Wave propagation and instabilities in a rotating anisotropic plasma

Summary The effects of a uniform rotation on the propagation of small perturbations through an anisotropic collisionless plasma are investigated. These effects are present in various ways on the well-known hose, mirror and gravitational instabilities. In Part I we consider plane perturbations, in Part II cylindrical. Some remarks about stability and hydromagnetic waves in an anisotropic collisionless plasma are given in Appendix.

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Sommario Si esaminano gli effetti di una rotazione uniforme sulla propagazione di piccole perturbazioni in un plasma anisotropo privo di urti. Tali effetti si manifestano in vario modo sui noti fenomeni di instabilità hose, mirror e magnetogravitazionale del tipo di Jeans. Nella prima parte si considerano perturbazioni piane, nella seconda di tipo cilindrico. Alcune considerazioni sulla stabilità e sulle onde idromagnetiche in un plasma anisotropo privo di urti sono svolte in Appendice.

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This work was carried out while the author was a member of the Gruppo di Ricerca no. 44 per la Matematica del CNR, 1967–68.     

On linear versus nonlinear flow rules in strain localization analysis

Summary This note contains some remarks on the analysis of bifurcation phenomena, specifically strain localization (onset of a strain rate discontinuity), in small-deformation elastoplasticity. Nonassociative flow rules are allowed for to cover constitutive models frequently adopted for frictional (and softening) materials such as concrete. The conventional derivation of the localization criterion resting on an incrementally linear comparison material is critically reviewed and compared to the criterion resulting from actual nonlinear plastic flow laws.

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Sommario Si svolgono alcune considerazioni sui fenomeni di biforcazione in solidi elastoplastici in regime di piccole deformazioni (di linearità geometrica) e precisamente sul manifestarsi di localizzazioni intese come discontinuità nel campo delle deformazioni incrementali. Si considerano leggi nonassociate. Vengono così inclusi nella trattazione modelli costitutivi frequentemente adottati per descrivere il comportamento di materiali ad attrito interno e soggetti a danneggiamento (nel senso di degrado di rigidezze elastiche in seguito a deformazioni anelastiche), oltre che soggetti a manifestazioni di instabilità per incrudimento negativo (softening). Si esamina criticamente il criterio, frequentemente adottato in letteratura, di localizzazione fondato su materiale di confronto incrementalmente lineare e si fornisce, corredato da osservazioni comparative, il criterio che risulta dall'assunzione del modello di materiale incrementale non lineare

     

Apparent forces of analytical mechanics

Summary Some extensions of the apparent forces of classical mechanics are expounded, taking the following cases of motion: point referred to general coordinates involving time, point tied to a moving surface and a holonomic system with moving constraints.For a holonomic system with moving constraints and with stationary kinetic energy the apparent forces formally coincide (allowing, obviously, for a conversion ratio) with the ponderomotive forces of a stationary electromagnetic field.Lastly, the apparent forces introduced by the method of ignoration of coordinates are considered and the analogy of this case with the previous one is elucidated.

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Sommario Si mettono in evidenza alcune estensioni delle forze apparenti della Meccanica classica, prendendo in considerazione i seguenti casi di movimento: punto riferito a coordinate generali involgenti anche il tempo, punto vincolato a superficie mobile, sistema olonomo con vincoli mobili.Si rileva in particolare che per un sistema olonomo a vincoli mobili con energia cinetica stazionaria le forze apparenti coincidono formalmente (salvo naturalmente un coefficiente di ragguaglio) con le forze ponderomotrici di un campo elettromagnetico stazionario.Si considerano infine le forze apparenti introdotte dal metodo di ignorazione delle coordinate e si mostra il perchè dell'analogia di questo caso col precedente.

     

Pressure measuring techniques in I.C.E.

Summary A revue of the possible errors affecting pressure measurements in internal combustion engines is presented. A new instrument based on the principle of the Balanced Pressure Indicator and signal multiplexing was developped. Its characteristics used both to obtain an accurate mean pressure diagram and to calibrate pressure transducers in working engines. The overall ability of obtaining meaningful pressure data was shown, even if it is clear that pressure measurements are more an art than a mere technique, given the complexity of the problems involved.

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Sommario L'articolo presenta un'analisi dei possibili errori che possono distorcere la misurazione delle pressioni nella camera di combustione dei motori a combustione interna. Un nuovo strumento, basato sul principio dell'indicatore di pressione a bilanciamento di pressioni e del multiplex a modi di impulsi, è qui anche presentato ed utilizzato sia per ottenere un diagramma medio di pressioni di notevole accuratezza, che per calibrare trasduttori di pressione in condizioni di lavoro, cioè mentre il motore è in funzione. Ne risulta che è possibile ottenere diagrammi di pressione veramente rappresentativi delle condizioni di lavoro del motore, anche se è chiaro che, data la complessità dei problemi relativi a detta misurazione, misurare la pressione nei motori è più un'arte che pura tecnica.

     

On the evolutions of the discontinuities of orders ⩾ m in solutions for quasi-linear systems of PDEs of order m,or for the linearizations of these systems

Summary One considers a system L[u]=0 of PDEs, quasi-linear (according to [1]) and of order m, which possesses a bicharacteristic line , as it happens in the hyperbolic case. For v=0, , –m (>0) let u(^v) be a discontinuity wave of order m+v that solves the system above and whose discontinuity hypersurface includes . The corresponding transport equations along are considered. Furthermore some interesting cases are pointed out, in which these equations turn out to be mutually equivalent in a suitable sense. Some theorems are stated to compare the transport equations for the discontinuities of the above kinds, that are connected with the systems d^hL[u]/dt^h=0 (h=0, , –m) and/or the linearization of the system L[u]=0 around any regular solution of it.

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Sommario Si considera un sistema L[u]=0 di equazioni alle derivate parziali, quasi lineare (secondo [1]) e di ordine m, il quale sia dotato di qualche bicaratteristica , come accade nel caso iperbolico. Per v=0, , –m(>0) sia u(^v) un'onda di discontinuità di ordine m+v risolvente il detto sistema e avente ipersuperficie di discontinuità contenente Si considerano le relative equazioni di trasporto lungo e si determinano casi interessanti in cui queste equazioni sono mutuamente equivalenti in senso opportuno. Si stabiliscono teoremi di confronto per il trasporto delle discontinuità del tipo suddetto, relative ai sistemi d^hL[u]/dt^h=0 (h=0, , –m) e/o alla linearizazione del sistema L[u]=0 attorno a qualche sua soluzione regolare.

     

Flow and fracture of materials according to a new limiting condition of yelding

Summary In general the theories on conditions of plastification known up till now (Tresca, v. Mises, and others) have only taken into consideration the characteristics of resistance to simple tension and compression, when dealing with structures called upon to resist mainly to tension and compression respectively, without taking into account the inherent resistance to tension and compression respectively of the material employed; this contributory factor is particularly important, especially where the exigencies are very considerable.The theory that we are about to consider has been largely confirmed in the experimental field. Applications to the study of hollow cylinders and hollow spheres serve to clarify the application of the theory in actual practice.

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Sommario I criteri o condizioni di plastificazione noti fino a oggi (Tresca, v. Mises etc.) hanno tenuto conto il più delle volte delle sole caratteristiche di resistenza dei corpi solidi alla trazione o alla compressione semplice per il calcolo di quelle strutture destinate a sopportare principalmente sollecitazioni di trazione o di compressione ripettivamente, non tenendo in alcun conto il contributo offerto in tali casi dalla specifica resistenza alla compressione o alla trazione rispettivamente: (contributo particolarmente considerevole soprattutto nei casi in cui le sollecitazioni risultino particolarmente elevate. Il criterio del quale passiamo a trattare è stato largamente confermato in sede sperimentale). Applicazioni allo studio dei cilindri cavi e delle sfere cave chiariscono la rispondenza della teoria ai casi pratici.

     

Green's functions,bi-linear forms,and completeness of the eigenfunctions for the elastostatic strip and wedge

The bi-harmonic Green's functionG(r,r) for the infinite strip region -1y1, -<x<, with the boundary conditionsG=G/y ony=±1, is obtained in integral form. It is shown thatG has an elegant bi-linear series representation in terms of the (Papkovich-Fadle) eigenfunctions for the strip. This representation is then used to show that any function bi-harmonic in arectangle, and satisfying the same boundary conditions asG, has a unique representation in the rectangle as an infinite sum of these eigenfunctions. For the case of the semi-infinite strip, we investigate conditions on sufficient to ensure that is exponentially small asx. In particular it is proved that this is so, solely under the condition that be bounded asx.A corresponding pattern of results is established for the wedge of general angle. The Green's function is obtained in integral form and expressed as a bilinear series of the (Williams) eigenfunctions. These eigenfunctions are proved to be complete for all functions bi-harmonic in anannular sector (and satisfying the same boundary conditions as the Green's function). As an application it is proved that if an elastostatic field exists in a corner region with free-free boundaries, and with either (i) the total strain energy bounded, or (ii) the displacement field bounded, then this field has a unique representation as a sum of those Williams eigenfunctions whichindividually posess the properties (i), (ii).The methods used here extend to all other linear homogeneous boundary conditions for these geometries.On leave of absence at the University of British Columbia, Vancouver, B.C. Canada, during 1977–79. This work was supported in part by N.R.C. grants Nos. A9259 and A9117.     

L1 -stability of the solutions to an integral evolution equation of the non-linear particle transport theory

Summary The problem of L ¹-stability of the solutions to a non linear integral equation arising in particles transport theory is studied. This equation can represent the standard spatially homogeneous Boltzmann equation in the case of Maxwellium particles with cut off.

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Sommario Si studia la stabilita non lineare nella norma di L ¹ delle soluzioni di un'equazione integrale non lineare della teoria del trasporto di particelle, cui si riduce l'usuale equazione di Boltzmann nel caso spazialmente omogeneo e per particelle Maxwelliane con cut-off.

     

A fourfold generalization of Peaucellier's inversion cell

New inversors are proposed which are generalizations of the well-known inversor of Peaucellier. It appears that a kite in the Peaucellier cell is replaceable by an arbitrary 4-bar linkage (abhk) whereas the direction and length of the straight line, produced by the inversor, can be manipulated through the particular choice of the relative polar coordinates of a vertex A of the triangular input link. Formulas are derived for practical inversors with a revolving input link. The ones selected are basically governed by the choice of two transmission angles, ₁ and ₃, by the length L of the acquired line, as well as by its direction represented by the angle /2- comprised between the line L and the frame.

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Sommario Vengono proposti nuovi inversori quali generalizzazioni del ben noto inversore di Peaucellier. Si mostra che un quadrilatero isoscele nella cella di Peaucellier è sostituibile da un'arbitraria connessione a quattro barre, mentre la direzione e la lunghezza della retta, prodotta dall'inversore, possono essere manipolate con la particolare scelta delle relative coordinate polari di un vertice A del collegamento triangolare di input. Vengono derivate formule per inversori funzionali con un collegamento di input rotante. Quelli solezionati sono principalmente governati dalla scelta di due angoli di trasmissione, ₁ e ₃, dalla lunghezza L della linea ottenuta, così come dalla sua direzione rappresentata dall' angolo /2- compreso tra la linea L ed il riferimento.

     

Bifurcations and complex instability in a 4-dimensional symplectic mapping

Summary We study the main periodic solutions of a 4-dimensional symplectic mapping composed of two coupled 2-dimensional mappings. Their bifurcations were calculated numerically and also theoretically for small values of the coupling parameter . Most bifurcating families of period 2ⁿ (n0) have complex unstable regions that extend from =0 to the maximum allowed value of for each family. These complex unstable regions do not allow the transmisssion of the stability of the corresponding families to families of higher order. We found only one family with a complex unstable region not extending to the maximum , but in this case also the transmission of the stability is stopped at an inverse bifurcation. Thus although there are infinite sequences of bifurcations (of the Feigenbaum type) in the limiting 2-dimensional case =0, all such sequences are interrupted when the system is 4-dimensional (i.e. for 0). The appearance of complex instability for =0 can be predicted by studying the cases =0 and applying the Krein-Moser theorem.

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Sommario Si svolge uuno studio dettagliato delle soluzioni periodiche principali di due mappe simplettiche bidimensionali accoppiate, calcolandone sia analiticamente che numericamente le biforcazioni per piccoli valori del parametro di accoppiamento . Quasi tutte le famiglie di periodo 2ⁿ (n0) prodotte dalle biforcazioni presentano regioni di instabilità complessa che si estendono da =0 fino al massimo valore di considerato. Queste regioni di instabilità complessa impediscono il trasferimento della stabilità di una famiglia a famiglie di ordine più elevato. In un solo caso si osserva una famiglia la cui regione di instabilità complessa non arriva ad estendersi fino al valore massimo di ; in questo caso però il trasferimento della stabilità viene interrotto da una biforcazione inversa. Se ne conclude che, nonostante I'esistenza di una famiglia di infinite biforcazioni di tipo Feigenbaum nel caso limite bidimensionale (=0), tutte le sequenze si interrompono se il sistema è a quattro dimensioni. Il formarsi di regioni di instabilità complessa per 0 può essere previsto studiando il caso =0 ed appplicando il teorema di Krein-Moser.

     

A particle transport problem with a quadratic nonlinearity and general boundary conditions: The stationary solution

Summary We study a stationary, nonlinear, particle transport problem in slab geometry with general boundary conditions. The existence and uniqueness of the solution is proved by means of fixed point techniques, provided that the source term is sufficiently small.

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Sommario Si studia un problema stazionario nonlineare di particelle in geometria piana con condizioni al contorno generali. L'esistenza e unicitá della soluzione è dimostrata con tecniche di punto fisso purchè il termine di sorgente sia sufficientemente piccolo.

     

New results on the semidiscrete Boltzmann equation for a binary gas mixture

Summary A plane semidiscrete model of the Boltzmann equation for a binary gas mixture with molecular collisions ruled by the hard-spheres interaction potential is described. After establishing a model, a theorem demostrating the global existence of mild solutions of the initial-value problem is given and the propagation of unidimensional shock waves examined.

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Sommario Si propone un modello semidiscreto piano dell'equazione di Boltzmann per una miscela binaria con collisioni molecolari soggette al potenziale di interazione delle sfere rigide. Costruito il modello, si dà un teorema di esistenza globale di soluzioni generalizzate per il problema di Cauchy, e si analizza la propagazione di onde d'urto unidimensionali.

     

The Kepler problem spinor regularization and quantization on the manifolds S2

Summary In a previous research we have shown that the KS-transformation, developed by Kustaanheimo and Stiefel for the regularization of the Kepler problem, may be interpreted as the correspondence which associates to each null 4-vector of the space of Minkowski a one-index spinor, defined up to a phase factor, and we have obtained a new form of the KS-transformation. In the present research we show that this formulation allows a straight derivation of the Hopf fibering of the sphere S³ (characterized by unit spinors) having the base space given by the section (sphere S²) of the light cone, and we show that the KS-transformation allows the quantization of the symplectic manifold S² in the sense of Souriau. The sphere S³ turns out to be a contact quantized manifold. The bilinear relation characteristic of the KS-theory and the column vectors of the KS-matrix are intimately related to the contact structure.

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Sommario In un precedente lavoro si è mostrato che la trasformazione KS, introdotta da Kustaanheimo e Stiefel per regolarizzare il problema di Keplero, è riconducibile alla ben nota corrispondenza fra vettori del cono isotropo dello spazio di Minkowski e spinori semplici, definiti a meno della fase, e si è pervenuti ad una nuova formulazione della KS. Nel presente lavoro si mostra come da tale formulazione scaturisca in modo naturale la fibrazione di Hopf della sfera S³ (caratterizzata dagli spinori unitari) avente quale base una sezione (sfera S²) del cono isotropo e si mette in luce come la trasformazione KS consenta di effettuare la quantizzazione della varietà simplettica S² nel senso di Souriau e di ottenere la sfera S³ quale varietà quantica di contatto. La relazione bilineare caratteristica della teoria KS ed i vettori colonna della matrice KS risultano intimamente legati alla struttura di contatto.

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Presented at the VI Congresso Nazionale dell'Associazione Italiana di Meccanica Teorica ed Applicata (AIMETA), Genova, October 1982. Work performed under the auspices of G.N.F.M. of the C.N.R. (Consiglio Nazionale delle Ricerche).     

Basic concepts in the surface interaction of free-molecular flows or molecular beams

Summary This paper reports the Author's point of view on some old and new basic concepts on the surface interaction, as appearing from his recent scientific production in this field. Namely, there are considered the concepts of state variables in highly rarefied gases in maxwellian equilibrium; local and global stagnation temperature; energy accomodation coefficients; sitting time; free-molecule surface sources and sinks with application to the Author's re-emission model and comparison with experimental results.

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Sommario In questo lavoro viene esposto il punto di vista dell'Autore su alcuni concetti, vecchi e nuovi, basilari nello studio dell'interazione superficiale, quale appare dalla sua recente produzione scientifica in questo campo. Precisamente vengono presi in esame i concetti di variabili di stato in gas molto rarefatti in equilibrio maxwelliano; di temperatura d'arresto locale e globale; di tempo di soggiorno; di coefficienti di accomodamento; di sorgenti e pozzi superficiali di molecole libere, con applicazione al modello di riemissione dell'Autore e confronti con risultati sperimentali.

     

Diffusion in anisotropic porous media

An experimental system was constructed in order to measure the two distinct components of the effective diffusivity tensor in transversely isotropic, unconsolidated porous media. Measurements were made for porous media consisting of glass spheres, mica particles, and disks made from mylar sheets. Both the particle geometry and the void fraction of the porous media were determined experimentally, and theoretical calculations for the two components of the effective diffusivity tensor were carried out. The comparison between theory and experiment clearly indicates that the void fraction and particle geometry are insufficient to characterize the process of diffusion in anisotropic porous media. Roman Letters A interfacial area between - and -phases for the macroscopic system, m² - A _e area of entrances and exits of the -phase for the macroscopic system, m² - A interfacial area contained within the averaging volume, m² - a characteristic length of a particle, m - b average thickness of a particle, m - c _A concentration of species A, moles/m³ - c _o reference concentration of species A, moles/m³ - c _A intrinsic phase average concentration of species A, moles/m³ - c _a c _A–c _A, spatial deviation concentration of species A, moles/m³ - C c _A/c ₀, dimensionless concentration of species A - binary molecular diffusion coefficient, m²/s - D _eff effective diffusivity tensor, m²/s - D _xx component of the effective diffusivity tensor associated with diffusion parallel to the bedding plane, m²/s - D _yy component of the effective diffusivity tensor associated with diffusion perpendicular to the bedding plane, m²/s - D _eff effective diffusivity for isotropic systems, m₂/s - f vector field that maps c _A on to c _a , m - h depth of the mixing chamber, m     

Gasdynamics of a plasma in a multiple-mirror magnetic trap with “point” mirrors

Equations are derived for the gasdynamics of a dense plasma confined by a multiple-mirror magnetic field. The limiting cases of large and small mean free paths have been analyzed earlier: ₀ and k, where is the length of an individual mirror machine, ₀ is the size of the mirror, and k is the mirror ratio. The present work is devoted to a study of the intermediate range of mean free paths ₀ k. It is shown that in this region of the parameters the process of expansion of the plasma has a diffusional nature, and the coefficients of transfer of the plasma along the magnetic field are calculated.Translated from Zhurnal Prikladnoi Mekhaniki i Tekhnicheskoi Fiziki, No. 6, pp. 14–19, November–December, 1974.The authors thank D. D. Ryutov for the statement of the problem and interest in the work.     

Chaos and integrability in a nonlinear wave equation

We consider the parametrized family of equations _tt ,u- _xx u-au+u ₂ ² u=O,x(0,L), with Dirichlet boundary conditions. This equation has finite-dimensional invariant manifolds of solutions. Studying the reduced equation to a four-dimensional manifold, we prove the existence of transversal homoclinic orbits to periodic solutions and of invariant sets with chaotic dynamics, provided that =2, 3, 4,.... For =1 we prove the existence of infinitely many first integrals pairwise in involution.     

On the foundation of the stability theory of elastic structures

Summary Some difficulties and unsolved problems of the stability theory of continuous systems will be investigated. After having closely examined the meaning and importance of the choices of the distance between two configuration of a continuous system, the problem of the equilibrium stability of elastic structures will be formulated in a proper functional space, where it is possible to demonstrate the validity of the energy criterion as sufficient condition of stability in Lyapunov's sense.Lastly, are pointed out the still open problems on the stability criterion based on the second variation of the potential energy of which a partial proof is given.

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Sommario Vengono esaminate alcune difficoltà e problemi ancora aperti nella teoria della stabilità dei sistemi continui. Dopo aver approfondito il significato e l'importanza della scelta della distanza tra due configurazioni di un sistema continuo, il problema della stabilità dell'equilibrio delle strutture elastiche viene formulato in un opportuno spazio funzionale, nel quale è possibile dimostrare la validità del criterio dell'energia come condizione sufficiente di stabilità nel senso di Lyapunov.Si puntualizzano infine le questioni ancora aperte sul criterio di stabilità basato sulla variazione seconda e del quale si fornisce una parziale giustificazione.

     

Dielectric properties of the composite system polyurethane — sodium chloride

Summary The dielectric properties of the composite system polyurethane-sodium chloride have been measured at frequencies between 10^–4 Hz and 3 · 10⁵ Hz in the temperature range from –150 °C up to +90 dgC. Three dielectric loss mechanisms have been found; they are indicated by ₁, ₂ and. The activation energy of the ₁-transition is 35 kcal/mole, that of the-transition 6.7 kcal/mole. The ₂-loss peak was only observed at frequencies of 10³ Hz and higher, forming one broad peak with the ₁-loss peak at lower frequencies. In the composite materials, the- and ₂-loss peaks measured at fixed frequencies were found at the same temperature. The ₂-loss peak, however, was shifted to a lower temperature, due to the sodium chloride filler. Comparison of experimental data of and tan with theoretical predictions concerning the dielectric properties of composite systems showed only partial agreement. The difference mainly consisted in. the temperature shift in the tan-peak of the ₁-transition.

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Zusammenfassung Die dielektrischen Eigenschaften des Verbundssystems Kochsalz-Polyurethankautschuk wurden im Frequenzgebiet zwischen 10^–4 Hz und 3.10⁵ Hz und im Temperaturbereich von –150 °C bis +90 °C gemessen. Es wurden drei dielektrische Verlustmaxima gefunden, die mit ₁, ₂ und angedeutet werden. Die Aktivierungsenergie des ₁-Überganges beträgt 35 kcal/Mol, die des-Überganges 6.7 kcal/Mol. Das ₂-Maximum konnte nur bei Frequenzen höher als 10³Hz vom ₁-Maximum gesondert erfaßt werden. Die Lage der ₂- und-Maxima war vom Füllgrad unabhängig. Das ₁-Maximum verschiebt sich mit steigendem Füllgrad zu niedrigeren Temperaturen. Die gemessenen Werte von und tan stimmen nur teilweise mit den Aussagen einer Theorie der dielektrischen Eigenschaften von Mischkörpern überein.

     

Calculation of heat transfer accompanying hypersonic three-dimensional flow of air over slender blunt-nosed cones

The effective length method [1, 2] has been used to make systematic calculations of the heat transfer for laminar and turbulent boundary layers on slender blunt-nosed cones at small angles of attack ( + 5° in a separationless hypersonic air stream dissociating in equilibrium (half-angles of the cones 0 20°, angles of attack 0 15°, Mach numbers 5 M 25). The parameters of the gas at the outer edge of the boundary layer were taken equal to the inviscid parameters on the surface of the cones. Analysis of the results leads to simple approximate dependences for the heat transfer coefficients.Translated from Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Mekhanika Zhidkosti i Gaza, No. 5, pp. 173–177, September–October, 1981.