Глава 2. Объект изучения газодинамики.

• 1. Научные школы газодинамики.

В послевоенные годы, на пороге развития реактивной техники среди других научных направлений особую роль стала играть аэродинамика, наука о закономерностях движения воздушных потоков, взаимодействующих с летательными аппаратами и элементами их конструкции. В воздушно-реактивных двигателях, и в определенной мере и в ракетных двигателях очень важным элементом рабочего процесса является движение рабочего тела, которое в двигателях является газовой средой. В 1952 году по инициативе выдающегося ученого, математика, специалиста в области механики сплошных сред Л.И. Седова в ЦИАМ была организована лаборатория газовой динамики, получившая название Лаборатория 4. Практически одновременно аналогичные лаборатории были организованы в ЦАГИ и НИИТП.

В дальнейшем эти лаборатории эволюционировали и преобразовывались. Четвертая лаборатория ЦИАМ была укреплена и расширена до отделения, которому был присвоен номер 700. История газодинамических исследований в ЦИАМ во многом определилась научными школами, которые сложились в коллективе в течении нескольких лет после основания Лаборатории 4. Наибольший вклад в газодинамические исследования ЦИАМ внесли группы, работы которых связаны с именами выдающихся ученых газодинамиков Г.Н. Абрамовича и Г.Г. Черного.

Г.Н. Абрамович проработал в лаборатории 4 и отделении 700 с 1952 года до конца жизни. Г.Г. Черный был первым начальником четвертой лаборатории и является бессменным научным руководителем отделения 700. Эти ученые создали в ЦИАМ свои научные школы.

Г .Г. Черный, один из основоположников современной теоретической газовой динамики, основал важнейшие направления исследований:

газовая динамика больших скоростей,

задачи оптимального профилирования,

взаимодействие ударных волн и пограничного слоя,

физическая газовая динамика и ряд других направлений.

Эти исследования ведутся в отделении 700 под руководством А.Б. Ватажина, А.Н. Крайко, А.М. Старика и других известных ученых. В области теоретической и физической газовой динамики в ЦИАМ были достигнуты значительные успехи. Полученные решения задач оптимизации аэродинамических форм дают представления о предельных параметрах, которые могут быть достигнуты при решении практических задач проектирования и конструирования объектов и элементов авиационной техники, к которым, прежде всего, относятся аэродинамические профили, сопла, элементы обтекаемых тел.

Бурное развитие вычислительного моделирования газодинамических процессов состоялось в ЦИАМ на базе высокого уровня газодинамической школы.

Благодаря собственным разработкам в области численных методов газовой динамики и оригинальных программ достигнут значительный прогресс в решении сложных задач газовой динамики, акустики, горения и физических процессов, применительно к проблемам описания рабочего процесса и его элементов в воздушно-реактивных двигателях.

Физические эффекты, сопровождающие газодинамические и химические процессы, которые происходят в авиационных двигателях, являются неотъемлемой частью проблем, возникающих при создании, разработке и эксплуатации авиационных двигателей и их воздействии на окружающую среду.

П ри формировании облика технических устройств, для которых важны эти эффекты, определяющую роль играет газодинамическая культура разработчиков. Прикладные работы, в которых использовались методы физической газовой динамики, начали интенсивно проводиться в ЦИАМ с конца 50-х - начала 60-х гг. Были выполнены экспериментальные и теоретические работы по магнитной газовой динамике, течениям проводящего газа, электромагнитным ускорителям, движителям, использующим проводящее рабочее тело. Сюда примыкают исследования по лазерной физике, и интенсивно развиваемый анализ влияния физико-химических и электродинамических процессов в авиационных двигателях на атмосферу.

Г.Н. Абрамович сформировал коллектив и научное направление по исследованию процессов смешения и горения, турбулентности, тепломассообмена, турбулентных струйных течений. Развернутые под его руководством в 60-х - начале 70-х годов исследования турбулентных струй газов различной плотности при разных условиях истечения дали толчок разносторонним исследованиям турбулентных течений, которые в дальнейшем велись под руководством С.Ю. Крашенинникова, В.Р. Кузнецова, А.Н. Секундова и других руководителей научных направлений.

Благодаря этим исследованиям в ЦИАМ были достигнуты успехи в решении значительного количества проблем, связанных с вязкими, турбулентными течениями. Исследование и анализ вязких течений газа – необходимый элемент решения прикладных задач газовой динамики, которые не могут быть решены без достаточно адекватного моделирования турбулентности. Одним из важных достижений в работах ЦИАМ является построение элементов математических моделей турбулентных течений и турбулентного горения. Для решения связанных с этим проблем были рассмотрены и изучены экспериментально или теоретически такие вопросы как перемежаемость, структура мелкомасштабной турбулентности, связь лагранжевых и эйлеровых характеристик турбулентности. Получен обширный экспериментальный материал исследований турбулентных струй, распространяющихся при различных, осложненных условиях истечения: спутный и сносящий поток, вариация плотностей и температур, закрутка различной интенсивности, сопловые насадки различной формы, наличие препятствий и экранов и др.

Разработаны полуэмпирические и численные методы расчета для указанных течений и анализа их свойств. На основе изучения свойств турбулентных струй сформированы подходы к определению свойств и получены данные, характеризующие шум реактивных струй самолётов, в том числе при использовании средств шумоглушения (лепестковые насадки, шевронные сопла и др.).

В отделении 700 функционирует научно-технический совет, одновременно он составляет основу секции НТС ЦИАМ «Газовая динамика, горение и теплообмен». Заседания этих советов проходят в конференц-зале, украшенном портретами основателей научных школ Г.Н. Абрамовича и Г.Г. Черного, а также организатора Лаборатории 4 Л.И. Седова.