В ИНТЕРЕСАХ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ
СИСТЕМ БУДУЩЕГО
В.Макарова
В редакцию пришло письмо из американского Института аэронавтики и
астронавтики (AIAA), в котором сообщалось, что
членами-корреспондентами этого института избраны сотрудники ИТПМ СО РАН
Александр Желтоводов и Михаил Иванов.
Наш корреспондент В.Макарова встретилась с заведующим сектором
ИТПМ, кандидатом физико-математических наук Александром
Желтоводовым.
— Александр Андреевич, расскажите как вы стали сотрудничать с
американцами, что их интересует.
В 1985 году по инициативе директора нашего института академика
Н.Яненко я впервые выехал за рубеж, в научную командировку в США
по приглашению Американской академии наук. Николай Николаевич
посчитал важным направить в эту поездку вместе со специалистом в
области вычислительной аэродинамики В.Ковеней меня,
экспериментатора, поскольку придавал большое значение развитию
надежных методов расчета в аэромеханике, апробированных
экспериментом.
|
|
А.Желтоводов, к.ф.-м.н. ИТПМ СО РАН и Г.Сэттлс,
профессор Пенсильванского университета (слева).
|
Среди многих, с кем мне посчастливилось встретиться в ходе
поездки, был директор газодинамической лаборатории
Пенсильванского университета профессор Гари Сэттлс, который
является известным исследователем турбулентного отрыва.
Ознакомившись с полученными у нас в ИТПМ результатами, проф.
Сэттлс предложил принять участие в создании международной базы
экспериментальных данных с целью верификации расчетных методов,
ориентированных на проектирование современных аэрокосмических
аппаратов. В частности, в США в это время велись активные
исследования в рамках программы NASP — создания
воздушно-космического самолета, и база данных ориентировалась на
эту программу.
Выполненные нашей группой в ИТПМ экспериментальные исследования
взаимодействия скачков уплотнения с турбулентным пограничным
слоем в окрестности различных канонических конфигураций,
моделирующих элементы сверх- и гиперзвуковых летательных
аппаратов, позволили получить обширную информацию о
газодинамической структуре таких течений, характеристиках
турбулентности и закономерностях теплообмена. Именно такие полные
данные составляют сегодня основу для развития и тестирования
современных методов расчета. Учитывая отсутствие в то время
современных персональных компьютеров и других средств, которыми
мы располагаем сегодня, а также поскольку пришлось переосмыслить
и подготовить в надлежащем виде результаты, полученные примерно
за 10 лет, эту работу мы делали несколько месяцев. Я хотел бы
отметить большое участие в ней моих бывших аспирантов Э.Шилейна,
В.Яковлева, а также сотрудника нашего института В.Трофимова.
Признаюсь, что не один раз возникало желание прекратить это
сложное и хлопотное дело и, возможно под влиянием аналогичных
причин, с "дистанции сошли" другие российские ученые, которые
сначала тоже выразили желание поучаствовать. Когда я вдруг узнал,
что мы остались одни, то стало "за державу обидно", и мы довели
эту большую подготовительную работу до конца.
В 1989 году наш институт посетили представитель Пенсильванского
университета проф. Г.Сэттлс, представитель НАСА Эймс доктор
С.Хорстман и представитель Рутгерского университета проф.
Д.Кнайт. Переданные американской стороне наши результаты прошли
не одну экспертизу, в которой участвовали специалисты различных
центров Американского аэрокосмического агентства НАСА —
экспериментаторы и расчетчики, разработчики аэрокосмической
техники. Нам была задана масса дополнительных вопросов, пришлось
не один раз подискутировать. Наконец, мы получили сообщение, что
результаты одобрены и включены в международную базу НАСА Эймс. В
1990 году они были официально опубликованы в соответствующем виде
и стали использоваться для верификации современных методов
расчета в различных центрах мира. Доктор С.Хорстман и проф.
Д.Кнайт были в числе первых экспертов-вычислителей, которые
использовали наши экспериментальные данные для проверки
выполненных ими расчетов двумерных и пространственных
турбулентных отрывных течений на основе различных современных
методов.
Возникшие связи в дальнейшем способствовали появлению целого ряда
новых международных программ и проектов, которые нами
продолжаются до настоящего времени.
— Пользуются ли вашими результатами в России?
— Полученные нами результаты экспериментальных исследований в
свое время использовались в известных отечественных авиационных
ОКБ им. Туполева и Микояна. Я имею в виду исследования в
интересах проекта первого сверхзвукового пассажирского самолета
Ту-144 и других сверхзвуковых летательных аппаратов. Физические
исследования различных типов турбулентных отрывных течений в
окрестности упрощенных канонических конфигураций, моделирующих
обтекание управляющих поверхностей, воздухозаборников и других
элементов летательных аппаратов были начаты мной под руководством
В.Демьяненко и со временем активно продолжались уже совместно с
моими учениками. Эти результаты используются для уточнения
закономерностей турбулентного отрыва и верификации различных
методов расчета, развиваемых как в нашем институте, так и в таких
известных организациях страны, как ЦАГИ,ЦИАМ, Институт прикладной
математики им. М.В.Келдыша, ВЦ РАН в Москве и некоторых других
центрах.
В связи с высокими ценами на электроэнергию, приборы, материалы
особенно сложно стало проводить экспериментальные исследования,
хотя определенные трудности есть, конечно, и у вычислителей.
Резкое падение объема производства и спроса в различных отраслях
промышленности, включая авиационную и космическую, сильно
отразились на нашем финансировании. Естественно, это наложило
отпечаток как на объем, так и на направление наших исследований,
способствовало поиску новых заказчиков. Хотя и в более скромных
объемах, мы продолжаем экспериментальные исследования, результаты
которых пользуются спросом как в нашей стране, так и за рубежом.
Доля исследований в рамках международного сотрудничества стала
весьма значительной, и это очень важно.
Помня Ваш вопрос, я не склонен в существующих сегодня условиях
отделять нашу работу в интересах иностранных партнеров от работы
в интересах России по целому ряду причин. Во-первых, получаемые в
рамках международного сотрудничества результаты фундаментальных
исследований мы делаем доступными для наших ученых, публикуя их
не только в зарубежных, но и отечественных журналах, представляя
на конференциях различного уровня и за рубежом, и у нас в России.
Примером являются наши многочисленные публикации совместно с
зарубежными учеными, регулярно появляющиеся в "Журнале прикладной
механики и технической физики" (ПМТФ), "Аэромеханика и
теплофизика" и других изданиях Сибирского отделения, а также
многочисленные доклады и публикации в трудах Международной
конференции по методам аэрофизических исследований, которую
регулярно — каждые два года проводит наш институт. Во-вторых,
значительную часть средств, получаемых на основе международных
контрактов и грантов, мы используем для покупки оборудования и
проведения новых фундаментальных исследований, повышения
заработной платы ведущим ученым, а также для поддержки молодых
ученых и аспирантов. Все это наш дополнительный задел, который
способствует расширению и углублению исследований в интересах
нашей страны. Таким образом, мы помогаем России сохранить науку в
это сложное время и распространяем новые знания в нашей стране.
Наконец, третья важная составляющая: мы готовим нашу молодежь —
будущее России с учетом как наших собственных, так и современных
мировых достижений. Например, в рамках проводимого нами
международного проекта совместно с представителями Института
гидродинамики в Цюрихе я организую стажировку в течение
нескольких месяцев в указанном научном центре для своего
аспиранта Максима Логинова, которая начнется осенью этого года.
Работы ученых этого института в области прямого численного
моделирования различных сложных течений, включая и интересующие
нас турбулентные отрывные, относятся к числу наиболее передовых.
Поэтому важно не отстать, вовремя перенять этот опыт и
использовать его в интересах наших исследований. Хочу также
отметить, что недавно разработанная сотрудниками нашей группы
В.Волковым и аспирантом М.Логиновым программа численного решения
задач обтекания элементов сверхзвуковых летательных аппаратов на
основе уравнений Эйлера оформлена в виде учебного пособия и
передана в Новосибирский государственный технический университет
для использования в учебном процессе на факультете летательных
аппаратов.
Таким образом, полагаю, это часть ответа на ваш вопрос. Кажется,
А.Чехову принадлежит мысль, что таблица умножения — вещь
интернациональная. Понимая в широком смысле слова под таблицей
умножения фундаментальную науку, считаю что наше участие в ее
развитии признано в мире, а результаты доступны и используются
всюду, включая и Россию.
Не только я, но и многие мои коллеги в институте заинтересованы в
использовании наших знаний и внедрении некоторых результатов в
отечественную авиацию и космонавтику.
Мы продолжаем регулярно встречаться с представителями наших
известных авиационных фирм и знакомить их с результатами
исследований. Так, например, сотрудниками нашей группы
проводились консультации по проблеме звукового удара современных
сверхзвуковых самолетов для представителей СИБНИА. Более тесное
сотрудничество, к сожалению, пока сложно вследствие их весьма
ограниченных финансовых возможностей. Однако мы готовы искать
пути к этому.
— Какие вами сейчас ведутся работы?
— Во-первых, это комплексные экспериментальные и расчетные
исследования явления отрыва турбулентного пограничного слоя в
окрестности двумерных и пространственных конфигураций,
моделирующих элементы воздухозаборников и управляющих
поверхностей сверх- и гиперзвуковых летательных аппаратов. Такие
исследования очень важны, поскольку указанное явление чаще всего
приводит к различным вредным эффектам: высоким динамическим,
статическим и тепловым нагрузкам, снижению эффективности
воздухозаборников и органов управления и др. Однако пока эти
работы носят фундаментальный характер, а реализация таких
расчетов требует колоссальных ресурсов самых мощных ЭВМ.
Во-вторых, мы продолжаем исследования по верификации расчетов
пространственного взаимодействия скачков уплотнения с
турбулентным пограничным слоем во входных устройствах
гиперзвуковых воздушно-реактивных двигателей (ГПВРД) в рамках
полных, осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса с
использованием различных моделей турбулентности. Такие расчетные
методы могут уже сегодня использоваться для решения прикладных
задач. Существующая здесь основная проблема — поиск рациональных
моделей турбулентности для правильного предсказания тепловых
потоков в условиях полета с высокими скоростями. Мы успешно ведем
исследования в этом направлении и в течение ряда лет сотрудничаем
с представителями NASA Эймс, Рутгерского и Пенсильванского
университетов, Лабораторией Райт-Паттерсон (США), а также DLR
Института гидродинамики в Геттингене (Германия) и ONERA (Тулуза,
Франция).
Наконец, в прошедшем и текущем году в рамках существующего
соглашения о сотрудничестве с представителями Рутгерского
университета мы провели первый этап совместных экспериментальных
исследований по подводу энергии в сверхзвуковой поток с помощью
фокусированного лазерного разряда с целью управления структурой
пресекающихся скачков перед обечайками воздухозаборников и
различными надстройками для снижения пиков теплообмена на
обтекаемых поверхностях. Вероятно, многие слышали, что в ходе
полета американского экспериментального аппарата X-15 с ракетным
двигателем при числе Маха М = 6,7 примерно на 160 секунде полета
практически полностью разрушился пилон, на котором был подвешен
испытывавшийся макет двигателя ПВРД. Полученные нами первые
положительные результаты по улучшению обтекания и снижению
локальных тепловых нагрузок важны для создания перспективных
гиперзвуковых летательных аппаратов. Работа в этой области, на
мой взгляд, удачно дополняет ранее начатые оригинальные
экспериментальные исследования по снижению сопротивления
осесимметричной модели с помощью периодического лазерного
разряда, выполненные коллективом нашего института под
руководством П.Третьякова совместно с представителями Института
теплофизики, а также проводимые под руководством директора
института В.Фомина экспериментальные и расчетные исследования по
использованию электрического пробоя и плазмы с целью влияния на
структуру сверхзвукового обтекания. Очевидно, что такие
исследования весьма перспективны применительно к будущим
аэрокосмическим системам и не случайно, что сегодня они все более
активно ведутся во всем мире. Как видите, ИТПМ и здесь не
отстает, и наш коллектив, вместе со всеми, старается поддерживать
его высокую марку.
стр.
|
