 |
|
НАША ИСТОРИЯ
В 1964 г. в Институте механики МГУ имени М.В. Ломоносова была создана лаборатория физико-химической газодинамики под руководством к.ф.-м.н. Г.А. Тирского, в которой работала группа из трех научных сотрудников (Тирский Г.А., Гершбейн Э.А., Суслов О.Н.), входившая ранее в отдел общей гидромеханики.
В разные годы в ней работали следующие научные сотрудники: Апштейн Э.З., Брыкина И.Г., Гершбейн Э.А., Глазков Ю.В., Егорова Л.А., Ефимова Л.Г., Ковалев В.Л., Крупнов А.А., Лебедева Л.Л., Лохин В.В., Сахаров В.И., Суслов О.Н., Титов О.В., Фатеева Е.И., Ханукаева Д.Ю., Щербак В.Г., а также аспиранты и научные сотрудники МГУ, МФТИ и стажеры Томского государственного университета.
В настоящее время среди сотрудников лаборатории три доктора и один кандидат физико-математических наук.
Работа в лаборатории многие годы развивалась по следующим главным направлениям:
- физико-химическая газодинамика, гиперзвуковая аэродинамика;
- тепломассообмен при больших скоростях;
- кинетическая теория газов;
- термодинамика необратимых процессов;
- вычислительная аэрогидродинамика;
- аэротермобаллистика и разрушение метеороидов в атмосфере.
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ
- Заложены основы нового научного направления – теории термохимического разрушения теплозащитных покрытий космических аппаратов, входящих в атмосферы Земли и других планет с орбитальными и сверхорбитальными скоростями под воздействием конвективных и радиационных тепловых потоков и аэродинамических сил.
- Предсказан количественный унос массы теплозащиты космического аппарата «Лунник» при его входе со сверхорбитальной скоростью в атмосферу Земли после облета Луны в 1968 г.
- Созданы методики расчета и выявлены особенности разрушения оплавляющихся стекловидных тел в гиперзвуковых потоках газа с учетом внутреннего радиационного переноса. Исследован унос их массы и изменение их формы при движении по траекториям входа в атмосферы планет Солнечной системы.
- Открыт универсальный «закон площадей» для радиационных тепловых потоков, скорости абляции и сопротивления аблирующих тел. В дальнейшем «правило площадей» обобщено на интегральные величины различной физической природы (присоединенные массы тел в несжимаемой идеальной жидкости; собственные частоты колебаний мембран; объемы, охваченные ударной волной при взрыве в неоднородной атмосфере и т.п.).
- Впервые поставлена и решена задача аэротермобаллистики космического аппарата, когда уравнения радиационной аэродинамики и тепломассообмена необходимо решать совместно с уравнениями баллистики для тел переменной формы.
- В кинетической теории газов была получена новая удобная для решения задач система уравнений переноса массы и энергии для многокомпонентной многотемпературной смеси газов и плазмы при наличии электромагнитных полей.
- Дана постановка задачи о течении многокомпонентной смеси газов с разными диффузионными свойствами компонентов, которая позволила открыть эффект разделения химических элементов, обусловленный избирательностью каталитического воздействия поверхности на процесс рекомбинации атомов. Показано, что на химически нейтральной поверхности диффузионное разделение элементов может вызываться различием в скоростях протекания гомогенных химических реакций.
- Выведены уравнения гидромеханики для термохимически равновесных течений многокомпонентных газовых смесей и плазмы с разными диффузионными свойствами компонентов и даны точные выражения для всех эффективных коэффициентов переноса.
- Асимптотическим методом решена задача о течении в химически неравновесном пограничном слое в окрестности точки торможения затупленного тела и получены формулы для потока тепла, диффузионных потоков продуктов реакций и химических элементов к поверхности с произвольной каталитической активностью.
- Асимптотическими и численными методами проведены исследования пространственных течений в ламинарном многокомпонентном пограничном слое и в гиперзвуковом вязком ударном слое, в том числе и при интенсивном вдуве или отсосе газа с поверхности.
- Построена феноменологическая теория каталитических реакций на теплозащитных покрытиях многократного использования на основе рассмотрения элементарных физико–химических процессов, протекающих на поверхности, обтекаемой частично диссоциированным и ионизованным воздухом. Выявлены зависимости коэффициентов гетерогенной рекомбинации от условий на поверхности (давления, температуры и концентраций компонентов).
- В рамках сплошной среды решена задача о расчете теплообмена спускаемых по планирующей траектории входа космических аппаратов с учетом неравновесной термохимической кинетики, т.е. с учетом самосогласованного колебательно-диссоциационного и электронно-ионизационного взаимодействия в реакциях в ударном слое.
- Разработаны континуальные модели течения, применимые для определения трения и теплопередачи в задачах гиперзвукового обтекания тел разреженным газом в переходном от свободномолекулярного к континуальному режиме обтекания.
- Разработана теория моделирования процессов и течений термически и химически неравновесных газов в ВЧ плазмотронах ВГУ–4 (ИПМех РАН) и АДТ ВАТ-104 (ЦАГИ) в рамках уравнений Навье–Стокса и Максвелла.
- Созданы новые оригинальные приближенные аналитические методы для расчета задач сверх- и гиперзвукового обтекания тел вязким газом, в частности, интегральный метод последовательных приближений. Получены аналитические решения двумерных и трехмерных задач ламинарного сверхзвукового обтекания тел совершенным газом во всем диапазоне чисел Рейнольдса.
- Получены простые выражения для теплового потока к идеально-каталитической поверхности тел, обтекаемых химически реагирующим газом при больших и умеренных числах Рейнольдса.
- Разработан метод подобия трехмерных и осесимметричных течений для расчета теплопередачи и трения на затупленных телах, который сводит решение трехмерной задачи гиперзвукового обтекания к решению осесимметричной. Метод подобия применим в рамках разных моделей вязкого течения – уравнений Навье–Стокса, полного и тонкого вязкого ударного слоя, пограничного слоя – как для течений однородного газа, так и для химически неравновесного многокомпонентного газа для разных каталитических свойств поверхности.
- Поставлена и решена задача об уносе массы и светимости следа малых метеорных частиц пространственной формы, движущихся в разреженных слоях атмосфер Земли, Марса и Венеры.
- Установлены универсальные зависимости для лучистых тепловых потоков к поверхностям осесимметричных и пространственных тел при численном исследовании сверхзвукового обтекания их излучающим газом.
- Развита теория взаимодействия крупных метеороидов с атмосферой Земли с образованием метеоритных дождей и «взрыва» метеороидов в атмосфере. Предложена модель двухстадийного разрушения, объясняющая светимость, или «взрыв» (быструю передачу атмосфере кинетической энергии метеороида), болидов в атмосфере Земли.
- Получены новые результаты в теории симметрии, теории нелинейных тензорных функций, общей теории моделей сплошных сред с усложненными физико-химическими свойствами, электродинамике сплошных сред и теории моделей релятивистских сплошных сред, взаимодействующих с электромагнитным полем.
Для решения задач гиперзвукового обтекания тел разработаны оригинальные и эффективные численные методы:
- Конечно-разностные методы повышенной точности аппроксимации по поперечной координате для решения уравнений неравновесного многокомпонентного пограничного слоя и уравнений вязкого ударного слоя;
- Метод глобальных итераций для решения двумерных стационарных уравнений Эйлера, вязкого ударного слоя и параболизованых уравнений Навье-Стокса;
- конечно-разностные методы повышенного порядка точности для решения уравнений Эйлера и полных уравнений Навье-Стокса.
В лаборатории было защищено 19 диссертаций на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук и 5 - доктора физико-математических наук.
Сотрудниками лаборатории опубликовано более 500 научных работ в отечественных и зарубежных научных журналах, пять монографий, есть патенты на изобретение. Сделано более 400 докладов на Всесоюзных и Международных конференциях, симпозиумах, семинарах, школах.
Сотрудники лаборатории ведут большую педагогическую работу: руководят студентами и аспирантами, читают лекции, проводят семинары в МГУ и МФТИ.
| |
