей заряда, измерить времена жизни предшествующих стадий в области пикосекунд и показать высокую эффективность разделения зарядов в допированных полимерах. Получены экспериментальные доказательства проявления поляронных пар в кинетике фотопроводимости в области пикосекунд, регистрируемой двухимпульсным лазерным методом. В рамках диффузионной модели возбуждения одноатомного газа электронным ударом в электрическом поле большой напряженности удалось объяснить связь между дрейфовой скоростью избыточных электронов, скоростью возбуждения атомов и напряженностью электрического поля для инертных газов. Показано, что при напряженности электрического поля выше порога люминесценции неупругие соударения с атомами инертного газа становятся основным механизмом потерь энергии для электронов. Полученные закономерности хорошо описывают особенности электролюминесценции и электронного дрейфа в сильном электрическом поле в газообразном ксеноне. (ИНЭПХФ РАН) Впервые выполнен комплекс широкомасштабных исследований свойств импульсных дуг мегаамперного диапазона в сверхплотных газовых средах (в водороде и воздухе). В результате измерений электрических и оптических характеристик дуг определены основные параметры плазмы в канале разряда и обнаружены новые физические явления, характерные для импульсных разрядов в водороде при начальной концентрации выше 1022 см -3. Главными из них являются: рост напряженности поля в канале разряда при увеличении начальной плотности газа и амплитуды разрядного тока, уменьшение диаметра канала дуги по мере роста давления окружающего газа, повышение температуры столба дуги (до 30 эВ при амплитуде разрядного тока 250 - 300 кА). Результаты исследований излучательных характеристик дуги позволят создать источники ультрафиолетового и рентгеновского излучения с большим энергетическим выходом. На основе исследований импульсных дуг мегаамперного диапазона создана конструкция гиперскоросного ускорителя сочетающего адиабатическое сжатие водорода с последующим дуговым нагревом, имеющая значительные преимущества по сравнению с другими типами ускорителей. Результаты исследований являются основой для создания новых типов мощных плазмотронов и на их базе новых технологий. (ИПЭФ РАН) Впервые реализован сверхбыстрый механизм коммутации тока в полупроводниках на основе туннельно-ударного ионизационного фронта. При подаче на прибор, содержащий 20 последовательно соединенных кремниевых структур, обратного напряжения величиной 200 кВ за время 1 нс происходит заполнение структур плазмой и коммутация тока в нагрузку за время около 200 пс. Фронт импульса напряжения лежит в диапазоне 200-250 пс, а максимальные скорости роста тока и напряжения составляют 10 кА/нс и 500 кВ/нс соответственно. (ИЭФ УрО РАН)

Экология энергетики

Проведен комплекс исследований по сравнительной оценке экологических рисков. Сравнительный анализ последствий техногенного воздействия, обусловленного поступлением загрязняющих веществ (радиоактивных и химических) в окружающую среду с выбросами и сбросами предприятий ядерного топливного цикла и других отраслей экономики, позволил определить вклад предприятий атомной энергетики и промышленности в обострение экологической ситуации в районах их размещения. Выполнены оценки рисков для здоровья населения, как в региональном масштабе, так и в целом по России. Показано, что роль радиационного фактора среди других техногенных рисков пренебрежимо мала, а по ряду химических загрязнителей и по содержанию в атмосферном воздухе взвешенных частиц риски находятся на неприемлемо высоком уровне. Для исследования аварийных выбросов на АЭС при высокоскоростном истечении газов с большим потоком плавучести разработан компьютерный код HeavyGas по анализу рассеивания газов с отличной от воздуха плотностью. В основу кода положена лагранжева стохастическая модель переноса, модифицированная с целью учета эффектов плавучести. При этом каждая пробная точка или элементарное облако получает свою плавучесть, которая вместе с турбулентной диффузией определяет ее траекторию. Модель позволяет в рамках единого алгоритма описать как начальную стадию, включающую любую нестационарную конвекцию при отличной от воздуха плотности выброса, так и дальнейшие фазы распространения в атмосфере. В России подобная модель создана впервые. (ИБРАЭ РАН) Разработан метод генерации анион- и катион-радикалов неполярных молекул в электроспрейном ионном источнике (ИИ) масс-спектрометра и предложена оригинальная конструкция ИИ, которая позволяет эффективно анализировать фуллерены, эндометаллофуллерены и их производные, а также молекулярные комплексы с минимальной степенью фрагментации, реализуя процесс "мягкой" ионизации при масс-спектрометрическом изучении объектов. Выявлена природа окисления диоксида серы в капельной фазе конвективного облака в нижней атмосфере. Найдено, что в дневное время течение этого процесса в фоновой атмосфере, т.е. в отсутствии в капельной влаге ионов переходных металлов, определяют в основном жидкофазные реакции. Впервые выявлен факт существования размерных эффектов в жидкофазных реакциях окисления естественных и антропогенных выбросов диоксида серы в облачных каплях. Наибольшая скорость этого процесса достигается в самых мелких каплях (≤1 мкм). Способность таких капель ускорять процесс обусловлена захватом из газа радикалов ОН и НО2, инициирующих цепное окисление SO2 → H2SO4. В каплях бóльших размеров цепная реакция вырождается из-за уменьшения потоков этих радикалов в объем капли, а динамика самоочищения атмосферы резко замедляется. (ИНЭПХФ РАН)

Общая энергетика

Завершен цикл исследований эффективных направлений энергетической политики России. Скоординированными усилиями институтов ОЭММПУ, ООН и ОНЗ создано методическое обеспечение и научное обоснование основных положений «Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2020 года», утвержденной Правительством РФ (постановление от 28 августа 2003 г.) В рамках разработки Энергетической стратегии и для конкретизации ее положений выполнен ряд исследований по перспективам развития основных отраслей ТЭК России. Разработана «Стратегия развития ОАО «Газпром» в рамках Энергетической стратегии на период до 2020г. Научное обоснование концепции реформирования рынка газа». В рамках этого исследования сформирована производственно-инвестиционная стратегия развития газовой отрасли, обеспечивающая покрытие спроса на газ с оптимальным распределением инвестиционной нагрузки между основными производителями газа обоснован рациональный вариант реформирования рынка газа с учетом влияния изменения цены газа на темпы социально-экономического развития России, отраслей  газопроизводителей и жизненный уровень населения. Разработаны «Сценарные условия функционирования электроэнергетики на 5 лет». Работа содержит методические рекомендации и численные оценки сценарных условий функционирования энергетики на период 2004-2008 гг.: планируемые темпы экономического развития страны, экспортно-импортные отношения с другими странами, ожидаемые структурные изменения и темпы реализации экономических реформ, требования Энергетической стратегии по структурным преобразованиям электроэнергетики и ТЭК и т.д. Сценарные условия развития электроэнергетики и Холдинга РАО «ЕЭС России» определены для двух вариантов экономического развития страны с учетом разных темпов роста внутреннего электропотребления и теплопотребления, разных цен топлива и предельных цен электроэнергии, приемлемых для обеспечения конкурентоспособности основных отраслей народного хозяйства. С учетом рекомендованных решений Правлением РАО «ЕЭС России» была выбрана наиболее предпочтительная инвестиционная стратегия Холдинга на 2004-2008 гг. (ИНЭИ РАН) Развит методический инструментарий для оценки макроэкономических последствий изменения цен на энергоносители. Разработана и реализована на ПК имитационная модель (ИНТАР), позволяющая определять требуемую динамику тарифов, необходимую для обеспечения финансовыми ресурсами заданного развития электроэнергетики страны и отдельных энергетических компаний. При этом учитываются изменения условий эксплуатации (цены на топливо, нормы амортизации), технико-экономических показателей рассматриваемых типов электростанций (ТЭС на угле и газе, ПГУ, АЭС, ГЭС), налогов, условий кредитования, сроков строительства, имеющихся строительных заделов, возможностей модернизации существующих станций и других факторов. (ИСЭ СО РАН) Установлена высокая эффективность технологических систем для бинарных ГеоЭС на основе сверхкритических термодинамических циклов. Показано что, наиболее эффективным является приближенный к «треугольному» сверхкритический цикл, при котором мощность энергоустановки возрастает до 30% по сравнению с докритическим циклом. (ИПГ ДНЦ РАН) Проведены исследования и на их основе разработана концепция создания нового типа высокоэффективных станций для децентрализованной (локальной) энергетики. Обоснована целесообразность и эффективность создания систем и оборудования малой (локальной) децентрализованной энергетики для обеспечения энергетической безопасности путем устойчивого снабжения энергией потребителей различного назначения. (ОЭЭП РАН)

Проблемы машиностроения

Разработан и прошел квалификационные испытания электроракетный двигатель (ЭРД) холловского типа малой мощности КМ-45. Двигатель предназначен для использования в составе двигательных установок малых геостационарных космических аппаратов и расчитан на работу в диапазоне мощности 200- 400 Вт. Создан и введен в эксплуатацию стенд для испытаний мощных ЭРД. Вакуумная камера объемом 90 м3 имеет диаметр 3,8 м и длину 8 м. Данный стенд, являясь одним из крупнейших специализированных стендов в Европе, существенно расширяет возможности по созданию и отработке мощных ЭРД для перспективных космических аппаратов. (ФГУП Центр им. Келдыша) Разработан экспериментальный образец мощного стационарного двигателя (СПД-140) для решения транспортных задач в дальнем космосе. Разработана методика и проведены его ускоренные ресурсные испытания, показавшие возможность достижения ресурса до 10 тысяч часов. (НИИПМЭ МАИ) Предложена методика оценки (нормирования) безопасности космической техники и космических полетов, а также разработаны основы методологии формирования космических экипажей МКС с позиции минимизации риска. Результаты решения этих задач найдут непосредственное применение при разработке Технических регламентов. (ЦНИИМАШ) Сформулирован технический облик целевой аппаратуры автоматической межпланетной станции, предназначенной для исследования естественных спутников дальних планет Солнечной системы. Предложены и обоснованы пути решения технических проблем реализации проекта “Автоматическая межпланетная станция”. (ЦНИИМАШ, ФГУП Центр им. Келдыша) Разработана установка для испытаний подшипников на холодном газообразном азоте и жидком водороде. Выполняемые работы позволят создать типовую конструкцию высокоскоростных шарикоподшипников для турбонасосных агрегатов перспективных ЖРД, в том числе кислородно-водородных ЖРД верхних ступеней и разгонных блоков, ЯРД и энергетических установок КА многоразового применения и длительного ресурса. (ФГУП КБ Химавтоматики) Разработана компьютерная модель ЖРД, предназначенная для анализа вибраций и динамической прочности элементов конструкции двигателей при различных видах транспортирования (автомобильный транспорт, железная дорога) и эксплуатации. Проведен анализ вынужденных колебаний элементов двигателя, определены их динамическая напряженность и долговечность при воздействии вибрации. (ФГУП КБ Химавтоматики, ИМАШ РАН) Разработаны методы и средства дистанционного оптико-электронного контроля чистоты сжатого воздуха, используемого в стартовых ракетно-космических комплексах, обеспечивающего повышение надежности и безопасности функционирования бортовой аппаратуры космических аппаратов. Полученные технические характеристики средств контроля значительно превосходят данные отечественных и зарубежных аналогов, защищены патентом РФ и готовы к практическому использованию на стартовых комплексах. (ФГУП КБОМ) Создан автономный необитаемый подводный аппарат для поиска и обследования полей сульфидных корок в районах с глубинами до 6000 метров. Разработаны программные средства системы управления аппаратом для работы в условиях сложного рельефа дна. (ИПМТ ДВО РАН, Институт автоматики КНР) Разработан и испытан морской акустический томограф, позволяющий визуализировать горизонтальный разрез морского дна на заданной глубине. (ИПМТ ДВО РАН) Разработан метод исследования релейных автоколебательных воздушно-динамических рулевых приводов, включающий определение условий возникновения автоколебаний, их параметров и критерий устойчивости. Исследованы особенности динамики приводов с цифровым управлением. (ГУП “КБ приборостроения”, ТГУ) Экспериментально и теоретически обоснована возможность использования явления вибрационной инжекции газа в жидкость, открытое в ИПМАШ РАН и НПК “Механобр-техника” в 2000 г., для создания новых высокоэффективных вибрационных грохотов и флотационных машин. Это явление, состоит в интенсивном засасывании воздуха в вибрирующий сосуд с жидкостью через отверстия в его нижней части. (ИПМАШ РАН, НПК “Механобр-техника”) Создан экспериментальный образец технологического СО2 - лазера диффузионного типа с ВЧ - накачкой мощностью 300 Вт. Разработана технология использования катализатора в высокочастотном разряде с целью получения большего КПД. Работа направлена на создание надежных, экономичных и компактных технологических лазеров для резки неметаллических материалов и тонких листовых металлов. (ИПМех РАН) В результате экспериментальных исследований и компьютерного моделирования предложен способ движения пушпульных микросхем с электромагнитными движителями, состоящий в формировании частотно-управляемого движения в ограниченных пространствах (трубках, щелях), поверхности которых обладают минимальным трением. Экспериментально установлена возможность движения таких систем внутри наклонно и вертикально расположенных трубок малых диаметров с различными радиусами кривизны. (ИПМех РАН) Разработана, изготовлена и испытана опытная партия композитных охладителей силовых полупроводниковых приборов (СПП) с надежным эффективным термоэластичным контактом на границе металл-керамика. Испытания подтвердили их надежность и высокую эффективность на всех режимах эксплуатации СПП. На основе разработок могут быть созданы керамические молекулярные мембраны для разделения высокотемпературных смесей СО и Н2 в топливных системах с использованием топливных элементов на основе твердо полимерных электролитов, микроГТД и гибридных двигателях. (НИЦ “Тепловые керамические двигатели”) Исследовано формирование электроизоляционных керамических покрытий детонационным способом. За счет оптимизации напыления улучшена электрическая прочность “тонких” покрытий на 20-30%, а “толстых” в несколько раз. Разработана программа компьютерного управления процессом детонационной обработки. Выполнена надежная электроизоляция элементов электрофизических установок, работающих при напряжениях до 5 кВ в условиях повышенной радиации. (ИГиЛ СО РАН) Рассмотрены процессы воздействия интенсивного морского волнения на заякоренные объекты. Исследованы нелинейные колебания и качка терминалов и хранилищ, обеспечивающих работу морских комплексов на нефтедобыче. Получены теоретические зависимости, необходимые для проектирования и выбора для таких объектов оптимальных обводов, которые обеспечивают резкое уменьшение амплитуд колебаний и ускорений при качке. Разработан программный комплекс расчета нелинейных колебаний и качки плавучих объектов на интенсивном морском волнении. Результаты работы позволяют обеспечить эксплуатацию морских терминалов и хранилищ при высоте волн 20 и более метров. Разработка выполнена в рамках совместного проекта с фирмой “Moss Meritime a.s.” (Норвегия) и предложена на мировой рынок. (ФГУП ГНЦ “ЦНИИ им. А.Н.Крылова”) Разработаны технологические режимы равноканального углового прессования магниевых сплавов, обеспечивающие формирование субмикрокристаллической структуры и высокие прочностные характеристики сплавов. Определены оптимальные температурно-скоростные режимы деформации указанных сплавов в условиях низкотемпературной сверхпластичности. Максимальное удлинение для сплава системы Mg-Zn достигает 800%. Указанные характеристики значительно превосходят зарубежные аналоги. Полученные результаты могут найти применение в авиационной и автомобильной промышленности при изготовлении высокопрочных изделий из магниевых сплавов. (НФ ИМАШ РАН) Показано, что применение структурно-неоднородных заготовок из токопроводящих материалов с поверхностным слоем, модифицированным электроимпульсной обработкой, обеспечивает снижение максимальных значений силы деформирования и параметра поврежденности до 40%, что позволяет существенно снизить трудоемкость получения полуфабрикатов для машиностроения с субмикро- и нанокристаллической структурами, методами интенсивной пластической деформации, в частности, равноканальным угловым прессованием и осадкой с кручением. (ИПСМ РАН) Выявлено, что создание наноструктурных состояний в тонких поверхностных слоях и нанесение на рабочие поверхности тонких наноструктурных покрытий позволяет повысить пластические характеристики конструкционных материалов. Разработаны, не имеющие аналогов, технологии создания наноструктур в поверхностных слоях конструкций и нанесения на них наноструктурных покрытий. (ИФПМ СО РАН, ИМАШ РАН, ИМЕТ РАН) Сформулированы основные положения гетерогенного плазмохимического синтеза нитридных покрытий в условиях ионной бомбардировки при ионно-плазменном вакуумном напылении. Разработана математическая модель и программное обеспечение плазмохимического синтеза в условиях ионной бомбардировки, которое дает возможность по заданным параметрам напыления и физико-химическим параметрам взаимодействующих частиц и частиц поверхностного слоя твердого тела, рассчитать скорость роста, показатель стехиометрии полученных нитридных покрытий, эффективность использования напыляемых материалов и предсказать преобладающий механизм роста и вид структуры кристаллитов покрытия. (НИИ технологий и проблем качества при СГАУ) Предложен метод построения уточненных моделей слоистых оболочечных элементов конструкций из композиционных материалов. Получены аппроксимации для деформаций и перемещений, с помощью которых можно моделировать быстроизменяющиеся поля краевого эффекта и достигать приемлемой точности численного решения на более крупной сетке, чем требует традиционная сплайн-аппроксимация. (ИПРИМ РАН) Выполнен анализ влияния факторов технологической наследственности в сочетании с эксплуатационной нагруженностью. Показано, что высокоэффективные с экономической точки зрения взрывные технологии запрессовки теплообменных труб и специальные виды сварки создают повышенные уровни остаточных усилий и напряжений, приводят к исчерпанию локальной пластичности и росту местных напряжений в зоне концентрации. Эти повреждающие технологические и эксплуатационные факторы, а также сопутствующие воздействия коррозионной среды, потоки теплоносителя и газовые потоки с высокими и низкими скоростями деформирования являются одной из причин многократного (до 3-10 раз) снижения ресурса. Установлены ограничения в использовании взрывных технологий и сварки. Предложены методы для оценки ресурса и безопасности атомных реакторов и стартовых комплексов для ракетно-космических систем. (ИМАШ РАН, ФГУП ОКБМ, ОКБ “Гидропресс”, ЦНИИТМАШ, ВНИИАЭС, ЦНИИ КМ “Прометей”) Предложены и обоснованы критерии работоспособности магистральных трубопроводов - прочности, долговечности и трещиностойкости, основанные на дефектоскопическом анализе технического состояния, на данных лабораторных и стендовых испытаний образцов и моделей, на основании механизмов деградации и повреждений. (ИМАШ РАН) Разработаны расчетные модели, описывающие появления повреждений и разрушение зданий под действием сейсмических и ударных нагрузок. Предложены расчетные схемы, основанные на представлении конструкции в виде сочетания повреждаемых элементов и абсолютно жестких блоков. Показано, что такие схемы позволяют значительно упростить анализ динамического поведения многоэтажных зданий при сейсмических и внешних взрывных воздействиях, а также сократить объем вычислений, особенно при переходе к вероятностно-статистическим моделям. Полученные результаты могут быть использованы при создании новых строительных норм расчета сооружений на сейсмические воздействия. (МЭИ, ИМАШ РАН) Разработаны теория и метод выбора оптимальной формы поверхностей тел качения для роликовых подшипников и прямозубых зубчатых передач из условия снижения пиков концентрации контактных давлений по краям линии контакта, вызываемые краевыми эффектами и перекосами валов. (ИМАШ РАН) Поставлена и решена контактная задача о скольжении вязкоупругих тел с учетом их адгезионного взаимодействия. В результате получены аналитические выражения для контактного давления и перемещений границы вязкоупругого тела вне области контакта, а также система алгебраических уравнений для определения границ области контакта и области адгезионного взаимодействия поверхностей, которая решалась численно. Исследовано совместное влияние адгезии и несовершенной упругости на контактные характеристики и деформационную составляющую силы трения. Показано, что вязкоупругие тела, не находящиеся в контакте, но взаимодействующие посредством сил адгезионного притяжения, могут вступить в контакт при увеличении скорости относительного скольжения. (ИПМех РАН) На основе исследований трибохимических процессов в сверхвысокомолекулярном полиэтилене (СВМПЭ) применяемом в качестве полимерных вкладышей тазобедренного сустава человека, разработан материал, обладающий высокой трибоокислительной стабильностью на основе СВМПЭ, импрегнированного комплексом серебра в среде сверхкритической двуокиси углерода. (ИНЭОС РАН, ИПЛИТ РАН). Разработан метод повышения смазочной способности масел путем предварительного нанесения на поверхности трения монокристаллического углеродного покрытия-ориентанта, применение которого обеспечивает расширение температурного диапазона эффективного действия смазочных масел, снижение коэффициента трения и повышение противоизносных свойств сопряжений. (ИМАШ РАН, МГУ) Разработана технология неразрушающего контроля узлов деталей из неметаллических композиционных материалов, в том числе изделий из сферопластиков, монолитных и интегральных сотовых конструкций с использованием малогабаритной рентгенотелевизионной установки. Технология позволяет обнаруживать дефекты, связанные с геометрическими нарушениями сот и их соединений, а также выявлять инородные включения и существенно сокращает время проведения контроля и экспресс-диагностики при производстве, ремонте и эксплуатации авиационной техники. (ВИАМ) Создан непрерывный СО2 - лазер мощностью 8 кВт с дифракционным качеством пучка при использовании резонатора с пространственной фильтрацией излучения и оптимизацией параметров системы накачки и резонатора. Мощность повышена вдвое по сравнению с промышленными лазерами. (ИТПМ СО РАН)

Механика

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: