1.5 Основные этапы научного исследования

Научные исследования направлены на решение различных научных и практических задач.

В общем случае, рассматривая научно-исследовательскую работу, можно выделить фундаментальные и прикладные исследования, а также опытно-конструкторские разработки. Последние направлены на создание конкретных образцов техники, разработку новых технологических процессов и имеют специфические особенности.

Первым этапом научного исследования является подробный анализ современного состояния рассматриваемой проблемы.

В результате анализа состояния проблемы составляются обзоры, рефераты и экспресс-информации, делается классификация основных направлений и ставятся конкретные задачи исследования. Далее осуществляется выбор метода исследования с использованием определенных критериев, составляется план-график выполнения работ.

Второй этап научного исследования сводится к выполнению поставленных на первом этапе задач. Чаще всего в фундаментальных и прикладных исследованиях используется математическое или физическое моделирование, а также сочетание этих методов.

Математическое моделирование включает в себя несколько этапов. Это составление математической модели исследуемого процесса на основе имеющихся сведений или использование готовой модели с правильным учетом основных и второстепенных факторов, что во многих случаях позволяет упростить составляемую модель. При этом для удобства решения и представления полученных результатов математическое описание выполняется в безразмерной форме на основе теории подобия.

Далее осуществляется выбор метода решения (аналитического, приближенного) с учетом нескольких факторов – требуемой точности, затрачиваемого времени, материальных затрат. Вычислительный эксперимент, осуществляемый, как правило, с помощью ЭВМ, позволяет получить результат исследования в виде численных данных, которые затем подвергают соответствующей обработке. В результате получаются расчетные уравнения, графики и номограммы, характеризующие закономерности изучаемого процесса. Следует отметить, что при проведении расчетов и обобщений полученных результатов широко применяются теория подобия, позволяющая получить уравнения подобия, и математическая теория планирования эксперимента, значительно сокращающая время на вычислительные процедуры.

Физическое моделирование может выполняться на модельной (лабораторной) или натурной установке, которые разрабатываются с учетом основных положений теории подобия физических явлений. Это позволяет определить геометрические размеры установок, диапазон изменения основных параметров, наметить необходимые измерения и подобрать соответствующую измерительную аппаратуру, предварительно оценить погрешность полученных результатов. Далее составляется программа проведения исследований.

Выполнение экспериментов может осуществляться по обычной схеме (схема последовательной переборки влияющих факторов) или с использованием математической теории планирования эксперимента. После выполнения программы исследований производится проверка правильности полученных результатов, в результате обобщения опытных данных получаются соответствующие уравнения (чаще всего в безразмерных единицах), оценивается погрешность расчета по ним. На всех этапах физического моделирования широко применяется ЭВМ – для управления экспериментом и обобщения его результатов.

Третьим этапом научного исследования является анализ полученных результатов и их оформление. Производится сравнение теории и эксперимента, дается анализ их возможных расхождений. Конкретными результатами научно-исследовательской работы могут быть: уточнение математической или физической модели явления, разработка новой методики расчета, новой теории, рекомендации по совершенствованию машин и установок, подготовка данных для выполнения опытно-конструкторских работ.