Учебно-исследовательская лаборатория ветро- и гидроэнергетические силовые установки

ЛАБОРАТОРИЯ ЗАНИМАЕТСЯ ИССЛЕДОВАНИЕМ И РАЗРАБОТКОЙ ИННОВАЦИОННЫХ ВЕТРО И ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК НОВОГО ТИПА.

Работа осуществляется совместно с ООО «Энергоинновации»

Генеральный  директор: Терентьев Андрей Алексеевич

Научный руководитель:  Терентьев Алексей Григорьевич

Компания учреждена 15 апреля 2010 года после победы в конкурсе СТАРТ-10, проводимым Фондом поддержки малых форм предприятий в научно – технической сфере («Фонд Бортника). Основной вид деятельности: научные исследования и разработки. Предприятие осуществляет реализацию проекта: «ВЕТРО И ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ НОВОГО ТИПА»

Ветроустановка во время испытаний на крыше I корпуса университета (2014 г.)

• Проект поддержан Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. Завершены  два этапа (2 года) реализации НИОКР по программе «СТАРТ».
• Целью проекта является создание принципиально новой линейки ветроэнергетических (ВЭУ) и гидроэнергетических (ГЭУ) установок малой мощности (до 100 КВт установленной мощности)

Представляем новую инновационную разработку, являющейся результатом теоретических и экспериментальных исследований, проведенной командой предприятия -  ветроэнергетическую установку  (ВЭУ) вертикального типа с адаптивным управлением крыльями.

В разработке реализованы следующие инновационные решения:

Простое и эффективное адаптивное управление крыльями, являющееся «ноу-хау» разработчиков.

С помощью системы адаптивного управления крылья автоматически изменяют свою конфигурацию и угол установки в зависимости от направления ветра.

В отличие от традиционных ветророторов в данной установке во время движения ротора и динамического взаимодействия крыла и закрылка, которые совершают колебательные движения около своих осей, возникает дополнительная тяга

В настоящее время изготовлен опытный образец ветроэнергоустановки со следующими характеристиками:

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

Высокая эффективность ветроустановки обеспечивается благодаря следующим факторам:

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

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

 График зависимости коэффициента использования ветра (КИЭВ) от быстроходности. На графике красным отмечено значение КИЭВ ветроротора разработки «Энергоинновации».

Конкурентные преимущества ветрогенератора

Проблемная научно-исследовательская лаборатория "Биоинформационные технологии"

Область исследований

В современном мире в ходе разного рода научных, медицинских и инженерных исследований ежедневно регистрируется громадное количество сигналов, тщательный анализ и сравнение которых позволяет давать ответы на поставленные фундаментальные или практические вопросы. С каждым годом ощутимо растет как оснащенность исследователей новыми приборами, так и точность и чувствительность используемых приборов. Это наряду с применением традиционных методов анализа данных требует разработки новых неинвазивных методов по количественному «прочтению» произвольных случайных последовательностей, которые совершенно свободны от априорных представлений о природе случайности. Эти методы обладают следующими свойствами:

1. Они содержат только такие преобразования над случайными дискретными последовательностями, ошибки которых на всех этапах обработки поддаются численной оценке и контролю. Благодаря этому свойству они обладают несомненными преимуществами перед инвазивными методами: классическим преобразованием Фурье (известная проблема осцилляций Гиббса), вейвлет-преобразованиями и другими новыми предлагаемыми методами, которые в своём построении содержат неконтролируемые ошибки и корреляции. Другие методы содержат такие предположения, которые во многих случаях остаются необоснованными и навязанными предположениями.
2. С помощью новых методов все случайные последовательности могут быть количественно "прочитаны" и, если необходимо, сравнены друг с другом с использованием универсального набора редуцированных параметров.
3. Предлагаемые методы свободны от каких-либо априорных представлений о статистической природе шума и позволяют на основе оригинального критерия выбора оптимального окна сглаживания выделить сглаженный тренд и относительные флуктуации, которые могут быть "прочитаны" количественно независимо друг от друга.

Эти свойства делают предложенные методы незаменимыми и универсальными для анализа шумов (произвольных случайных последовательностей) самой различной природы. Новые методы отражены в российских и зарубежных публикациях [1-7]. Кроме того, в последние годы нами разработан целый ряд методов, позволяющих анализировать происходящие события/сигналы в измеряемом объекте с использованием содержательных моделей, описывающих механизм изменений при том или ином воздействии.

Проблемы, которые могут быть решены с помощью новых методов.

1. Сравнение информативных признаков сложных биомедицинских сигналов до и после некоего воздействия на предмет выявления существенных различий.
2. Все воспроизводимые измерения разлагаются в спектр Прони и АЧХ (амплитудно-частотная характеристика) этого спектра может служить некоторой количественной мерой для выявления статистически значимых различий, проявляющихся, как правило, на качественном уровне.
3. Моделирование процессов и систем, порождающих технические, природные, биомедицинские и другие сигналы.
4. Классификация образов (сигналов) различной природы и разработка диагностических решающих функций
5. Разработка алгоритмических и программно-математических методов обработки и анализа сложных сигналов на языках высокого уровня

Отсюда можно предложить возможность решения следующих практических задач: 

1. диагностика заболеваний, основанная на количественном прочтении сигналов и/или шумов, которые регистрируются в организме человека;
2. повышение чувствительности различных сенсоров, датчиков и создание сверхчувствительных газоанализаторов и хроматографов;
3. на основании новых методов удается разработать общую теорию любого воспроизводимого эксперимента, удалить влияние аппаратной функции и количественно свести данные к идеальному эксперименту, выразив их количественно в рамках промежуточной модели;
4. внедрение информационно-измерительных технологий в научные исследования, медицину, учебный процесс, промышленность, энергетику.

Основные направления работы лаборатории:

• Выполнение анализа и сопоставления данных по заказам.
• Разработка новых методов анализа данных.
• Создание специализированных программ для анализа данных разного типа.
• Калибровка и сравнение высокоточных приборов по заказам.
• Построение широкого класса диагностических моделей (динамических в виде дифференциальных уравнений, регрессионных, причинно-следственных, функциональных), отражающих разнообразие и специфику диагностируемых объектов.
• Разработка программно-математического обеспечения информационно-измерительных и диагностических систем, применяемых в биологии, медицине, энергетике, контроле окружающей среды, технике и т.д.

Новости

Конференция, посвященная 150-летию со дня рождения С.А. Чаплыгина

В 2019 году будет отмечаться 150 лет со дня рождения известного российского ученого Сергея Алексеевича Чаплыгина (1869-1942), который внес большой вклад в развитие математики и механики. Такие термины, как метод Чаплыгина, газ Чаплыгина, вихрь Чаплыгина, шар Чаплыгина, сани Чаплыгина и др. хорошо известны во всем мире.

По этому случаю планируется проведение международной конференции “Научное наследие Сергея Чаплыгина: неголономная механика, вихревые структуры и гидродинамика”, которая состоится 2-6 июня 2018 года, в Чувашском государственном университете имени И. Н. Ульянова в городе Чебоксары. 

Приглашаем вас принять участие в конференции с докладом о результатах, имеющих отношение к научной тематике, которой занимался А.С. Чаплыгин:

1. неголономная механика и динамика нескольких тел;
2. системы с трением;
3. интегрируемые системы;
4. оптимальное управление и субриманова геометрия;
5. алгебрические и геометрические методы в динамике;
6. динамические системы в робототехнике и биомеханике;
7. вихревая динамика;
8. численные методы в механике сплошных сред.

Более подробную информацию об этом важном событии можно найти сайте конференции:  http://umu.chuvsu.ru/chaplygin2019.

История кафедры

Кафедра высшей математики и теоретической механики имени С.Ф.Сайкина (ВМиТМ) была образована 1 июля 2015 г. в результате слияния двух успешно и самостоятельно функционирующих кафедр: «Высшей математики» и  кафедры «Теоретической механики имени С.Ф.Сайкина». Такое объединение последовало в процессе реструктуризации подразделений Чувашского государственного университета имени И.Н.Ульянова, цель которой - повышения эффективности деятельности ВУЗа в целом. Каждая из названных кафедр имела богатую историю и многолетние яркие страницы научной, учебной, методической и воспитательной деятельности, связанные с именами известных в Чувашской Республике и за ее пределами ученых и педагогов.

Ниже история каждой кафедры изложена по отдельности. Вновь образованную кафедру возглавляет кандидат физико-математических наук доцент Сабиров Анатолий Саматович.

Кафедра высшей математики была организована в начале 1962 г. на базе Волжского филиала Московского энергетического института и называлась кафедрой общенаучных дисциплин. Первым преподавателем высшей математики на этой объединенной кафедре была Прокопьева Раиса Константиновна. Она закончила физико-математический факультет Казанского университета и уже имела опыт преподавания в вузе, работая ассистентом кафедры высшей математики в Чебоксарском филиале Горьковского политехнического института. После открытия осенью 1961 г. Волжского филиала Московского энергетического института Раиса Константиновна была приглашена на работу лично профессором А.А. Федоровым – проректором МЭИ по Волжскому филиалу. Студенческий коллектив нового вуза был небольшим. В его состав входили в основном бывшие студенты-вечерники и заочники Чебоксарского филиала Горьковского политехнического института и учебно-консультативного пункта Всесоюзного заочного политехнического института, вошедшие в состав ВФ МЭИ. С 1 сентября 1962 г. ВФ МЭИ уже имел дневную, вечернюю и заочную формы обучения. Кафедра высшей математики была выделена в самостоятельную единицу. Состав кафедры был малочисленным, всего шесть преподавателей. На должность заведующего кафедрой был приглашен старший преподаватель Чувашского государственного педагогического института Елизар Петрович Софронов, который к тому времени обладал большим жизненным опытом и педагогическим мастерством. Елизар Петрович – бывший фронтовик. Когда закончилась Великая Отечественная война, он вернулся к педагогической деятельности, которую успешно сочетал с научной, отдавая много сил подготовке кандидатской диссертации. Излишняя скромность и чрезмерное желание довести свой научный труд до совершенства послужили задержкой в получении ученой степени.

Первые шаги молодой кафедры были трудными. В ее составе не было ни одного преподавателя с ученой степенью и большинство из них имело только педагогическое образование. Учиться приходилось в процессе работы. Большую роль и помощь в становлении и развитии кафедры высшей математики Волжского филиала сыграли кафедры математики самого Московского энергетического института, руководимые в то время профессорами Н.А. Фроловым и А.Ф. Леонтьевым. Кафедры крупнейшего московского вуза оказывали методическую и научную помощь молодой подшефной кафедре: обеспечивали необходимой научной и методической литературой, направляли своих ведущих профессоров и доцентов для оказания помощи непосредственно в филиале. Не раз для чтения лекций студентам, а так же для проведения консультаций преподавателям приезжали в Чебоксары и постоянно интересовались работой кафедры высшей математики профессора Е.Д. Соломенцев, С.А Ломов, М.И. Вишик, доценты М.Л. Краснов, А.Е. Сысоев, Ю.И. Гросберг, В.В. Зайцев, П.С. Кожухов и другие. Преподаватели кафедры с большим желанием посещали эти лекции, были очень благодарны судьбе, давшей возможность личного общения с известными учёными-математиками. Кафедра росла вместе с вузом, повышалось качество преподавания, улучшался и сам учебный процесс.

Со временем кафедра значительно расширилась, в ее составе работало уже более 10 преподавателей, была открыта лаборатория малых вычислительных машин, начал свою работу кабинет математики. Волжскому филиалу требовались ученые-педагоги с учеными степенями. На заведование кафедрой был приглашен из Челябинска кандидат физико-математических наук, доцент И.Н. Гурьянов (1964-1965), его сменил на этой должности доцент В.К. Михайлов (1965-1968), который был командирован из МЭИ для работы в Волжском филиале. Кафедра пополнилась выпускниками МГУ имени М.В. Ломоносова. Приехали Медведев Н.В., Стакун А.А., Шегай Л.Н., Иванов В.А., Семёнов Ю.М. За этот период изменился и качественный состав кафедры. Многие преподаватели прошли обучение в аспирантурах ведущих вузов страны (МГУ, ЛГУ, КГУ, МЭИ, ЛГПИ и др.) и успешно защитили кандидатские диссертации. В 1967 году в связи с открытием Чувашского государственного университета кафедра высшей математики вместе с двумя техническими факультетами ЭПФ и ЭТФ филиала МЭИ вошла в состав университета. Для работы на кафедре были привлечены выпускники физико-математического факультета ЧГУ, которые с достоинством выдержали экзамен на преподавателя вуза.

С 1968 по 1970 г. кафедрой вновь руководил старший преподаватель Е.П. Софронов, затем его на короткое время заменил доцент Е.И. Железнов.  В 1972-1978 гг. большой вклад в организацию учебно-методической работы на кафедре внес доцент Ильин Валентин Ильич. Десять лет (1978-1987 гг.) заведующим кафедрой высшей математики был доцент Стакун Альфред Антонович. Он провел большую работу по разработке рабочих программ, ввел в учебный процесс новые формы самостоятельной работы студентов. Занимаясь активно научной работой, он получил значительные результаты в области спектральной теории.

Весомый вклад в работу кафедры высшей математики внес Всеволод Георгиевич Агаков – профессор, к.ф.-м.н., Заслуженный работник высшей школы РФ, Почетный работник ВПО РФ, Заслуженный работник образования ЧР, который заведовал этой кафедрой в 1987-2015 г.г. При нем получило дальнейшее развитие совершенствование учебного процесса с учетом междисциплинарных связей и подготовка высококвалифицированных инженерных кадров для Чувашской республики и всего региона в условиях перехода университета на многоуровневую систему подготовки специалистов с высшим образованием. Всеволод Георгиевич принимал активное участие в создании университетом социально-ориентированной системы непрерывного образования в Чувашской Республике. В 1992-2013 г.г. на кафедре функционировала «Школа будущего инженера», основной целью которой являлась довузовская подготовка учащихся. В рамках ШБИ во многих районах ЧР были организованы центры целевой довузовской подготовки учащихся сельских школ и сельской молодежи, где занятия по очно-заочной форме проводили опытные преподаватели кафедры. Как проректор по международным связям (1993), В.Г.Агаков внес большой вклад в создание в университете системы непрерывной подготовки иностранных специалистов в условиях многоуровневой системы образования. Как ответственный секретарь приемной комиссии университета (2001-2010), принимал активное участие в организации и проведении в Чувашской Республике эксперимента по единому государственному экзамену (ЕГЭ) и государственным именным финансовым обязательствам (ГИФО).

Деятельность кафедры была многогранна. Преподавание – дело очень сложное, требующее не только больших знаний, кропотливого труда, умений и навыков, но и прекрасных душевных качеств. Одним из старейших членов кафедры была старший преподаватель Р.К. Прокопьева, которая отдала работе на кафедре более 30 лет. Являясь наставником начинающих преподавателей, она вложила много душевных сил и знаний, педагогического мастерства в их становление. Не только молодые преподаватели кафедры, но и многие преподаватели ЧГУ являлись ее учениками. Она являлась примером для подражания во всем.

С первых дней создания университета на кафедре высшей математики работает доцент Н.Я.Попова (1965 г.), а доценты А.А. Стакун и Л.Н. Шегай работали с 1966 г. и принимали активное участие в многогранной деятельности кафедры и университета. Многие преподаватели посвятили более 25 лет обучению студентов. В их числе П.С. Атаманов, А.Н. Быкова, В.П.Бычков, Т.В. Картузова, Д.Н. Качевский, О.И. Кирпикова,, Н.Д.Поляков, Н.А. Ращепкина, С.С. Сайкин, А.П.Тарасов, В.А. Тобоев, Г.М. Филиппова.

Кафедра теоретической механики и сопротивления материалов была основана в 1967г. (приказ №433 Министра высшего и среднего специального образования РСФСР, от 23 сентября 1967 г.) и входила в состав факультета электрификации промышленности. С 1968 года – года основания физико-математического факультета, кафедра теоретической математики начала самостоятельную деятельность в составе этого факультета. Решением Ученого совета Чувашского государственного университета от 3 октября 2002 г кафедре «теоретической механики» присвоено имя С.Ф. Сайкина. Так она названа в честь первого ректора Чувашского государственного университета и первого ее заведующего.

В различные годы кафедрой руководили профессор С.Ф. Сайкин (1967–1987), доцент А.В.Галанин (1987–1998), доцент В.Н.Васильев (1998–2001), доцент О.В.Ильин (2001-2010),  доцент А.С. Сабиров (2010-2015). В течение 40 с лишним лет существования кафедры происходил постоянный научный рост ее кадров. Ранее на кафедре трудились профессора И.Т. Артемьев, А.Г. Терентьев; доценты Ю.В. Кузнецов, В.К. Краснов, М.П. Воротынцева, Ф.Б. Милявская, В.А. Святсков, Л.В.Желтова, Н.А. Дмитриева, Н.П. Порфирьев и др.

В 2014-2015 учебном году на кафедре работали 7 человек: профессор А.Г.Терентьев; кандидаты физико-математических наук, доценты А.С. Сабиров, А.Я. Корнилов; старшие преподаватели: Е.В. Васильева, Л.А. Яковлева; ассистент А.О. Казакова; делопроизводитель кафедры И.В. Гришанина.

Помимо фундаментального курса теоретической механики на семи факультетах (математическом и шести технических факультетах) кафедра преподавала ряд специальных научно-прикладных дисциплин. Кафедра большое внимание уделяла учебной работе. Только за последние пять лет изданы учебные пособия по различным разделам курса механики, спецкурсам: «Теоретическая механика. Расчетно-графическая курсовая работы»; «Колебания в механизмах»; «Теоретическая механика. Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников  электроэнергетических специальностей». Преподаватели кафедры совместно с кафедрой «Методики  преподавания математики», возглавляемой профессором Н.И. Мерлиной, участвовали в подготовке материалов для проведения математических боев школьников Чувашии и выпуске на основе этого ежегодного сборника задач.

Кафедра постоянно принимала участие в руководстве дипломными и курсовыми работами по механико-математической тематике, и подготовила более 25 специалистов математиков. Ежегодно студенты–математики, проходящие специализацию по кафедре, выступали с докладами на ежегодных научных студенческих конференциях Чувашского государственного университета им. И.Н.Ульянова; а также, на конференциях–фестивалях научного творчества учащейся молодежи «Юность Большой Волги». Некоторые научные работы отмечены наградами, так, например, студентка V курса Математического факультета Л.Е. Тепеева в 2007 г. была награждена дипломом II степени конференции «Юность Большой Волги».

Основная научная работа кафедры велась по гидродинамике. Научные семинары кафедры организовывались совместно с кафедрой прикладной математики. Совместно с ВУЗами г.Чебоксары проводились общегородские семинары по проблемам гидродинамики быстрых скоростей, на которых исследовались вопросы струйного, кавитационного и плавного обтекания тел; влияния весомости жидкости, твердых, свободных, проницаемых границ потока на геометрические и гидродинамические характеристики профилей (решеток профилей). Над этими проблемами работали А.В. Галанин, В.А. Гусев, О.В. Ильин, В.В. Макаров, А.Я. Корнилов. Проведены обширные числовые расчеты, доведенные до готовности их непосредственного использования в инженерно-технических расчетах и экспериментах, так, например, В.Н.Васильевым и А.Я. Корниловым был разработан эффективный метод вычисления сингулярных интегралов, содержащих тэта-функции. Необходимость вычисления таких интегралов возникает во многих задачах механики сплошной среды. Ряд полученных результатов преподавателей кафедры вошел в капитальную монографию М.И. Гуревича "Теория струй идеальной жидкости" (1979).

Начиная с 1972 года, в течение ряда лет коллектив кафедры под руководством профессора А.Г. Терентьева выполнял оборонный заказ ЦКБ Машиностроения. Был исследован ряд задач, даны конкретные рекомендации по применению результатов работы в производстве. Научные интересы кафедры не ограничивались рамками одной гидродинамики. О.В.Ильин работал над вопросами, связанными с оценкой мощности искажения, встречающегося в электроэнергетике (2002 г.). В.А. Гусевым были опубликованы исследования по ускорению проводников электромагнитными силами, А.В. Галаниным – по расчету механических и тепломеханических характеристик тела при движении с большой скоростью. Многие из этих работ носят прикладной характер. Выполняя заказ Чебоксарского тракторного завода (1991-1993 г.г.), группа сотрудников кафедры (В.Н. Васильев, А.В. Галанин, В.А. Гусев, О.В. Ильин, В.К. Краснов) создали математическую модель микроподрессоривания промышленных тракторов. Доцентом В.Н. Васильевым была разработана эффективная математическая модель расчета станочных координат червячных фрез (заказ Чебоксарского инструментального завода 1998 г.). Старший преподаватель Е.В. Васильева работает над темой «Математические методы и проблемы в механике».

Результаты работ докладывались и обсуждались на семинарах, научных конференциях, проблемных "Школах гидродинамики больших скоростей" республиканского, союзного и международного масштабов, публиковались в научных изданиях, фиксировались в годовых отчетах по университету. Всего за годы существования кафедры опубликовано более 250 научных работ. Члены кафедры многократно выступали с докладами и сообщениями на международных, российских и региональных конференциях, школах и съездах в различных научных центрах страны и за ее пределами (Москва, Ленинград, Киев, Алма-Ата, Краснодар, Казань, Уфа, Новополоцк, Набережные Челны, Симферополь, Тбилиси, Нижний Новгород и др.).

В настоящее время педагогический состав кафедры ВМиТМ насчитывает 11 преподавателей, из них 1 - доктор биологических наук и, одновременно, кандидат физико-математических наук, 9 человек имеют ученую степень кандидата физико-математических и педагогических наук. Преподаватели кафедры работают на всех инженерно-технических факультетах университета: строительном, машиностроительном, энергетики и электротехники, радиоэлектроники и автоматики, информатики и вычислительной техники; прикладной математики, физики и информационных технологий; управлений и социальных технологий; историко-географическом, подготовительном отделении для иностранных студентов. Коллектив кафедры вносит весомый вклад в дело непрерывного совершенствования учебно-воспитательной и научной работы, подготовки высококвалифицированных специалистов для республики и страны.  Кафедра большое внимание уделяет учебной работе. Регулярно издаются учебные пособия и методические указания по различным разделам высшей математики и теоретической механики. Учебное пособие проф. А.Г.Терентьева «Теория упругости с элементами сопротивления материалов и пластичности»  рекомендовано НМС по физике Минобразования и науки РФ студентам технических направлений подготовки.

В 2018 году вышел в свет 20-ый выпуск ежегодного сборника «Математические модели и их приложения». Выпуск продолжает публикацию научных работ, относящихся к исследованиям в различных областях современной гидродинамики, математики, а также к применениям современных математических методов в естествознании, электротехнике, экономике.