В кінці 1957 р. за ініціативою заступника начальника інституту з навчальної та наукової роботи А.М.Пенькова (1953 - 1958) було створено науково-дослідний відділ (НДВ).

В складі НДВ протягом 10 років під керівництвом проректорів з наукової роботи А.І.Кухтенка (1958 - 1961) та О.В.Карлашова (1961 - 1964) були створені та успішно функціонували 10 галузевих науково-дослідних лабораторій (ГНДЛ), в яких для цивільної авіації виконувалася низка наукових досліджень в напрямках технології і ремонту авіаційної техніки, міцності та довговічності авіаційних конструкцій, авіаційних тренажерів і технічної експлуатації авіаційної техніки тощо.

В січні 1969 р. на базі трьох ГНДЛ було створено науково-дослідний моделюючий центр (НДМЦ), основними напрямами діяльності якого були створення тренажерної техніки для підготовки космонавтів з метою посадки на Луну, вирішення питань моделювання польоту, розробка імітаторів та тренажерів повітряних суден тощо.

В квітні 1971 р. на базі НДВ та НДМЦ було створено науково-дослідний сектор (НДС). До його складу ввійшли понад 20 ГНДЛ. Наукову діяльність очолював проректор з наукової роботи А.Я.Аляб'єв (1964 - 1975).

В кінці 70-х років з метою концентрації зусиль вчених і фахівців на вирішенні основних проблем Аерофлоту в інституті було проведене комплексування наукової тематики. Науково-технічним управлінням Міністерства цивільної авіації СРСР за інститутом було закріплено вісім головних наукових напрямів, в рамках яких була затверджена організаційна структура у складі 23 галузевих та 9 науково-дослідних лабораторій.

Вчені інституту приймали активну участь в реалізації низки цільових комплексних науково-дослідних програм галузі: з безпеки польотів, створення та використання авіаційних тренажерів, удосконалення технічної експлуатації авіатехніки, комплексної металізації та автоматизації виробничих і технологічних процесів, економії авіапалива тощо. Наукову діяльність в цей період очолювали проректори інституту з наукової роботи В.Г.Денисов (1975 -1979), В.С.Максимов (1979-1982) та П.В.Назаренко (1982-1989).

У 1992 році НДС було перейменовано в науково-дослідну частину. Тематика наукових досліджень НДЧ була пов'язана з вирішенням проблем цивільної авіації, вищої освіти та інших галузей народного господарства незалежної молодої України. Вся наукова діяльність підпорядковувалась проректору університету з наукової роботи А.Я.Білецькому (1989-2001).

З грудня 2001 року вся наукова діяльність підпорядкована проректору університету з наукової роботи Харченко В.П. - професору, завідувачу кафедри аеронавігаційних систем.

Як фахівець в області ефективності соціотехнічних систем і прийняття рішень в умовах невизначеності та ризику, Харченко В.П. є керівником ряду фундаментальних та прикладних науково-дослідних робіт, пов'язаних з питаннями:

• розробки методів і комп'ютеризованих засобів багатоальтернативного виявлення та розв'язання конфліктних ситуацій у соціотехнічних системах;
• розробки принципів побудови і моделювання інтелектуальних систем з базою знань і розпізнаванням критичних ситуацій;
• розробка науково-технічних аспектів впровадження глобальної супутникової системи зв'язку, навігації спостереження/організації повітряного руху в Україні.

Практично з цього моменту почалась робота у напрямку проблем оцінки і управління ефективністю поліергатичних систем, розвитком інтелектуальних засобів для систем керування транспортом та автоматичним прийняттям рішень у конфліктних ситуаціях, створенням інформаційних технологій аерокосмічних систем, розвитком та удосконаленням системи аеронавігаційного обслуговування польотів в Україні на основі супутникових систем CNS/ATM.

Один з сучасних базових постулатів безпеки життєдіяльності людини в третьому тисячолітті, зазначає, що сучасне суспільство балансує на межі виживання.

Новітні технології використання вторинних сировинних та енергетичних ресурсів при максимальному залученні до виробничого циклу модернізованого та відновленого обладнання, дали змогу проголосити світовій спільноті початок ери рециклінгу, як засобу виживання цивілізації.

Але технічний прогрес надає суспільству не тільки зростаючі можливості, але і створює серйозні проблеми. Це зокрема експлуатація не тільки новітньої але й модернізованої та відновленої техніки, коли зростає вплив чинника старіння обладнання, посилюється необхідність обов’язкового контролю його стану та визначення безпечного терміну використання та умов утилізації, тощо. В таких умовах лише якісна та вчасна діагностика технічних систем може стати запорукою їхнього безпечного функціонування.

У Національному авіаційному університеті розробка систем технічної діагностики стала одним із пріоритетних напрямів науково-дослідної роботи.

Науковий пошук у цьому напрямі проходить при стратегічному партнерстві з провідними інститутами та організаціями НАН України, - це інститути електрозварювання ім. Є.О.Патона, кібернетики ім. В.М.Глушкова, космічних досліджень, технічної механіки, проблем міцності, надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля, матеріалознавства ім. І.М. Францевича, фізико-механічний ім.
Г.В. Карпенка, металофізики ім. Г.В. Курдюмова та інші, які мають значний практичний досвід, відповідний науковий потенціал, кваліфіковані кадри та методики з тих чи інших проблем діагностування і спеціалізуються на вирішенні різноманітних задач сучасної науки, в тому числі задач технічної діагностики. Важливим етапом розвитку координації досліджень і розробок в галузі технічної діагностики стало створення секції "Системи діагностики авіаційно-ракетної техніки" при науково-координаційній та експертній раді з питань ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин НАН України. 

Метою створення секції стала координація зусиль науковців щодо розробки систем технічної діагностики широкого призначення. Одним із головних завдань секції є дієва участь у розвитку ідей та положень концепції Державної програми забезпечення технологічної безпеки для основних галузей економіки України, яку було схвалено на засіданні ради науково-координаційної та експертної ради з питань ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин НАН України 14 квітня 2003 р.

Особливе значення має розробка Державної науково-технічної програми "Ресурс", на яку покладається формування загальних першочергових напрямів державної політики щодо зміцнення безпеки технологічних об’єктів та створення державного плану дій підвищення безаварійності функціонування промислового комплексу країни. До завдань секції входить розробка напрямів досліджень щодо розвитку авіаційно-ракетної діагностики.

Традиційно велика увага з боку дослідників НАУ приділяється діагностиці літального апарату, як цілісної динамічної системи. Вона проводиться разом з діагностикою окремих функціональних систем апарату та спрямована на засвідчення факту збереження льотно-технічних експлуатаційних характеристик у припустимих межах, які відповідають рівню льотної придатності, що вимагається, або виходу характеристик за ці межі. Цей вид діагностики називають "інтегральною діагностикою".

Особлива актуальність цього напряму зумовлена наявністю в українських авіаперевізників великого, швидко старіючого парку літаків та вертольотів радянського виробництва. В університеті розроблені автоматизована система моделювання польоту, методи та автоматизовані засоби обробки польотних даних бортових систем об’єктивного контролю (СОК), методи та система ідентифікації аеродинамічних та льотно-технічних характеристик повітряних суден, безпечної експлуатації старіючого парку повітряних судів. Особливого значення набуває діагностика пошкодження авіаційних конструкцій від утомленості.

У Національному авіаційному університеті на основі моделювання виявлено, що граничний стан при багатоджерельному руйнуванні характеризується значною інтенсифікацією зростання максимальної по довжині тріщини при критичних значеннях щільності тріщин на поверхні. Для розрахункового визначення граничного стану конструкцій з тріщинами, а також для прогнозування її залишкового ресурсу отримані формули для ймовірності об’єднання максимальної по довжині тріщини і для визначення математичного очікування максимальних довжин тріщини залежно від кількості дефектів на поверхні.

На початку 80-х років міжнародна організація цивільної авіації визнала зростаючу обмеженість можливостей існуючих аеронавігаційних систем та необхідність впровадження удосконалень для того, щоб цивільна авіація могла розвиватися в XXI столітті. У1983 р. в ІСАО був створений спеціальний комітет з перспективних аеронавігаційних систем, якому було доручено вивчити, визначити та оцінити нові концепції та нові технології, та підготувати рекомендації щодо координованого еволюційного розвитку аеронавігації на найближчі 25 років.

Комітет зробив висновок, що зазначені обмеження випливають із самої суті існуючих систем і тому вирішити проблеми в глобальному масштабі можна тільки на базі використання нових концепцій та нових систем CNS, що у свою чергу забезпечать функціонування перспективних систем УПР. Єдиним життєздатним варіантом рішення проблеми є використання супутникових технологій.

Особливо яскраво ця тенденція відображається в авіаційній індустрії на прикладі концепцій СNS/АТМ, «Fгее flight» та розроблених у Національному авіаційному університеті корпоративної інтегрованої аеронавігації, багатоальтернативного моніторингу і управління повітряними ситуаціями т.п.

Яскравим прикладом такого новітнього підходу є створення науковцями НАУ та українським науково-дослідним інститутом радіоапаратури навігаційно-посадкового комплексу (НПК) на основі нових інформаційних технологій, а також розробка інтегрованої апаратури (апаратурна інтеграція) та створення інтегрованої інформаційно-керуючої системи (функціональна інтеграція) з використанням особливостей супутникових технологій.

Цикл робіт удостоєний Державної премії в галузі науки і техніки України в 2001 р.

До пріоритетних напрямів також входять інші науково-дослідні роботи, пов’язані з супутниковими технологіями, на основі яких створені системи інтелектуальних засобів керування транспортом та автоматичного прийняття рішень у конфліктних ситуаціях і розробки інформаційних технологій аерокосмічних систем. Такі розробки цікаві не тільки своїм нестандартним рішенням, вони унікальні також завдяки спрямуванню на використання не тільки у високо технічних проектах майбутнього, але й цілком адаптуються до техніки сьогодення. Тематика дослідження є надзвичайно актуальною ще і тому, що в ній досліджується можливість створення інтерфейсу, придатного для "мирного співіснування" в найсучасніших системах управління повітряним рухом "найнепевнішої ланки" людини оператора та всього комплексу.

В НАУ створені технології, що дозволяють ефективно розробляти оптимальні за критеріями точності навігаційні системи та оцінювати на землі якість навігаційних вимірювачів та процесів навігації, які досяжні у реальному стохастично збурювальному польоті. Результати виконання цих робіт становлять одну з базових частин циклу науково-дослідних, дослідно-конструкторських робіт та робіт, які впроваджуються зі створення першої вітчизняної конкурентноспроможної системи курсовизначення. В 1998 р. зазначений цикл робіт удостоєний Державної премії в галузі науки і техніки України.

Велика увага з боку науковців НАУ приділяється розвитку перспективних міжнародних науково-технічних проектів по забезпеченню життєдіяльності людини в існуючому соціумі.

Проект "Допплерівсько - поляриметричні радіолокаційні спостереження турбулентності в дощі" виконаного в Делфті, Нідерланди в рамках довгострокового співробітництва між Національним авіаційним університетом та Міжнародним дослідницьким центром телекомунікацій і радіолокації (ІКСТК) при Делфтському технічному університеті (ТU-Delf).

Результати роботи можуть бути практично застосовані в різних галузях, зокрема, для моніторингу радіаційного балансу і зміни клімату, гідрології та запобігання паводків, підвищення якості телекомунікацій і безпеки польотів авіації.

Проект "Візуальне аеронавігаційне забезпечення польотів на аеродромах цивільної авіації" виконаний разом з фірмами АТ "ЕLTODO", підрозділ "ЕLECTROSIGNAL Прага, (Чехія), "НОNEYWELL” Німеччина, "ТКАNSCON", Чехія.

Проект "Діагностика аеродинамічного стану повітряних суден для дослідження впливу умов експлуатації на рівень безпеки польотів" розроблений разом з Snecma Group (Франція); Інститутом гідромеханіки НАН України, АНТК ім. Антонова, Інститутом космічних досліджень НАН України, Цивільної авіації МТ України, Пензенським конструкторським бюро моделювання (Росія), АК "Волга Днепр" (Росія), АНТК ім. Іллюшина (Росія), КБ "Луч" (Україна), АК " Узбекістон хаво йулларі" (Узбекистан).

Розроблена автоматизована система діагностики аеродинамічного стану повітряних суден в процесі експлуатації; створено і впроваджено в експлуатацію персональні комп’ютери пілотів для літаків Ан-124-100, Ил-62М, Ил-86 (АК "Україна", "Авіалінії України", "Волга Днепр", "Російські авіалінії"), виконано дослідження емісій авіаційних двигунів, виконано дослідження впливу штучно генерованих у примежовому шарі повздовжніх вихрів на аеродинамічні характеристики профілю (замовлення Європейського офісу аерокосмічних досліджень США (ЕОАRD).

Проект "Розробка техніко-економічних заходів щодо забезпечення необхідного рівня безпеки здійснення антарктичних експедицій". Започатковано спільно з Національним аерокосмічним агентством СONAE. Прийнята пропозиція української сторони щодо підготовки фахівців різних галузей в Національному авіаційному університеті. Особлива увага в програмі спільних робіт приділена вирішенню проблем аерокосмічної медицини: підготовка і реабілітація операторів, які працюють в екстремальних умовах (льотчики, космонавти, полярники в Антарктиді тощо). Виділені окремо проблеми науково-технічного плану в напрямках розвитку авіації і космонавтики.

Проект "Комп’ютерні інформаційні технології та автоматизація обслуговування повітряного руху" виконується науковцями НАУ разом з державним підприємством "Белаеро навігація".

Впроваджені результати досліджень з автоматизації діяльності диспетчерських служб управління повітряним рухом. Комплекс автоматизованих робочих місць диспетчерів повітряного руху пройшли апробацію і тепер використовуються у підрозділах цивільної авіації України та Республіки Білорусь.

Важливим науковим напрямком є акустичний моніторинг і діагностика у звуковому діапазоні частот, які охоплюють широке коло питань визначення льотної придатності повітряних кораблів та пропускної здатності аеропортів із умов забезпечення нормативів екологічної безпеки у сфері авіаційного шуму. Ці системи дозволяють обґрунтувати і вдосконалити придатність повітряних суден до польоту, їхню надійність і зменшити вартість їхнього обслуговування за допомогою виявлення та діагностування потенційних і фактичних відмов завдяки використанню систем моніторингу, процедур автоматизованого тестування і попередження потенційних відмов обладнання і збирання даних для їх профілактики.

Розроблені в НАУ системи моніторингу авіаційного шуму СМАШТ дозволяють визначати такі характеристики польоту літака, як його швидкість і швидкість набору висоти.

Проект "Прогнозування авіаційного шуму" виконується разом з університетом м. Халл, Великобританія. У результаті виконаних досліджень отримані та обґрунтовані нові моделі розповсюдження шуму від літаків в умовах різних типів покриття поверхні, що відбиває звукові хвилі уздовж шляху розповсюдження. Результати досліджень опубліковані в міжнародних та вітчизняних наукових журналах.

Отримані результати сьогодні використовуються та вдосконалюються при виконанні проекту "Вдосконалення моделей прогнозування для обчислень контурів авіаційного шуму в частині ефектів встановлення двигунів і розповсюдження звуку в реальних експлуатаційних умовах"

Виконуються дослідження з регулювання впливу на навколишнє середовище за проектом "Стратегія розробки засобів оцінки та регулювання впливу шуму в рамках збалансованого підходу ІСАО та глобальної екологічної місткості навколишнього середовища".

Активний науковий пошук, який так співзвучний з нагальними потребами сучасної світової спільноти став важливою ознакою Національного авіаційного університету. Науковці університету вийшли на якісно новий рівень міжнародного співробітництва, вони прагнуть відшукати ті стратегічні напрямки глобального наукового пошуку, які досі ще не реалізовано, але які завтра будуть конче потрібними як для України, так і для всього людства.