История кафедры и научные школы


Достижения в области отечественной авиации, ракетно-космической техники, морского флота, наземной техники в значительной степени определяются применением автономных систем управления, основой которых являются гироскопические системы. Становление научной школы "Гироскопические системы" в МГТУ относится к началу 30-х годов, когда конструкции отечественных самолетов стали настолько совершенными, что стали возможны полеты на дальние расстояния, на больших высотах, в облаках и тумане. Для таких полетов нужны были приборы автономной ориентации и автоматические системы управления, что, в свою очередь привело к необходимости подготовки специалистов по авиационным приборам и системам. Такая подготовка была поручена МВТУ им. Н.Э.Баумана, где в 1933г. было начато обучение по специальности "Авиационные приборы", а несколько позже (в 1938 г.) организована одноименная кафедра. В связи с постоянно изменяющимся содержанием подготовки специалистов несколько раз менялось и название кафедры.

Для ведения учебного процесса по авиационным приборам и системам были приглашены опытные специалисты Г.В.Щипанов, Я.И.Соловьев, Е.Б.Левенталь из промышленности и научные работники С.С.Тихменев, Г.О.Фридлендер, Н.Н.Чернов. С первых же лет существования специальности сложился высококвалифицированный коллектив преподавателей, владеющих знанием современной техники и методиками научной и педагогической работы. На кафедре были разработаны и начали читаться лекции по новым в те годы курсам "Авиационные приборы", "Прикладная теория гироскопов", "Автопилоты".

Высокая квалификация преподавателей и фундаментально поставленная подготовка специалистов по авиационным приборам и системам позволили заложить основы научной школы, которую в дальнейшем успешно развивали первые выпускники кафедры, в числе которых были будущие видные ученые и руководители научно-производственных коллективов: Н.А.Пилюгин. Е.Ф.Антипов, Е.В.Ольман, И.А.Михалев, Д.С.Пельпор, Н.П.Никитин и другие.

Большая заслуга в становлении научной школы принадлежит первому заведующему кафедрой "Авиационные приборы" проф. Георгию Владимировичу Щипанову (1903 - 1953); выпускник Ленинградского политехнического института, он многие годы работал в промышленности и пришел на кафедру с должности технического директора одного из заводов авиационною приборостроения. Понимая необходимость развития научных исследований в области авиационных приборов и систем, Г.В.Щипанов много внимания уделял проведению на кафедре научных исследований. Его первыми аспирантами были Е.Ф.Антипов, Н.А.Пилюгин, A.C.Майоров, В.П.Чумаков.

Булгаков Б.В.
В 1939 г. кафедру возглавил один из крупных ученых-механиков, профессор МГУ, член-корреспондент АН СССР Борис Владимирович Булгаков (1900-1952). По его инициативе, вызванной расширяющимся применени-ем гироскопической техники в авиации и морском флоте, усиливается механико-математическая подготовка выпускников и аспирантов кафедры. Монография Б.В.Булгакова "Прикладная теория гироскопов" (1939) явилась основополагающим трудом, на многие годы вперед определившим преподавание основ теории и развитие научных исследований в области гироскопической техники. С.С.Тихменев

В 1948 г. заведующим кафедрой "Авиационные приборы" становится д.т.н., проф. Сергей Сергеевич Тихменев (1886 - 1964). Окончив с отличием механико-математический факультет МГУ С.С.Тихменев затем увлекся авиацией, стал одним из первых российских летчиков. Заинтересовавшись устройством и эксплуатацией существовавших тогда авиационных приборов - магнитных компасов, тахометров, термометров, указателей скорости и других, он начинает работать над совершенствованием этих приборов являясь научным консультантом ряда предприятий авиационной промышленности. Свой богатый опыт С.С.Тихменев обобщил в монографиях "Теория авиационных приборов" (1940) и "Элементы точных приборов" (1956). С.С.Тихменев много внимания уделял сохранению высокого научно-педагогического потенциала кафедры как основы развития ее научной школы. В связи с этим в конце 40-х - начале 50-х годов им были приглашены на кафедру ее выпускники, руководители приборостроительных предприятий И.А.Михалев и Д.С.Пельпор, а также аспиранты кафедры Е.А.Никитин и В.А.Бауман.

Развитие ракетно-космической техники выдвинуло новые специфические задачи ориентации, управления и навигации, что потребовало не только выпуска специалистов более широкого профиля, но и разработки новых научных и методических основ их подготовки.
С 1962 г. эту работу возглавил заведующий кафедрой д.т.н., проф. Д.С. Пельпор, а с 1988 г. его преемник д.т.н., проф. С.Ф. Коновалов. За это время на кафедре были разработаны новые фундаментальные курсы "Теория гироскопов и гиростабилизаторов", "Элементы гироскопических устройств", "Инерциальные системы навигации", "Автоматическое управление летательными аппаратами", "Электронные устройства гироприборов", "Вычислительная техника в гироскопических системах", а также ряд курсов по проектированию и испытанию гироскопических приборов и систем.

Опыт преподавания и результаты научных исследований сотрудников кафедры были обобщены в более чем 100 монографиях, учебниках и учебных пособиях, среди которых особое место занимает учебник "Гироскопические системы" в трех томах, выпущенный под редакцией Д.С.Пельпора двумя изданиями (1972, 1988).

Научная школа "Гироскопические системы" развивалась и крепла трудами ее последователей, многие из которых, возглавляя творческие коллективы промышленных предприятий, научных и учебных заведений, способствовали развитию отечественной космонавтики, авиации, ракетной и наземной техники. За достигнутые успехи выпускники кафедры Н.А.Пилюгин, Е.Ф.Антипов, Е.В.Ольман, В.А.Рудницкий, Н.П.Никитин, Н.В.Маркичев, В.И.Феодосьев, П.М.Кириллов, В.С.Митяев, Ю.М.Сазыкин были удостоены Ленинской премии. Высшие научные звания присвоены Н.А.Пилюгину - академик АН СССР, В.И.Феодосьеву - член-корреспондент АН СССР, В.Ф.Журавлеву - член корреспондент РАН. За период существования научной школы кафедрой подготовлено 19 докторов наук и около 200 кандидатов наук.

В научной школе "Гироскопические системы" можно выделить четыре основных направления:

В отличие от радиотехнических и астрономических системы инерциальной навигации, разработка которых вылилась в самостоятельное направление, автономны, что определило их перспективность. Возникновение этого научного направления связано с заявкой на авторское свидетельство под названием "Навигационный прибор для регистрации пройденного пути и скорости", поданной Л.М.Кофманом и сотрудником МВТУ Е.БЛевенталем в 1932 г. Суть изобретения состояла в обеспечении с высокой точностью горизонтальности осей чувствительности акселерометров, установленных на платформе гировертикали с интегральной коррекцией. Эта схема дала начало так называемым кардановым инерциальным системам. Аналогичное изобретение в Германии было сделано годом позже, а в США инерциальная навигация начала развиваться лишь в конце 40-х годов.
Пилюгин Н.А.

Начало разработки другого класса инерциальных систем - бескарданных - связано с именем выдающегося выпускника кафедры Николая Алексеевича Пилюгина (1908-1982), под руководством которого в середине 30-х годов были разработаны и испытаны чувствительные элементы этих систем - самописец угловых скоростей (жирограф) (его дипломная работа), а также самописец линейных ускорений (акселерограф). С помощью этих приборов исследовалась серьезнейшая проблема авиации того времени - штопор самолетов. Жирограф и акселерограф устанавливали непосредственно на борту самолета и в условиям штопора измеряли и записывали значения угловых скоростей и линейных ускорений по трем ортогональным осям. потом на земле проводили расшифровку записей и определяли по соответствующим алгоритмам параметры движения самолета. С созданием малогабаритных и быстродействующих вычислительных машин сложные вычислительные опе-рации стали проводить в реальном масштабе времени непосредственно на борту движущегося объекта.
С развитием в конце 40-х годов отечественной ракетно-космической техники Н.А. Пилюгин по настоятельному предложению С.П.Королева становится Главным конструктором систем автономного (инерциального) управления ракетами-носителями. Коллектив ученых под его руководством добивается достижений самого высокого уровня. Большой вклад в разработку и создание инерциальных систем управления ракетно-космическими комплексами внесли также выпускники кафедры, работавшие под руководством А.А.Байкова.

Задачами следующего этапа в развитии инерциальных систем стали: разработка алгоритмов функционирования, поиск причин и оценка погрешностей определения координат и скорости, а также формирование требований к элементам этих систем.

Первый теоретический анализ схемы Кофмана - Левенталя (без учета вращения Земли) провел в 1937 г. Б.В.Булгаков. В 1940 г. С.С.Тихменев обратил внимание на необходимость учета переносных ускорений, вызванных вращением Земли. В дальнейшем исследованием различных вопросов, связанных с созданием инерциальных систем, занимались многие преподаватели, сотрудники и выпускники кафедры: Г.О.Фридлендер. С.С.Тихменев, Л.И.Ткачев. П.В.Бромберг, Е.А.Никитин, В.С.Магнусов, А.К.Неусыпин, О.С.Салычев и другие. В результате были разработаны схемы построения, алгоритмы функционирования, теория погрешностей, изучены вопросы комплексирования и фильтрации шумов инерциальных систем. Результаты теоретических исследований обобщены профессором кафедры П.В.Бромбергом в монографии "Теория инерциальных систем навигации" (1979).

Глубокая теоретическая проработка позволила уже в середине 60-х годов приступить к серийному производству авиационных инерциальных систем.

В настоящее время на кафедре ведутся работы, связанные с комплексной обработкой информации в инерциальных системах. Основные научные результаты этой работы отражены в монографии О.С.Салычева "Волновое оценивание погрешностей инерциальных систем навигации" (1992) изданной также в США и Канаде.

Второе направление "Системы автоматического управления летательными аппаратами" возникло в связи с необходимостью автоматической стабилизации углов курса, крена и тангажа при создании тяжелых самолетов (ТБ-1, МИ-2, Я-760, ТБ-7). Преподаватели и аспиранты кафедры занялись разработкой первых отечественных автопилотов АВП-2 (1933) и АВП-12 (1938). В 1942 г. под руководством Е.В.Ольмана была закончена разработка и начался серийный выпуск пневматических автопилотов АП-42 для военно-транспортных самолетов ЛИ-2. ИЛ-12, ИЛ-14. Опыт создания первых отечественных и зарубежных автопилотов нашел свое отражение в монографии Е.В.Ольмана, Я.И.Соловьева. В.П.Токарева "Автопилоты" (1946), Ис-следованию системы самолет-автопилот как системы автоматического регулирования была посвящена книга П.В.Бромберга и Д.С.Пельпора "Автоматическое управление самолетом" (1948).

Развитие высокоскоростной и маневренной авиации (ТУ-95. ТУ-114, Ан-22, Як-28 и др.) потребовало разработки более совершенных автопилотов и автоматических систем захода на посадку. В связи с этим на кафедре под руководством профессоров И.А.Михалева и Б.Н.Окоемова расширяется и углубляется подготовка специалистов по системам автоматического управления летательными аппаратами, а в промышленности под руководством выпускников кафедры И.А.Михалева. Е.Ф.Антипова. Е.В.Ольмана, Е.А.Никитина, Б.Н.Окоемова и других создаются автопилоты АП-15. АП-28, АП-28-И, АП-75, АП-6Е. БСУ-54 и автоматические системы захода самолета на по-садку САУ-1Т, САУ-ЗП.

Системы автоматического управления ракетами воздух-воздух и воздух-поверхность были разработаны под руководством Н.П.Никитина, Специфика этих ракет, простота, дешевизна - требовала разработки соответствующих теоретических вопросов, в решении которых принимал участие д.т.н., проф. А.К.Неусыпин. Результаты его исследований отражены в монографии "Гироскопические приводы" (1978).

В целях создания современных систем автоматического управления летательными аппаратами были проведены исследования в области фундаментальных теоретических вопросов, связанных с разработкой принципов построения систем автоматического управления, методов анализа, методик проектирования и расчета, стендов для математического и полунатурного моделирования. Итогом полученных научных результатов стал ряд монографий, среди которых необходимо отметить работы И.А.Михалева. Б.Н.Окоемова, М.С.Чикулаева "Системы автоматического управления самолетом" (1987).

В разработке теории систем автоматического управления принимал участие проф. П.В.Бромберг, которым была издана монография "Матричные методы в системах автоматического регулирования" (1978),

Третьему направлению "Приборы ориентации и гиростабилизаторы", связанному с проблемами измерения углов курса, крена и тангажа летательного аппарата, положила начало работа Б.В.Булгакова и С.С.Тихменева "Теория авиагоризонта Сперри с маятниковой воздуходувной коррекцией" (1937), которая предлагала методику исследования инструментальных и ме-тодических погрешностей авиагоризонта путем построения траекторий движения вершины гироскопа на горизонтальной плоскости. Пневматические гироприборы обладали низкой точностью и были неудобны в эксплуатации, поэтому началась разработка гироприборов с визуальным съемом показаний на основе электромеханических элементов (гиромоторов, жидкостных уровней, коррекционных двигателей). В создании приборов этого типа - авиагоризонтов (АГК-47, АГИ-1, АГБ-1) и гирополукомпасов (ГПК-48, ГПК-52) - принимали участие Е.Ф.Антипов, Е.В.Ольман, П.М.Кириллов, Д.С.Пельпор, Б.И.Волков и другие.

Развитие систем автоматического управления дало импульс к созданию гироскопических датчиков углов ориентации, что, в свою очередь, потребовало разработки новых принципов построения гироскопических приборов и их теории. С конца 40-х до начала 60-х годов были разработаны и начали серийно выпускаться курсовертикали АП-15, КВ-2Н. КВ-ЗН, авиагоризонт типа АГД для самолетов, выполняющих фигуры высшего пилотажа, различные модификации центральной гировертикали типа ЦГВ. В создании этих приборов принимали участие И.А.Михалев, В.С.Магнусов, В.А.Бауман. Основные научные результаты, полученные при разработке приборов ориентации, отражены во втором томе уже упоминавшегося учебника "Гироскопические системы".
Принцип гироскопической стабилизации оказался эффективным при создании гироскопических датчиков углов ориентации (АП-15, ЦГВ), систем самонаведения ракет, а также при стабилизации кино-, фото- и теле-аппаратуры. Пельпор Д.С.

Однако, гиростабилизаторы, защищая стабилизируемые объекты от качки, вращения, наклонов, вибрации основания, сами подвержены действию этих возмущений. Большой вклад в развитие теории и создание гиростабилизаторов, работающих при интенсивных механических воздействиях, внес Дмитрий Сергеевич Пельпор (1910-1996). Результаты его исследований изложены в ряде монографий и учебных пособий, за которые проф. Д.С.Пельпор в 1976 г. был удостоен Государственной премии СССР.

Приоритет в изобретении поплавкового гироскопа (1949). на основе которого и в настоящее время строятся прецизионные гироскопические системы, принадлежит выпускнику кафедры д.т.н. проф. Л. И.Ткачеву.

В конце 50-х годов, занимаясь исследованием поплавковых гироскопов, д.т.н., проф. Е.А.Никитин создает новое научное направление "Гидродинамика поплавковых гироскопов и акселерометров". Основные результаты его исследований приводятся в монографии "Проектирование дифференцирующих и интегрирующих гироскопов и акселерометров" (1969). В настоящее время это научное направление развивается под руководством проф. С.Ф.Коновалова.

Работая над актуальными вопросами развития приборостроения в содружестве с промышленными предприятиями, преподаватели и научные сотрудники кафедры участвовали в создании перспективных образцов гироприборов и гиростабилизаторов, обеспечивая конструкторско- теоретическую часть разработок: динамически настраиваемых гироскопов (Д.С.Пельпор, В.А.Матвеев), гиростабилизаторов кино-, фото- и телеаппа-ратуры (В.В.Фатеев), двухрежимных курсовых приборов для наземных самоходных объектов и гирокомпасов для геофизических скважин (С.А.Шестов, В.А.Бауман). Основные результаты этих исследований обобщены в уже упоминавшемся учебнике "Гироскопические системы" (т.2), а также в монографии Д.С.Пельпора. В.А.Матвеева, В.Д.Арсеньева "Динамически настраиваемые гироскопы" (1988). За участие в разработке и освоении серийного выпуска динамически настраиваемых гироскопов д.т.н. проф. В.А.Матвеев был "удостоен Государственной премии СССР за 1986 г.

Под руководством С.Ф. Коновалова разработан ряд навигационных акселерометров, а также аппаратура и методики для их статических и динамических испытаний; создана теория цифровых акселерометров с широтно-импульсной и релейно-импульсной модуляцией выходного сигнала, теория виброустойчивости акселерометров. Итогом исследовании в этом направлении стала монография С.Ф.Коновалова "Теория виброустойчивости акселерометров" (1991) и учебное пособие С.Ф.Коновалова, Е.А.Никитина и Л.М.Селивановой "Проектирование гироскопических систем" (1980).

Развитие четвертого направления - "Элементы гироскопических приборов" - связано с именем С.С.Тихменева. точнее, с его монографией "Элементы точных приборов" (1956), в которой впервые была проанализирована работа элементов авиационных приборов в условиях вибрации и изменяющихся температур. Инструментальные погрешности гироприборов в основном объясняются несовершенством примененных в них конструктивных элементов, В начале 50-х годов в связи с появлением реактивной авиации и ракетно-космических систем резко возросли требования к точности гироприборов, что потребовало разработки, исследования и применения более совершенных их элементов.

Сам же термин "элементы приборов", общепринятый в настоящее время, был введен С.С.Тихменевым.

В связи с требованиями промышленности на кафедре был введен вначале небольшой, а затем фундаментальный курс "Элементы гироскопических приборов", в подготовке которого принимали участие Д.С.Пельпор, Е.А.Никитин. С.Ф.Коновалов и С.А.Шестов. Так, проф. Е.А.Никитин в 1960 г. основал новое научное направление "Электромагнитный подвес поплавковых приборов". Группой сотрудников кафедры была создана теория, разработаны конструкции и схемы резонансных и активных магнитных подвесов, методики их настройки, определены возмущающие моменты создаваемые подвесом. По инициативе акад. Н.А.Пилюгина на основе разработок кафедры были созданы первые отечественные прецизионные поплавковые гироскопы с магнитным подвесом, позволившие решить сложную задачу автономного азимутального ориентирования мобильных "возимых" ракет. Основные научные результаты, полученные при исследовании магнитных подвесов (1972, 1988), приведены в третьем томе учебника "Гироскопические системы" и в монографии Ю.А.Осокина, В.Н.Герди, Н.Н.Станкевича и др. "Теория и применение электромагнитных подвесов" (1980).

К началу 60-х годов стало ясно, что для создания прецизионных гироприборов необходимо исследовать происходящие в них тепловые процессы. Одними из первых в этом направлении начали работать профессора Е.А.Ни-китин и С.А.Шестов.

Глубокие научные разработки сотрудники кафедры провели по исследованию гиромоторов, двух- и трехколечных шарикоподшипников, датчиков угла и момента, токоподводов, цифровых систем съема информации и т.д. Подробные сведения об этих элементах приведены в уже упоминавшемся третьем томе учебника "Гироскопические системы" (авторы Е.А.Никитин, С.А.Шестов, B.А.Матвеев).

Научная школа кафедры продолжает развиваться и укреплять связь с промышленностью. На ведущих предприятиях отрасли: НИИ прикладной механики, Раменском приборостроительном КБ, МНПК "Авионика", НПО автоматики и приборостроения, ГФУП "Дельфин" созданы филиалы кафедры, на которых студенты проходят практику, выполняют лабораторные работы, курсовые и дипломные проекты. Возглавляют филиалы кафедры и ведут на них занятия руководители предприятий профессора И.Н.Сапожников, Г.И.Джанджгава, Л.Н.Киселев, В.М.Петров, Г.В.Попов и наиболее квалифицированные сотрудники.

На рубеже 21-го века на кафедре открылись следующие направления научных исследований:

  • Динамически настраиваемые гироскопы и волновые твердотельные гироскопы - руководитель З.Д.Н.Р., д.т.н., проф. Матвеев В.А.

  • Интегрированные инерциальные навигационные системы, аэрогравиметрические системы, геодезические навигационные системы - руководитель д.т.н., проф. Салычев О.С.

  • Гироскопические стабилизаторы оптических систем (теле и кинокамер), роторные вибрационные гироскопы, балочные вибрационные гироскопы - руководитель к.т.н., доц. Фатеев В.В.

  • Микромеханические акселерометры и гироскопы, перцизионные стенды для испытаний приборов, инклинометры для точной прокладки наклонных и горизонтальных скважин на нефть и газ, системы раннего предсказания возможных разрушений мостов (телебашен и др. сооружений) - руководитель З.Д.Н.Р., д.т.н., проф. Коновалов С.Ф.

  • Цифровые автопилоты для самолетов, разработка алгоритмов автоматического управления подвижными объектами, методы построения бортовых вычислителей для автопилотов, системы автоматической посадки - руководитель д.т.н., проф. Окоемов Б.Н.

  • Скоростные вентильные электродвигатели, исполнительные двигатели следящих систем - руководитель д.т.н., проф. Делекторский Б.А.

    Кафедра явилась одним из учредителей Международной Академии Навигации и Управления Движением и активно участвует в ее работе. Семеро сотрудников кафедры являются действительными членами академии.

    Одновременно с факультетом ИУ кафедра ведет подготовку инженеров на отраслевом факультете "Приборостроительный". Факультет имеет учебные аудитории и лаборатории на территории НИИ Прикладной Механики им. ак. Кузнецова которым руководил выпускник кафедры, З.Д.Н.Р., д.т.н., проф. Мезенцев А.П., ныне - Денискин Д.Г. В начале обучение на факультете было вечерним, а в период руководства факультетом Коноваловым С.Ф. (1983-1988гг.) факультет из вечернего преобразован в дневной. Сейчас факультетом руководит к.т.н., доц. Герди В.Н. и обучение студентов ведется по специализациям:

  • Гироскопические и навигационные приборы - руководитель специализации к.т.н., доц. Малышева Е.А.

  • Прецизионные электромеханические и электронные устройства элементов приборов и систем - руководитель специализации к.т.н., доц. Полынков А. В.

  • Технология навигационных приборов и систем - руководитель специализации к.т.н., доц. Бахратов А.Р.

    Помимо учебной деятельности на кафедре ведется научная работа в соответствии с договорами и контрактами с российскими и иностранными фирмами.

    На главную страницу