Ученые СПбГУ разработают экспериментально-расчетный комплекс для исследования сверхзвуковых течений с плазменными образованиями и неоднородностями полей газодинамических функций

Создание зон локального нагрева и плотностной неоднородности перед обтекаемым телом может заметно менять ударно-волновые структуры вблизи летательных аппаратов и существенно влиять на аэродинамические характеристики и тепловые потоки.

Источником нагрева в потоке могут служить плазменные структуры, сформированные с помощью различного типа разрядов. Идея управления сверхзвуковыми течениями с помощью локального подвода энергии была высказана более 20 лет назад, однако ее практическая реализация в аэродинамике летательных аппаратов до настоящего времени отсутствует в связи со сложностями экспериментального и теоретического исследования динамики плазмы в сверхзвуковом потоке.

Проект РНФ «Экспериментальное и теоретическое исследование сверхзвуковых течений газов с плазменными образованиями» (№ 23-19-00241) посвящен разработке единого экспериментально-расчетного комплекса для исследования сверхзвуковых течений с плазменными образованиями и неоднородностями полей газодинамических функций. «Целью настоящего проекта является создание современного инструмента для комплексного экспериментального, теоретического и численного исследования плазмы разрядов различного типа и их влияния на аэродинамику и теплообмен сверхзвуковых летательных аппаратов, – рассказала руководитель проекта, и. о. декана математико-механического факультета СПбГУ, профессор Елена Владимировна Кустова – Экспериментальные исследования течений газа будут проводиться на уникальной аэродинамической установке Санкт-Петербургского государственного университета с использованием собственных методик создания плазменных структур в сверхзвуковом потоке. Проект носит междисциплинарный характер, объединяя направления экспериментальной аэромеханики, кинетической теории неравновесных процессов, физической химии, физики низкотемпературной плазмы, лазерной физики, оптики, математического моделирования сред и технических устройств. Коллектив объединяет ведущие научные школы в области газоразрядной плазмы и вычислительной аэромеханики и обладает опытом успешной реализации научных проектов».

Как поясняет Елена Владимировна, математические модели течений будут разрабатываться строгими методами кинетической теории неравновесных процессов с привлечением методов физико-химической кинетики. Теоретическое описание и экспериментальное исследование плазмы разрядов планируется проводить современными методами физики низкотемпературной плазмы. Для численного моделирования сверхзвукового обтекания тел с учетом плазменных структур в потоке ученые планируют разработать новый специализированный программный комплекс, что в том числе послужит и целям импортозамещения коммерческих вычислительных пакетов, и подготовке практических рекомендаций по оптимальным параметрам плазменных образований. Актуальность подобных исследований обусловлена необходимостью решения целого ряда современных научно-технических проблем: снижение силовых и тепловых нагрузок на высокоскоростные летательные аппараты, моделирование входа космических аппаратов в атмосферы планет, информационное обеспечение сверхзвукового полета в атмосфере, изучение течений газов в высокоэнтальпийных установках, исследование процессов горения.

Между тем, подчеркнула Елена Владимировна, исследования разрядов при атмосферном давлении важны не только для современной аэрокосмической промышленности, они востребованы в материаловедении, медицине, экологии.