Чаплыгин А.В., Котов М.А., Якимов М.Ю., Лукомский И.В., Галкин С.С., Колесников А.Ф., Шемякин А.Н., Соловьев Н.Г. «Демонстрационные эксперименты по совмещенному нагреву струей азотной плазмы и лазерным пучком» Волны и вихри в сложных средах: 13 международная конференция – школа молодых ученых; 30 ноября–02 декабря 2022 г., Москва: Сборник материалов школы, с. 274-277 (2022)

Плазмотроны широко используются в экспериментах по моделированию термохимического взаимодействия высокоэнтальпийного газового потока с поверхностью материала как в России (ЦНИИМаш, ЦАГИ, ИПМех РАН), так и за рубежом (США, Европа, Япония, Китай). Такие установки обеспечивают конвективный нагрев поверхности образцов. Но в некоторых случаях достигаемые значения тепловых потоков к поверхностям образцов являются недостаточными. Добавление источника лазерного излучения помогает расширить возможности плазмотрона в моделировании реальных условий входа в атмосферу за счет сочетания радиационного и конвективного нагрева. В данной работе демонстрируются новые комбинированные режимы нагрева установки ВГУ-4 ИПМех РАН. Образец теплозащитного материала подвергался воздействию дозвуковой струи азотной плазмы и дополнительно нагревался излучением иттербиевго волоконного лазера. В результате проведенных экспериментов была успешно продемонстрирована новая возможность комбинированного нагрева на плазмотроне ВГУ-4 ИПМех РАН. Максимальный тепловой поток, полученный в комбинированном режиме при мощности лазерного излучения 47 Вт и мощности ВЧ-генератора плазмотрона по анодному питанию 22 кВт, составил 32.1 Вт/см² . Конвективный тепловой поток от струи азотной плазмы при той же мощности анодного питания составил 12.6 Вт/см² . В дальнейших работах планируется сосредоточиться на задачах: получения сверхвысоких температур поверхности при максимальной мощности ВЧ-генератора плазмотрона ВГУ-4 и импульсного иттербиевого лазера, используемого в данной работе, а также интеграции в установку ВГУ-4 более мощного источника лазерного излучения.

Прохорчук К.В., Котов М.А., Соловьев Н.Г., Шемякин А.Н., Якимов М.Ю. «О вопросах реализации трехмерного моделирования термогравитационной конвекции оптического разряда в газоразрядной лампе» Волны и вихри в сложных средах: 13 международная конференция – школа молодых ученых; 30 ноября–02 декабря 2022 г., Москва: Сборник материалов школы, с. 209-212 (2022)

Исследование посвящено моделированию термогравитационной конвекции при генерации непрерывного оптического разряда (НОР) в газоразрядной лампе. Изучается проблема нестабильности излучения плазмы из-за образующихся пульсаций конвективного факела. Модель строится на основе ранее полученных результатов, в частности, квазитрехмерной симметричной задаче, которая представляла из себя цилиндр с прилегающим сектором с симметрией на границах, образуя, таким образом квазисферическую расчетную область. Были получены динамические распределения плотности, давления, температуры и скорости. Результаты качественно согласовывались с результатами экспериментов, на основе чего подтверждалось выдвинутое ранее предположение о гидродинамической термогравитационной природе колебаний. Проводилось вариационное создание моделей, направленное на количественное согласование с ранее упомянутыми экспериментами. В этих исследованиях менялась расчетная область, а также задавались дополнительные газовые потоки через расход для увеличения частот пульсаций и выявления проблем ранее полученных результатов. Данная работа посвящена вопросам вычислительной реализации описанных колебаний с учетом некоторых аспектов реальной геометрии газоразрядных ламп, в которых проводились эксперименты по поддержанию НОР.

Потемка А.К., Токарев М.Ю., Буланова И.А., Кудинов А.А., Яковенко А.Д., Бабушкина К.В. «Эффективность мультичастотных сейсмоакустических наблюдений для изучения разреза четвертичных отложений в северной части Карского моря» Геофизика, № 2, с. 2-9 (2023)

Запрос индустрии на комплексные морские исследования верхней части геологического разреза дополняется требованием к максимальной экономической эффективности выполнения полевых изысканий, особенно в Арктическом регионе. Мультичастотные сейсмоакустические исследования – это один из инструментов решения поставленной задачи, позволяющий извлекать информацию о разрезе в различных диапазонах частот с высокой детальностью, а также с высокой степенью достоверности интерпретировать сложные геологические объекты, такие как палеоврезы сложной морфологии, газонасыщенные толщи, ледниковые и мерзлотные образования, склоновые процессы. В данной статье будет описан опыт выполнения мультичастотных сейсмоакустических исследований в северной части Карского моря в рамках морской экспедиции TTR-21.

Яковенко А.Д., Замотина З.С., Пирогова А.С., Токарев М.Ю. «Возможности применения спектрально-временного анализа для оценки частотно-зависимого затухания по данным мультичастотной сейсморазведки» Геофизика, № 2, с. 49-54 (2023)

Показаны результаты спектрально-временного анализа 3D сейсмоакустических данных МОГТ (метода отраженных волн в модификации общей глубинной точки) стандартного (СР) (частотный диапазон – 5–120 Гц), высокого (СВР) (90–500 Гц) и сверхвысокого (ССВР) (150–750 Гц) разрешения. Спектрально-временной анализ включал разложение сейсмических трасс на спектрограммы с использованием спектрально-временного преобразования Стоквелла. По полученным спектрограммам выявлены области интерференции, которые были учтены при выборе интервалов разреза для количественной оценки затухания. Анализ частотно-зависимого затухания сейсмических сигналов был основан на использовании метода сдвига центральной частоты.

Долгих Г.И., Долгих С.Г., Овчаренко В.В., Чупин В.А., Швец В.А., Яковенко С.В. «Регистрация нелинейных волн типа «две сестры», «три сестры»» Экологические системы и приборы, № 12, с. 31-37 (2022)

Обсуждаются результаты обработки и анализа экспериментальных данных, полученных на лазерном измерителе вариаций гидросферного давления при регистрации вариаций гидросферного давления на дне на шельфе Японского моря. Основное внимание уделено изучению физических механизмов возникновения нелинейных гидрофизических возмущений в диапазоне гравитационных и инфрагравитационных морских волн, относящихся к классу волн-убийц, амплитуды которых более чем в два раза превышают амплитуды граничащих сигналов данного диапазона периодов. Обнаружены классические нелинейные возмущения, относящиеся к волнам-убийцам «одна сестра», «две сестры», «три сестры». Возникновение их связано с взаимодействием гравитационных и инфрагравитационных морских волн зоны расположения регистрирующей аппаратуры. При спектральной обработке полученных экспериментальных данных выделены основные моды ветрового волнения и инфрагравитационных морских волн, ответственных за формирование наблюдаемых волн-убийц. Ключевые слова: волны-убийцы, «две сестры», «три сестры», явление возврата. DOI: 10.25791/esip.12.2022.1337

Остриков Н.Н., Яковец М.А., Ипатов И.С., Панкратов И.В. «Валидация метода определения модального состава тонального звукового поля в цилиндрическом канале на основе синхронных измерений в канале и дальнем поле при отсутствии потока» Акустический журнал, 69, № 2, с. 216-229 (2023)

Разработан метод определения модального состава коррелированных звуковых мод, распространяющихся в цилиндрическом канале, особенностью которого является учет эффекта отражения звука от открытого конца канала с помощью численного или аналитического расчета коэффициентов отражения. В заглушенной камере AК-2 проведена валидация данного метода, в которой звуковое поле создавалось в канале маломасштабной модели воздухозаборника с помощью 12 динамиков на фиксированных частотах, определение модального состава осуществлялось с помощью 48 микрофонов, установленных заподлицо стенок канала, и проводились синхронные измерения направленности излучения звука из открытого конца канала в дальнем поле. При этом на основе найденных амплитуд звуковых мод в канале проводился расчет характеристик излучения в дальнем поле с использованием аналитического решения по излучению звука из полубесконечного цилиндрического канала, результаты которого сравнивались с результатами измерений. Показано, что амплитуды звуковых мод, найденные согласно разработанному методу, позволяют с высокой точностью восстановить характеристики дальнего звукового поля в тех случаях, когда число сгенерированных распространяющихся мод в канале не превышает количества установленных микрофонов в цилиндрической решетке. Ключевые слова: модальный анализ звукового поля в каналах, когерентные звуковые моды, цилиндрический канал, коэффициенты отражения звуковых мод от открытого конца канала, излучение звука из открытого конца канала DOI: 10.31857/S0320791923600099, EDN: IULPLA

Якуш С.Е. «Гидродинамические явления при паровых взрывах» Волны и вихри в сложных средах: 13 международная конференция – школа молодых ученых; 30 ноября–02 декабря 2022 г., Москва: Сборник материалов школы, с. 304-308 (2022)

Явление парового взрыва, несмотря на достаточно долгую историю изучения, до сих пор представляет значительный научный интерес с точки зрения гидродинамики и теплофизики протекающих сложных взаимосвязанных процессов. В настоящей работе рассмотрена стадия предварительного перемешивания в трехслойной системе «расплав–пар–вода», характерной для стратифицированных паровых взрывов. Даже на относительно медленной стадии предварительного перемешивания возникают достаточно сложные многомасштабные гидродинамические течения, приводящие к формированию трехфазной смеси. Расчет волны термической детонации требует моделирования эффектов, связанных с тонкой фрагментацией капель расплава при внезапном повышении давления, с учетом взаимодействия вкладов отдельных капель.

Волков Г.Ю., Мелихов В.И., Мелихов О.И., Якуш С.Е. «Численное исследование фрагментации струи методом VOF» Волны и вихри в сложных средах: 13 международная конференция – школа молодых ученых; 30 ноября–02 декабря 2022 г., Москва: Сборник материалов школы, с. 65-68 (2022)

При развитии аварий на атомных электростанциях в некоторых случаях возможно образование смеси высокотемпературного расплава с водой, что может привести к паровому взрыву, создающему угрозу целостности конструкций реакторной установки и защитной оболочки. Образование такой смеси происходит при струйном вливании расплава в воду или, наоборот, при струйном вливании воды в расплав. В обоих случаях происходит фрагментация струи и последующее перемешивание образующихся фрагментов с несущей средой. Первый вариант может иметь место при тяжелых авариях с плавлением материалов реактора с водяным теплоносителем (ВВЭР, PWR). Второй вариант может реализоваться при разрыве теплообменной трубки парогенератора реактора со свинцовым теплоносителем типа БРЕСТ, когда высокоскоростная струя воды, находящейся под давлением порядка 20 МПа, будет истекать в объем парогенератора, заполненный жидким свинцом при давлении порядка 1 МПа. Характеристики образующейся дисперсной смеси, в первую очередь её дисперсный состав, будут в значительной степени определять возможность парового взрыва этой смеси и его энергетический потенциал; поэтому анализу фрагментации струи в условиях, характерных для аварий на АЭС, уделяется значительное внимание.. Фрагментация струи расплава представляет собой сложный гидродинамический процесс, в ходе которого возникающие по поверхности раздела возмущения быстро растут, их форма эволюционирует, в результате с поверхности струи срываются фрагменты, движущиеся в несущей среде. На эту гидродинамику накладываются процессы теплообмена между струей и окружающей жидкостью, которые приводят к кипению относительно холодной воды на поверхности горячего расплава, образованию паровой пленки и отдельных пузырьков пара вблизи струи. Суперпозиция гидродинамических и тепловых процессов затрудняет применение аналитических средств исследования и диктует необходимость экспериментальных методов исследования и численного моделирования. В настоящей работе выполнено численное исследование методом VOF (Volume of Fluid) фрагментации струи жидкости при её проникновении в пространство, занимаемое другой жидкостью. Был использован программный код OpenFOAM с открытым исходным кодом. Рассмотрены случаи проникновения струи расплава в объем, занимаемый водой, и струи воды в объем, занимаемый расплавленным свинцом. Проведенное численное исследование продемонстрировало возможности метода VOF моделировать процесс фрагментации струи жидкости при её проникновении в объем, занимаемый другой жидкостью. Выполненный анализ фрагментации струи расплава в воде и фрагментации струи воды в расплаве показал, что в обоих рассмотренных случаях, важных с практической точки зрения, возможно образование двухфазной смеси, которая способна произвести паровой взрыв.

Сиваков Н.С., Якуш С.Е. «Численное исследование взаимодействия движущейся капли высокотемпературного расплава с водой» Волны и вихри в сложных средах: 13 международная конференция – школа молодых ученых; 30 ноября–02 декабря 2022 г., Москва: Сборник материалов школы, с. 223-227 (2022)

Путем численного моделирования взаимодействия движущейся капли расплава с водой методом VOF проанализировано влияние скорости капли на параметры, характеризующие паровой взрыв. Показано, что в результате взаимодействия происходит два основных схлопывания парового пузыря, отличных по своей природе, но приводящих к существенной фрагментации капли расплава. Важно отметить, что результаты зависят не только от скорости капли, но и в значительной степени от формы парового пузыря в момент прихода импульса давления.

Ян Наинг У. «Нормальные колебания вращающейся стратифицированной жидкости» Волны и вихри в сложных средах: 13 международная конференция – школа молодых ученых; 30 ноября–02 декабря 2022 г., Москва: Сборник материалов школы, с. 309-312 (2022)

В линейной постановке рассматриваются задачи о свободных колебаниях идеальной стратифицированной вращающейся несжимаемой жидкости, полностью заполняющей неподвижную жесткую полость. Для описания вихревого движения вращающейся однородной жидкости обычно применяют метод функций состояния С.Л. Соболева или метод обобщенных потенциалов Ф.Л. Черноусько. Развитие метода С.Л. Соболева на случай неоднородной жидкости с произвольным изменением плотности оказывается трудновыполнимой задачей. Метод обобщенных потенциалов, использующий некоторое ограничение на изменение переменных от времени, в этом смысле является более удобным. Метод Ф.Л. Черноусько позволяет наиболее полным образом выделить гидродинамическую задачу из общей задачи механики системы тело-жидкость

Мелкумян А.А., Белов А.В., Абунина М.А., Шлык Н.С., Абунин А.А., Оленева В.А., Янке В.Г. «Развитие Форбуш-понижений, связанных с корональными выбросами из активных областей и регионов вне активных областей» Геомагнетизм и аэрономия, 63, № 1, с. 43-57 (2023)

По материалам созданной в ИЗМИРАН базы данных Форбуш-эффектов и межпланетных возмущений исследовалось развитие Форбуш-понижений, связанных с корональными выбросами из активных областей, сопровождающимися солнечными вспышками, и волоконными выбросами вне активных областей. Сравнивалось развитие Форбуш-понижений двух типов в течение солнечных циклов 23–24, максимумов этих циклов и минимума между ними. С применением статистических методов, исследовались распределения интервалов времени от начала Форбуш-понижения до регистрации: минимальной плотности космических лучей, максимального часового понижения плотности, максимальной анизотропии космических лучей, максимума скорости солнечного ветра, максимума напряженности межпланетного магнитного поля, минимума Dst-индекса. Разница между развитием Форбуш-понижений двух типов сравнивалась, когда межпланетное возмущение содержит или не содержит магнитное облако у Земли. Результаты показали, что вспышечные события развиваются быстрее, чем волоконные, даже при близких значениях параметров солнечного ветра. Разница в развитии Форбуш-понижений двух типов заметнее в случае присутствия магнитного облака у орбиты Земли. Наибольшая разность между временны? ми параметрами в двух типах событий наблюдается для времени регистрации максимальной напряженности межпланетного магнитного поля. Фаза спада Форбуш-понижений двух типов одинакова в максимуме цикла 23 и длиннее для волоконных событий в максимуме цикла 24 и минимуме 23–24. С учетом всех временных параметров, разница между развитием Форбуш-понижений двух типов заметнее в максимуме цикла 23 и в минимуме 23–24, чем в максимуме цикла 24.

Белов А.В., Шлык Н.С., Абунина М.А., Абунин А.А., Оленева В.А., Янке В.Г., Мелкумян А.А. «Выделение солнечно-суточной анизотропии космических лучей локальным и глобальным методами» Геомагнетизм и аэрономия, 63, № 3, с. 306-320 (2023)

По данным нейтронного монитора ст. Москва с помощью гармонического анализа получены характеристики солнечно-суточной анизотропии космических лучей в спокойные дни за длительный период с 1965 по 2020 гг. Установлено, что средний суточный ход вариаций космических лучей нейтронных мониторов ст. Москва практически полностью описывается двумя гармониками солнечно-суточной анизотропии и не содержит признаков других влияний. Сравнение со среднесуточными характеристиками экваториальной составляющей векторной анизотропии космических лучей, полученными по данным мировой сети нейтронных мониторов с помощью метода глобальной съемки, показало хорошее согласие результатов двух методик. Из сравнения локальных и глобальных результатов получены оценки приемных коэффициентов первой гармоники анизотропии космических лучей для нейтронного монитора ст. Москва и предложен новый экспериментальный метод расчета приемных коэффициентов отдельных детекторов. Обсуждены и обоснованы ограничения локальной методики, а также возможности продолжения и расширения данного исследования.

Маленко Ж.В., Ярошенко А.А. «Трехмерные изгибно-гравитационные волны в плавающем ледяном покрове от движущегося источника возмущений» Волны и вихри в сложных средах: 13 международная конференция – школа молодых ученых; 30 ноября–02 декабря 2022 г., Москва: Сборник материалов школы, с. 157-160 (2022)

Большинство рек и водоемов в районах Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока в зимний период покрыто льдом. В этот период на реках организуются ледовые переправы, по которым осуществляется доставка различных грузов. При движении транспортного средства по льду возникают волны, которые приводят к разрушению ледяного покрова. С другой стороны для продления навигации возникает необходимость разрушения ледяного покрова. Для этих целей используются суда на воздушной подушке (СВП). СВП рационально использовать на мелководье, где невозможно применять другие ледокольные средства. Поэтому важно знать поведение ледяного покрова при воздействии на него движущейся нагрузки, знать критические скорости, при которых возможно разрушение ледяного покрова.

Рябов В.М., Ярцев Б.А. «Управление связанностью колебаний композитного крыла» Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 1: Математика. Механика. Астрономия, 10, № 2, с. 344-356 (2023)

Обсуждается возможность управления связанностью затухающих изгибно-крутильных колебаний композитного крыла за счет использования моноклинных структур армирования обшивки. Декомпозиция потенциальной энергии деформации и кинетической энергии собственных форм на связанные и несвязанные составляющие позволила в качестве мер связанности мод колебаний ввести два коэффициента, интегрально учитывающие влияние геометрии и структуры армирования на параметры динамического отклика конструкции. Первый из этих коэффициентов характеризует упругую, а второй – инерционную связанности мод собственных колебаний. Выполнены численные исследования влияния ориентации образующих обшивку слоев анизотропного углепластика на величины собственных частот, коэффициентов механических потерь, коэффициентов упругой и инерционной связанности для нескольких низших тонов собственных изгибно-крутильных колебаний крыла. Совместный анализ полученных результатов позволил установить, что для каждой пары изгибнокрутильных мод колебаний существуют диапазоны изменения углов ориентации слоев армирующего материала, в которых инерционная связанность, обусловленная несимметрией профиля поперечного сечения относительно главных осей инерции, уменьшается (вплоть до полного подавления) за счет возникновения упругой связанности в материале обшивки. Указанные диапазоны характеризуются двумя основными признаками: 1) минимальным различием величин собственных частот рассматриваемой пары изгибно-крутильных мод колебаний и 2) принадлежностью собственных частот изгибно-крутильных колебаний отрезку, ограничиваемому соответствующими парциальными собственными частотами рассматриваемой пары мод колебаний.

Разумный Ю.Н., Баранов А.А., Агравал Б., Дула А.М., Крайзель Й., Купреев С.А., Спенсер Д.Б., Разумный В.Ю., Ясака Т. «Концепция орбитального обслуживания для разработки космической системы следующего поколения и ее ключевые технологии» Вестник Российского университета дружбы народов (РУДН). Серия: Инженерные исследования, 23, № 4, с. 269-282 (2022)

За последние годы многие компании и национальные агентства в разных странах были вовлечены в разработку различных технических аспектов орбитального обслуживания. Описан опыт орбитального обслуживания в США и России. Рассматривается проблема орбитального обслуживания в целом. Показано, что орбитальное обслуживание относится к развитию космической инфраструктуры следующего поколения и решение проблемы орбитального обслуживания в значительной степени предопределяет характеристики космических систем следующего поколения. Для реализации орбитального обслуживания выделяются два одинаково важных направления: 1) обеспечение работоспособности спутников; 2) создание систем непосредственного обслуживания. Реализация каждого направления включает в себя широкий спектр разработок. В первом случае нужно учитывать возможность стыковки с обслуживаемым спутником, гарантированный доступ к компонентам спутника, блочно-модульную структуру обслуживаемого спутника, стандартизацию аппаратного обеспечения и разъемов и т.д. Реализация второго направления варьируется от разработки методов обслуживания и систем обслуживания до спутниковых орбит и оптимизации группировки. Представлены существующие и перспективные ключевые технологии для исправного обслуживающего спутника. Показано, что экономическая выгода орбитального обслуживания должна тщательно обосновываться с глобальной точки зрения с учетом особенностей будущей космической инфраструктуры. Обслуживание позволяет продлить срок службы спутников, снизив таким образом стоимость жизненного цикла, более того – создавать совершенно новые системы и миссии. Эти эффекты могут быть достигнуты не только посредством дозаправки или ремонта спутников, но и за счет коррекции их орбит. Предлагаемое орбитальное обслуживание создает перспективу создания коммерческой сети обслуживания и удаления мусора, сформированной на той же технологической базе, что, однако, представляет собой отдельные технологические проблемы, которые тесно связаны с орбитальным обслуживанием.

Яцких А.А., Афанасьев Л.В., Кочарин В.Л., Семенов Н.В., Косинов А.Д. «Экспериментальное исследование формирования возмущений в сверхзвуковом пограничном слое пластины от двух импульсных источников» Волны и вихри в сложных средах: 13 международная конференция – школа молодых ученых; 30 ноября–02 декабря 2022 г., Москва: Сборник материалов школы, с. 312-315 (2022)

Ламинарно-турбулентный переход пограничного слоя является сложным комплексным явлением для теоретического описания и экспериментального изучения. Турбулизация течения в пограничном слое происходит благодаря возникновению и эволюции возмущений различного типа, их роста и взаимодействия друг с другом. Сложность развития возмущений в пограничном слое затрудняет создание методов предсказания и теоретического описания ламинарно-турбулентного перехода. Для понимания и описания процесса эволюции возмущений в пограничном слое необходимы подробные экспериментальные исследования

Косинов А.Д., Кочарин В.Л., Ливерко А.В., Семенов А.Н., Семенов Н.В., Смородский Б.В., Толкачев С.Н., Яцких А.А. «Влияние малых углов атаки на возникновение турбулентности в сверхзвуковых пограничных слоях на стреловидных крыльях» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 59-68 (2023)

Представлены новые (при числах Маха М=3 и 3.5) и обобщающие (для чисел Маха от 2 до 4) результаты экспериментальных исследований по влиянию малых углов атаки на ламинарнотурбулентный переход в сверхзвуковом пограничном слое стреловидного крыла с углом скольжения передней кромки 72°. Изменение угла атаки имело сильное влияние на числа Рейнольдса перехода. Получено уменьшение числа Рейнольдса перехода с ростом числа Маха. Измерения проводились термоанемометром постоянного сопротивления по отработанной процедуре для определения положения перехода. Впервые использован метод e^N для численной оценки чисел Рейнольдса перехода в сверхзвуковом пограничном слое стреловидного крыла с углом скольжения передней кромки 72°. Расчеты нарастания амплитуд стационарных и нестационарных мод поперечного течения в пограничном слое проводились по линейной теории устойчивости в рамках полной системы уравнений Лиза–Линя. Численные результаты говорят о том, что, по условиям экспериментов, ламинарно-турбулентный переход в пограничном слое на модели стреловидного крыла определяется нарастанием стационарных мод неустойчивости поперечного течения.