Гидроаэромеханика


   По материалам статьи:    А.И.Буравцев, В.Г.Дулов, С.К.Матвеев.
   Гидроаэромеханика в Санкт-Петербургском университете.
   Гидроаэромеханика (к 275-летию С.-Петербургского университета
   и 70-летию кафедры гидроаэромеханики): Сб. статей. Под ред. В.Г.Дулова.
   СПб.: Издательство С.-Петербургского университета, 1999, 234 с.


Вопросами математического описания движения жидкости и газа в Петербургском университете занимались крупнейшие ученые: Д.Бернулли, Л.Эйлер, М.В.Остроградский, А.М.Ляпунов, Д.К.Бобылев, В.А.Стеклов, Д.И.Менделеев, А.А.Фридман.

Создание теоретической гидродинамики как науки с широким кругом задач и строгими методами их решения принадлежит двум академикам Российской Академии Наук - Даниилу Бернулли (1700-1782 гг.) и Леонарду Эйлеру (1707-1783 гг.).

Важную роль в развитии механики жидкости и газа имел трактат Д.Бернулли "Гидродинамика", выполненный автором во время работы в Петербурге. Появление термина "гидродинамика" связано именно с этим трудом, где он изложил фундаментальную теорему, устанавливающую связь между давлением, уровнем и скоростью движения тяжелой жидкости (уравнение Бернулли).

Л.Эйлер - основоположник теоретической гидродинамики. Cвоими фундаментальными исследованиями он предопределил ее развитие на столетие вперед. В 50-е годы XVIII века Л.Эйлер опубликовал цикл основополагающих работ: "Общие начала состояния равновесия жидкостей", "Общие начала состояния движения жидкостей", "Продолжение исследований по теории движения жидкостей". В этих работах выведены уравнение неразрывности для сжимаемой жидкости, уравнения движения для несжимаемой жидкости - уравнения Эйлера, исследовано движение жидкостей в узких трубах. С первых лет образования Петербургского университета (1724 г.) Л.Эйлер читал лекции его студентам.

Свыше 30 лет продолжалась деятельность М.В.Остроградского (1801-1862 гг.) в Петербурге в Академии наук. Практически в каждом томе "Записок" Академии, содержались его работы по механике, гидромеханике или математике. Интересны его работы, выполненные по заданию русского артиллерийского ведомства: "Заметки о движении сферического снаряда в сопротивляющейся среде", "Мемуар о движении сферического снаряда в воздухе" (1841 г.), где исследовано движении центра тяжести и вращение сферического снаряда, когда геометрический центр и центр тяжести не совпадают. В развитие этого исследования он составил "Таблицы для облегчения вычисления траектории тела в сопротивляющейся среде" (1841 г.), сыгравшие важную роль в баллистике.

М.В.Остроградским были решены в 1826 году предложенные на конкурсе Парижской Академии наук задачи о распространении волн в цилиндрическом бассейне. М.В.Остроградский много времени отдавал преподаванию в высших технических учебных заведениях Петербурга и Главном педагогическом институте, где он воспитал большое число выдающихся учеников.

Большой вклад в развитие гидромеханики внесли академик А.М.Ляпунов, которому принадлежит замечательная работа о фигурах вращающейся жидкости, и член-корреспондент Д.К.Бобылев, который установил величину потерь кинетической энергии жидкости вследствие вязкости и обобщил теорию Кирхгофа для отрывных течений.

Д.И.Менделеев создал учение о газах при больших и малых давлениях, известны его теоретические и экспериментальные работы в области метеорологии высоких слоев атмосферы, а также монография "О сопротивлении жидкостей и воздухоплавании" (1880 г.). Им было получено уравнение состояния для идеального газа.

В 1882 году Д.И.Менделеев обосновал необходимость организации в стране широких исследований по совершенствованию проектирования судов и строительству опытового бассейна. После этого исследования в области судостроения приобрели системный характер и началось проектирование опытового бассейна, который был введен в эксплуатацию в 1893 году (в нынешнем ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова).

В двадцатых годах 19 века в университете сформировалась научная школа по гидроаэромеханике, главой которой был А.А.Фридман. Из этой школы вышли такие выдающиеся ученые, как академики Н.Е.Кочин, П.Я.Полубаринова-Кочина, член-корреспондент АН СССР И.А.Кибель, профессор Л.Г.Лойцянский и другие.

Основой Петербургской школы по исследованию динамики атмосферы послужила работа А.А.Фридмана "Опыт гидромеханики сжимаемой жидкости" (1922 г.), в которой дается систематическое изложение основных законов движения сжимаемого газа и, в частности, атмосферного воздуха при наличии вращения Земли, притока тепла от Солнца и ночного излучения.

После смерти А.А.Фридмана в 1925 году созданную им научную школу возглавил Н.Е.Кочин. Ему принадлежит ряд работ, посвященных теоретической модели перемещающегося циклона, проблеме общей циркуляции атмосферы, цикл работ по теории волновых движений жидкости и теории крыла. Его результаты по теории разрывных движений в сжимаемой жидкости легли в основу теории взрыва. Н.Е.Кочин и его учитель А.А.Фридман являются продолжателями замечательной русской математической школы, основателями которой были П.Л.Чебышев и А.М.Ляпунов, а в своих гидродинамических исследованиях - последователями великих русских ученых Н.Е.Жуковского и С.А.Чаплыгина.

Кафедра гидроаэромеханики в Ленинградском университете была организована в 1929 году. Быстрое развитие в нашей стране кораблестроительной и самолетостроительной промышленности в 20-е годы потребовало подготовки кадров, хорошо знакомых с гидроаэромеханикой. В связи с этим в 1925 году на физико-математическом факультете Ленинградского университета было организовано чтение лекций по общему курсу теоретической гидроаэромеханики. Эти лекции читал приглашенный в университет выдающийся аэродинамик профессор А.А.Саткевич, который стал организатором кафедры гидроаэромеханики и ее первым заведующим (с 1929 по 1936 гг.).

Александр Александрович Саткевич, выпускник Военно-инженерной академии (1894 г.), ко времени создания кафедры был профессором Ленинградского института инженеров путей сообщения, профессором 1-го и 2-го Политехнических институтов, Главным руководителем по аэромеханике в Академии воздушного флота им. Н.Е.Жуковского. Крупный специалист по гидроаэромеханике и термодинамике, известный своими исследованиями по теории винтовых и циркуляционных потоков жидкости, в 1934 году он был избран членом-корреспондентом АН СССР. Ему принадлежит первое систематическое изложение гидродинамических методов в гидромашиностроении. Им опубликованы монографии "Аэродинамика как теоретическая основа авиации" (1923 г.) и "Теоретические основы гидроаэродинамики" (I, II части, 1933-1934 г.), которые, к сожалению, теперь стали библиографической редкостью.

Для чтения лекций и научной работы на кафедру были приглашены Н.Е.Кочин, К.И.Страхович, Е.В.Красноперов, Г.Г.Ростовцев, В.И.Егоров, а с 1932 г. - И.А.Кибель, А.А.Изаксон, С.А.Христианович, Н.Н.Поляхов, О.Н.Розанов.

В 1931 году по инициативе М.А.Ковалева (в то время аспиранта) была начата, а в 1933 году закончена постройка дозвуковой аэродинамической трубы ЛГУ, на базе которой стала развиваться научная работа по экспериментальной аэродинамике. При кафедре была организована Аэродинамическая лаборатория, руководителем которой в течение 37 лет был М.А.Ковалев. В лаборатории наряду с учебными занятиями студентов выполнялась научно-исследовательская работа для предприятий промышленности, НИИ и КБ по изучению аэродинамических характеристик различных тел. К 1941 году было выполнено 98 научно-исследовательских работ.

В 1932 году была издана первая часть учебника "Введение в теоретическую гидромеханику", написанная Н.Е.Кочиным и Н.В.Розе. Николай Владимирович Розе в это время заведовал кафедрой теоретической механики в Университете и читал курс гидромеханики в Военно-Морской Академии. В 1937 году вышел второй том курса "Теоретическая гидромеханика" (авторы - Н.Е.Кочин, И.А.Кибель и Н.В.Розе), где были изложены динамика вязкой жидкости и газовая динамика. Подобного курса в мировой литературе до этого не было. Учебник получил широкое признание как у нас в стране, так и за рубежом, выдержал 6 изданий, переведен на английский, немецкий и китайский языки.

Начиная с 1933 года исследования по газовой динамике на кафедре возглавлял профессор И.А.Кибель (с 1943 года член-корреспондент АН СССР). В 1934 году (совместно с Ф.И.Франклем) И.А.Кибель получил решение одномерной нестационарной задачи о течениях с ударными волнами. Ему же принадлежит обобщение метода Ф.И.Франкля на случай вихревого осесимметричного движения газа.

Большой интерес представляли выполненные С.А.Христиановичем работы по неустановившемуся движению жидкости в реках и каналах. Результаты этих работ нашли применение в гидравлике, газовой динамике, теории пластичности, теории сыпучих сред.

В 1936-1941 годах кафедру гидроаэромеханики возглавлял профессор Константин Иванович Страхович, крупный ученый в области механики вязкой жидкости, прикладной газовой динамики, термодинамики и теории лопастных механизмов. Известны его работы по неустановившемуся течению вязкой жидкости, точным решениям уравнений вязкой жидкости, устойчивости вращающихся жидких масс. Им выполнены исследования установившегося движения газа в трубе, теоретическое исследование центробежных турбомашин, дано обоснование высокой эффективности многоступенчатых осевых компрессоров, работы вихревой трубы и др. Эти исследования представлены в монографиях К.И.Страховича: "Прикладная газодинамика" (1936 г.), "Механика вязкой жидкости" (часть первая, 1940 г.), "Центробежные компрессорные машины" (1940 г.), "Термогазодинамика и теория теплообмена" (1964 г.), "Гидро- и газодинамика" (избранные труды, 1980 г.).

В 1942 году К.И.Страхович был незаконно репрессирован и с 1942 по 1954 год работал в закрытом КБ, где выполнил ряд специальных работ, имеющих важное оборонное значение. После 1954 года он работал в Ленинградском Политехническом институте и в Технологическом институте холодильной промышленности. В это время им опубликованы работы по магнитной газовой динамике и теплофизике.

К концу тридцатых - началу сороковых годов относятся интересные работы по газовой динамике И.П.Гинзбурга, А.Е.Донова, А.А.Гриба и С.В.Валландера бывшего в то время аспирантом кафедры.

И.П.Гинзбург получил решение задачи о распространении плоской и сферической взрывной волны и исследовал движение реальных газов при больших скоростях.

А.Е.Донов получил третье и четвертое приближения решения задачи обтекания сверхзвуковым потоком плоского тонкого крыла с острыми кромками.

А.А.Гриб в 1938 г. опубликовал работу по математической теории фильтрации грунтовых вод, а в 1939 г., исследуя детонацию взрывчатых газовых смесей, теоретически обосновал гипотезу Жуге для отбора устойчивой детонации взрывчатых веществ.

И.А.Кибель выполнил ряд важных исследований по динамической метеорологии. В 1941 году он был удостоен Государственной премии за новый метод прогноза основных метеорологических элементов.

В начале Великой Отечественной войны часть сотрудников кафедры и Аэродинамической лаборатории ушла на фронт. В действующую армию ушел и аспирант С.В.Валландер. Некоторые сотрудники была эвакуированы в Елабугу и Саратов, часть оставалась в блокированном Ленинграде. В это тяжелое для всей страны время сотрудники кафедры К.Н.Страхович, Н.Г.Елисеев, И.Л.Веселовский и другие читали лекции, занимались разработками теоретического и прикладного характера для нужд осажденного города.

Сотрудники кафедры И.П.Гинзбург, М.А.Ковалев, П.Г.Макаров, находившиеся в Елабуге, под руководством академика В.И.Смирнова выполнили работу Государственного Комитета Обороны по аэродинамике оперенных снарядов, мин и авиабомб. За эту работу В.И.Смирнов, И.П.Гинзбург, М.А.Ковалев в 1944 году награждены орденами.

В части Ленинградского университета, эвакуированной в Саратов, с августа 1942 года начались учебные занятия и научная работа. В это время (с 1942 по 1944 г.) кафедрой заведовал профессор Анатолий Андреевич Гриб. А.А.Гриб, выпускник кафедры, после окончания аспирантуры в 1938 году работал в Томском университете, а затем вернулся в Ленинград. Его работы по нестационарной газодинамике, по теории взрыва, гидравлическому удару широко известны, они вошли в состав многих учебников.

В тяжелых условиях прифронтового города сотрудники кафедры читали общие и специальные курсы, проводили научные семинары, защищали диссертации. В это время гидромеханики ЛГУ (А.А.Гриб, Н.М.Маркевич, Н.В.Розе) в сотрудничестве с гидромеханиками Саратовского университета (С.В.Фальковичем, И.Г.Чудаковым и др.) решили ряд практически важных задач оборонного значения. В 1943 году на кафедре состоялся выпуск 12 аэродинамиков, многие из которые в дальнейшем стали крупными учеными.

После возвращения университета из эвакуации в 1944 году кафедру гидроаэромеханики возглавил академик Владимир Иванович Смирнов, сыгравший большую роль в организации работы кафедры в послевоенный период.

Сотрудники аэродинамической лаборатории быстро восстановили энергетическую установку, аэродинамические весы и приборы - лаборатория вступила в строй. По инициативе профессора И.П.Гинзбурга при кафедре была создана Газодинамическая лаборатория, что способствовало интенсивному развитию научной и учебной работы по теоретической и прикладной газовой динамике. Проводились многочисленные исследования для судостроительной и авиационной промышленности. Ведущую роль в этих исследованиях играли профессора С.В.Валландер, И.П.Гинзбург, А.А.Гриб.

Важным событием жизни кафедры тех лет была защита докторской диссертации Сергея Васильевича Валландера в 1949 г. Несколько фундаментальных результатов диссертации вошли в классическую газовую динамику. В их числе метод касательных конусов для решения задачи обтекания заостренных тел и тел вращения сверхзвуковым потоком газа и принцип стабилизации гиперзвуковых течений идеального газа. С.В.Валландер решил задачу обтекания решетки из тонких профилей сверхзвуковым потоком газа, доказал справедливость квадратичного закона сопротивления при гиперзвуковых скоростях, создал теорию обтекания развертывающихся крыльев, обобщив течения Прандтля-Майера на пространственный случай.

И.П.Гинзбург получил выражения для волнового сопротивления погруженных в жидкость тел, исследовал движение газа в трубопроводах, подготовил монографию по баллистике оперенных и неоперенных тел.

А.А.Гриб рассмотрел нестационарное движение идеального газа в трубе, рассмотрел процессы горения, исследовал параметры воздушной ударной волны при детонации.

М.А.Ковалев на основе экспериментального исследования крыльев разных профилей и удлинений предложил способ расчета судовых рулей, используемый в судостроении.

Работы С.В.Валландера и А.А.Гриба по газовой динамике были отмечены первыми университетскими премиями, М.А.Ковалева - второй премией.

Заслуживают упоминания также экспериментальные исследования сопротивления и подъемной силы наклонных цилиндров и тросов (П.Г.Макаров), пневматических систем управления автомобилем и других пневматических систем (Н.М.Маркевич), теоретические исследования по определению силового воздействия дозвукового потока газа на крыловой профиль (А.В.Белова), работы по устойчивости движения и оценке отклонений баллистических ракет (И.П.Гинзбург, П.Г.Макаров).

В 1950 г. Владимир Иванович Смирнов передал заведование кафедрой гидроаэромеханики Сергею Васильевичу Валландеру, ставшему в том году профессором. С.В.Валландер возглавлял кафедру в течение 25 лет (1950-1975) до последнего дня своей жизни. Член-корреспондент АН СССР, профессор Сергей Васильевич Валландер - выдающийся ученый и организатор, блестящий лектор и воспитатель научных кадров. Научные интересы Сергея Васильевича относились к проблемам сверхзвуковой и гиперзвуковой газодинамики, гидродинамической теории решеток, а с конца пятидесятых годов новой областью его научной деятельности стала аэродинамика разреженных газов.

Начиная с 1958 года по инициативе С.В.Валландера и под его руководством на кафедре начало интенсивно развиваться новое научное направление - аэродинамика разреженных газов и физико-химическая аэродинамика. Появление новой тематики было связано с развитием космонавтики и необходимостью исследования процессов, происходящих при полетах тел с большими скоростями в верхних слоях атмосферы, течениях газов в вакуумных аппаратах, ультразвуковых колебаниях газа и других явлениях, которые не описываются уравнениями динамики сплошной среды.

С.В.Валландер был одним из пионеров развития этого научного направления в нашей стране. Он был председателем оргкомитета Первой Всесоюзной конференции по динамике разреженных газов, которая была проведена в 1962 году в Ленинградском университете. На всех последующих конференциях по динамике разреженных газов сотрудники кафедры неизменно выступали с докладами и сообщениями. В 1973 году за работы по динамике разреженных газов профессору С.В.Валландеру с коллегами была присуждена Государственная премия СССР. За научные заслуги и заслуги в области образования в нашей стране С.В.Валландер был награжден орденом Ленина.

Работа С.В.Валландера 1960 года, в которой излагается физический вывод интегрального кинетического уравнения, положила начало многочисленным исследованиям в этом направлении. При кафедре была создана теоретическая группа, возглавляемая С.В.Валландером, в которую входили преподаватели кафедры и сотрудники Аэродинамической лаборатории. Интегральное кинетическое уравнение Валландера позволило дать замкнутое описание динамики разреженного газа, включая его взаимодействие с границей. Одно из основных преимуществ интегральной формы кинетического уравнения, предложенного С.В.Валландером, состоит в том, что в него естественным образом входят граничные условия. Кроме того, интегральная форма уравнения удобна для метода последовательных приближений, развитию которого был посвящен ряд работ (С.В.Валландер, 1963 г.; А.В.Белова, С.В.Валландер, 1963 г.; Е.В.Алексеева, Р.Г.Баранцев, 1963 г.).

Были получены интегральные кинетические уравнения для смеси газов с внутренними степенями свободы и внешним силовым полем (С.В.Валландер, А.В.Белова), для плазмы с самосогласованным полем (Б.В.Филиппов). Разработана схема изолированного отражения атомов газа от твердой поверхности (Р.Г.Баранцев), решена задача отражения атомов газа от шероховатой поверхности (Р.Г.Баранцев, Р.Н.Мирошин) и развита теория взаимодействия атомов газа с учетом адсорбционных явлений (Б.В.Филиппов). Уравнение С.В.Валландера было обобщено на нестационарный случай (Б.В.Филиппов), установлена его связь с уравнением А.Н.Колмогорова для марковских скачкообразных взаимодействующих процессов (Р.Н.Мирошин).

Математическими вопросами, связанными с уравнением Больцмана и его интегральной формой, предложенной С.В.Валландером, успешно занималась Н.Б.Маслова. Ею были рассмотрены вопросы существования и единственности решения и получены фундаментальные результаты.

Была поставлена задача об описании релаксационных процессов в газах (С.В.Валландер, Е.А.Нагнибеда) и химически реагирующих смесей газов (С.В.Валландер, И.А.Егорова, М.А.Рыдалевская), исследовалось влияние несферичности молекул на процессы релаксации (Э.А.Гурмузова). Кинетическая теория газовых смесей с химическими реакциями изложена в книге С.В.Валландера, Е.А.Нагнибеда, М.А.Рыдалевской "Некоторые вопросы кинетической теории химически реагирующей смеси газов" (1977 г.), которая была удостоена Университетской премии. Интегральное уравнение С.В.Валландера было обобщено на смеси структурных химически активных плотных газов, на газовзвеси (В.А.Цибаров).

С.В.Валландер был одним из первых аэродинамиков Советского Союза, обратившихся к кинетическому описанию физико-химических процессов в газах. В результате интенсивного развития этого направления физико-химическая аэродинамика выделилась в самостоятельную область исследования. На кафедре была открыта новая специализация подготовки студентов "Физико-химическая газодинамика".

Результаты исследований по динамике разреженных газов и физико-химической аэродинамике нашли отражение в 11 выпусках сборника "Аэродинамика разреженных газов", которые регулярно выходили в течение 1963-1983 гг., в монографиях и многочисленных статьях в авторитетных журналах.

Несмотря на значительные успехи созданной С.В.Валландером научной школы, к середине 60-х годов круг нерешенных проблем в динамике разреженных газов требовал дополнительных исследований с углублением в физику явлений. По инициативе С.В.Валландера в 1967 году на математико-механическом факультете была организована новая кафедра физической механики, которую возглавил профессор Борис Васильевич Филиппов. Эта кафедра сосредоточила свое внимание на исследованиях сильнонеравновесных процессов, механике неоднородных сред и преподавании физики на математико-механическом факультете ЛГУ.

Одновременно развивалась и экспериментальная база для исследований по динамике разреженных газов. Вакуумная аэродинамическая труба (ВУ-1) была создана в Газодинамической лаборатории под руководством А.А.Крылова. На ней были выполнены экспериментальные исследования, связанные с проблемой входа летательных аппаратов в плотные слои атмосферы, лунной программой, программами Венеры и "Союз-Аполлон", исследована аэродинамическая интерференция тел в разреженном газе. С помощью специально созданных уникальных аэродинамических весов исследовано распределение давления и напряжения трения на поверхности тел, обтекаемых разреженным газом (А.А.Крылов, Б.Б.Стариков и др.). Результаты этих исследований нашли применение при создании новых образцов космической техники.

Наряду с развитием аэродинамики разреженных газов и физико-химической аэродинамики на кафедре продолжались работы и по традиционным научным направлениям.

На базе идей Н.Е.Кочина была решена задача о распаде произвольного разрыва на скачке площади сечения канала (В.Г.Дулов). Эта работа явилась источником большого числа исследований, выполненных позднее в ИТПМ, ВЦ и других научно-исследовательских организациях Сибирского Отделения АН СССР. Теоретически и экспериментально была решена задача об отражении ударной волны от стенки, ослабленной отверстием (В.Г.Дулов, Н.М.Маркевич).

По трансзвуковой газодинамике и уравнениям смешанного типа работы начались в пятидесятые годы по инициативе Л.В.Овсянникова. Им был разработан курс лекций по этим вопросам, который он читал студентам кафедры. Работы Р.Г.Баранцева 1957-1959 гг. были посвящены точным решениям краевых задач для уравнения Чаплыгина. В 1965 г. им опубликованы "Лекции по трансзвуковой газодинамике".

Теоретические исследования по распространению ударных волн проводились А.А.Грибом и его учениками: о затухании ударных волн в воде (А.А.Гриб, Н.С.Медведева), о нерегулярном отражении ударных волн от криволинейной стенки (А.А.Гриб, Т.Г.Колдобская), по теории коротких волн (А.А.Гриб, О.А.Березин), по теории упруго-пластических волн в стержневых системах (А.И.Буравцев).

Был выполнен ряд работ по сверх- и гиперзвуковой аэродинамике. Рассмотрены влияние излучения на обтекание конусов и затупленных тел (А.А.Гриб, Г.А.Колтон). В задачах обтекания использовался метод малого параметра (А.А.Гриб, Г.Бауш, Л.М.Вязьменская). Получен нестационарный аналог формулы Ньютона-Буземана для определения давления газа в ударном слое при движении плоских и осесимметричных тел с гиперзвуковой скоростью (В.И.Богатко, Г.А.Колтон).

И.П.Гинзбург опубликовал ряд важных результатов по динамике регулирования гидротурбин и стабилизации тел, находящихся на качающихся платформах, а также работы по методам расчета турбулентного пограничного слоя.

Сотрудниками Газодинамической лаборатории также были решены многие задачи о движении вязкой жидкости в пограничном слое и в свободных струях. Это задачи о влиянии неравновесных явлений на течение газа в ламинарном пограничном слое и в вязком ударном слое (Л.А.Ладнова-Архангельская), о нестационарном оплавлении тел под действием аэродинамического нагрева (С.К.Матвеев), о расчете течения вязкого газа в каналах переменного сечения (А.Ф.Полянский). Исследованы уравнения струйного пограничного слоя методами группового анализа (Л.И.Верещагина), предложены методы расчета турбулентного пограничного слоя при наличии продольного градиента давления, вдува или поперечного магнитного поля (Г.В.Кочерыженков, Л.И.Скурин).

Многие из этих работ публиковались в сборнике "Газодинамика и теплообмен", регулярное издание которого по инициативе И.П.Гинзбурга и под его редакцией было начато в 1968 г.

С.В.Валландер был инициатором создания аэрогазодинамического экспериментального комплекса в Петродворце, строительство которого началось в 1969 году. Газодинамический комплекс был введен в строй еще при жизни С.В.Валландера, а аэродинамический - после его кончины. Перебазирование в новые здания с одновременной модернизацией старой дозвуковой аэродинамической трубы и вакуумной установки ВУ-1, создание новых установок значительно расширило возможности экспериментальных исследований. В частности, были начаты исследования двухфазных (газ-твердые частицы) потоков, их силового и эрозионного воздействия на обтекаемые тела.

С 1977 по 1987 г. кафедру гидроаэромеханики возглавлял заслуженный деятель науки РСФСР, профессор Николай Николаевич Поляхов. Н.Н.Поляхов - ученик академика С.А.Чаплыгина, крупнейший специалист по теории крыла и винта. Им создана теория нестационарных движений несущей поверхности конечного размаха при произвольных удлинениях. Результаты этих исследований собраны в монографиях: "Теория и расчет воздушного гребного винта (аэродинамика)" (1939 г.), "Теория и расчет воздушного винта (аэродинамика и прочность)" (1940 г.), написанных в соавторстве с В.П.Ветчинкиным, и "Теория нестационарных движений несущей поверхности" (1960 г.).

Н.Н.Поляхов обладал энциклопедическими знаниями в различных областях механики и в совершенстве владел ораторским искусством. Много труда он вложил в постановку основных и специальных курсов на математико-механическом факультете по теоретической механике, гидромеханике, истории механики, теории несущих поверхностей, динамике полета и баллистике. В течение 10 лет Н.Н.Поляхов был деканом математико-механического факультета. Свыше 30 лет он руководил общегородским семинаром преподавателей механики вузов Ленинграда, много лет возглавлял методическую комиссию университета, был членом Президиума научно-методического совета по теоретической механике Минвуза СССР, являлся председателем Головного Совета по механике Минвуза РСФСР, членом национального комитета по теоретической и прикладной механике, имел звание заслуженного деятеля науки.

Начиная с 1997 г., в Санкт-Петербургском университете регулярно проводятся международные научные конференции по механике "Поляховские чтения".

В семидесятых-восьмидесятых годах прошлого века на кафедре и в лабораториях продолжали развиваться научные направления, сложившиеся при С.В.Валландере, а также продолжались работы по трансзвуковым и гиперзвуковым течениям, по распространению ударных волн, исследования по экспериментальной аэродинамике.

Были получены фундаментальные результаты в кинетической теории газов с диссоциацией, рекомбинацией и сильной неравновесностью (Е.А.Нагнибеда, М.А.Рыдалевская), газодинамике и кинетике многофазных сред (С.К.Матвеев, В.А.Цибаров), в теории локального взаимодействия (Р.Н.Мирошин, И.А.Халидов).

В Аэродинамической лаборатории проведены экспериментальные исследования по моделированию ветровых потоков в городской застройке (А.Н.Рябинин). Выполнены экспериментальные исследования по определению аэродинамических характеристик подводных аппаратов различных конструкций, по управлению пограничным слоем на теле вращения (А.И.Буравцев, М.Г.Ефремов и др.).

В Лаборатории газовой динамики проведен цикл теоретических и экспериментальных исследований автоколебательных режимов взаимодействия сверхзвуковых струй с преградами и тупиковыми каналами (А.И.Котов, В.Е.Кузьмина, Е.А.Угрюмов, А.И.Цветков).

Проведено экспериментальное исследование силового и эрозионного воздействия двухфазного потока на обтекаемые поверхности, исследована эрозионная стойкость большого числа материалов, применяемых в авиационной промышленности (Б.А.Баланин, В.А.Лашков, В.Ф.Максимов, Е.П.Трахов). Разработаны математические модели экранирующего эффекта отраженных частиц (Н.Ж.Джайчибеков, С.К.Матвеев, Л.П.Сеюкова) и метод расчета разрушения сыпучей среды газовой струей (Г.В.Кочерыженков, С.К.Матвеев). За цикл работ, выполненных под руководством Б.А.Баланина и С.К.Матвеева, группе сотрудников Лаборатории газовой динамики в 1981 г. присуждена премия Совета Министров СССР.

С 1989 по 1999 гг. кафедрой гидроаэромеханики руководил член-корреспондент АН СССР (РАН), профессор Виктор Георгиевич Дулов, специалист в области теоретической газовой динамики, аэродинамики и прикладной математики, лауреат Государственной премии СССР, член Национального Комитета по механике.

В.Г.Дулов - выпускник кафедры, после окончания университета преподавал в Ленинградском Военно-Механическом институте, а затем работал в Сибирском отделении АН СССР, где руководил Вычислительным центром (Красноярск) и Институтом теоретической и прикладной механики (Новосибирск). Основными направлениями его научных исследований были проблемы нестационарных явлений в газовых потоках, методы расчета сверхзвуковых струйных течений, взаимодействия их с преградами, проблемы гиперзвукового обтекания тел пространственной конфигурации. В.Г.Дуловым был разработан и читался для студентов старших курсов и аспирантов курс лекций "Математические модели в современном естествознании".

В 1990-е годы научные исследования В.Г.Дулова были посвящены автоколебательным процессам струйных течений и проблеме "аномального" нагрева газа при натекании струй на преграды и полости. Им была разработана теория термоакустических явлений в полузамкнутых объемах. Результаты работ в этом направлении были опубликованы В.Г.Дуловым с коллегами в монографии "Ударно-волновые процессы в системах сжатого газа" (1995 г.) и многочисленных журнальных статьях.

Кроме работ в этом направлении на кафедре продолжались исследования течений газов с физико-химическими процессами. В работах Е.А.Нагнибеда и Е.В.Кустовой построены новые кинетические модели процессов переноса и релаксации в сильно неравновесных потоках реагирующих газов. Рассмотрены ее применения при решении конкретных задач газовой динамики. Результаты этого цикла работ опубликованы в центральных российских и международных журналах, неоднократно докладывались на международных конференциях и отражены в книгах: Е.А.Нагнибеда, Е.В.Кустова "Кинетическая теория процессов переноса и релаксации в потоках неравновесных реагирующих газов".- СПб.: Издательство С.-Петербургского университета, 2003.-272 с. Ekaterina Nagnibeda, Elena Kustova. "Non-Equilibrium Reacting Gas Flows. Kinetic Theory of Transport and Relaxation Processes". Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 2009. 252 p.

М.А.Рыдалевской и ее учениками проводятся исследования течений реагирующих газов на основе объединения методов статистической термодинамики, кинетической теории газов и газовой динамики. Результаты этих работ вошли в книгу М.А.Рыдалевской "Статические и кинетические модели в физико-химической газодинамике".

Цикл работ Е.В.Кустовой, Е.А.Нагнибеда, М.А.Рыдалевской (1997-2003) отмечен премией СПбГУ "За научные труды".

В.А.Цибаровым предложена кинетическая модель неньютоновских жидкостей. Им опубликованна монография "Кинетический метод в теории газовзвесей" (1997 г.).

С 1998 года А.А.Крыловым с сотрудниками начаты исследования возможности управления аэродинамическими характеристиками тел путем создания в потоке плазменных образований.

Продолжались работы в области молекулярной газовой динамики:
- построена общая теория лучевых схем взаимодействия атомов с поверхностью, использованы методы нелинейной динамики для решения задач о молекулярных течениях газа в щели и внутренности клина (Р.Н.Мирошин);
- построена модель рассеяния атомов разреженного газа на поверхности, учитывающая различные случайные факторы, включая шероховатость, загрязненность поверхности, адсорбцию и пр. (И.А.Халидов, О.А.Аксенова);
- проводились исследования по совершенствованию метода прямого статистического моделирования течений разреженного газа (В.П.Мемнонов, А.В.Юрков).

С 1999 г. кафедрой руководит профессор Сергей Константинович Матвеев, выпускник кафедры, ученик С.В.Валландера. На кафедре продолжает активно развиваться направление физико-химической аэродинамики, большое внимание как в преподавании, так и в научной работе уделяется численным методам решения задач гидроаэромеханики.

Продолжаются работы в области прикладной аэродинамики. А.Н.Рябининым экспериментально обнаружена и исследована множественность режимов обтекания решеток плохообтекаемых тел, разработаны модели жидких осцилляторов, описывающие формирование периодического вихревого следа и применены для описания множественности режимов колебаний плохообтекаемых тел в потоке. Последние результаты опубликованы в монографии А.Н.Рябинина "Некоторые задачи аэродинамики плохообтекаемых тел" (1997 г.).

Продолжаются начатые под руководством Е.А.Угрюмова работы по проблемам экологии, проведено исследование методов очистки воды от примесей нефтепродуктов (Б.Ф.Панов, А.А.Шмитт).

Результаты научных исследований сотрудники кафедры регулярно публикуют в научных сборниках и ведущих журналах России и за рубежом.

В 2008г. кафедрой был проведен Всероссийский Семинар по аэрогидродинамике, посвященный 90-летию со дня рождения С.В.Валландера. Семинар собрал большое число российских и зарубежных ученых, представителей разных научных школ. Было заслушано много докладов молодых ученых разных институтов и аспирантов кафедры гидроаэромеханики.

В заключение обзора научной деятельности кафедры можно отметить,что за время своего существования кафедра подготовила более 1500 специалистов-гидроаэромехаников. В числе преподавателей и воспитанников кафедры такие известные ученые, как академики Н.Е.Кочин, П.Я.Кочина, В.М.Ковтуненко, Г.И.Марчук, А.М.Сидоров, С.А.Христианович, члены-корреспонденты Е.Н.Блинова, С.В.Валландер, В.Г.Дулов, И.А.Кибель, А.А.Саткевич, профессора А.П.Аксенов, Г.Т.Алдошин, Ю.З.Алешков, Э.Л.Амромин, Р.Г.Баранцев, А.М.Воробьев, И.П.Гинзбург, А.А.Гриб, В.М.Гоголев, Д.И.Горелов, А.П.Донов, Е.Ф.Жигалко, В.Ф.Куропатенко, Е.В.Кустова, Р.Н.Мирошин, Н.Б.Маслова, С.К.Матвеев, Е.А.Нагнибеда, А.А.Пярнпуу, М.А.Рыдалевская, А.Н.Рябинин, К.И.Страхович, О.Г.Тайц, Е.А.Угрюмов, Б.В.Филиппов, И.А.Халидов, В.А.Цибаров, А.И.Швец, Ю.Н.Яковлев, а также Г.Бауш (Германия), С.Радев и С.Славчев (Болгария), Шень-цинь (КНР), Н.Джайчибеков (Казахстан) и другие. Всем им принадлежит громадная заслуга в становлении и развитии кафедры гидроаэромеханики, поддержании ее научного авторитета.

Аэродинамическая и газодинамическая лаборатории имеют следующее экспериментальное оборудование:

  • аэродинамические трубы АТ-12 и АТ-11 для моделирования обтекания тел воздушным потоком со скоростью до 40 и до 70 м/с с диаметрами выходной части сопла 1.5 и 2.25 м соответственно;
  • сверхзвуковые аэродинамические трубы СБ-3 и ТБ-4 для исследования аэродинамики сверхзвуковых летательных аппаратов, изучения одиночных и блочных струй, их взаимодействия с преградами;
  • гиперзвуковые аэродинамические трубы Т-2 и Т-3 баллонно-эжекторного типа для исследования обтекания тел однофазным или двухфазным (газ-твердые частицы) потоком, эти установки являются единственными в России, обеспечивающими экспериментальные исследования высокоскоростных двухфазных течений и их воздействия на тела (скорость частиц до 700 м/с при температуре несущей фазы до 900 К, расходная концентрация примеси твердой фазы до 0.3);
  • вакуумная установка ВУ-1М для моделирования условий обтекания тел на высотах 30-100 км и струйных течений разреженного газа, на этой установке проводились испытания моделей практически всех отечественных космических объектов;
  • вакуумно-криогенная установка ВУ-2 с откачной системой производительности предназначена для моделирования условий полета с гиперзвуковыми скоростями на высотах 30-200 км, для исследования процессов взаимодействия газа с поверхностью и физических процессов в неравновесной низкотемпературной плазме;
  • ударная труба С-5 для исследования структуры и свойств нестационарных течений с ударными волнами, моделирования высокоэнтальпийных течений газа, изучения параметров релаксации возбужденных состояний, диссоциации и ионизации (рабочий канал сечением 80 x 130 мм, число Маха ударной волны 1-3);
  • стенд для исследования вихревых, пульсирующих и автоколебательных течений газа, для испытания излучателей звуковых колебаний.

Экспериментальный комплекс включает в себя также компрессорную, баллонную и насосную станции.

Установки оснащены современным диагностическим оборудованием (включая лазерно-допплеровскую диагностику, спектроскопическую и масс-спектроскопическую аппаратуру и др.). Ряд методов не имеет аналогов (определение локальных касательных и нормальных напряжений на поверхности обтекаемых тел в разреженном газе, устройство полной интерферометрии ударно-волновых течений, устройство параметрической синхронизации рабочего процесса в ударной трубе и др.). Совершенствование методов диагностики осуществляется в содружестве с НИИ Физики СПбГУ.

Технические характеристики экспериментальных установок позволяют готовить специалистов для решения комплексных задач аэродинамики и проводить исследования в широком диапазона параметров.





Главная | История | Преподаватели | Студенту | Аспиранту | АДЛ | ГДЛ | Контакты