Лаб. 13. Физических проблем управления газодинамическими течениями

Лаборатория № 13 является одной из старейших в ИТПМ, всего на 10 лет моложе самого Института. До 2011 года она носила название лаборатории исследований гиперзвуковых течений. Её первым заведующим был выпускник МФТИ Илья Гиршевич Друкер.

После трагической гибели И.Г. Друкера при сплаве на Алтае заведующим стал специалист по разреженным газам из дружественной лаборатории Юрий Георгиевич Коробейников. Этот период характеризовался большими экспериментальными работами в области прикладной гиперзвуковой аэродинамики на трубе Т-327. В 1988 году в лабораторию № 13 приходит новый завлаб – молодой и энергичный доктор наук Анатолий Александрович Маслов. Имея опыт экспериментальной работы и численного моделирования в сверхзвуковой аэродинамике, а также опыт работы на больших аэродинамических установках, он сумел резко активизировать научную деятельность лаборатории. Его авторитет и новая тематика исследований притянули в лабораторию новых сотрудников, принесших в нее новые темы, методы исследований и связи. С 2018 года лабораторию № 13 возглавляет Андрей Анатольевич Сидоренко, ученик А.А. Маслова.

Комплексные экспериментальные и численные исследования лаборатории базируются в области изучения проблем управления в таких направлениях, как внешняя аэродинамика и термодинамика гиперзвуковых летательных аппаратов, аэродинамика гиперзвуковых воздухозаборников и внутренние течения с горением, устойчивость и восприимчивость пограничного и ударного слоев, звуковой удар, микротечения. В настоящее время в лаборатории работают 6 докторов наук, 15 кандидатов наук, 6 инженеров, 3 аспиранта, 1 токарь ВК, несколько студентов. Сотрудники лаборатории, в большинстве своем являющиеся выпускниками НГУ и НГТУ, сами преподают в этих университетах.

Сидоренко Андрей Анатольевич
заведующий лабораторией, к.ф.-м.н.

заведующий Лабораторией физических проблем управления газодинамическими течениями 
к.ф.-м.н. Сидоренко Андрей Анатольевич
тел.: (383) 330-85-28
e-mail:sindr [at] itam.nsc.ru

Направление научных исследований
  • Сверхзвуковая аэродинамика тел с подводом энергии в набегающий поток (управление аэродинамическим сопротивлением МГД-воздействием, снижение звукового удара подводом/отводом тепла).
  • Сверхзвуковая аэродинамика тел с газопроницаемыми пористыми вставками (снижение волнового сопротивления, управление аэродинамическими силами).
  • Управление дозвуковыми и трансзвуковыми нестационарными и отрывными течениями с помощью электрического разряда (обтекание крыловых профилей, взаимодействие ударных волн с пограничным слоем, барьерный, искровой и стационарный разряды).
  • Управление развитием возмущений в гиперзвуковом пограничном слое (структурированная шероховатость поверхности, звукопоглощающие покрытия, многоатомные газы в потоке, охлаждение/нагрев поверхности, электрический разряд).
  • Газодинамика и горение в трактах реактивных двигателей высокоскоростных летательных аппаратов (воздухозаборники, камеры сгорания, методы инициации воспламенения, повышение полноты сгорания).
  • Повышение параметров и стабильности работы импульсных аэродинамических труб (повышение температуры, давления торможения потока и стабильности работы импульсных аэродинамических труб).
  • Газодинамика и теплообмен в свободных и натекающих на преграду сверхзвуковых микроструях (газодинамическая структура, дальнобойность, теплообмен при натекании на преграду сверхзвуковых нерасчетных микроструй).
  • Разработка методов решения обратных задач в приложении к проблемам экспериментальной аэродинамики (восстановление параметров потока по оптическим измерениям и данных измерений нестационарных процесов).
  • Медико-биологическая газодинамика (аэродинамика процесса дыхания).
Важнейшие результаты

1.  Выполнены параметрические численные и экспериментальные исследования сверхзвукового обтекания цилиндра с передней газопроницаемой высокопористой ячеистой вставкой при умеренных единичных числах Рейнольдса и числах Маха потока M = 4,85; 7 и 21. Численные исследования проведены на основе разработанной скелетной модели ячеисто-пористого материала, не требующей эмпирических констант. Найден критерий подобия для определения аэродинамического сопротивления цилиндра с передней высокопористой вставкой в сверхзвуковом потоке под нулевым углом атаки.

 

модель1JPGmodel

Экспериментальная  модель                        Скелетная  модель

 

Зависимость нормированного коэффициента аэродинамического сопротивления Cx/Cx0от параметра подобия (D/d)-1/2(M)-2/3. Dдиаметр цилиндра, dдиаметр пор.

2.  Впервые выполнены экспериментальные и расчетные исследования динамики развития возмущений на пластине, обтекаемой гиперзвуковыми потоками воздуха и углекислого газа, при наличии возбуждения внутренних степеней свободы молекул. Показано, что равновесное возбуждение колебательных степеней свободы молекул СО2 приводит к увеличению интенсивности возмущений, развивающихся в вязком ударном слое на пластине, по сравнению с ударным слоем в чистом воздухе. Эти возмущения эффективно подавляются звукопоглощающими покрытиями.

3.  Обнаружена значительная стабилизация течения и увеличение длины сверхзвукового участка сверхзвуковых недорасширенных осесимметричных микроструй в области умеренных чисел Рейнольдса при истечении в газовую среду с плотностью, отличающейся от плотности газа струи.

4.  Расчетно-параметрические исследования звукового удара от тонкого тела вращения по методу «тел-фантомов» показали, что нагрев набегающего сверхзвукового потока в области, расположенной перед телом, позволяет снизить уровень звукового удара более чем на 30%.

Qax1   ∆x = 0,4          Qax2  ∆x=0,5

Две области нагрева потока перед телом.

 

tryam2

Интенсивности ударных волн в дальнем поле.

 

5.  Продемонстрирована возможность подавления электрическим разрядом ламинарного отрыва потока, формирующегося при взаимодействии ударной волны с пограничным слоем. Показано, что управление перемежаемостью течения с помощью генерируемых разрядом периодических возмущений уменьшает потери полного давления в зоне взаимодействия по сравнению с механическими турбулизаторами.

6.  Численные и экспериментальные исследования обтекания головной части модели спускаемого аппарата показали, что МГД-взаимодействие, локализованное перед головной частью модели спускаемого аппарата, приводит к отходу ударной волны от модели и снижению давления в центральной точке. Показана эффективность МГД-управления положением ламинарно-турбулентного перехода.

7.  Показано, что выбор оптимального угла и давления подачи топлива позволяет без применения пилонов или других устройств инжекции в камере сгорания с числом Маха на входе M=4 управлять процессом горения водорода, предотвратить переход к дозвуковому горению и получить повышение давления в камере сгорания 8-12 раз без ее запирания.

8.  Для обеспечения воспламенения и стабилизации пламени в сверхзвуковой камере сгорания предложена оригинальная схема со щелевыми каналами. Установлено, что с ростом числа Маха эффективность щелевого канала в качестве стабилизатора горения увеличивается.

9.  Экспериментально подтверждена возможность создания высокоэнтальпийного потока в аэродинамической установке кратковременного действия за счет сжигания в форкамере горюче-воздушных смесей Н2 + О2 + воздух и С3Н8 + О2 + воздух. Показана возможность замены в исходной смеси части горючего закисью азота с целью уменьшения содержания в потоке воды, углекислого газа и достижения состава газа, близкого к атмосферному.

Публикации

1. Maslov A.A., Mironov S.G., Poplavskaya T.V., Kirilovskiy S.V. Supersonic flow around a cylinder with a permeable high-porosity insert: experiment and numerical simulation // J. Fluid Mech. 2019. Vol. 867. P. 611–632. Q1

2. Mironov S.G., Aniskin V.M., Korotaeva T.A., Tsyryulnikov I.S. Effect of the Pitot tube on measurements in supersonic axisymmetric underexpanded microjets // Micromachines. 2019. Vol. 10, No. 4. Art. No. 235 (13 p.). DOI: 10.3390/mi10040235 Q2

3. Goldfeld M.A., Pickalov V.V. Application of method of deconvolution at temperature measurements in high-enthalpy impulse wind tunnels // Applied Thermal Engineering. 2017. Vol. 113. P. 731–738. Q1

4. Бойко А.В., Кириловский С.В., Маслов А.А., Поплавская Т.В. Инженерное моделирование ламинарно-турбулентного перехода: достижения и проблемы (обзор) // ПМТФ. 2015. Т. 56, N 5. С. 30–49. [Boiko A.V., Kirilovskiy S.V., Maslov A.A., Poplavskaya T.V. Engineering modeling of the laminar-turbulent transition: Achievements and problems (Review) // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2015. Vol. 56, No. 5. P. 761–776. DOI: 10.1134/S002189441505003X] Q4

5. Fedorov A.V., Soudakov V., Egorov I., Sidorenko A.A., Gromyko Y.V., Bountin D.A., Polivanov P.A., Maslov A.A. High-speed boundary-layer stability on a cone with localized wall heating or cooling // AIAA Journal. 2015. Vol. 53, No. 9. P. 2512–2524. DOI: 10.2514/1.J053666    Q2 

6. Aniskin V.M., Mironov S.G., Maslov A.A., Tsyryulnikov I.S.  Supersonic axisymmetric microjets: structure and laminar-turbulent transition // Microfluidics and Nanofluidics. 2015. Vol. 19, No. 3. P. 621–634. DOI: 10.1007/s10404-015-1588-y. Q2

7. Moshkin M.P., Petrovski D.V., Akulov A.E., Romashchenko A.V., Gerlinskaya L.A., Ganimedov V.L., Muchnaya M.I., Sadovsky A.S., Koptyug I.V., Savelov A.A., Troitsky S.Yu., Moshkin Y.M., Bukhtiyarov V.I., Kolchanov N.A., Sagdeev R.Z., Fomin V.M. Nasal aerodynamics protects brain and lung from inhaled dust in subterranean diggers. Ellobius talpinus // Proc. of the Royal Soc. B. 2014. Vol. 281, No. 1792. Art. 20140919. DOI: 10.1098/rspb.2014.0919 Q1 

8. Виноградов В.А., Гольдфельд М.А., Старов А.В. Исследование воспламенения и горения водорода в канале при высоких сверхзвуковых скоростях потока на входе в канал // Физика горения и взрыва. 2013. Т. 49, № 4. С. 3–11. [Vinogradov V.A., Goldfeld M.A., Starov A.V. Ignition and combustion of hydrogen in a channel with high supersonic flow velocities at the channel entrance // Combustion Explosion and Shock Waves. 2013. Vol. 49, No. 5. P. 383–391. DOI: 10.1134/S0010508213040011] Q3

9. Поливанов П.А., Вишняков О.И., Сидоренко А.А., Маслов А.А. Сравнение течений, индуцированных диэлектрическим барьерным и скользящим разрядами // ПМТФ. 2013. № 3. C. 21–29. [Polivanov P.A., Vishnyakov O.I., Sidorenko A.A., Maslov A.A. Comparison of flows induced by a dielectric barrier discharge and a sliding discharge // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2013. Vol. 54, No. 3. P. 359–366. DOI: 10.1134/S0021894413030036] Q4

10. Маслов А.А., Шумский В.В., Ярославцев М.И. Высокоэнтальпийная установка кратковременного действия с комбинированным нагревом и стабилизацией параметров. // Теплофизика и аэромеханика. 2013. Т. 20, № 5. С. 535–546. [Maslov A.A., Shumsky V.V., Yaroslavtsev M.I. High-enthalpy hot-shot wind tunnel with combined heating and stabilization of parameters // Thermophysics and Aeromechanics. 2013. Vol. 20, No. 5. P. 527–538. DOI: 10.1134/S0869864313050011] Q3

11. Potapkin A.V., Moskvichev D.Yu. Controlling the sonic boom from a thin body by means of local heating of the incoming flow // Shock Waves. 2013. Vol. 23, Iss. 6. P. 649–658. DOI:10.1007/s00193-013-0443-x. Q3

12. Sidorenko A.A., Budovskiy A.D., Maslov A.A., Postnikov B.V., Zanin B.Y. Zverkov I.D., Kozlov V.V. Plasma control of vortex flow on a delta wing at high angles of attack // Exp Fluids. 2013. Т. 54, № 8. С. 1–12. Q2

13.  Bountin D., Chimitov T., Maslov A., Novikov A., Egorov I., Fedorov A., Utyuzhnikov S. Stabilization of a hypersonic boundary layer using a wavy surface // AIAA Journal. 2013. Vol. 51. P. 1203–1210. [10.2514/1.J052044.] Q2

14. Фомичев В.П., Коротаева Т.А., Шашкин А.П., Ядренкин М.А.. Исследование МГД-взаимодействия в сверхзвуковом потоке воздуха при М = 8 // ЖТФ. 2011. Т. 81, вып. 3. С. 10–17. [Korotaeva T.A., Fomichev V.P., Shashkin A.P., Yadrenkin M.A. Investigation of magnetohydrodynamic interaction in a supersonic air flow at M = 8 // Technical Physics. 2011. Vol. 56. P. 327–334. DOI: 10.1134/S1063784211030108] Q4

15. Maslov A.A., Kudryavtsev A.N., Mironov S.G., Poplavskaya T.V., Tsyryulnikov I.S. Wave processes in a viscous shock layer and control of fluctuations // J. Fluid Mech. 2010. Vol. 650. P. 81–118. Q1

 
Патенты

1. Шиплюк А.Н., Селезнев В.А., Анискин В.М. Датчик термоанемометра. Патент на изобретение РФ № 2207576. Заявка № 201116440/28 (017127). Приоритет от 13.06.2001. Опубликовано 27.06.2003. Бюл. № 18.

2. Анискин В.М., Селезнев В.А., Шиплюк А.Н. Способ управления пограничным слоем на поверхности летательного аппарата и устройство для его осуществления. Патент на изобретение № 2384465. Приоритет от 28.07.2008. Опубликовано 20.03.2010. Бюл. № 8.

3. Basser P.J., Pickalov V. Estimation of the average propagator from magnetic resonance data // United States Patent. 2010. No. US 07711171. 12 p.

4. Миронов С.Г., Маслов А.А., Цырюльников И.С. Способ управления обтеканием сверхзвукового летательного аппарата. Патент на изобретение № 2559193. Приоритет от 25.04.2014. Опубликовано 10.08.2015. Бюл. № 22.

5. Потапкин А.В., Москвичев Д.Ю. Способ управления уровнем звукового удара от частей летательного аппарата (ЛА) / Патент № 2567106. Приоритет от 16.06.2014. Опубл. 27.10.2015. Бюл. № 30.

6. Шумский В.В., Ярославцев М.И. Способ создания рабочего газа в импульсной аэродинамической трубе / Патент на изобретение № 2567097. Заявка №2014124251. Приоритет от 16.06.2014. Опубликовано 27.10.2015. Бюл. № 30.

7. Ярославцев М.И., Лазарев А.М. Щелевой инжектор-генератор вихрей и способ его работы. Патент на изобретение №2596077. МПК F02C 7/22 (2006.01). Заявка № 2014150851. Приоритет от 15.12. 2014. Опубликовано 27.08.2016. Бюл. № 24.

 
Экспериментальная база

1. Импульсная гиперзвуковая аэродинамическая труба ИТ-302М*

2. Сверхзвуковая аэродинамическая труба Т-327 (М = 5, 7)

3. Струйный стенд для исследования сверхзвуковых струй

4. Оптический стенд для исследования микроструй

5. Лазерные диагностические комплексы «Полис» и «Dantec»* для измерения поля скоростей методом трековых частиц

6. Высокоскоростная видеокамера pco 1200hs

7. Стереомикроскоп Nikon SMZ-1500*, комплекс анализа структуры поверхности New View 6300*

8. Комплекс высоковольтных генераторов для возбуждения разряда и устройств диагностики плазменных образований

9. Фрезерный станок с ЧПУ

оборудование ЦКП «Механика»

 
Достижения и награды
А.А. Маслов
  • Орден Дружбы, 2007 г. 
  • Лауреат премии первой степени имени профессора Н.Е. Жуковского, 1996 г. 
  • Почетная грамота Президиума Верховного Совета РСФСР, 1991 г. 
  • Благодарственное письмо Председателя Правительства Российской Федерации В.В. Путина, 2012 г.
 
А.А. Маслов, С.Г. Миронов, Т.В. Поплавская 
  • Лауреаты премии первой степени имени академика Г.И. Петрова, 2012 г.
 
С.В. Кириловский  
  • Победитель Программы «Участник молодёжного научно-инновационного конкурса (УМНИК)», 2008 г.
  • Стипендия Президента РФ для молодых учёных и аспирантов, 2013–2015 г.
  • Стипендия Президента РФ для молодых учёных и аспирантов, 2016–2018 г.
 
П.А. Поливанов 
  • Лауреат стипендии Боинг (за успехи в учебе и научной деятельности),  2004 г.
  • Лауреат премии СО РАН имени академика С.А. Христиановича за цикл научных работ, посвященных исследованию нестационарных явлений при взаимодействии ударной волны с турбулентным пограничным слоем, 2011 г.
  • Грант Президента РФ для государственной поддержки молодых российский ученых – кандидатов наук,  2013 г.
  • Грант Президента РФ для государственной поддержки молодых российский ученых – кандидатов наук,  2016 г.