Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) Русский Русский
English English

Проезд
Карта сайта
НовостиОб институтеЛабораторииСоветыДиссертационный советОбразованиеКонференции, семинарыЖурналы, книги, ресурсыСотрудникам

Лаборатория радиационной газовой динамики. Подробная информация

См. также Общие сведения о лаборатории

Основные достижения

Лаборатория радиационной газовой динамики была организована в 1998 г. доктором физико-математических наук, профессором С.Т. Суржиковым.

  • Сотрудники Лаборатории радиационной газовой динамики около мемориальной доски А.Ю. Ишлинского ИПМех РАН (фото 2013 г.)
    Сотрудники Лаборатории радиационной газовой динамики
    около мемориальной доски А.Ю. Ишлинского
    ИПМех РАН (фото 2013 г.)

В лаборатории проводятся расчетно-теоретические и экспериментальные исследования по направлениям современной физической механики, в рамках которых получены следующие результаты:

  • создана и развивается компьютерная платформа (универсальная компьютерная многомодульная система) ASTEROID, предназначенная для расчета спектральных оптических свойств горячих газов и низкотемпературной плазмы применительно к проблемам аэрокосмической техники. Данная компьютерная система основана на использовании ab initio методов классической, квазиклассической и квантовой механики;
  • разрабатываются двух- и трехмерные компьютерные радиационно-газодинамические модели спускаемых космических аппаратов, предназначенных для исследования планет Солнечной системы и возвращения на Землю. Указанные компьютерные модели, реализованные в программных кодах NERAT (Non-Equilibrium Radiative Aerothermodynamics), основаны на системе уравнений Навье-Стокса, физической и химической кинетики многокомпонентных газовых смесей и переноса селективного теплового излучения;
  • создан и развивается программный комплекс для расчета неравновесного спектрального излучения ударных волн применительно к атмосферам планет Солнечной системы, включающий в себя самосогласованные вычислительные модели расчета газодинамических параметров ударных волн, неравновесных физико-химических релаксационных процессов за фронтом ударной волны, неравновесных химических превращений в газовой смеси и неравновесного излучения в условиях отсутствия Больцмановского распределения частиц по возбужденным энергетическим состояниям атомов и молекул. Проводится систематический анализ новых экспериментальных данных по неравновесному излучению ударных волн в разных средах;
  • ведутся фундаментальные исследования в области неравновесной статистической термодинамики и излучения многотемпературных сред;
  • создаются расчетно-теоретические модели взаимодействия газовых разрядов с гиперзвуковыми газовыми потоками;
  • ведутся систематические исследования в области аэротермодинамики гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА);
  • создана гиперзвуковая ударная аэродинамическая труба (ГУАТ) ИПМех РАН, позволяющая проводить экспериментальные исследования ударно-волновых процессов на моделях элементов конструкции перспективных ГЛА.
  • Поле скорости
    Поле скорости
  • Поле давления
    Поле давления
  • Взаимодействие ветра с межзвездной средой
    Взаимодействие ветра с межзвездной средой

Научные связи

Лаборатория поддерживает постоянные научные контакты с ведущими Российскими аэрокосмическими организациями (РКК «Энергия» им. С.П. Королева, ЦАГИ, ЦНИИМАШ, ГосМКБ «Радуга» им. А.Я. Березняка), с Европейским космическим агентством (ONERA, CNES, ESTEC), с европейскими университетами Англии, Германии, Италии, Франции.

Систематически выполняются совместные научные исследования с Университетом братьев Райт, г. Дэйтон, Огайо, США (Wright State University).

Сотрудники лаборатории принимают активное участие в программах фундаментальных исследований Российской академии наук, в выполнении грантов РФФИ и контрактов Минобрнауки РФ.

Лаборатория радиационной газовой динамики является базовой для подготовки бакалавров, магистров и аспирантов по кафедре «Физической и химической механики» Московского физико-технического института.

Лаборатория является организатором ежегодных Всероссийских школ-семинаров (научных конференций) «Аэрофизика и физическая механика классических и квантовых систем».

Наиболее значимые публикации сотрудников лаборатории

Книги

  1. Суржиков С.Т. Вычислительный эксперимент в построении радиационных моделей механики излучающего газа. – М.: Наука, 1992 – 160 с.
  2. Суржиков С.Т. Тепловое излучение газов и плазмы. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2004 – 544 с. (Компьютерные модели физической механики) [информация]
  3. Суржиков С.Т. Оптические свойства газов и плазмы. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2004 – 576 с. (Компьютерные модели физической механики) [информация]
  4. Суржиков С.Т. Физическая механика газовых разрядов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2006 – 640 с. (Компьютерные модели физической механики) [информация]
  5. Суржиков С.Т. Расчетное исследование аэротермодинамики гиперзвукового обтекания затупленных тел на примере анализа экспериментальных данных. – М.: ИПМех РАН, 2011 – 192 с. [djvu]
  6. Суржиков С.Т. Гиперзвуковое обтекание разреженным газом поверхностного тлеющего разряда с внешним магнитным полем. – М.: ИПМех РАН, 2011 – 273 с. [djvu]
  7. Surzhikov S.T. Computational Physics of Electric Discharges in Gas Flows. Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston. 2013. 428 p. [details]
  8. Суржиков С.Т. Радиационная газовая динамика спускаемых космических аппаратов. Многотемпературные модели. – ИПМех РАН, 2013 – 706 с. [djvu]
  9. Железнякова А.Л., Суржиков С.Т. На пути к созданию модели виртуального ГЛА. - М.: ИПМех РАН, 2013 – 160 с. [djvu]

Статьи

  1. Ermakov M.K., Ermakova M.S. Linear-stability analysis of thermocapillary convection in liquid bridges with highly deformed free surface // Journal of Crystal Growth. 2004. V. 266. P. 160–166.
    doi: 10.1016/j.jcrysgro.2004.02.041
  2. Боровиков С.Н., Иванов И.Э., Крюков И.А. Построение тетраэдризации Делоне с ограничениями для тел с криволинейными границами // Журнал Вычислительной математики и математической физики. 2005. Т. 45. № 8. С. 1407-1423.
    [mathnet, elibrary]

    = Borovikov S.N., Ivanov I.E., Kryukov I.A. Constrained Delaunay tetrahedralization for bodies with curved boundaries // Comput. Math. Math. Phys. 2005. V. 45. No. 8. P. 1358-1373.
    [mathnet]
  3. Borovikov S.N., Pogorelov N.V., Zank G.P., Kryukov I.A. Consequences of the heliopause instability caused by charge exchange // Astrophysical Journal. 2008. V. 682. No. 2. P. 1404-1415.
    [journal]
  4. Котов М.А., Кузенов В.В., Сыздыков Е.К. Способы геометрического моделирования поверхности перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов // Изобретательство. 2012. Т. 12. № 6. С. 31-46.
    [elibrary]
  5. Котов М.А., Кузенов В.В. Численное моделирование обтекания поверхностей перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2012. № 3. С. 17-30.
    [журнал, elibrary]
  6. Surzhikov S.T., Shang J.S. Coupled Radiation-Gasdynamic Model for Stardust Earth Entry Simulation // Journal of Spacecraft and Rockets. 2012. V. 49. No. 5. P. 875-888.
    doi: 10.2514/1.A32027
  7. Shang J.S., Surzhikov S.T. Nonequilibrium radiative hypersonic flow simulation // Progress in Aerospace Sciences. 2012. V. 53. P. 46-65.
    doi: 10.1016/j.paerosci.2012.02.003
  8. Zheleznyakova A.L., Surzhikov S.T. Molecular dynamic-based unstructured grid generation method for aerodynamic application // Computer Physics Communication. 2013. V. 184. Iss. 12. P. 2711-2727.
    doi: 10.1016/j.cpc.2013.07.013
  9. Кузенов В.В., Котов М.А. Анализ газодинамических процессов и разработка модели течений в ударной гиперзвуковой аэродинамической трубе // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер.: Машиностроение. 2014. № 1. С. 3-25.
    [журнал, elibrary]

    = Kuzenov V.V., Kotov M.A. Analysis of gas-dynamic processes and development of model of flows in hypersonic shock tube // Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Mechanical Engineering, 2014. V. 94. No. 1. P. 3-23.
    [journal]
  10. Иванов И.Э., Крюков И.А., Ларина Е.В. Влияние времени релаксации турбулентной вязкости на моделирование течений в соплах и струях // Изв. РАН. МЖГ. 2014. № 5. С. 149-159.
    [журнал, elibrary]

    = Ivanov I.E., Kryukov I.A., Larina E.V. Effect of the turbulent viscosity relaxation time on the modeling of nozzle and jet flows // Fluid dynamics. 2014. V. 49. No. 5. P. 694-702.
    doi: 10.1134/S0015462814050172
  11. Полежаев Ю.В., Селезнев Р.К. Численное исследование процессов возникновения резонанса в экспериментальной установке импульсно-детонационного двигателя // ТВТ. 2014. Т. 52. № 2. С. 234-239.
    doi: 10.7868/S0040364414020197
    [журнал, mathnet, elibrary]

    = Polezhaev Yu.V., Seleznev R.K. Numerical study of the processes of resonance emergence in the experimental setup of a pulse detonation engine // High Temperature. 2014. V. 52. No. 2. P. 226-230.
    doi: 10.1134/S0018151X14020199
  12. Котов М.А., Крюков И.А., Рулева Л.Б., Солодовников С.И., Суржиков С.Т. Расчетно-экспериментальное исследование структуры гиперзвукового потока в плоском канале сложной конфигурации // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер.: Машиностроение. 2015. № 1. С. 4-21.
    doi: 10.18698/0236-3941-2015-1-4-21
    [журнал, elibrary]

    = Kotov M.A., Kryukov I.A., Ruleva L.B., Solodovnikov S.I., Surzhikov S.T. Numerical and experimental investigation of the hypersonic flow structure in a complex flat duct // Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Mechanical Engineering, 2015. V. 100. No. 1. P. 4-18.
    [journal]
  13. Горбунов А.А., Емельянов В.М., Леднев А.К., Никитин С.А., Соболева Е.Б. Об особенностях динамики и теплообмена в сплошных средах вблизи термодинамической критической точки. - Сборник трудов ИПМех РАН. М.: Наука, 2015. С. 198-222.
    [elibrary]
  14. Koichi Nishino, Taishi Yano, Hiroshi Kawamura, Satoshi Matsumoto, Ichiro Ueno, Michael K. Ermakov. Instability of thermocapillary convection in long liquid bridges of high Prandtl number fluids in microgravity // Journal of Crystal Growth. 2015. V. 420. P. 57-63.
    doi: 10.1016/j.jcrysgro.2015.01.039
  15. Сторожев Д.А., Суржиков С.Т. Численное моделирование двухмерной структуры тлеющего разряда в молекулярном азоте с учетом колебательной кинетики // ТВТ. 2015. Т. 53. № 3. С. 325-336.
    doi: 10.7868/S0040364415010184
    [журнал, mathnet, elibrary]

    = Storozhev D.A., Surzhikov S.T. Numerical simulation of the two-dimensional structure of glow discharge in molecular nitrogen in light of vibrational kinetics // High Temperature. 2015. V. 53. Iss. 3. P. 307-318.
    doi: 10.1134/S0018151X15010186
  16. Zheleznyakova A.L. Molecular dynamics-based triangulation algorithm of free-form parametric surfaces for computer-aided engineering // Computer Physics Communication. 2015. V. 190. P. 1-14.
    doi: 10.1016/j.cpc.2014.12.018
  17. Timokhin M.Y., Bondar Y.A., Kokhanchik A.A., Ivanov M.S., Ivanov I.E., Kryukov I.A. Study of the shock wave structure by regularized Grad's set of equations // Physics of Fluids. 2015, V. 27. Iss. 3. 037101.
    doi: 10.1063/1.4913673
  18. Горбунов А.А., Емельянов В.М., Леднев А.К. Влияние гравитации на интенсивность нагрева сверхкритического флюида // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. № 12. Часть 5. С. 788-793.
    [журнал]

Экспериментальные исследования

Решение ряда задач фундаментальной аэротермодинамики гиперзвуковых скоростей выполняется с использованием функционирующей в лаборатории уникальной научной установки (УНУ) «Гиперзвуковая ударная аэродинамическая труба» (ГУАТ). Имеется возможность оперативно проводить валидацию разрабатываемых в лаборатории национальных компьютерных кодов путем сравнения с получаемыми экспериментальными данными. Новое технологическое и измерительное оборудование, используемое на установке, разрабатывается совместно с рядом отраслевых организаций и университетов.

ГУАТ предназначена для исследования картины обтекания смесями газов при сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростях:

  • моделей простых геометрических форм для валидации разрабатываемых национальных компьютерных кодов;
  • моделей элементов конструкций перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА);
  • для исследования физико-химической кинетики газовых смесей и термофизических свойств ударных волн.
  • ГУАТ ИПМех РАН
    ГУАТ ИПМех РАН

Оборудование, используемое на установке ГУАТ:

  1. Блоки установки, образующие общий канал и последовательно соединенные между собой: камера высокого давления, цилиндрический канал, гиперзвуковое сопло, вакуумная камера. Общая длина установки: 15 – 21 м;
  2. Сверхвакуумные (10–10 атм) безмасляные турбомолекулярные откачные посты;
  3. Широкодиапазонный вакуумный датчик с дисплеем;
  4. Высокоскоростная цифровая видеокамера (1000 – 10000 кадров/с);
  5. Высокочастотные датчики динамического давления с блоками питания, сертифицированные, иностранного и отечественного производства;
  6. Клапан быстродействующий КБ50-80 (РФ), патент РФ и США;
  7. Аналого-цифровые преобразователи с частотой регистрации до 10 МГц.