Теоретическая и прикладная теплофизика

в космической и авиационной технике,

энергосберегающих технологиях

кафедра технической теплофизики ФЛА НГТУ

руководитель: Чичиндаев Александр Васильевич, зам.зав кафедрой Техническая теплофизика по НИРС, профессор кафедры Технической теплофизики, д.т.н., доцент,

тел.: (383)346-24-76, e-mail: ttf_nstu@rambler.ru

 Направление.  Биофизические исследования в системах жизнеобеспечения человека

• Цели и задачи НИР

Проведение комплексного экспериментального и численного моделирования процессов тепломассопереноса в элементах систем жизнеобеспечения и термостабилизации человека, методы исследования и оптимизации процессов жизнедеятельности и термостабилизации.

• Актуальность выполнения НИР

Одним из перспективных направлений при оптимизации элементов систем жизнеобеспечения служит численное исследование процессов жизнедеятельности и термостабилизации.

• Оборудования, используемое в НИР

Коллектив располагает

- экспериментальными стендами на базе НГТУ:

- установки для проведения работ по программам подготовки магистров и аспирантов;

- лабораторные установки для лабораторных работ по спецкурсам программ подготовки инженеров;

- вычислительные средства: компьютеры Pentium-III.

• Основные результаты НИР

Разработаны физические и математические модели процессов жизнедеятельности применительно к теплогидравлическим процессам в системе терморегуляции и имеются пакеты программ по моделированию и исследованию воздействия температуры, инерционных сил, невесомости и других физических факторов на отдельные ткани организма, позволяющие оптимизировать элементы систем защиты человека.

• Основные методы и подходы

 В численном исследовании процессов жизнедеятельности будет проведено исследование влияния вязкостных свойств неньютоновской жидкости и морфологических свойств тканей на теплогидравлические параметры системы терморегуляции при воздействии различных внешних физических факторов.

• Уровень НИР (сопоставление с аналогичной российской и зарубежной продукцией)

 Основным направлением изучения процессов жизнеобеспечения в Институте медико-биологических проблем РАН (ИБПМ) служат трудоемкие, дорогостоящие и опасные для жизни экспериментальные исследования. Разработка физических и численных моделей для исследования воздействия экстремальных факторов внешней среды позволяет расширить диапазоны исследований и проводить оптимизацию элементов систем защиты для человека при длительных пилотируемых полетах космонавтов.

• Сфера и формы возможного использования результатов работы

Научное сотрудничество с ИБПМ РАН.

Внедрение материалов исследований в учебный процесс специальностей 551000 - Авиа и ракетостроение, 131100 - Системы жизнеобеспечения и оборудования ЛА, 070200 - Техника и физика низких температур, 551013 - Физическое и вычислительное моделирование теплоаэродинамических и теплогидравлических процессов, обучающихся на кафедре ТТФ и ее филиале.

в начало страницы

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ КРОВЕНОСНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА

Научный руководитель Чичиндаев А.В., доц. каф. ТТФ

Форма проведения НИР – инициативная работа, проводимая в рамках научно-исследовательской работы со студентами (НИРС) и магистрантами специальностей 131100 и 551014 ФЛА. По результатам работы получены призовые дипломы конференций, публикации и именные стипендии.

Сроки проведения НИР – 1996-2007 гг.

Исполнители: Захаров Д.В (1997), Утюшев И.А. (1999), Орлова А.М. (2001), Толстошеева В.В. (2003-2004),

 Фомичева И.В. (2003-2007, Стипендия Правительства РФ, Медаль Минобрнауки РФ, гранты НГТУ)

Содержание. Компьютерное моделирование гемодинамических параметров кровеносной системы человека с целью оценки эффективности ее работы при воздействии внешних физических факторов. Модель позволяет проводить численное моделирование гидравлических характеристик в кровеносной системе человека с целью получения распределения давления и расхода крови по различным тканям организма. При моделировании учитываются: морфология кровеносной системы, возраст, пол, тип двигательной активности, вид и величина физической нагрузки, внешние физические факторы (силы гравитации, инерции, компрессионное давление).

Состояние разработки. Разработана модель, алгоритм расчета, пакет прикладных программ. Разработка внедрена в учебный процесс и имеет учебно-методическое описание. Отсутствует современный интерфейс.

Область применения. Замена дорогостоящих экспериментальных исследований, выполняемых в областях биофизики, авиационной и космической биологии и медицине, клинической медицине на безопасное компьютерное моделирование, а также выполнение оценки эффективности различных типов, видов тренажеров и снаряжения.

в начало страницы

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ ЧЕЛОВЕКА

Научный руководитель Чичиндаев А.В., доц. каф. ТТФ

Форма проведения НИР – инициативная работа, проводимая в рамках научно-исследовательской работы со студентами (НИРС) и магистрантами специальностей 131100 и 551014 ФЛА. По результатам работы получены призовые дипломы конференций, публикации и именные стипендии.

Сроки проведения НИР – 1996-2007 гг.

Исполнители: Токаренко А.В. (2000), Мишенин А.С. (2001), Заговеева О.С. (2001), Матюхин А.П. (2002), Бобкова Н.А. (2002), Сафатова М.С. (2003), Фомичева И.В. (2003-2007, Стипендия Правительства РФ, Медаль Минобрнауки РФ, гранты НГТУ)

Содержание. Компьютерное моделирование тепловых параметров системы терморегуляции (СТР) человека с целью оценки эффективности ее работы при воздействии внешних тепловых факторов. Модель позволяет проводить численное моделирование теплогидравлических характеристик в системе терморегуляции человека с целью получения распределения тепловых потоков, температур тканей и кожи для различных тканей организма. При моделировании учитываются: морфологические особенности системы терморегуляции, возраст, пол, температура и тип окружающей среды (воздух, вода), специфика работы СТР в случаях гипотермии и гипертермии.

Состояние разработки. Разработана модель, алгоритм расчета, пакет прикладных программ. Предполагается внедрение в учебный процесс и издание учебно-методической литературы в 2007 году. Отсутствует современный интерфейс.

Область применения. Замена дорогостоящих экспериментальных исследований, выполняемых в областях биофизики, авиационной и космической биологии и медицине, клинической медицине на безопасное компьютерное моделирование, а также выполнение оценки эффективности различных типов, видов защитной одежды и снаряжения. Возможно моделирование гипотермии, применяемой при операциях на сердце в Институте Мешалкина.

в начало страницы

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИНЕРЦИОННЫХ СИЛ НА ЧЕЛОВЕКА

Научный руководитель Чичиндаев А.В., доц. каф. ТТФ

Форма проведения НИР – инициативная работа, проводимая в рамках научно-исследовательской работы со студентами (НИРС) и магистрантами специальностей 131100 и 551014 ФЛА. По результатам работы получены призовые дипломы конференций, публикации и именные стипендии.

Сроки проведения НИР – 1996-2007 гг.

Исполнители: Лаврова О.В. (2004, Стипендия Президента РФ), Номоконова К.Г. (2004, стипендия фирмы Боинг), Фомичева И.В. (2003-2007, Стипендия Правительства РФ, Медаль Минобрнауки РФ, гранты НГТУ)

Содержание. Общая идея работы состоит в том, чтобы, используя известные медико-биологические данные, получить компьютерный аналог человека, позволяющий дополнить (а в некоторых случаях и заменить) дорогостоящие экспериментальные исследования в данной области. Тема актуальна для длительных полетов, в том числе при пилотируемых полетах на Марс, а также для случаев гиподинамии человека. В результате работы выполнен обзор литературы в области космической биологии и медицины по воздействии сил инерции, невесомости и гиподинамии на организм человека. Разработан алгоритм и модель расчета распределения крови в тканях организма, учитывающий действии на него линейных ускорений пониженной гравитации и гиподинамии. Выполнен цикл численных исследований об особенностях действия линейных ускорений, невесомости (пониженной гравитации Марса и Луны) и гиподинамии на расходно-напорные характеристики кровеносной системы для различных возрастов и пола, проведена оценка эффективности компенсации невесомости с помощью вакууммирующего костюма и гиподинамии с помощью тренажеров. В результате проведенных исследований установлены основные закономерности влияния ускорений, невесомости и гиподинамии на работу кровеносной системы и компенсации их с помощью защитных средств.

Результаты работы были представлены на 30 конференциях, отмечены 14 дипломами, из них: 10 дипломов – I степени, 2 диплом – II степени, 2 диплом – III степени. По данной теме опубликовано 50 работ

Состояние разработки. Разработана модель, алгоритм расчета, пакет прикладных программ. Предполагается внедрение в учебный процесс и издание учебно-методической литературы в 2007 году. Отсутствует современный интерфейс.

Область применения. Замена дорогостоящих экспериментальных исследований, выполняемых в областях биофизики, авиационной и космической биологии и медицине, клинической медицине на безопасное компьютерное моделирование, а также выполнение оценки эффективности различных типов, видов защитной одежды и снаряжения. Возможно моделирование гипотермии, применяемой при операциях на сердце в Институте Мешалкина.

в начало страницы

Компьютерное моделирование и исследование влияния компонент солнечного излучения на организм человека применительно к условиям Марса и Земли

Научный руководитель Чичиндаев А.В., доц. каф. ТТФ

Форма проведения НИР – инициативная работа, проводимая в рамках научно-исследовательской работы со студентами (НИРС) и магистрантами специальностей 131100 и 551014 ФЛА. По результатам работы получены призовые дипломы конференций, публикации и именные стипендии.

Сроки проведения НИР – 1994-2007 гг.

Исполнители: Музанова Е.И. (2001), Слободянюк И.А. (2001), Ильина Н.О. (2001),

Шкваркина Е.В. (2002, стипендия фирмы Боинг)

Содержание. Целью работы является оценка биологической значимости компонент излучения для длительных пилотируемых космических полётов и выработка требований к элементам систем жизнеобеспечения кабин летательных аппаратов. Тема актуальна для длительных полетов, в том числе при пилотируемых полетах на Марс, а также для случаев проживания человека в высоких широтах и Сибири. Для этого были собраны, изучены и проанализированы материалы по физическим параметрам Марса, его атмосферы и известным широтно-климатическим особенностям погоды на поверхности планеты. Далее была разработана модель и программа для расчёта мощности солнечного излучения на поверхности Марса (Земли). В результате численного исследования получены данные о мощности солнечного излучения для различных широт на всём протяжении годового обращения Марса вокруг Солнца и установлены характерные природно-климатические зоны. На втором этапе выполнен обзор и анализ литературы по особенностям воздействия солнечного излучения на человека в ультрафиолетовом, световом и инфракрасном спектрах. В результате установлены для каждого участка спектра: 1) наиболее чувствительные системы организма; 2) физиологические пороги; 3) физические механизмы действия излучения. Оценка биологической значимости выполнена путём наложения установленных физиологических порогов на значения мощности солнечного излучения на Марсе и ранее полученные данные по Земле. Установлено, что практически все области Марса, а также приполярные широты Земли являются солнечно дефицитными большую часть времени суток и сезонов года.
Результаты работы были представлены на 6 конференциях, отмечены 2 дипломами: дипломом III степени, дипломом за оригинальность и новизну работы, а также грамотой. По данной теме опубликовано 7 работ.

Состояние разработки. Разработана модель, алгоритм расчета, пакет прикладных программ.

Область применения. Замена дорогостоящих экспериментальных исследований за счет моделирования воздействия спектра и интенсивности солнечного излучения на организм человека.

в начало страницы

 Компьютерный метод определения психологических типов

и совместимости членов экипажа

Научный руководитель Чичиндаев А.В., доц. каф. ТТФ

Форма проведения НИР – инициативная работа, проводимая в рамках научно-исследовательской работы со студентами (НИРС) и магистрантами специальностей 131100 и 551014 ФЛА. По результатам работы получены призовые дипломы конференций, публикации и именные стипендии.

Сроки проведения НИР – 2004-2007 гг.

Исполнители: Фомичева И.В. (2004-2007), Орлова А.В. (2006), Невская Е.В. (2007), Шашкова А.В. (2007)

Компьютерный метод определения психологических типов и совместимости членов экипажа оценки темпераментов личности и исследование их асимметрии

Содержание. Одной из актуальных задач в области жизнеобеспечения для длительных пилотируемых полетов на МКС и по проекту полета на Марс является оценка психологической совместимости экипажа. При этом важны: 1. совместимость экипажа в условиях длительного нахождения в замкнутых, небольших объемах; 2. высокая работоспособность и отсутствие депрессии при длительном нахождении в монотонных, объединенных информацией условиях. В настоящий момент для решения этих задач прибегают к способам классической психологии с исполнением системы многократного тестирования. Например, в 2007 году в Государственном научном центре РФ – Институте медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ-ИМБП РАН) планируется 520-суточный эксперимент, моделирующий полет на Марс (с возможностью продления до 700 суток). Цель эксперимента – изучение взаимодействия в системе «человек – окружающая среда», получение экспериментальных данных о состоянии здоровья и работоспособности человека, длительно находящегося в условиях изоляции в герметично замкнутом пространстве ограниченного объема при моделировании основных особенностей марсианского полета (сверхдлительность, автономность, измененные условия коммуникации с Землей – задержка связи, лимитированность расходуемых ресурсов).  Целью настоящей работы является разработка комплексного подхода к решению этой проблемы. Суть подхода заключается в синтезе нескольких психологических методик оценки путем их анализа и сравнения через функциональную асимметрию полушарий головного мозга. Для оценки совместимости с позиции асимметрии полушарий использовался алгоритм видеокомпьютерной диагностики по методу Ануашвили. Для оценки психологического портрета личности и совместимости с позиции европейской психологии использовались классические опросники Айзенка, Кейрси и Кэттелла. В заключение сравнивались оценки степени асимметрии психики и совместимости людей в коллективе по трем методам на примере студенческих групп. Для этого группы анализировались по методам Айзенка, Кейрси, Кэттелла и Ануашвили. В целом можно заключить, что схемы оценки совместимости по трем методам адекватно работают на практике и удачно дополняют друг друга. В результате такой оценки возможно получение дополнительной информации при решении проблемы подбора и оценки совместимости экипажа.
Результаты работы были представлены на 6 конференциях, отмечены 2 дипломами: дипломом III степени, дипломом за оригинальность и новизну работы. По данной теме опубликовано 7 работ.

Состояние разработки. Разработана модель, алгоритм расчета, пакет прикладных программ.

Область применения. Замена дорогостоящих экспериментальных исследований за счет моделирования и прогнозирования поведения человека на основании изучения его психологических свойств.

в начало страницы