Разработка и исследование вычислительных технологий решения фундаментальных и прикладных задач аэро-, гидро- и волновой динамики

Целью исследования является разработка математических моделей и реализующих их численных алгоритмов для решения актуальных задач аэро-, гидро- и волновой динамики, распространения когерентных и частично когерентных электромагнитных волн в пространстве, а также применение созданного инструментария для решения конкретных задач по разработке и оптимизационному проектированию технических устройств. В качестве примеров таких конкретных задач можно указать задачи моделирования взаимодействия волн с заякоренными судами и сооружениями, генерации лазерного излучения и его взаимодействия с веществом. Работы будут вестись по трем основным направлениям: 1. Аэро- и гидродинамика; 2. Поверхностные волны на воде и сопутствующие эффекты; 3. Нелинейная фотоника и взаимодействие лазерного излучения с веществом. Задачи каждого из направлений объединяются математическими моделями, в основу которых положены известные законы гидродинамики и волновой механики. Актуальность поставленных задач заключается, в частности, в следующем. 1. Проблема исследования взаимодействия поверхностных волн с плавучими объектами стала в настоящее время особенно актуальной в связи с начавшимся бурным размещением в прибрежной зоне крупных плавучих объектов, таких как атомные электростанции и хранилища сжиженного газа. Численное исследование силового воздействия волн на крупные заякоренные конструкции в настоящее время далеко от своего решения вследствие сильной нелинейности рассматриваемых процессов, слабой изученности трансформации волн вблизи конструкций сложной формы, а также с отсутствием достаточного количества расчетных, лабораторных и натурных экспериментальных данных. 2. Фотонные технологии, основанные на использовании оптического излучения, уже лежат в основе большого количества промышленного и медицинского оборудования, сложных технических систем и бытовых приборов, которые повсеместно используются людьми и стали неотъемлемой частью нашей жизни. С другой стороны, еще есть существенный потенциал по их усовершенствованию в направлениях повышения пиковой мощности излучения и повешения эффективности взаимодействия лазерного излучения с веществом. Дополнительно актуальность всех исследований обусловлена востребованностью запланированных результатов для решения конкретных проблем в развитии технологий создания аэро- и гидродинамических устройств, технологий конструирования плавучих объектов, лазерных технологий и оптических коммуникаций. Практическая значимость состоит в возможности прогнозирования локальных и интегральных, в том числе нестационарных характеристик течений в различных аэро- и гидродинамических установках, прогнозирования эффективности мер по защите плавучих сооружений от поверхностных волн и прогнозирования характеристик оптических систем. Полученные результаты будут способствовать разработке и оптимизационном проектировании систем снижения трения при сверхзвуковом обтекании тел, волоконных лазеров и систем фокусировки лазерного излучения.