Інноваційні розробки, найважливіші результати

ОСНОВНІ НАУКОВІ ДОСЯГНЕННЯ ІНСТИТУТУ

Інститутом транспортних систем і технологій НАН України зроблено значний внесок у розробку науково-технічних основ створення високошвидкісного наземного магнітолевітуючого транспорту, нових традиційних і нетрадиційних транспортних систем і технологій, окремих їх вузлів і конструктивних елементів, відповідного рухомого складу, бортових джерел живлення та автономних систем енергозабезпечення рухомих і стаціонарних об'єктів, у розвиток таких нових напрямків як вітроенергетика та сонячна енергетика, а також у розробку засобів діагностики і забезпечення екологічної, медичної і технічної безпеки транспортування пасажирів і вантажів та експлуатації енергетичного устаткування.

Основні наукові досягнення фахівцями Інституту одержано у галузях загальної механіки, механіки деформівного твердого тіла, надпровідності, механіки рідини та газу, фізики твердого тіла, фізики рідких кристалів, електродинаміки та електроенергетики, розробки проблемно-орієнтованих та радіофізичних систем керування, хімічних джерел струму та ін.

Нижче наведено основні результати досліджень Інституту відповідно до затверджених Президією НАН України наукових напрямів.

Фізико-технічні проблеми створення магнітолевітуючих транспортних систем та пристроїв, засобів їхнього управління  та енергозабезпечення

В Інституті розроблено і виготовлено макетний зразок магнітолевітуючого транспортного засобу, стенд чотирьохпунктного електродинамічного підвісу і транспортну естакаду, обладнану системою тяги на базі лінійного синхронного двигуна.

Вирішено практичні задачі по створенню транспортних надпровідних магнітних систем (кріомодулів), як значною мірою визначають вибір схеми тяги, підвісу та бокової стабілізації, а також по створенню механізмів передачі зусиль зі збалансованими тепловими і механічними характеристиками. 

Розроблено, виготовлено і випробувано 8 типів кріомодулів, у тому числі КТ-10М, який є універсальним пристроєм, тобто таким що виконує одночасно функції силового вузла підвісу, магніту збудження у лінійному синхронному двигуні, а також джерела магнітного поля вузла стабілізації, який забезпечує горизонтальну стійкість магнітолевітуючого транспортного засобу.

Чотири транспортних кріомодулі КТ-10М в експерименті забезпечували стійкий підвіс макетного зразка транспортного засобу з кліренсом 150 мм при швидкості руху 300 км/год.

Основні наукові результати наукових досліджень за цим напрямом:

• запропоновано узагальнену теорію і методику розрахунку силових взаємодій у системах електродинамічної левітації із суцільним струмопровідним полотном шляхової структури;
• розроблено математичні моделі транспортних засобів різних конструкцій з електродинамічним підвісом, що враховують зв'язаність рівнянь руху і рівнянь струмів у структурах шляхового полотна;
• виконано комплексний аналіз левітаційних характеристик електродинамічного підвісу різних конструктивних схем екіпажів з різними типами профільованих і плоских шляхових структур; на основі досліджень стійкості і безпеки руху власних та вимушених коливань електродинамічних транспортних засобів різних конструкцій вибрано раціональні конструктивні схеми та основні параметри транспортних екіпажів і потягів; 
• розроблено та підтверджено результатами теоретичних досліджень, а також одержаним патентом в Україні нову транспортну електродинамічну систему з плоскою шляховою структурою;
• розроблено повномасштабний транспортний кріомодуль КТК-1 з корпусом на основі композитних матеріалів. Виготовлено і перевірено основні конструктивні вузли  кріомодуля, в тому числі надпровідні котушки;
• створено оригінальні експериментальні стенди для випробувань систем електродинамічної левітації, комплексного дослідження механічних, теплових і електромагнітних характеристик розроблених кріомодулів та їх окремих вузлів;
• експериментально відпрацьовано технологію експлуатації транспортних кріомодулів, яка включає наступні етапи: вакуумування, охолоджування, підведення струму до надпровідної котушки, перехід у стан "замороженого" магнітного потоку, робота в автономному режимі на транспортному засобі, вихід з робочого режиму;
• розроблено, виготовлено і перевірено на імітаційній шляховій структурі діючу модель екіпажу високошвидкісного наземного транспорту з електродинамічним підвісом на надпровідних магнітах. Результати експериментів і випробувань довели хорошу якісну і кількісну відповідність розробленій теорії, надійну роботу всього комплексу автономної апаратури екіпажу,  а також переваги системи електродинамічної левітації над електромагнітним підвісом;
• розроблено та вдосконалено методи й алгоритми  дослідження левітаційного руху електродинамічних транспортних систем. Визначено раціональні конструктивні схеми й основні параметри транспортних екіпажів і шляхової структури;
• виконано теоретичний аналіз стійкості і безпеки руху та показників комфорту пасажирів транспортних засобів і запропоновано методику вибору конструктивних схем і параметрів електродинамічного підвісу;
• запропоновано і досліджено нові та удосконалено існуючі схеми електродинамічного підвісу, які мають підвищену левітаційну якість та забезпечують більшу стійкість руху у порівнянні з традиційними схемами;
• запропоновано новий підхід для дослідження можливості самостабілізації у системах електродинамічної левітації з дискретною шляховою структурою;
• розроблено методики проектування і розрахунку транспортних надпровідних магнітів і пристроїв їх автономного життєзабезпечення;
• розроблено комбіновану зміцнену теплоізоляцію стільникового типу для надпровідних магнітних систем магнітолевітуючих транспортних засобів; 
• отримано теоретичні залежності, які дозволяють визначити енергетичні та електромеханічні характеристики лінійних синхронних двигунів, в тому числі зі збудженням від постійних магнітів у пускових, гальмових і квазістаціонарних режимах руху транспортного засобу. Розроблено методику аналізу і синтезу системи автоматичного керування лінійним синхронним електродвигуном; 
• проведено дослідження впливу контактних термічних опорів з урахуванням механічного навантаження на температурні поля різних типів з'єднань у системах підвісу високошвидкісного магнітолевітуючого транспорту. Сформульовано рекомендації з розробки високоефективного теплозахисту з екранно-вакуумною теплоізоляцією для кріогенних модулів з рідким гелієм у складі екіпажу з метою підвищення надійності енергозабезпечення магнітолевітуючих транспортних засобів;
• розроблено математичну модель магнітопружної деформації тонкостінних конструктивних елементів кріомагнітних систем та оцінено критичні значення магнітної індукції, при яких відбувається випинання пластинчастих фрагментів кріомодулів;
• запропоновано оригінальні технічні рішення, які можуть бути безпосередньо використані при проектуванні високошвидкісного магнітолевітуючого транспорту, виготовленні основних вузлів транспортних засобів, макетних зразків і випробувальних стендів. Вказані технічні рішення захищені патентами України;
• обґрунтовано фізичні принципи побудови швидкодіючих об'ємних НВЧ датчиків різних параметрів швидкоплинних процесів для інформаційно-керуючої системи високошвидкісного наземного транспорту з магнітною левітацією. Вперше обґрунтовано концепцію побудови прецизійної завадостійкої розподіленої радіонавігаційної системи магнітолевітуючого потягу, заснованої на фазометричному методі визначення координат і здатної ефективно функціонувати у режимі реального часу. Відмінною рисою навігаційної системи є її інтегрованість із системою керування лінійним двигуном високошвидкісного магнітолевітуючого транспортного засобу, енергозабезпечення якого, а також вузлів приймально-передавального тракту фазометричної радіонавігаційної системи здійснюється автономною розподіленою фотоелектричною енергосистемою;
• проведено комп'ютерне моделювання тандемних гетероструктурних фотоелектричних перетворювачів (які мають підвищені ефективність та квантовий вихід), а також напівпровідникових генераторних елементів НВЧ-діапазону для енергосистем наземного та космічного базування, які є взаємоузгодженими фрагментами системи енергозабезпечення магнітолевітаційної транспортної магістралі;
• розроблено ряд елементів і вузлів радіохвильової інформаційно-керуючої системи для забезпечення надійності функціонування магнітолевітуючого транспорту: напівпровідниковий НВЧ-генератор з електронною перебудовою частоти, хвилеводний перемикач каналів, обмежувач НВЧ-потужності на діодах Ганна, твердотільний НВЧ-датчик зазору між магнітопланом і шляховою структурою та ін.;
• розроблено континуальну модель феромагнітних рідких кристалів – композитних рідких кристалів, наповнених магнітними частинками (Burylov-Raikher theory), передбачено та досліджено нові магнітооптичні й електромагнітооптичні ефекти, які виникають в таких системах, та запропоновано конструкції датчиків магнітного поля для детального вивчення розподілу магнітного полю під час руху транспортних засобів.

В Інституті проведено великий обсяг робіт, спрямованих на створення наукових основ проектування автономних систем енергозабезпечення на базі вітроелектричних установок та сонячних енергетичних систем. Основні наукові результати цих досліджень:

• вирішено комплекс задач у галузі прикладної аеродинаміки вітроустановок, моделювання та розрахунку динамічних процесів і напружено-деформівного стану в робочих режимах вітроустановок різної конструкції, в першу чергу з Н-роторами Дар'є, експериментальних досліджень полів течії навколо ротору Дар'є, раціоналізації вибору вітроустановок, оптимально пристосованих до локальних вітрових умов України;
• досліджено режими нестаціонарного обтікання комбінації співвісно встановлених роторів Дар'є і Савоніуса з урахуванням їх взаємовпливу. Таке конструктивне виконання ротора є популярним у класі малих та середніх ВЕУ. Визначено якісні та кількісні оцінки впливу геометричних розмірів ротору Савоніуса на сумарні аеродинамічні та енергетичні характеристики комбінованого ротора;
• виконано експериментальні дослідження поля течії навколо Н-ротора Дар'є у гідродинамічному лотку при різних значеннях швидкохідності і азимутальних положеннях лопатей. Результати досліджень дозволяють аналізувати різні стадії формування вихрових структур на лопатях Н-ротора Дар'є та верифікувати результати чисельного моделювання;
• розроблено метод розрахунку аеродинамічних та енергетичних характеристик ротору Дар'є з гелікоїдальними лопатями та їх оптимізації в частині отримання максимального коефіцієнту потужності і максимізації вироблення енергії. Проведено аналітичні дослідження впливу геометричних та кінематичних параметрів ротора на його аеродинамічні та енергетичні характеристики – залежність коефіцієнтів обертаючого моменту і потужності ротора від коефіцієнтів заповнення і швидкохідності, форми ротора, числа лопатей, кута закрутки; 

• досліджено особливості вертикально-осьових вітроустановок з Н-ротором Дар'є, що працюють в режимах постійної, квазипостійної та змінної  швидкості обертання, як об'єктів управління. Визначено раціональні конфігурації електрогенеруючої системи та вітроустановки в цілому для всіх режимів, що забезпечують найбільш ефективний відбір енергії вітру, її перетворення і видачу автономному споживачеві або у мережу енергосистеми. Вибрано стратегії управління вітроустановкою для кожного режиму роботи і відповідно до них визначено архітектуру системи управління та алгоритми управління, що реалізують максимізацію відбору енергії вітрового потоку на всіх режимах постійної і змінної швидкості обертання Н-ротора;
• на основі осереднених за критерієм Рейнольдса рівнянь Нав'є-Стокса проведено реконструкцію структури нестаціонарного турбулентного обтікання повітрям ротора вертикально-осьової вітроустановки з Н-ротором Дар'є, виділено етапи зародження, розвитку та зриву вихорів при обтіканні ротору. Встановлено вплив геометричних характеристик ротора Дар'є на енергетичну ефективність вертикально-осьової вітроустановки, встановлено залежності коефіцієнта потужності від коефіцієнтів швидкохідності, заповнення і числа Рейнольдса;
• досліджено системи підвісу транспортних та енергетичних систем на базі масивів постійних магнітів. Встановлено розподіл магнітного поля, визначено сили взаємодії елементів підвісу в різних режимах роботи. Визначено межі застосовності розроблених методів при розрахунку робочих режимів з урахуванням особливостей конструкції підвісу. Проведено верифікацію моделей шляхом зіставлення з експериментальними даними та імітаційне моделювання магнітостатичного підвісу ротора вертикально-осьової вітроенергетичної установки на основі розроблених методик;
• на основі розробленого спеціалізованого пакету виконано моделювання впливу діелектричного бар'єрного розряду при роботі плазмового актуатора на повітряний потік з метою керування структурою течії навколо лопатей вітроустановки;
• створено діючу лабораторну фотоелектричну установку малої потужності, оснащену пристроєм (геліостатом) автоматичного спостереження за Сонцем, яка включає: фотоелектричну панель, блок управління, акумулятор-енергонакопичувач електроенергії. Створено комп'ютерну програму для керування орієнтацією фотоелектричної панелі на Сонце відповідно до заданої його траєкторії для будь-якої широти місцевості; 

• в результаті комп'ютерного моделювання кремнієвих сонячних елементів з вертикальними P-N переходами встановлено залежність коефіцієнта корисної дії сонячного елементу від радіусу наночастинок. При радіусі наночастинок 25 нм і відстані між ними 200 нм вдається досягти максимального значення коефіцієнта корисної дії, що дорівнює 13,8%;
• виконано моделювання надходження сонячної радіації на одиничну площу залежно від кліматичних умов і порівняння річної продуктивності фотомодулів виготовлених за технологіями аморфного і кристалічного кремнію. Виявлено більш ефективну роботу модулів з аморфного кремнію;
• розроблено та виготовлено гібридну вітросонячну установку потужністю 6,5 кВт на базі горизонтально-осьової вітроустановки потужністю 6 кВт та сонячних батарей загальної потужності 0,5 кВт з системою енергонакопичення ємністю 1760 А∙год. Для підвищення вироблення електроенергії сонячні батареї встановлено на розробленому та виготовленому трекері оригінальної конструкції (захищений патентом України) для орієнтації їх на Сонце.

У рамках досліджень, проведених в Інституті з діагностики та корекції функціонального стану операторів техногенно навантажених виробництв, включаючи екіпажі транспортних засобів на магнітному підвішуванні, було виявлено новий ефективний фізіотерапевтичний фактор – магнітні поля низької інтенсивності зі спеціальною поляризаційною та енергочастотною структурою, які включають вихровий компонент магнітного поля, внутрішньо властивий процесам біоінформаційних обмінів в організмі людини.
Разом із вченими Академії медичних наук України, країн СНД, Австрії та Сполучених Штатів Америки проведено дослідження з впливу зазначених магнітних полів на біооб'єкти різного ступеня організації й виявлено раніше невідоме науці явище кірального резонансу - збіг напрямку обертання вихрової компоненти магнітного поля з відповідною характеристикою кіральності біологічних молекул в організму людини.
У відповідності з формулою наукового відкриття "Явище зміни протеолітичної активності пепсину під впливом змінного магнітного поля з вихровою компонентою", яке було зареєстровано у 2008 році (диплом №356), стає можливим безмедикаментозним способом керувати - як у сторону збільшення, так і у сторону зменшення – кислотністю шлункового вмісту у пацієнтів з порушенням активності шлункового соку.
На основі проведених досліджень розроблено параметричний ряд нових фізіотерапевтичних апаратів, захищених 5-ма патентами України.

Проблеми механіки та аеродинаміки транспортних засобів, у тому числі тих, які левітують над профільованими опорними поверхнями

• Інститутом транспортних систем і технологій НАН України отримано фундаментальні результати в області загальної механіки, якісної теорії параметричних і нелінійних коливань та стійкості нелінійних динамічних систем, у тому числі, систем з запізнюванням. Основні отримані результати наукових досліджень в цьому напрямі:
• запропоновано новий підхід до побудови теорії стійкості параметричних коливань лінійних гамільтонових систем, що знаходить численні застосування у механіці, задачах динамічної стійкості пружних систем та інших областях науки і техніки В результаті отримано прості докази відомих теорем, що істотно спрощує існуючу теорію.  
• вперше встановлено ряд нелокальних якісних результатів в області стійкості параметричних коливань, зокрема, узагальнено на критичні частоти параметричного резонансу класичні теореми Релея про поведінку частот власних коливань при зміні жорсткості та інерції;
• розроблено  нелокальний метод якісного дослідження родин  вільних і параметричних коливань нелінійних гамільтонових систем і отримано критерії їх стійкості; запропоновано поняття суперлінійної та  сублінійної гамільтонової системи та виведено критерії існування і стійкості вільних та параметричних коливань у таких системах;
• виведено достатні критерії абсолютної стійкості деяких класів нелінійних механічних і керованих систем із довільним змінним запізнюванням; встановлено системи, для яких ці критерії є необхідними. Запропоновано метод розрахунку експоненціальної стійкості деяких класів нелінійних систем із запізнюванням; трудомісткість методу практично не залежить від порядку системи. Показано, що всі  умови експоненціальної стійкості та верхні оцінки показників Ляпунова визначаються безпосередньо коефіцієнтами системи; 
• знайдено точні оцінки логарифму рішення і спектру оператора Коші неавтономного диференціального рівняння, вираженого за допомогою довільної норми матриці коефіцієнтів. Для рівняння з періодичними коефіцієнтами  одержано точну нижню межу періодів рішень. З використанням даного результату знайдено  умови стійкості періодичних розв’язків нелінійних гамільтонових систем;
• запропоновано узагальнення класичної умови Ліпшиця, що дозволяє розглядати нелінійні системи з розривними правими частинами, які часто зустрічаються у задачах механіки та управління. Знайдено точні верхні межі амплітудно-частотних характеристик періодичних коливань великої кількості  нелінійних автономних системи диференціальних рівнянь довільного порядку;

• розв’язано відому задачу Мишкіса про максимальний показник Ляпунова лінійного диференціального рівняння  першого порядку з довільним обмеженим запізнюванням. Отриманий результат узагальнено  на  систему рівнянь довільного порядку, матриця якої має дійсні власні значення. Для системи з комплексними власними значеннями отримано достатню умову експоненціальної стійкості.

В Інституті розроблено конструктивні схеми електродинамічних транспортних систем з плоскою шляховою структурою та оцінено на основі математичного  моделювання коливання та стійкість руху транспортних засобів при визначених раціональних параметрах у прямолінійних та криволінійних ділянках шляху, в яких два або чотири ряди надпровідних магнітів взаємодіють з одним, двома або чотирма рядами шляхових контурів різної форми та щільності у поздовжньому та поперечному напрямах. 
Виконано експериментальні дослідження та теоретичні розрахунки аеродинаміки транспортного апарату на надпровідних магнітах, що рухається поблизу шляхової структури; у тому числі:

• розроблено єдиний експериментально-теоретичний підхід, що поєднує результати продувок в аеродинамічних трубах, наближених чисельно-аналітичних методик, численних реконструкцій поля течії на основі повних рівнянь Нав'є-Стокcа з диференціальними моделями турбулентності; 

• виконано експериментальні дослідження із серією моделей високошвидкісного транспортного засобу в аеродинамічній трубі (корпус, корпус з крилами, корпус з крилами біля шляхової структури, «трапецієвидна» шляхова структура, «жолобоподібна» шляхова структура );
• проведено розрахунки турбулентного обтікання профілю транспортного засобу поблизу екрана. Виділено фізичні особливості структури течії навколо профілю транспортного засобу та виконано аналіз коефіцієнтів тиску, підйомної сили і сили лобового опору. Проведено порівняльний аналіз інтегральних та розподілених аеродинамічних характеристик профілю транспортного засобу з експериментальними даними;
• проведено параметричні дослідження форми носової та хвостової частин, перетину корпусу високошвидкісного транспортного засобу; кута установки та відстані до шляхової структури; впливу швидкості бокового вітру на аеродинамічні характеристики транспортного засобу; впливу форми крила на аеродинамічні характеристики для розвантаження надпровідних магнітів;
• розроблено алгоритми оптимізації корпусу високошвидкісного наземного транспорту (ВШНТ) на основі авторського пакету прикладних програм обчислювальної аеродинаміки; вироблено рекомендації щодо вибору раціональних геометричних параметрів корпусу ВШНТ.
• В Інституті виконано фундаментальні дослідження трансзвукових турбулентних відривних течій:
• проведено багатопараметричні дослідження обтікання класичних і надкритичних аеродинамічних профілів; 
• виявлено нові режими трансзвукового обтікання профілю, включаючи режим автоколивань двох стрибків ущільнення на симетричному профілі; 
• розроблено класифікацію режимів обтікання аеродинамічних профілів, зокрема, на площині «число Маха набігаючого потоку - кут атаки» складено «план-карти» режимів аеродинамічних профілів різної форми;
• визначено влив тепло- та масообміну на розміри локальної надзвукової області та автоколивання стрибків ущільнення.
•  

Виконано фундаментальні дослідження надзвукових турбулентних відривних течій:

• проведено багатопараметричні дослідження двовимірних та тривимірних взаємодій ударних хвиль, що генеруються як у зовнішньому потоці, так і з перешкодами, з примежовим шаром за наявності тепло- і масообміну з обтічною поверхнею;

• проведено дослідження аналогії та принципових відмінностей двовимірних і тривимірних надзвукових відривних течій;
• виявлено структуру та закономірності розвитку відривних надзвукових течій для різних типів генераторів ударних хвиль у широкому діапазоні параметрів незбуреного потоку, розподіленого вдуву і відсмоктування примежового шару, температури обтічної поверхні.
• Розроблено  та створено науково-методичне забезпечення для обчислювальної аеродинаміки:
• розроблено та створено нові високоефективні алгоритми та чисельні методи для розв'язання рівнянь Нав'є-Стокса стисливого газу та нестисливої рідини;
• розроблено загальну структуру і функціональне наповнення пакету прикладних програм обчислювальної аеродинаміки для персональних комп'ютерів, локальних кластерів та віддалених суперкомп'ютерів з використанням GRID-технологій.
• проведено дослідження ефективності керування відривом потоку на циліндрі за допомогою 4-х плазмових актуаторів на основі діелектричного бар'єрного розряду. Увімкнення плазмових актуаторів призводить до придушення вихрової доріжки Кармана, і, як наслідок, до зменшення лобового опору. 

Розроблено методи аналітичної динаміки вітроустановок як просторово розвинутих механічних систем:

• розроблено прикладні методики розрахунку статики і динаміки елементів конструкції Н-роторів Дар'є, що базуються на аналізі результатів розрахунків отриманих на основі інженерних методів, а також з використанням програмних комплексів. Проведено комплексні дослідження та розрахунки напружено-деформованого стану дво- і трилопатевих вертикально-осьових вітроенергетичних установок  з Н-роторами Дар'є різного конструктивного виконання. Вироблено рекомендації щодо вибору їх раціональних конструктивних схем;

• розроблено метод суперелементів балочного типу для моделювання динаміки пружного Н-ротора Дар'є в умовах складного опору з урахуванням розподілених аеродинамічних навантажень. Запропонований підхід до моделювання динаміки пружних лопатей і траверс з аеродинамічним профілем дозволив раціоналізувати процедуру отримання різного ступеню повноти моделей динаміки для використання їх на відповідних етапах проектування;
• розроблено методику урахування аеродинамічних сил при суперелементному представленні пружних балок, поперечні перерізи яких мають аеродинамічні профілі. Сформовано лінійну модель динаміки пружних лопатей, виконано якісний аналіз збуреного руху лопаті у лінійному наближені. Встановлено критерій стійкості такого руху і знайдено діапазон відносної швидкості обтікання лопаті, при якому її рух буде стійким до збурень початкових умов.

Проблеми створення та експлуатації високоенергоємних бортових джерел живлення для транспортних засобів

В Інституті виконано великий обсяг науково-дослідних і дослідно-конструкторських робіт у галузі розробки та створення хімічних джерел струму широкого призначення, в тому числі для бортового живлення нових традиційних та нетрадиційних транспортних засобів, сільськогосподарської техніки, електромобілів та міського пасажирського електротранспорту, систем автономного енергозабезпечення, радіопередавальної апаратури та систем зв'язку, спеціальної і військової техніки та ін.

На основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень  розроблено нові конструкції свинцево-кислотних акумуляторних батарей, у тому числі герметичних необслуговуваних, розроблено нові технології отримання сплавів для струмовідводів акумуляторних батарей, паст для електродів, дозрівання і сушіння пастованих електродів, складання акумуляторних батарей, формування батарей та тестування готових акумуляторів. Розроблено технології переробки та утилізації свинцево-кислотних акумуляторів, які відпрацювали свій ресурс. Виконані теоретичні та експериментальні дослідження лужних акумуляторів з діоксидно-марганцевим та оксидно-нікелевим електродами. 

Основні отримані в Інституті результати за цим напрямом:

• розроблено нові сплави, в тому числі сплав-лігатура для струмовідводів позитивних і негативних електродів свинцево-кислотних акумуляторних батарей, які мають необхідну механічну міцність, корозійну стійкість та технологічні якості;
• вдосконалено технологію отримання свинцево-кальцієвого сплаву для струмовідводів електродів, яка дозволяє уникнути неконтрольованих втрат кальцію, отримати сплав із заданими технічними характеристиками; 
• розроблено сплави для струмовідводів свинцевих акумуляторів з оптимальною стехіометричною структурою, розроблено способи одержання багатокомпонентних сплавів, які забезпечують підвищену довговічність батарей;
• проведено дослідження впливу добавок і домішок у свинцевих сплавах на їх механічні та експлуатаційні властивості. Проведено дослідження впливу олова на властивості смуги зі свинцево-олов'яно-кальцієвого сплаву та нагріву на зміцнення свинцево-сурм'яних сплавів. На підставі отриманих результатів проведено удосконалення технології виробництва свинцевих сплавів і технологій виготовлення з них струмопровідних деталей акумуляторних батарей, у тому числі, герметичних свинцево-кислотних акумуляторів. Все це дає покращення якості батарей та зниження їх матеріалоємності;
• проведено комплексні дослідження механічних властивостей нових і традиційних свинцевих сплавів хімічних джерел струму (стартерних та індустріальних свинцево-кислотних) нового покоління, здатних працювати в умовах активних механічних впливів – вібраціях і перевантаженнях, а також при нестабільних розрядно-зарядних процесах. Ці дослідження актуальні для проектування і виготовлення як акумуляторів загального призначення, так і акумуляторів для спеціалізованої і військової техніки; 

• вперше експериментально отримано значення механічних властивостей (модуля Юнга, умовної межі текучості, тимчасового опору розриву) для свинцево-сурм'янистих і свинцево-кальцієвих сплавів, що дозволило коректно розраховувати напружено-деформований стан струмовідводів акумуляторних батарей, який виникає у процесі їх виготовлення та експлуатації. Встановлено залежності механічних властивостей цих сплавів від часу дисперсійного твердіння та умов кристалізації;

• на основі проведеного теоретичного аналізу фізико-хімічних процесів на межі: електроліт – активна маса – струмовідвід, а також корозійну поведінку свинцевих сплавів розроблено спосіб одержання струмовідводів зі свинцевого сплаву, який передбачає штучне старіння струмовідводів в умовах примусового обдуву гарячим повітрям. За рахунок цієї технології досягається скорочення часу старіння і технологічного циклу виробництва в цілому. Досягається поліпшення зчеплення активної маси зі струмовідводами;
• вдосконалено технологію отримання свинцевих сплавів для струмопровідних деталей за рахунок дотримання оптимальної температури ливарних форм і температури прокатки свинцевої стрічки, раціонального часу старіння струмовідводів. Це забезпечує підвищення якості акумуляторних батарей, стійкості їх до вібронавантажень; 
• розроблено нову технологію безперервного виготовлення струмовідводів свинцево-кислотних батарей, що включає двостороннє охолодження свинцевого сляба, прокатку стрічки й штампування решіток. Нова технологія дозволяє підвищити механічну міцність і корозійну стійкість струмовідводів; 
• вдосконалено технологію приготування пасти для активної маси електродів акумуляторних батарей, яка передбачає використання змішаних свинцевих порошків різної окисненості, дисперсійного і фазового складу, а також активуючих добавок;
• розроблено спосіб виготовлення електродів свинцево-кислотних акумуляторів, який дозволяє підвищити якість змішування компонентів свинцевої пасти для електродів за рахунок використання спеціальної герметичної ємкості з контрольованим відводом тепла; підібрано добавки у свинцеву пасту, які створюють умови для більш рівномірного розподілу вологи у пасті, забезпечують рівномірне окислювання компонентів і її гомогенність при формуванні активної маси. Нова технологія дозволяє підвищити питому енергію акумуляторів;
• розроблено спосіб підвищення технічних характеристик струмовідводів свинцево-кислотних акумуляторних батарей за рахунок пластичної деформації і додаткової термічної обробки струмовідводів;
• вдосконалено технологію дозрівання електродних пластин із застосуванням термостатування, що дозволяє знизити технологічний брак; 
• досліджено вплив гартування з рідкого стану на властивості сплаву негативного струмовідводу, виявлено, що гартування з рідкого стану промислового сплаву для негативного струмовідводу забезпечує структурну стабільність та відсутність рекристалізації. Легування барієм дозволяє зміцнити сплав на 20-24%; 

• розроблено новий спосіб виготовлення блоків електродних пластин і технологічну лінію для його здійснення, що дозволяє поліпшити якість зварювання і міцність блоків електродів, підвищити стійкість блоків електродів до вібраційних і ударних навантажень;
• розроблено новий спосіб контролю якості електродних блоків у процесі їх складання на автоматичних лініях, який дозволяє провести точну діагностику дефектів електродного блоку, знижує відсоток прихованого браку;
• розроблено новий спосіб вимірювання гідрофільності сепараторів для акумуляторів і пристрій для визначення абсорбційних властивостей сепараторів, що дозволяє знизити відсоток браку при складанні акумуляторних батарей.
• В Інституті проведено комплекс науково-дослідних і дослідно-технологічних робіт з розробки та удосконалення технології батарейного формування свинцево-кислотних акумуляторних батарей:
• виконано математичне моделювання виходу по струму реакції формування свинцево-кислотних батарей. Визначено ефективність протікання реакцій формування активної маси акумуляторів і побічної реакції електролізу води на різних стадіях процесу формування;
• розроблено метод керування режимом формування свинцево-кислотних батарей за рахунок встановлення зворотнього зв'язку за напругою на виводах батарей, по електричному відгуку батарей на подавані імпульси струму, по щільності електроліту в акумуляторах. Новий метод керування режимом батарейного формування дозволив скоротити енерговитрати на формування за рахунок зменшення частки зарядного струму, що йде на побічну реакцію електролізу води;
• розроблено технологію формування свинцево-кислотних акумуляторів важкої групи із примусовою керованою циркуляцією електроліту. Нова технологія дозволила скоротити час формування за рахунок збільшення густини зарядного струму й інтенсифікації тепловідводу від акумуляторів;
• розроблено автоматизований виробничий комплекс для формування і заряду акумуляторних батарей при їх потоковому виробництві, що дозволяє істотно підвищити продуктивність і поліпшити умови праці;
• здійснено уніфікацію умов процесу формування акумуляторний батарей, що дозволило підвищити якість виробів, які випускаються.
• Розробки з вдосконалення технології батарейного формування дозволили зменшити час формування для легких батарей (6СТ-40АЗ... 6СТ-100АЗ) в 2,75-3,0 рази, для важких батарей (6СТ-110А3...6СТ-225АЗ) – в 5,5-6,0 разів.
• Розроблено нові конструкції акумуляторних батарей, методи та пристрої контролю стану, тестування та заряджання акумуляторів:
• розроблено конструкцію акумуляторної батареї для танків та легкої бронетанкової техніки; батарея має високу вібро- та удароміцність, підвищену механічну та експлуатаційну надійність у порівнянні із зарубіжними аналогами;
• розроблено свинцево-кислотну "гібридну" необслуговувану акумуляторну батарею, в якій для позитивних струмовідводів використовуються свинцево-сурм'янисті сплави, для негативних — свинцево-кальцієві, в електроліт вводяться активуючі добавки;
• розроблено конструкцію вибухобезпечної акумуляторної батареї, яка знижує ймовірність вибуху, а також негативні наслідки у разі порушення правил експлуатації батареї;
• розроблено необслуговувану свинцево-кислотну батарею з електродами із свинцево-кальцієво-олов'яного сплаву, захищеними фіксуючими шарами зі спеціального матеріалу, з підвищеним терміном служби і стійкістю до високих робочих температур;
• розроблено конструкцію клапано-регульованої акумуляторної VRLA батареї, в якій забезпечено кисневий цикл, і яка практично не виділяє газів при експлуатації;
• розроблено технологію послідовно-паралельного з'єднання акумуляторів у багатосекційних акумуляторних батареях з урахуванням особливостей функціонування окремих акумуляторів з боку їх прискореного чи уповільненого зносу (винахід важливий при конструюванні високовольтних батарей - на 42 В та 36 В);
• розроблено спосіб виготовлення свинцево-кислотних акумуляторів для гірничої промисловості, а також для важких режимів роботи. За рахунок додатку перборату натрію в позитивну свинцеву пасту і формуванню з прокачуванням електроліту досягається підвищення надійності зчеплення активної маси зі струмовідводами і підвищення віброміцності акумуляторів;
• розроблено пристрої для обмеження розряду і для підзаряду акумуляторних батарей при експлуатації, обслуговуванні і зберіганні, що дозволяє уникнути шкідливих наслідків глибокого розряду акумуляторів у процесі експлуатації та перезаряду батарей;
• розроблено метод оперативної оцінки швидкості корозії різних свинцевих матеріалів; 
• виконано порівняння різних методів оцінки електрохімічних і корозійних властивостей різних матеріалів на основі свинцю. Отримані результати досліджень дають можливість більш глибокого розуміння  механізмів електрохімічних і корозійних процесів, що протікають як на окремих свинцевих електродах, так і у свинцево-кислотному акумуляторі в цілому;
• розроблено радіофізичні методи аналізу, конструкційної стійкості свинцево-кислотних акумуляторних батарей;
• розроблено високоефективний метод прискореного неушкоджувального заряду свинцево-кислотних акумуляторів і акумуляторних батарей – автоколивальний метод, в якому джерело зарядного струму і акумуляторна батарея зв'язані проміжним зарядно-розрядним контуром; 

• на основі хронопотенціометричного підходу розроблено метод дослідження кінетики електрохімічних процесів, які протікають в свинцево-кислотних акумуляторах. Метод дозволяє діагностувати стан акумулятора і керувати режимами його роботи в реальному масштабі часу.
• В Інституті розроблено математичні моделі хімічних джерел струму і проведено експериментальні дослідження перспективних електрохімічних систем:
• побудовано математичні моделі для дослідження гідродинаміки та тепломасообміну у свинцево-кислотному акумуляторі на основі рівнянь гідродинаміки, конвективної теплопровідності, хімічної кінетики та електродинаміки. Розраховано поля концентрацій та температури при розряді акумулятора. Оцінено вплив відстані між електродами та зовнішнього навантаження на роботу акумулятора;
• розроблено математичну модель кінетики роботи оксидно-нікелевого електроду лужного акумулятора, що дозволяє розрахувати розрядні характеристики й питомі енергетичні параметри акумулятора;
• розроблено математичну модель динамічних процесів розряду оксидно-нікелевого електрода, що дозволяє оцінити якість гідроксида нікелю як активної речовини хімічного джерела струму;
• розроблено метод електрокоагуляційного синтезу гідроксиду нікелю різного ступеню кристалічності як активної речовини оксидно-нікелевого електроду; розроблено методи розрахунку динаміки розряду й оцінки енергетичних характеристик елементів з різними анодними матеріалами;
• виконано цикл робіт з дослідження електрохімічних властивостей діоксидно-марганцевого й оксидно-нікелевого електродів у лужних джерелах струму; запропоновано оптимальний склад активної маси електродів, що забезпечує їх підвищені ємнісні та енергетичні характеристики;
• запропоновано простий та ефективний спосіб підвищення ємності і енергії лужного елемента з діоксидо-марганцевим електродом за рахунок додавання літієвого лугу в електроліт;
• розроблено технологію одержання композиційних гальванічних осадів на основі свинцевої матриці, і синтезовано різні свинцеві композити з однорідною структурою й фізико-хімічними властивостями, відмінними від властивостей чистого металу. 
• Виконано комплекс теоретичних та експериментальних досліджень з розробки технологій переробки та  утилізації акумуляторів, які відпрацювали свій ресурс: 
• розроблено повний технологічний цикл переробки акумуляторного брухту з отриманням вторинного свинцю, свинцевих сплавів, вторинного поліпропілену та сульфату натрію; 
• вдосконалено спосіб підготовки брухту свинцево-кислотних акумуляторів для переробки. Це дозволяє збільшити якість поліпропілену, отриманого з вторинної сировини, а також збільшити якість сульфату натрію, отриманого з пасти цих акумуляторів;
• розроблено спосіб рафінування чорнового свинцю від міді. Це дозволяє знизити втрати свинцю за рахунок зниження його змісту в шлікерах і зменшення викидів двоокису сірки, а також знизити енерговитрати на рафінування і поліпшити екологічність виробництва;
• розроблено способи рафінування обезмідненого вторинного свинцю, які дозволяють досягти високої якості товарного свинцю і свинцевих сплавів, що отримані з лому свинцево-кислотних акумуляторів.