Современные проблемы аэрофизики В. М. Фомин директор Института теоретической и прикладной механики СО РАН (ИТПМ СО РАН) 15 апреля 2003 г.

1.	Введение
2.	Аэродинамические установки ИТПМ
3.	Управление сопротивлением
4.	Управление сопротивлением с помощью лазера
5.	Прикладные исследования

Гордость наша, кроме вычислительного центра, это наша аэродинамическая база, которая создавалась не одним поколением ученых института, и является достоянием России.

	Рис. 8. Экспериментальная база института.  В институте функционирует комплекс аэродинамических труб и газодинамических установок, который охватывает диапазоны чисел Маха от 0,01 до 25 и чисел Рейнольдса от 104 до 108. Создаётся уникальная гиперзвуковая аэродинамическая труба адиабатического сжатия с мультипликаторами давления, в которой обеспечиваются натурные числа Рейнольдса, чистый поток с постоянными параметрами и достаточной продолжительностью рабочего режима.

На рис. 8 представлен вид сверху нашей газгольдерной баллонов, в которых находится воздух под давлением около 25 атм. На рис. 9 приведены основные параметры аэродинамических труб в плоскости (Re, M), где Re — единичное число Рейнольдса, М — число Маха.

	Рис. 9. Основные параметры установок

В институте функционирует комплекс аэродинамических труб и газодинамических установок, который охватывает диапазоны чисел Маха от 0,01 до 25 и чисел Рейнольдса от 10⁴ до 10⁸. Создана уникальная гиперзвуковая аэродинамическая труба адиабатического сжатия с мультипликаторами давления, в которой обеспечиваются натурные числа Рейнольдса, чистый поток с постоянными параметрами и достаточной продолжительностью рабочего режима.

В четверг все, кто пойдет в институт, все эти установки посмотрят. Я расскажу только об одной установке АТ-303. Установки с единичкой это установки ЦАГИ в Москве. С двоечкой: 202, 201, которые есть в СибНИА — это институт прочности, но там есть и несколько аэродинамических установок. А троечка — это мы. Аэродинамические трубы ИТПМ практически полностью перекрывают сверхзвуковой диапазон. По числу Маха перекрыть можно, а вот по числу Рейнольдса дело обстоит гораздо сложнее — не всегда возможно получить нужное число Рейнольдса, которое влияет на переход из ламинарного течения в турбулентное. Вопрос о переходе ламинарных течений в турбулентные еще очень далек до своего завершения, а физика процессов существенно зависит от этого явления. Я покажу основные параметры наших установок: рабочие части, число Маха и т. д.

Это достаточно большие, сложные в своей эксплуатации установки и достаточно дорогие. Такой установки, как АТ-303, нет нигде в мире.

	Рис. 11. Общий вид установки АТ-303

Я могу сказать, в свое время мы начали строить эту установку в период перехода от социализма к капитализму, было трудно, но мы все же ее построили. Эта установка знаменита тем, что здесь газ сжимается с помощью гидравлики до 3000 атмосфер, температура торможения на модели будет 3000 °С. Затем этот газ истекает из форкамеры через профилированное сопло и поступает в рабочую часть установки. В рабочей части этой установки ставят модели для исследования и различные датчики для измерения. Мы шли таким путем — повышали давление в форкамере до 3000 атмосфер, что приводило к повышению числа Re, а американцы шли другим путем . Они имели 20-30 атмосфер в форкамере, но в сопле при разгоне газа он охлаждается, и стали греть газ с помощью лазеров, т. е. можете себе представить, какую систему они собираются построить. Поток газа должен быть равномерным, в противном случае мы будем иметь не реальную атмосферу, в которой летают конкретные аппараты. Прошло уже лет 12, а они все еще с этой задачкой мучаются, а наша труба работает и в год дает 300—400 пусков. Сейчас на эту трубу есть запросы, есть желание посмотреть влияние больших чисел Рейнольдса на процессы обтекания. Преимущество этой установки в том, что поток чистый. Берут сухой чистый воздух, здесь нет никаких вредных примесей. Конечно, можно получить такие давления, сделав просто электрический разряд, но тогда от стенок электродов, и самих стенок камеры будет отлетать материал в газ, и мы будем иметь поток, не соответствующий реальному. Этот чистый поток позволяет исследовать химические процессы в двигателях летательных аппаратов будущего или при обтекании летательного аппарата, когда он входит в атмосферу. На химию влияют сильно различные примеси. Представьте себе, что в результате газового разряда вы получили поток с высокой температурой, и у вас побежала очень нагретая окалина вместе с потоком. Если вы исследуете — загорится ли смесь или нет, то ясно, что если в ней есть очень горячие частички, то она загорится, а в реальном потоке таких частиц нет — двигатель не будет работать. Исследование этих процессов горения в трактах гиперзвуковых прямоточных реактивных двигателей (ГПРД) очень нужны, так как летательные аппараты будущего будут иметь только такие двигатели.

Мы гордимся результатом, который был получен, правда не на этой установке, и сейчас активно исследуется во всем мире. В конце 50-х и начале 60-х годов была высказана мысль, что самолеты будущего не будут летать с таким же двигателями, как сейчас, и не будут брать окислитель с собой, а будут забирать его из атмосферы. Это позволит существенно увеличить вес полезной нагрузки летательного аппарата. В 60-е годы были построены очень простые одномерные модели нашим очень известным аэродинамиком Щитенковым и показано, что если все работает, то этот двигатель имеет преимущества. До 1978 года не было показано ни одного положительного примера, что такой двигатель можно в принципе сделать. В нашем институте было показано, что этот двигатель дает положительную тягу при горении атмосферного окислителя с водородом в качестве горючего (рис. 12).

	Рис. 12. Испытания модели ГПВРД, работающей на водороде, в импульсной трубе ИТПМ при М = 7,9 (1978 год )

Мы должны в будущем перейти на такие двигатели, но пока они еще не созданы, есть много научных проблем, препятствующих созданию этого аппарата. Мы гордимся этим результатом, который был получен в стенах нашего института. Я не исключаю, что где-то в закрытой литературе есть этот результат, т. к. эта область активно исследовалась, но в открытой литературе такого результата до нас не опубликовано.