Институт механики МГУ title
Найти:
новости   поиск    ссылки    бюллетень НИО    бюллетень администрации
новости
Новости
Семинары

структура
Руководство
Научные лаборатории
Ученый совет
Совет молодых ученых
Профком
Совет ветеранов
О нас

поиск
Найти:
Расширенный поиск
Архив новостей

календарь
11–13 октября 2017
Конкурс молодых ученых

регистрация
Вход в систему
Архив

Итоги 2015 года

Наука

Научная работа велась в рамках 16 приоритетных научных направлений фундаментальных исследований.

Исследования осуществлялись за счет госбюджетного финансирования (32 темы), а также за счет грантов РФФИ (46), грантов РНФ (3), грантов Президента РФ для государственной поддержки ведущих научных школ (2) и научных исследований молодых российских ученых-докторов наук (1). Получено 6 патентов на изобретения и 3 свидетельства о регистрации прав на программное обеспечение.

Наиболее значимые научные результаты

Численное исследование локализованных турбулентных структур в трубах

Работы по численному исследованию турбулентных течений жидкостей и газов выполняются в НИИ механики МГУ под руководством Н.В. Никитина уже более 30 лет. Сложность численного моделирования развитых турбулентных течений на базе полных уравнений Навье-Стокса обусловлена необходимостью корректного воспроизведения всех физических механизмов в рамках используемого вычислительного алгоритма, адекватного разрешения всех существенных пространственных и временных масштабов. Значительный прогресс в исследованиях наступил после введения в строй суперкомпьютера «Ломоносов» в МГУ. В лаборатории Н.В. Никитина был разработан оригинальный комплекс программ, позволяющий выполнять численные исследования развитых и переходных трехмерных турбулентных течений, механизмов их возникновения и самоподдержания.

Одними из интересных и важных для понимания природы турбулентности гидродинамических объектов являются так называемые турбулентные порывы – локализованные в пространстве метастабильные турбулентные образования, наблюдающиеся в трубах при переходных значениях числа Рейнольдса. Порывы сносятся вниз по потоку, не меняя своей протяженности, будучи разделенными между собой участками ламинарного течения. В некотором смысле турбулентный порыв можно рассматривать как структурную единицу турбулентности, в которой процессы генерации и диссипации хаотических пульсаций сконцентрированы в локальной области пространства.

Развитие и поддержка ИАС «Наука МГУ» («ИСТИНА»)

Сотрудниками НИИ механики во взаимодействии с сотрудниками ряда других подразделений МГУ проводились исследования, направленные на развитие и сопровождение общеуниверситетского программного комплекса сбора и хранения, перманентного мониторинга и интеллектуального анализа наукометрической информации, которая необходима для подготовки принятия управленческих решений в области научно-исследовательской, педагогической и инновационной деятельности МГУ (ИАС «Наука МГУ» («ИСТИНА»). В процессе работы сотрудниками института выполнялись экспериментальные исследования модулей интеллектуального анализа текстов, предназначенных для индексации, тематического анализа и классификации, аннотирования, выделения фактографической информации и описаний, статистического анализа и поиска по запросам данных, которые необходимы для принятия управленческих решений в МГУ. Результатом работы являются создание отдельных модулей в составе ИАС «Наука МГУ» («ИСТИНА»), ее апробация и внедрение в практическую деятельность в МГУ имени М.В. Ломоносова.

Изобретение ветромобиля

Команда сотрудников НИИ механики представляла МГУ имени М.В. Ломоносова на престижнейшем Международном конкурсе Green Tech 2015 (Тайвань) и получила главный приз соревнований — золотой кубок — в острой борьбе с командами ведущих университетов Германии, Японии, США, Китая, Швеции, Сингапура и Тайваня.

Состав команды: капитан: Голуб Андрей Петрович, инженер, Васюкова Ольга Эдуардовна, вед. инженер, Мастерова Анна Андреевна, вед. инженер, Утешев Андрей Викторович, токарь, Бекмеметьев Владислав Олегович, инженер; научные руководители команды: Досаев Марат Закирджанович, вед.н.с., Селюцкий Юрий Дмитриевич, вед.н.с., Климина Любовь Александровна, ст.н.с., Меснянкин Сергей Юрьевич, вед. инженер (лаборатории навигации и управления; общей аэродинамики; отдела главного инженера).

Победа команде была присуждена за изобретение «IiP wind-powered car», которое также было представлено НИИ механики на Международном авиасалоне МАКС-2015 и Фестивале науки-2015. Телеканал «Культура» выпустил сюжет об этом изобретении в программе новости культуры.

Разработка представляет собой ветромобиль, движущейся только за счет экологически чистой энергии — энергии потока ветра. Вместо двигателя выступает крыло, совершающее колебательные движения под действием потока. Колебания крыла преобразуются во вращение ведущих колес. При этом корпус машины перемещается строго против потока ветра. Изобретение можно применять для перевозки грузов в районах с регулярными ветрами, для перемещения грузов под водой в реке против течения только за счет энергии течения, а также для мониторинга газопроводов в режиме движения против потока газа за счет энергии встречного потока.

Научные результаты по темам НИР

Гидродинамика высокоскоростных и нестационарных процессов

Лаборатория экспериментальной гидродинамики

Сделан сравнительный численный анализ силового воздействия на преграду импульсной затопленной цилиндрической струи жидкости и аналогичной, но окруженной кольцевой газовой струей. Установлено, что при определенных условиях возможно ударное воздействие струи на преграду, во много раз превышающие воздействие монолитной затопленной водяной струи.

Исследована плоская задача о кавитационном обтекании пластинки потоком идеальной несжимаемой жидкости, ограниченным стенками канала, с использованием новой схемы замыкания каверны. Найдены зависимости формы кавитационной полости от степени загромождения потока, проведено сравнение с решениями, полученными с использованием других кавитационных схем.

Экспериментально исследована устойчивость упругой трубки при протекании по ней несжимаемой жидкостей с различными коэффициентами вязкости на турбулентном и ламинарном режимах. Обнаружено качественное отличие колебаний, возникающих при потере устойчивости на ламинарном и турбулентном режимах.

Лаборатория нестационарной гидродинамики

Проведена модернизация плоской струйной экспериментальной установки для исследования течений с вентилируемой каверной, имеющей границу с кривизной переменного знака (комбинация струйного истечения жидкости из сопла в каверну и истечения из под щита в атмосферу). Создана система регистрации данных с датчиков экспериментальной установки в режиме on-line с последующей обработкой с помощью пакета программ LabVIEW-13.

Продолжены исследования автоколебаний течений с образованием каверны с отрицательным числом кавитации. Специальные исследования с использованием подводящих стальных и дюритовых труб с одинаковыми диаметрами и толщиной стенок (скорость распространения волн давления в дюритовых трубах на порядок меньше чем в стальных) показали, что при различных длинах стальных труб реализуется только низкочастотный автоколебательный режим. Для дюритовых труб, начиная с некоторой длины, реализуются высокочастотные режимы. Показано, что характер кавитационных автоколебаний может быть связан с нелинейным взаимодействием двух колебательных систем — каверны и подводящего трубопровода. С использованием визуализации исследована структура течения жидкости около каверны на нестационарном автоколебательном режиме. Показано, что механизм автоколебаний на различных режимах в принципе одинаков, только в низкочастотном режиме вдоль границы каверны в каждый момент времени распространяется только одна волна, а при высокочастотном режиме несколько. Предложен метод оценки низкочастотных колебаний для случая длинной каверны. По результатам проведенных экспериментов предложена математическая модель, учитывающая взаимодействие двух колебательных систем.

Для определения эффективности работы волновых движителей различных конструкций построена модель судна катамарана. Проведено исследование движения катамарана, оборудованного прямоточным волновым движителем–пластиной. Определены параметры волнового движителя, при которых имеет место движение судна против волн. При вертикальном изменении установки пластины направление движения судна меняется на противоположное. Обнаружена промежуточная область, когда направление движения зависит от знака начальной скорости судна (гистерезис). Наиболее эффективной в проведенной серии экспериментов оказалась пластина с длиной 7,5 % от длины оптимальной волны при углах наклона от 20° до 40°. Тот же волновой движитель — пластину можно использовать для движения по волнам, причем наклонная пластина значительно эффективнее вертикального плоского транца, поставленного перпендикулярно к набегающим волнам.

Проведено численное моделирование условий эксперимента, с использованием программного комплекса XFlow™ компании NextLimitTechnologies. Моделировались работа клиновидного волнопродуктора, гашение волн на наклонной пластине, взаимодействие волн с погруженной наклонной пластиной, плавучесть которой задавалась равной плавучести катамарана. Проведена верификация вычислительного комплекса путем сравнения с экспериментальными измерениями амплитуд волн. Показано, что статическое давление на пластине имеет большую гидростатическую составляющую и значение силы, действующей на пластину, может быть с хорошей точностью вычислено по профилю волны над пластиной. Гидродинамическая сила действует на пластину против движения волны в фазе взаимодействия впадины волны с верхней стороной наклонной пластины. В фазе взаимодействия гребня волны с областью кромки пластины сила имеет составляющую в сторону движения волны. Эффект движения против волн связан с опрокидывание волны и потерей ее потенциальной энергии. Этот факт был проверен на упрощенной модели, использующей теорию мелкой воды первого приближения, в которой давление на поверхности пластины имеет только гидростатическую составляющую.

В гидроканале на модели реального надводного судна проведены экспериментальные исследования эффективности волнодвижителей типа «Подводный парус» в зависимости от размещения волнодвижителей по длине корабля. Показано, что волнодвижители на подводном судне, находящемся на перископной глубине, могут обеспечить скорость достаточную для стабилизации судна в подводном положении.

Устойчивость гидродинамических течений и турбулентность

Лаборатория общей аэродинамики

Разработан метод Анализа Расхождения Турбулентных Полей (АРТП) для численного изучения процессов образования и разрушения крупномасштабных структур в турбулентных потоках. Показано, что неустойчивость структур в пристенных течениях проявляется локализовано в пространстве, а регенерация структур происходит в результате нелинейных взаимодействий мелкомасштабных возмущений. Определены статистические и спектральные характеристики растущих возмущений.

Определен механизм возникновения условно периодических локализованных турбулентных структур в круглой трубе. Разработан итерационный численный алгоритм расчета подобных течений методом продолжения по параметру.

Построен вычислительный алгоритм решения уравнений Навье-Стокса для геометрии, соответствующей течению в змеевике. Рассчитан ряд течений при различных значениях параметров кривизны и кручения. Определены законы сопротивления.

Создана первая реализация алгоритма многоуровневого распараллеливания для операций транспонирования матрицы, ведутся аналогичные работы для алгоритма произведения двух разреженных матриц. Доработана схема сопряжения вычислений между центральными процессорами и графическими ускорителями, реализована асинхронная модель вычислений на графических ускорителях, позволяющая эффективно комбинировать обмен данными между картами GPU и вычислительными узлами, обмен данными между узлами и запуск вычислительных CUDA-ядер. Разработанные алгоритмы обеспечивают сопоставимые времена решения на единичных ускорителях, но при этом демонстрируют лучшие результаты масштабируемости при использовании нескольких десятков устройств.

Проведено сопоставление прямого численного моделирования внутренних гравитационных волн в стратифицированной среде и экспериментов, проводимых в Высшей Нормальной Школе Лиона. Показано, что при увеличении амплитуды внешних периодических возмущений возникает неустойчивость аттрактора внутренних волн, при этом в районе луча аттрактора с наибольшей фокусировкой и энергией появляются дочерние волны, удовлетворяющие условиям триадного резонанса. Таким образом, неустойчивость соответствует субгармонической параметрической неустойчивости (PSI).

Лаборатория экспериментальной гидродинамики

В задаче о движении вязкой несжимаемой жидкости в сферическом слое разработан метод выделения волновых структур, основанный на определении мгновенной разности фаз между скоростью сферы и скоростью течения с использованием преобразования Гильберта.

Экспериментально и численно показана возможность формирования в сферическом слое турбулентных течений, спектры которых качественно подобны спектрам, полученным при натурных измерениях в верхних слоях атмосферы Земли.

Показана эффективность применения специальных сверхкоротких диффузоров для формирования струйных течений с низким уровнем турбулентности. Предложена технология организации газодинамической защиты объектов для медицины и техники.

Механика сред, взаимодействующих с электрическими и магнитными полями

Лаборатория общей гидромеханики

Изготовлены пилотные образцы установок для инициирования движущихся дуговых разрядов: инжекторы рельсового типа и плазмотрон. На основе полученных с их помощью экспериментальных данных проведено сопоставление различных способов образования, инжекции и последующего движения плазменных сгустков в воздушной атмосфере. Показано, что внешнее магнитное поле может стабилизировать движущуюся рельсотронную дугу и позволяет существенно увеличить скорость ее направленного перемещения.

Лаборатория физико-химической гидродинамики

Исследовано влияние сильных неоднородных электрических полей на ионизационные процессы в частично ионизованных жидких и газовых смесях. Внешнее электрическое поле в слабопроводящих химически реагирующих средах может воздействовать на ионизацию как путем перераспределения реагирующих заряженных компонент, так и непосредственно, за счет увеличения кинетической скорости ионизации. Проведен анализ эффектов, являющихся следствием воздействия поля на электрохимическую кинетику, для случая газовых смесей, содержащих электронно-возбужденные частицы, и для случая электрогидродинамических течений сильно полярных жидкостей.

Исследовано электровращение сферической капли вязкой слабопроводящей поляризующейся жидкости в постоянном электрическом поле. Получены выражения для потенциала электрического поля, скорости течения и давления внутри и вне капли в случае, когда поверхностным конвективным током можно пренебречь. Найдены условия, при которых возможно электровращение капли. Капля под действием поля и течения стремится деформироваться так, чтобы превратиться в эллипсоид общего вида, одна из главных осей которого направлена вдоль вектора угловой скорости вращения капли, а остальные две лежат в плоскости, в которой лежит вектор напряженности приложенного поля, образуя с последним некоторые углы.

На основе обобщенной теории смачивания Кана численно решена задача о структуре плоской границы раздела двухкомпонентной магнитной суспензии и не смешивающейся с ней обычной ненамагничивающейся жидкости с учетом зависимости свободной энергии системы от градиентов намагниченности, концентрации магнитных частиц и плотности несущей фазы. Показано, что при определенных значениях параметров задачи объемная концентрация магнитных частиц сильно возрастает вблизи границы, т.е. имеет место существенная адсорбция частиц на границе раздела. Определена анизотропия и зависимость компонент тензора поверхностных натяжений от напряженности магнитного поля.

Исследована нелинейная задача о совместном течении с разрывом поля скоростей невязких газа и диэлектрической жидкости, расположенных друг над другом, при наличии заданного на бесконечности (со стороны газа) наклонного статического электрического поля.

Установлено, что при относительно небольшой величине разрыва продольной скорости на плоской горизонтальной поверхности раздела газ — жидкость, течение, неустойчивое в отсутствие поля, стабилизируется включением горизонтального поля достаточной напряженности. Вертикальное поле оказывает дестабилизирующее воздействие.

Аналитически решена задача о деформации двухслойной капли в слабопроводящей неограниченной жидкости в однородном переменном электрическом поле. Диэлектрические проницаемости и проводимости всех жидкостей считаются постоянными. Жидкости несжимаемые и вязкие, учитываются капиллярные силы. Найдены формы поверхности внутренней и средней жидкостей. Эти поверхности могут вытягиваться или сплющиваться в зависимости от физических свойств жидкостей. Обнаружено, что достаточно тонкий слой средней жидкости может качественно изменить форму капли: например, если в отсутствии этого слоя капля вытягивается, то в присутствии этого слоя внешняя граница среднего слоя сплющивается.

Экспериментально исследовано движение тел из намагничивающихся материалов в вязкой немагнитной жидкости вблизи дна сосуда в однородном вращающемся магнитном поле. Тела вращаются в том же направлении, что и магнитное поле, и могут двигаться поступательно вдоль дна сосуда. Рассмотрено два вида тел: вытянутые тела из намагничивающегося полимера и капля магнитной жидкости. Получены зависимости средней скорости поступательного движения тел из полимера и капли магнитной жидкости от частоты приложенного магнитного поля для различных амплитуд поля и других параметров задачи. Для капель магнитной жидкости было обнаружено изменение направления поступательного движения при изменении частоты вращения приложенного магнитного поля

Движение сплошных сред с физико-химическими превращениями

Лаборатория физико-химической газодинамики

Рассчитаны параметры обтекания сферы гиперзвуковыми потоками в атмосфере Земли, соответствующие условиям обтекания цилиндрической модели с плоским носком сверхзвуковыми недорасширенными струями воздушной плазмы в ВЧ-плазмотроне ВГУ-4. Установлено, что нормированные зависимости тепловых потоков в точках торможения на модели и сфере в зависимости от эффективного коэффициента каталитической рекомбинации атомов кислорода и азота для условий эксперимента на ВЧ-плазмотроне ВГУ-4 и входа в атмосферу Земли, связанных условиями локального моделирования теплообмена, подобны. Это ведет к формуле для экстраполяции экспериментально измеренного теплового потока в точке торможения на модели qwe на соответствующие условия обтекания сферы.

Лаборатория кинетических процессов в газах

В экспериментах на ударной трубе получены зависимости времени индукции и времени нарастания излучения аргона на длинах волн 420; 696,5 и 738 нм от скорости ударной волны в диапазоне 4-8 км/с. Определены энергии, излучаемые ударной волной на этих длинах волн, и методом относительной интенсивности получена временная эволюция температуры заселенности энергетических уровней атома аргона.

Разработаны алгоритм расчета и программа вычисления излучения изолированной линии аргона за фронтом ударной волны при высоких температурах. Сравнение полученных в расчетах и измеренных в экспериментах концентраций возбужденного состояния при различных скоростях ударной волны показывают, что предлагаемая упрощенная четырехуровневая модель атома аргона позволяет удовлетворительно описать результаты экспериментов. Показано, что при моделировании концентрации излучающего состояния и интенсивности излучения важную роль играет величина времени жизни этого состояния.

На основе решения нестационарных уравнений Эйлера для многокомпонентного воспламеняющегося газа численно определена конфигурация осесимметричного конвергентно-дивергентного соплового канала, обеспечивающего стабильное детонационное горение водородовоздушной смеси в условиях атмосферы на высотах до 16 км при числе Маха набегающего потока от 7 до 9. Коаксиальное центральное тело «цилиндр-конус» служит эффективным инструментом спонтанного инициирования детонационного горения водородовоздушных смесей. Показано также, что эффективность детонационного горения повышается с ростом высоты.

Лаборатория газодинамики взрыва и реагирующих систем

В рамках детального кинетического механизма химического взаимодействия численно исследовано детонационное горение стехиометрической водородно-воздушной смеси, поступающей в плоский канал со сверхзвуковой скоростью, превышающей скорость распространения одномерной самоподдерживающейся детонации. Установлена возможность инициирования и стабилизации детонационной волны в канале специальной геометрической конфигурации, одна из стенок которого имеет вид затупленного препятствия, а другая — искривленная, определяется как линия тока при обтекании данного препятствия неограниченным сверхзвуковым потоком горючей смеси. Исследована пространственная структура стабилизированной перед препятствием детонационной волны. Обнаружена ячеистая структура детонации, формирующаяся при распространении поперечных волн, в части канала примыкающей к искривленной стенке.

С использованием оригинального комплекса программ на суперкомпьютере «Ломоносов» проведено численное моделирование для широкого класса задач трехмерных нестационарных задач газовой детонации. Определены условия реализации режима галопирующей слоистой детонации для трехмерной конфигурации: канала прямоугольного сечения с уступом цилиндрической формы. Выполнен анализ формирования детонации в потоке горючей газовой смеси в канале винтовой формы с эллиптическим сечением, в канале переменного квадратного сечения, а также в цилиндрическом канале круглого сечения, внутри которого расположен неподвижный стержень сложной винтовой формы. Изучен процесс спонтанного формирования пространственной трехмерной структуры ячеистой и спиновой детонации в каналах круглого поперечного сечения при инициировании детонации плоской ударной волной у закрытого торца канала.

Газовая динамика и теплообмен

Лаборатория экспериментальной гидродинамики и лаборатория гиперзвуковой аэродинамики

Проведено исследование течений газа в медленно расширяющихся конических каналах и показан существенный рост турбулентных характеристик потока по сравнению с цилиндрической трубой. Для повышения эффективности теплообменных аппаратов предложено использование расширяющихся каналов.

Лаборатория физико-химической газодинамики

Продолжена разработка асимптотических методов расчета теплопередачи и трения на затупленных телах, обтекаемых гиперзвуковыми потоками совершенного и химически реагирующего газов в широком диапазоне чисел Рейнольдса. Получены аналитические решения для интегрального коэффициента конвективного теплового потока по поверхности тел, входящих в атмосферу Земли с метеорными скоростями, в переходном от свободномолекулярного к континуальному режиму гиперзвукового обтекания. Эти решения представлены в зависимости от плотности атмосферы и радиуса затупления тела. Получено приближенное аналитическое решение пространственных уравнений тонкого вязкого ударного слоя в совершенном газе для относительного теплового потока (нормированного на его значение в точке торможения). Показано, что полученные формулы применимы для расчета относительного теплового потока и в химически неравновесных двумерных и трехмерных гиперзвуковых течениях для идеально каталитической поверхности затупленных тел при больших и умеренных числах Рейнольдса.

Лаборатория аэромеханики и волновой динамики

С помощью технологии непрерывного изменения (увеличения/уменьшения) относительной длины каверны при одновременном непрерывном изменении угла атаки тела с каверной экспериментально выявлены новые схемы трехмерного сверхзвукового обтекания кольцевых каверн и определены границы существования аэродинамического гистерезиса обтекания. Дана классификация стадий перестройки трехмерных режимов обтекания каверн на границах области гистерезиса обтекания. Наряду с фундаментальным значением результаты важны для приложений при проектировании элементов летательных аппаратов.

Найден способ безытерационного решения сопряженной задачи о движении гибкого многозвенного тела с шарнирно-упругими связями в вязкой несжимаемой жидкости на основе авторского бессеточного численного метода вязких вихревых доменов. Важным элементом разработки является раздельное определение гидродинамических нагрузок на тела со скользящими друг относительно друга общими участками граничных поверхностей. Исследована задача о машущем крыловом профиле в потоке вязкой несжимаемой жидкости, воспроизведен наблюдаемый в экспериментах эффект перестройки следа от обычной вихревой дорожки к реверсной при увеличении частоты взмахов. Показано, что гибкость профиля может оказывать существенное влияние на течение жидкости и гидродинамические силы, действующие на профиль. В частности, увеличивает тягу на режимах существования пропульсивной силы, а также увеличивает к.п.д. соответствующего пропульсивного движителя.

Получены обобщающие закономерности и выработаны практические методики по аэротермодинамике строительных сооружений и транспортных средств, сформированы опорные экспериментальные данные для верификации вычислительных кодов. В том числе: установлены фундаментальные факты о режимах низкоскоростного обтекания тандемных конструкций тел, включая режимы с уловленным вихрем и бистабильными состояниями; разработан и принят в качестве обязательного нормативного документа ГОСТ Р 56728-2015 — «Здания и сооружения, методика определения ветровых нагрузок на ограждающие конструкции»

На установке А-6 проведены прикладные аэродинамические испытания по определению ветровых нагрузок на проектируемые объекты: «Многофункциональный жилой комплекс на Шмитовском проезде г. Москвы» и «Пешеходный вантовый мост через реку Москва в г. Красногорске».

На базе аэродинамической трубы А-6 НИИ механики МГУ создан тренировочный полигон для отработки оптимальных положений в полетной фазе лыжников в полной спортивной экипировке. В сентябре-декабре 2015 г. тренировочные услуги получили представители женской и мужской сборных РФ по лыжному двоеборью.

Лаборатория аэромеханики и волновой динамики и лаборатория гиперзвуковой аэродинамики

Развит многоблочный метод расчета взаимодействий вязкого сверхзвукового потока с решетчатыми телами на режимах интерференции локальных ударно-волновых структур и аэродинамических следов от соседних элементов тела. В задаче о сверхзвуковом обтекании плоской решетки цилиндрических стержней обнаружен новый тип гистерезисной зависимости решения от геометрических параметров. В отличие от известного гистерезиса, связанного с неоднозначностью переходов между маховским и регулярным типами пересечения ударных фронтов между элементами решетки, новый тип гистерезиса сопровождается скачкообразным изменением коэффициента сопротивления решетки. Механизм данного явления обусловлен образованием отрывного предвестника при взаимодействии преломленных ветвей головных скачков уплотнения с неоднородными сверхзвуковыми следами за смежными элементами решетки.

Лаборатория гиперзвуковой аэродинамики

Проведены численные и экспериментальные исследования структуры течения около V-образных крыльев различной геометрии с головной ударной волной, присоединенной к передним кромкам, при числах Маха 3; 6 и 10. Получены обобщения критерия возникновения в ударном слое вихревых структур невязкого происхождения в широком диапазоне чисел Маха от умеренных сверхзвуковых до гиперзвуковых скоростей невозмущенного потока. Экспериментально показано, что установленные критерии пригодны и для диагностики реальных конических течений. В специальных случаях перехода режимов обтекания от регулярного к маховскому взаимодействию скачков уплотнения, присоединенных к передним кромкам крыла, наблюдается взрывной рост толщины ударного слоя. При несимметричном обтекании V-образного крыла потоком с числом М = 3 изучена возможность использования установленных критериев существования невязких вихревых структур в ударном слое, порожденных контактными разрывами соответствующей интенсивности, исходящими из точек ветвления головной ударной волны, для контактных разрывов лямбда-конфигурации ударных волн, сопровождающей отрыв турбулентного пограничного слоя под воздействием внутренней ударной волны на подветренной консоли. С использованием результатов численного расчета несимметричного обтекания V-образного крыла идеальным газом, точного расчета точек ветвления ударных волн, а также экспериментальных данных, полученных с помощью различных методов, в частности — специального теневого метода для визуализации сверхзвуковых конических течений, установлено, что при интенсивности контактных разрывов, исходящих из точек ветвления как головной ударной волны, так и лямбда-конфигурации ударных волн, большей порогового значения, над наветренной консолью крыла существуют невязкие вихревые структуры – вихревые особенности Ферри.

Величина снижения донного сопротивления существенно зависит от конструктивной схемы ДТГ, газодинамической схемы вдува и способа теплопомассоподвода, а также энергетических и расходных характеристик за счет горения перспективных высококалорийных гетерогенных пиротехнических составов (ПС), новых типов безгазовых ПС и высокоэнергетических композитов (пылевая плазма). Разработана экспериментальная модель ДТГ (донный тепловой генератор) для изучения газодинамической схемы с одновременным подводом тепла как на боковую поверхность, так и в донную область тела вращения. Для увеличения зоны рециркуляции в донной области ко дну тела вращения крепятся магниты – кольца, которые позволяют выбрасывать заряженную пылевую плазму, создаваемую при горении оксидно-металлического порошкового композита, во внешний поток. Продолжительность выброса плазмы увеличена за счет разделения на три части образца, наполненного композитным материалом, с последовательным воспламенением каждой части. При числе Маха 6 проведены эксперименты с разработанной моделью ДТГ. Установлено, что при выбросе термитной пылевой плазмы в донную область тела вращения при наличии магнитного поля наблюдается увеличение донного давления в 3,3 раза по сравнению ДТГ с ТВЭЛ. В качестве перспективного варианта исследована возможность применения на нисходящем участке траектории полета тел вращения медленногорящих ПС пульсирующего горения, что позволяет увеличить время действия ДТГ. На основании полученных результатов экспериментов, проведенных при сверхзвуковом обтекании ДТГ, рекомендован ПС на основе сплава алюминия, органического горючего и окислителя с частотой пульсации 7-9 Гц и скоростью горении от 1,0 до 1,2 мм/с. Применение такого ПС в ДТГ позволяет снизить донное сопротивление ~ до 80 % и обеспечить время работы ДТГ более 65 с.

Получены экспериментальные данные по влиянию возмущений, вызываемых кольцевыми ребрами, на эффективность теплообмена и коэффициент восстановления температуры в сверхзвуковом потоке сжимаемого газа. Ребра размещались на 100; 200 и 300 мм длины осесимметричного расширяющегося канала общей длиной 700 мм. Экспериментальные исследования проводились для чисел Маха на входе в канал 1,9; 2,5 и температуры торможения в форкамере 25; 40 и 70 °С. Получены профили адиабатной температуры стенки и статического давления по длине сверхзвукового канала, а также профили полного давления и температуры торможения на выходе из канала. Сравнение теплогидравлической эффективности канала с кольцевыми ребрами и гладкого канала показало, что осредненный по поверхности коэффициент теплоотдачи практически не меняется под воздействием генерируемых кольцевыми ребрами возмущений, при этом потери полного давления увеличиваются на 5-15 %. Проведено численное исследование характеристик течения и теплообмена в цилиндрических, конических расширяющихся каналах и в пограничных слоях сжимаемых газовых потоков с внешними воздействиями, а также исследовано влияние состава теплоносителей на теплофизические и транспортные свойства смеси газов в пограничном слое и тепловую эффективность транспирационных систем охлаждения летательных аппаратов и технологических устройств. С использованием трехпараметрической дифференциальной модели турбулентности проведено численное исследование пограничного слоя на стенке сопла современного ЖРД для двух способов организации внутреннего охлаждения (завесного и путем подачи охладителя через пористые вставки). Получены интегральные и локальные характеристики течения и теплообмена в пограничном слое сопла. Расчетами подтверждено, что пористое охлаждение является более эффективным по сравнению с завесным: улучшая тепловую защиту стенок, оно позволяет повысить тягу ЖРД за счет уменьшения потерь удельного импульса, связанных с неэффективным использованием части расхода топлива для организации внутреннего охлаждения стенок сопла.

Получены результаты зондовых измерений концентрации и температуры электронов в следе за конусом при сверхзвуковом обтекании потоком разреженной воздушной плазмы и при испарении с боковой поверхности окисла молибдена. Установлено, что температура электронов заметно превышает температуру газа. Для объяснения этой закономерности получено численное и предельные аналитические решения системы уравнений, описывающей неравновесное течение вдоль трубки тока. При этом учтены процессы диссоциативной рекомбинации и потери энергии электронов при столкновениях с ионами. Из решения следует, что отрыв температур происходит за счет выделения части энергии диссоциативной рекомбинации.

Лаборатория газодинамики взрыва и реагирующих систем

С использованием ресурсов суперкомпьютера «Ломоносов» МГУ на подробных многоблочных расчетных сетках выполнено параметрическое численное исследование взаимодействия ударных волн с эллипсоидальными газовыми пузырями пониженной или повышенной плотности. Подробно изучен эффект фокусировки и кумуляции ударных волн в малом объеме на оси симметрии течения. Установлено, что для газовых пузырей пониженной плотности в соответствии с «дивергентным» сценарием взаимодействия реализуется режим «слабой фокусировки» вторичной отраженной тороидальной ударной волны, сходящейся к оси симметрии. Для газовых пузырей повышенной плотности, в соответствии с «конвергентным» сценарием взаимодействия, реализуется режим «сильной фокусировки» падающей ударной волны, огибающей пузырь. Определена зависимость интенсивности фокусировки от удлинения эллипсоида и числа Атвуда, характеризующего отношение плотностей внутри и вне пузыря. Показано, что наибольшие давление и плотность газа в области фокусировки достигаются для случая взаимодействия с пузырями повышенной плотности, когда огибающая пузырь падающая ударная волна и проходящая по пузырю ударная волна, отстающая от основного фронта, фокусируются в очень малой области (почти в точке) внутри деформированного газового пузыря.

Механика природных процессов

Лаборатория общей гидромеханики

Решена задача о дегазации магмы при подъеме по каналу вулкана, пересекающему пористые водонасыщенные породы. Показано, что интенсивность оттока вулканических газов в породы сравнима с интенсивностью их переноса вместе с поднимающейся магмой. Проведенные расчеты впервые позволили объяснить отсутствие наблюдаемой на многих вулканах корреляции между расходами магмы и газа.

Разработана методика определения истории кристаллизации плагиоклаза по распределениям элементов-примесей. Для вулкана МаунтСентХеленс реконструированы условия подъемам магмы к поверхности перед извержением 1980-1987 гг. Расчеты хорошо согласуются с независимыми петрологическими данными.

Построена трехмерная геолого-гидродинамическая модель геотермальной системы CampiFlegrei (Италия), с помощью которой исследованы конвективные течения в системе при до- и закритических термодинамических условиях. Даны оценки для параметров нагретых газов, которыми система питается из магматического очага.

Лаборатория экспериментальной гидродинамики

Построено общее решение задачи Коши для нелинейной системы уравнений, описывающей одномерные течения малоконцентрированной суспензии в пористой среде с учетом оседания частиц на пористый скелет. Найден ряд точных решений, выражающихся в элементарных функциях. Проанализированы условия образования нефизичных особенностей.

Лаборатория физико-химической газодинамики

Исследовано влияние объемной вязкости в задачах о структуре прямой ударной волны и сверхзвукового обтекания затупленного тела разреженным газом. Показана важность учета коэффициента объемной вязкости для более точного описания структуры фронта ударной волны и правильного предсказания тепловых потоков к телу. Выяснена область влияния коэффициента объемной вязкости в решенных задачах. На основании анализа имеющихся в литературе данных получены приближенные выражения для коэффициентов основных уравнений физической теории метеоров, включая эффективную теплоту уноса массы. С использованием этих результатов найдены приближенные аналитические решения для скорости и уноса массы метеороидов при скоростях их входа в атмосферу Земли от 20,0 до 72,8 км/с в погранслойном и свободномолекулярном режимах обтекания.

Продолжена работа по моделированию разрушения метеороидов при их движении в атмосфере Земли. Рассмотрены наблюдательные данные болидов Маршалловых островов 1 февраля 1994 г., болида Кошице 28 февраля 2010 г. и Челябинского болида 15 февраля 2013 г. Уточнены распределение осколков по размерам и график светимости для болида Кошице. Развита модель двухстадийного разрушения метеороидов, которая позволяет объяснить наблюдаемый эффект «концевой вспышки» на последней стадии разрушения.

Биомеханика

Лаборатория общей гидромеханики

Создана теория совместного нагружения роговицы глаза вогнутым штампом и тонким стержнем, осуществляемого в тонометре Шиотца. Предложен легко определяемый при клиническом обследовании параметр, характеризующий упругие свойства глазного яблока. Экспериментально показано, что этот параметр обладает более высокой индивидуальной ценностью для диагностики глаукомы, чем ранее использовавшийся аналог.

Теоретически исследованы режимы поведения эмбрионального эпителиального пласта в ответ на быстрое и медленное растяжение, а также на мгновенное снятие растягивающей нагрузки. Сравнение с лабораторными экспериментами показало, что разработанная математическая модель среды, учитывающая взаимосвязь между клеточными и интеркаляционными деформациями, адекватно отражает структуру механической активности ткани.

Лаборатория биомеханики

Проведено численное моделирование зависимости расхода крови на выходе из левого желудочка сердца от артериального и венозного давлений крови и от параметров, характеризующих степень стеноз или недостаточности аортального клапана, показавшее хорошее совпадение с экспериментами.

Выявлены изменения агрегации-дезагрегации и деформируемости эритроцитов при модельном ишемическом инсульте у крыс.

Динамические воздействия на сплошные среды и конструкции

Лаборатория динамических испытаний

Проведено исследование связанных нестационарных механических и электромагнитных полей для упругих полуплоскости и толстостенной сферы. В том числе, получено решение задач о возбуждении нестационарного электромагнитного поля в движущихся полуплоскости, шаре и пространстве со сферической полостью, а также о радиальных колебаниях электромагнитоупругого кругового цилиндра.

Получены решения новых нестационарных задач механодиффузии: задача упругой диффузии для однокомпонентного и двухкомпонентного слоя, задача упругой диффузии для однокомпонентного полупространства. Найдены зависимости напряженно-деформированного состояния среды от кинематических поверхностных возмущений с учетом наличия диффузионных процессов в исследуемых телах.

Дана математическая постановка задач о звукоизоляционных свойствах тонкостенных однородных и слоистых пластин, окруженных акустическими средами. Проведено исследование влияния параметров препятствия на его щумозащитные свойства.

Проведено всестороннее исследование пространственного нестационарного движения упругой сферической оболочки, а также исследование особенной напряжений в задаче о нестационарном движении нормальной сосредоточенной нагрузки вдоль границы упругой полуплоскости.

Проведено подробное исследование процесса распространения нестационарных волн в линейно- вязкоупругой цилиндрической оболочке конечной длины при разных режимах торцевого нагружения.

Предложена методика исследования нестационарных волновых процессов в линейно-вязкоупругих телах с непрерывной зависимостью физико-механических свойств от координат. На ее основе проведены динамические расчеты для задачи о нестационарных радиальных колебаниях непрерывно неоднородного линейно-вязкоупругого цилиндра.

Проанализированы существующие модели дислокационных механизмов внутреннего трения, выявлены их недостатки. Предложена модель, наиболее адекватно описывающая дислокационный вклад в механизм внутреннего трения.

Предложена методика исследования распространения нестационарных волн в полубесконечном вязкоупругом стержне.

Лаборатория динамических испытаний и лаборатория упругости и пластичности

Разработаны и верифицированы полномасштабная (с детализированной с точностью до волокна геометрией) и редуцированная (осредненная) математические модели процесса пробивания многослойных преград на основе арамидных волокон с металлическим несущим слоем. Математические модели верифицировались по результатам натурных и виртуальных баллистических тестов. С использованием полномасштабной модели исследованы основные диссипативные факторы при пробивании тканых преград с малым числом слоев и различными типами плетения в слоях, а также в зависимости от геометрии ударника. Установлено, что главным диссипативным фактором при пробивании сухих тканых преград является изменение кинетической энергии отдельных волокон, а потери на межволоконное трение и разрушение волокон являются второстепенными.

Механика упруго-пластических сред и конструкций

Лаборатория упругости и пластичности

Для нелинейных определяющих соотношений вязкоупругости Ю.Н. Работнова сформулированы способы идентификации и аттестации, указаны адекватно моделируемые ими реологические эффекты; предложены теоретико-экспериментальные индикаторы их применимости.

На примере задачи о простом сдвиге получена оценка точности вычисления значений компонент тензора деформаций Генки для программных продуктов QFORM7 и ANSYS; таким образом, установлено, каким мерам деформации на самом деле соответствуют вычисленные в данных пакетах тензоры деформаций.

Для обобщенной постановки задач об определении собственных форм колебаний упругих ортотропных пластин и оболочек вращения исследованы некоторые свойства собственных функций (обобщенная ортогональность, частичная ортогональность).

Предложено уточнение поляризационно-оптического метода исследования напряжений применительно к исследованию плоского напряженного состояния в упругих телах.

Выполнено качественное сопоставление определяющих соотношений термопластичности и термовязкопластичности применительно к описанию сверхпластичности и близких к ней состояний.

Проведены эксперименты по исследованию прочности морского льда на балках различной формы (консольная балка, балка с защемленными краями, балка равного сопротивления). Предложен новым метод определения прочностных свойств льда.

Ползучесть, длительная и высокотемпературная прочность материалов и элементов конструкций

Лаборатория ползучести и длительной прочности

Проведено моделирование длительной прочности металлов при стационарном и нестационарном сложных напряженных состояниях. В качестве основы принята кинетическая теория Ю.Н. Работнова с векторным параметром поврежденности. При анализе результатов известных испытаний получено хорошее соответствие экспериментальных и теоретических значений времен до разрушения.

Исследовано длительное разрушение элементов конструкций при нестационарном сложном напряженном состоянии в присутствии агрессивной среды. Определено время до разрушения прямоугольной пластины при действии изгибающих моментов, попеременно приложенных к ее разным сторонам. Использованы варианты кинетической теории Ю.Н. Работнова со скалярным и векторным параметрами поврежденности. Показано, что независимо от уровней изгибающих моментов и порядка их приложения использование скалярного параметра поврежденности приводит к меньшему значению времени до разрушения пластины, чем векторный параметр.

Исследована осадка круговых цилиндров в условиях высокотемпературной ползучести без учета образования бочки при различных программах нагружения. Определена оптимальная программа нагружения, которая обеспечивает осаживание цилиндра на заданную величину за определенное время с минимально возможным уровнем работы внешней сжимающей силы. Показано, что отличие работы внешней силы в случае оптимальной программы нагружения от аналогичной работы в случае кинематической программы составляет менее 1 %.

Проведено экспериментальное исследование релаксационных свойств эластомерных нанокомпозитов на основе гидрированного нитрил-бутадиенового каучука, упрочненного наночастицами технического углерода. Показано существенное различие вязкоупругого поведения материала при растяжении и сжатии. Предложен теоретический подход к описанию наблюдаемых особенностей механического поведения исследуемых материалов.

Лаборатория прочности и ползучести при высоких температурах

Разработана методика экспериментальной проверки новой теории теплопроводности. Частично проведены эксперименты по определению скорости распространения тепла в длинных стержнях.

Разработана методика осреднения связанных краевых задач моментной теории упругости неоднородных тел и связанных задач электроупругости неоднородных тел.

Проведены механические испытания реакционно-связанных материалов при сжатии и изгибе на воздухе, а также при сжатии в среде, имитирующей межтканевую жидкость. Отработана методика создания макропористых материалов методом удаляемой добавки и с использованием негативной реплики, исследована зависимость прочности при сжатии от заданной доли пор в их структуре. Разработана методика получения композиционных реакционно-связанных материалов с использованием каркасной структуры из биорезорбируемого полимера, напечатанной на 3D принтере в виде структуры Кельвина. Разработана методика получения пористых гранул на основе данного типа материалов, использование которых предпочтительно для заполнения костных дефектов сложной формы.

Механика многокомпонентных и многофазных сплошных сред

Лаборатория механики многофазных сред

Развит метод граничных интегральных уравнений для медленного стационарного обтекания элементов микроструктуры супергидрофобных поверхностей. В рамках уравнений Стокса проведено параметрическое численное исследование задачи обтекания сдвиговым потоком каверны, содержащей пузырек газа с межфазной границей в форме сегмента окружности. Впервые исследован наиболее общий случай, когда края межфазной поверхности не совпадают с угловыми точками каверны. Изучена зависимость эффективного (осредненного) скольжения жидкости над каверной от геометрических параметров каверны и кривизны межфазной поверхности. Показано, что максимальное осредненное скольжение достигается в случае плоской межфазной границы.

Предложен новый способ гидродинамического разделения микронных частиц в микроканале, нижняя стенка которого представляет собой полосчатую супергидрофобную поверхность. Полосы ориентированы под углом к градиенту приложенного давления. Метод основан на осаждении частиц под действием гравитации и последующем боковом отклонении при движении вблизи нижней стенки, что вызвано боковым вторичным течением, возникающем вблизи анизотропной супергидрофобной поверхности. Приведены теоретические оценки смещения частиц, которые проверены в тестовых экспериментах с монодисперсными частицами.

Предложена рациональная асимптотическая теория, описывающая динамический и тепловой турбулентный пограничный слой на пластине при нулевом градиенте давления. Тот факт, что течение зависит от конечного числа определяющих параметров, позволило сформулировать алгебраические условия замыкания, которые связывают турбулентное касательное напряжение и турбулентный поток тепла с градиентами усредненной скорости и температуры. В результате точного асимптотического решения уравнений пограничного слоя получены известные законы стенки для скорости и температуры и законы дефекта скорости и температуры, а также выражения для коэффициента трения, числа Стантона и аналогии Рейнольдса. Даны две новые формулировки закона дефекта температуры, одна из которых полностью аналогична закону дефекта скорости и не содержит числа Стантона и турбулентного числа Прандтля, а вторая не содержит коэффициента трения на стенке. Получен закон теплопередачи, который связывает только тепловые величины. Выводы теории хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Развит новый комбинированный полностью лагранжев подход для численного моделирования неизотермических течений газокапельной смеси с учетом испарения капель. Подход основан на использовании метода вязких вихревых доменов и тепловых доменов для расчета параметров вязкой несжимаемой несущей фазы и полного лагранжева метода для расчета параметров дисперсной фазы. Разработан и реализован численный алгоритм для расчета двумерных нестационарных течений газокапельной смеси. Верификация численного алгоритма проведена на примере неизотермического вихря Ламба. Показано хорошее соответствие рассчитанных полей параметров несущей фазы известному аналитическому решению. Разработанный метод применен для расчета импульсной плоской двухфазной струи с испаряющимися каплями.

Проблемы управления движением мобильных роботов и мехатронные системы

Лаборатория общей механики

Рассмотрена задача управления биомеханизмом – человеком, интегрированным с экзоскелетом, при перемещении его по ровной горизонтальной поверхности в режиме плоской, регулярной, одноопорной ходьбы. Экзоскелет представляет собой стержневую металлическую конструкцию, имеющую такие же длины, как у человека, но с другими масс-инерциальными характеристиками. Исследовано поведение экзоскелета в двух режимах: пассивном и активном. Пассивный режим характеризует поведение экзоскелета только под действием сил, возникающих при движении человека в режиме «комфортабельной» ходьбы, а активный режим отличается от пассивного наличием в коленных шарнирах экзоскелета движителей, способных развивать заданные моменты. Активный режим исследован на основе полных уравнений динамики.

При исследовании регуляции позы человека распространены тесты, связанные с удержанием человеком равновесия на подвижной опоре в виде пресс-папье (на качелях сисо). В работе рассмотрена простейшая «маятниковая» модель человека, стоящего на сисо. Управлением является момент в оси вращения перевернутого маятника – в голеностопном суставе. Управление строится в виде обратной связи по единственной неустойчивой координате разомкнутой системы. Оно максимизирует область притяжения линейной системы, при наличии ограничения на абсолютную величину управляющего момента. Полученные теоретически границы области притяжения для построенного управления сравниваются с амплитудами колебаний человека, стоящего на сисо.

В рамках модели идеальной жидкости рассматривается вопрос о формах равновесия вихревых образований, находящихся в покоящемся океане. Рассматривается случай произвольной зависимости плотностей вихревого образования и океана от вертикальной координаты. Исследована устойчивость форм равновесия в упрощенном варианте.

Построена модель человека, перемещающегося на костылях. В качестве таковой принимается плоский механизм, включающий в себя пять весомых звеньев (туловище, две голени, и два бедра), прикрепленные к нему невесомые стопы, и невесомый костыль. С помощью системы регистрации движений записаны траектории движения здорового человека и костылей. При помощи этих траекторий получены зависимости изменения углов в суставах человека от времени, а также их первые и вторые производные. С использованием тензоплатформ найдены силы реакции опоры, приложенные к стопам человека, и координаты точки приложения этих сил. Путем решения обратной задачи динамики найдены моменты, развиваемые в суставах человека и затрачиваемые на создание моментов мощности. Они могут быть использованы при выборе приводов в суставах «медицинского» экзоскелета.

Динамика твердого тела, взаимодействующего со средой

Лаборатория экспериментальной гидродинамики

Аналитически исследован флаттер упругой пластины конечной длины при наличии на ее поверхности пограничного слоя. Показано, что при некоторых видах профилей погранслоя возникает дополнительная дестабилизация пластины.

Численными методами изучено нелинейное развитие флаттерных колебаний пластины при малых сверхзвуковых скоростях потока газа. Показано, что в зависимости от параметров задачи и начального возмущения, возникают качественно различные типы предельных циклов, а также непериодические квазихаотические колебания. Проведена классификация предельных циклов, исследованы их амплитуды и спектральный состав.

Лаборатория навигации и управления

Построена математическая модель спуска тяжелого осесимметричного оперенного тела в сопротивляющейся среде. Исследовано влияние изменения значений установочного угла лопастей и смещения центра масс тела на характер спуска тела как в «малом», так и в «большом». Построен универсальный геометрический образ области устойчивости режима авторотации, не зависящий от массовых, геометрических и аэродинамических характеристик тела. Для параметров, описывающих установку оперения, определены интервалы значений, обеспечивающих устойчивость режима авторотации. Показано, что кроме режима авторотации, отвечающего семейству тривиальных решений, на котором происходит вертикальный спуск тела, существуют притягивающие нетривиальные установившиеся режимы. Установлено, что при граничных положениях лопастей возникают семейства неизолированных притягивающих режимов планирования. Даны рекомендации по выбору угла планирования и углов атаки на лопастях для достижения максимальной горизонтальной дальности полета при планировании для случаев фиксированного времени или высоты.

Предложена замкнутая математическая модель малой горизонтально-осевой ветроэнергетической установки, в которой электромеханический момент на валу генератора является нелинейным по току. Проведена оценка влияния параметра нелинейности на характеристики стационарных режимов в зависимости от параметров системы. Показано, что с ростом этого параметра увеличивается зона возникновения гистерезиса и уменьшается выходная мощность на стационарном режиме

Методы качественного анализа, оценивания и управления нелинейными механическими системами

Лаборатория навигации и управления

Выделен новый класс приводимых линейных однородных нестационарных систем, принципиально отличный от изученных ранее. Установлена связь этого класса нестационарных систем с задачами оптимального управления с квадратичным критерием качества. Получены аналитические решения матричного и скалярного нелинейных уравнений Риккати, связанных с введенным классом нестационарных систем.

Изучено многообразие стационарных движений спускаемого космического аппарата специальной конструкции, состоящего из соосных тел. В пространстве параметров получены необходимые и достаточные условия устойчивости стационарных движений. Эти условия позволяют выбирать инерционно-массовые характеристики космических аппаратов указанного типа.

Лаборатория механики природных процессов

Проведено исследование хаотической динамики маятника переменной длины.

Телекоммуникационные и информационно-вычислительные технологии в механике

Лаборатория автоматизации экспериментальных исследований

В ходе выполнения научно-исследовательских работ (по сопровождению «Наука МГУ» («ИСТИНА») и созданию новых модулей, реализующих интеллектуальные механизмы обработки наукометрических данных с целью подготовки принятия управленческих решений в области научно-исследовательской, педагогической и инновационной деятельности МГУ) получены следующие значимые научные результаты.

  1. Разработаны методы двунаправленной интеграции ИАС «Наука МГУ» («ИСТИНА») с внешними базами библиографических данных, включая автоматизированное наполнение базы данных научных публикаций из баз библиографической информации Scopus и SpringerLink.
  2. Разработаны методы автоматической подготовки материалов для индексирования публикаций из базы данных системы «Наука МГУ» («ИСТИНА») в международной системе поиска научных публикаций EBSCO.
  3. Разработаны методы и алгоритмы автоматического поиска и верификации публикаций в базах данных Springer и CrossRef.
  4. Разработаны методы выявления и исправления некорректных данных, обеспечивающие возможность:

    • поиска дубликатов информационных объектов, внесенных сотрудниками в базу данных системы, включая фамилии авторов, названия конференций, названия научных журналов и сборников;
    • объединения дубликатов информационных объектов.
  5. Разработан модуль информационного поиска, реализующий возможности:

    • указания областей поиска, включая поиск по названию работы, авторам, аннотации, году публикации и названию журнала или сборника;
    • отображения на странице результатов поиска данных о количественном распределении найденных объектов по категориям, включая год публикации, тип публикации, название журнала или издания, название подразделения, тематические классификаторы;
    • последовательного уточнения поискового запроса путем указания дополнительных критериев поиска.
  6. Разработан метод тематической классификации объектов базы данных, обеспечивающий:

    • нечеткую классификацию объектов на основе вычисления весовых коэффициентов принадлежности объекта тематической группе;
    • определение области научных интересов пользователей на основании тематической классификации журналов, в которых опубликованы их работы, научных интересов соавторов, анализа ключевых слов;
    • определение тематической направленности сборников и журналов с учётом области интересов авторов публикаций.

Наномеханика

Лаборатория наномеханики

С помощью молекулярно-динамических расчетов изучена задача о рассеянии газовых молекул на поверхности твердого тела, найдены параметры ядра рассеяния для водорода на графите. Сформулированы граничные условия для функции распределения скорости на поверхности твердого тела при течении газа в микроструктурах с подвижными границами. Построена математическая модель и разработан численный метод событийного моделирования для решения задачи о свободномолекулярном течении газа в микро/нано- каналах и структурах с подвижными границами. С его помощью решена задача о свободно молекулярном течении газа через колеблющуюся мембрану. Получены вероятности прохождения канала в зависимости от безразмерных параметров задачи. Рассчитаны оптимальные параметры вынужденных колебаний, управляющие проводимостью мембраны для различных газов.

Создана модель взаимодействия диссоциированногогаза (кислорода и азота) с поверхностью высококаталитического материала. Разработана методика анализа каталитических свойств поверхности на основе теории квантовой механики. Она апробирована на конкретном материале Cu₂O. При взаимодействии поверхности Cu₂O с диссоциированным кислородом и азотом определены константы скоростей элементарных стадий и рассчитан эффективный коэффициент каталитической активности поверхности как функция парциальных давлений и температуры в рабочем диапазоне 330-2000 K. Выработаны сводные таблицы по константам скоростей элементарных стадий при взаимодействии диссоциированного воздуха с поверхностью различных материалов (SiO, Al₂O₃, Cu₂O).

Исследовано влияние примесей меди на скорость зарождения дислокаций в алюминии. Изучены температурные зависимости скорости гомогенного и гетерогенного зарождения дислокаций во всем диапазоне напряжений. Исследован детальный механизм зарождения дислокационной петли в металлах с гранецентрированной кристаллической решеткой. Показано, что образованию петли частичной дислокации предшествует зарождение наноразмерного структурного перехода ГЦК-ГПУ типа, из которого, затем, формируется дислокационная петля. Показано, что с ростом температуры в твердых растворах увеличивается температурная чувствительность скорости зарождения дислокаций, в чистом алюминии она практически не меняется, а вблизи зоны Гинье-Престона в диапазоне температур 100-500 снижается. Получены зависимости активационных параметров зарождения дислокации вблизи зоны Гинье-Престона и в твердых растворах от температуры. Методом функционала плотности с помощью методов переходного состояния изучены различные механизмы химической адсорбции углекислого газа на поверхности цеолитов типа X. Получено, что величина барьера активации образования гидрокарбоната из углекислого газа и воды снижается от LiX к NaX, KX и CsX. Изучено влияние химической и физической адсорбции углекислого газа на упругие модули цеолитов типа Х. Показано, что образование карбонат-анионов в процессе адсорбции углекислого газа на поверхности цеолитов может приводить к снижению модулей упругости. Показано, что в результате деалюминирования цеолита HY уменьшаются значения его модулей упругости.

Учебная работа

В 2015 г. ученые НИИ механики МГУ вели преподавание по механическим и смежным дисциплинам на механико-математическом, физическом, наук о материалах, биологическом и геологическом факультетах МГУ. Было прочитано 36 курсов лекций, осуществлялось руководство 19 регулярными научными семинарами. Под руководством ученых НИИ механики МГУ выполняли курсовые, дипломные и диссертационные работы более 50 студентов и аспирантов механико-математического факультета (отделения механики и кафедры вычислительной математики), а также ряд студентов из других университетов Москвы. Студенческие лабораторные практикумы проводились на экспериментальной и вычислительно-информационной базах Института. Студенты 3 и 4 курсов механико-математического факультета прошли обучение на 23 общих и 29 специальных лабораторных практикумах, при проведении которых использовалось уникальное в системе высшей школы экспериментальное оборудование для исследования процессов механики жидкостей и газов, механики твердого деформируемого тела и мехатроники. В Центре компьютерных технологий НИИ механики студенты, аспиранты и молодые сотрудники получали консультации по использованию современных вычислительных пакетов инженерного анализа в научных исследованиях. В 2015 г. в НИИ механики МГУ проведена очередная IX Международная летняя научная школа для российских и тайваньских студентов и молодых ученых. Институт принял активное участие в Фестивале науки и аэрокосмическом салоне МАКС-2015. В октябре успешно прошла ежегодная открытая конференция-конкурс молодых ученых НИИ механики с присуждением стипендий победителям. Состоялся заключительный этап олимпиады школьников «Ломоносов». В мемориальном кабинете-музее академика Л.И. Седова проводились встречи молодых ученых Института с выдающимися российскими учеными. На большой аэродинамической трубе А-6 прошли съемки эпизодов учебного телефильма по ветровым воздействиям, который был показан на одном из федеральных каналов в декабре 2015 г.

Конференции

Организованы и проведены:

  • К 260-летию Московского университета. Юбилейная научная конференция «Ломоносовские чтения», МГУ имени М.В.Ломоносова (17 декабря 2014 г. — 20 января 2015 г.). Секция «Механика» (15 января).
  • Конференция-конкурс молодых учёных НИИ механики (12–14 октября).
  • XI Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики (20–24 августа), Казань.
  • IX Международная летняя научная школа «Компьютерные технологии анализа инженерных проблем механики — 2015» (25 июня — 1 августа), НИИ механики МГУ, Москва.
  • Проводится еженедельный видеосеминар по аэромеханике в режиме телемоста ЦАГИ (г. Жуковский) — ИТПМ СО РАН (Новосибирск) — СпбГПУ (Санкт-Петербург) — НИИМ МГУ (Москва).

Институт принимал участие в организации:

  • XI Международной научной конференции «Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики» (29 июня — 3 июля), Петергоф.
  • Пятнадцатой международной школе-семинаре «Модели и методы аэродинамики» (4–11 июня), Крым, г. Евпатория.
  • Всероссийском рабочем совещании Биомеханика-2015 (22-23 янв.), Санкт-Петербург (совместно с Институтом физиологии им. И. П. Павлова РАН).
  • 10 Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления» (6–10 апреля), п. Домбай, Карачаево-Черкесская республика.

Кандидаты наук 2015 г.

Кандидатские диссертации защитили:

  • мл.н.с. лаборатории автоматизации экспериментальных исследований Александров Дмитрий Евгеньевич («Сложность распознавания принадлежности слова регулярному языку в системах обнаружения вторжений», к.ф.-м.н.);
  • техник 2 кат. лаборатории биомеханики Гафарова Марина Эдуардовна («Гемостатические и гемореологические факторы при тромболитической терапии острого ишемического инсульта», к.мед.н.);
  • н.с. лаборатории автоматизации экспериментальных исследований Кривчиков Максим Александрович («Формальные модели и верификация свойств программ с использованием промежуточного представления», к.ф.-м.н.);
  • вед.инженер лаборатории ползучести и длительной прочности Фомин Леонид Викторович («Ползучесть и длительная прочность стержней и пластин при растяжении и изгибе с учетом влияния агрессивной среды», к.ф.-м.н.).

Персоналии

Почетное звание «Заслуженный научный сотрудник Московского университета» присуждено ст.н.с. лаборатории газодинамики взрыва и реагирующих систем Афониной Наталье Евгеньевне и вед.н.с. лаборатории кинетических процессов в газах Ибрагимовой Людмиле Борисовне.

Почетное звание «Заслуженный работник Московского университета» присуждено слесарю лаборатории нестационарной гидродинамики Архангельскому Евгению Анатольевичу и вед. программисту лаборатории биомеханики Остроумову Александру Владимировичу.

Орденом Александра Великого «За научные победы и свершения» Московской Академии Естествознания награжден вед.н.с., профессор Шамолин Максим Владимирович.

Золотой медали международного конкурса GreenTech 2015 удостоены сотрудники лаборатории навигации и управления: вед.н.с. Досаев Марат Закирджанович, ст.науч.сотр. Климина Людмила Александровна, инженер 1 кат. Голуб Андрей Петрович, вед. инженер Васюкова Ольга Эдуардовна.

Диплом за лучшую научную работу по направлению «Энергомашиностроение» в рамках конференции «Будущее машиностроения», проводимой МГТУ имени Баумана и госкорпорацией Ростехнологии, получил н.с. лаборатории гиперзвуковой аэродинамики Попович Сергей Станиславович; финалист акселерационной программы «Формула инжиниринга» Научного парка МГУ имени М.В.Ломоносова и Фонда инфраструктурных и образовательных технологий Роснано.

Виноградова Александра Сергеевна, н.с. лаборатории физико-химической гидродинамики — суперфиналист Всероссийского конкурса для студентов, молодых исследователей, разработчиков и предпринимателей «Intellect2All» программы поддержки талантливой молодежи «Лифт в будущее»; заняла 2-е место в конкурсе «Моя лаборатория» программы «Мастерские инноваций» Фонда инфраструктурных и образовательных программ РОСНАНО и МГУ и 3-е место очного тура конкурса НИР в виде научно-популярных статей IX Всероссийской интернет-олимпиады по нанотехнологиям «Нанотехнологии – прорыв в будущее».

Грант Президента РФ для государственной поддержки ведущих научных школ получали академик РАН, проф., зав. лабораторией газодинамики взрыва и реагирующих систем В.А. Левин; проф., зав. лабораторией динамических испытаний Д.В. Тарлаковский.

Грант Президента РФ по государственной поддержке научных исследований молодых российских ученых-докторов наук в 2015 г. получал зав. лабораторией экспериментальной гидродинамики В.В. Веденеев.

Публикации

Опубликовано:

  • 4 монографии,
  • 5 учебников и учебных пособий,
  • 1 сборник трудов,
  • более 600 статей и тезисов докладов.

наука
Конференции
Семинары
Научные направления
Итоги 2016 года
План на 2016 год
Архив

Журнал «Физико-химическая кинетика в газовой динамике»

экспериментальная база
Аэродинамический комплекс
Гидро- установки и стенды
Ударные трубы и взрывные стенды
Установки цикла МДТТ

учебная работа
Практикумы
Дополнительное образование

Летняя школа

компьютерные технологии в механике
ЦКТМ


© НИИ механики МГУ, 2002–2017.