Радиационная и магнитная газовая динамика высокоскоростных течений, разрядов и плазмы, механика горения, взрыва и взаимодействия лазерного излучения и высокоэнтальпийных потоков с веществами и материалами

Актуальность тематики исследований обусловлена необходимостью решения важных задач как фундаментального, так и прикладного характера. Полученные результаты позволят создать научный задел для решения проблем безопасности энергетики, созданию новых транспортных средств и двигателей, углубят понимание фундаментальных процессов в сложных течениях различного типа. Развитие аэрокосмической техники входит в перечни приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации и критических технологий. Неотъемлемой частью создания перспективных аэрокосмических аппаратов является разработка систем тепловой защиты на основе новых теплозащитных материалов, включая отработку и испытания их образцов в высокоэнтальпийных потоках газов на термохимическую стойкость. Моделирование аэродинамического нагрева поверхности тел при входе в атмосферу является прикладной проблемой фундаментального характера. Существенный вклад в ее решение вносят экспериментальные и численные исследования аэротермодинамики плазмы, высокоэнтальпийных потоков и теплообмена в ВЧ-плазмотронах ВГУ-3 и ВГУ-4 (ИПМех РАН). Развитие аэрокосмической техники требует расширения области теплофизических параметров и теплообмена, реализуемых в лабораторном эксперименте, повышения точности их измерений и информативности баз данных в части определения температурных и временных границ применения материалов тепловой защиты. В связи с этим всегда актуальны вопросы о соответствии условий теплообмена и испытаний материалов на термохимическую стойкость в потоках ВЧ-плазмотронах натурным условиям нагрева поверхности тел при входе в атмосферу. Явления самоорганизации − объект пристального внимания исследователей в различных областях науки, в том числе и в живой природе. С практической точки зрения неустойчивость и самоорганизация в разрядах - это нежелательный эффект, который приводит к нарушению работы приборов, например, высокоскоростного прибора-преобразователя инфракрасных изображений в видимые с полупроводниковым катодом, магнетрона, холловского двигателя, перспективного плазмохимического реактора для конверсии СО2 в кислород в атмосфере Марса на основе тлеющего разряда и др. Понимание физических процессов в этих приборах требует применения адекватных теоретических методов для описания разрядов, компьютерного моделирования и разработки новых методов решения многомерных уравнений для слабоионизованной плазмы. Интерес к изучению физических явлений в сверх- и гиперзвуковых газовых потоках возник в последние десятилетия в связи с проводимыми научными исследованиями и опытно-конструкторскими работами в области создания новой авиационной и ракетной техники, включая разработку перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов. Важным этапом отработки моделей компьютерной аэрофизики является их тестирование методами вычислительной математики и вычислительной механики, а также демонстрация возможности описания экспериментальных данных, полученных в наземных и летных экспериментах. Решение задач внутренней баллистики, изучение характеристик горения твердых ракетных топлив (в том числе, легкоплавких) актуально для создания перспективных ракетных и прямоточных воздушно-реактивных двигателей на твердом топливе, повышения устойчивости их работы за счет применения стабилизаторов горения, повышения полноты сгорания топлива за счет оптимальной организации подвода воздуха в камеру сгорания, использования новых видов топлив с энергетическими добавками (в том числе, на основе бора). Изучение многофазных течений в пористых средах с внутренним тепловыделением, а также быстрых фазовых переходов с возникновением ударных волн при взрывном вскипании летучих жидкостей актуально для решения задач безопасности углеводородной энергетики, транспорта, атомных реакторов. Исследование механизмов образования потоков в стационарных оптических разрядах имеет значение для разработки, в частности, перспективных источников широкополосного излучения высокой яркости на оптических разрядах, которые находят применение в аналитической спектроскопии, флуоресцентной микроскопии, эллипсометрии, эндоскопии, дезинфектологии, малоинвазивной микрохирургии и других. Проблема взаимодействия солнечного ветра с межзвездной средой насчитывает уже несколько десятилетий. Сотрудникам коллектива принадлежат пионерские работы по построению теоретических численных моделей такого взаимодействия. В течение многих лет разработанные модели оставались уникальными и использовались (и используются поныне) экспериментаторами для интерпретации данных измерений на космических аппаратах. Проблема взаимодействия солнечного ветра с атмосферами комет актуальна в связи с продолжающимися исследованиями комет с помощью космических аппаратов.