background image
среда
k
51, 30 апреля 2014 г.
ПОИСКИ, НАХОДКИ, РАЗМЫШЛЕНИЯ, ИЗОБРЕТЕНИЯ
Через тернии к звздам!
В ы п у с к 96
Редактор выпуска Н.Я. ДОРОЖКИН, научный обозреватель Калининградской правды
Город науки
gorodnauki@yandex.ru
С нашего центра, вместе с цент
ром прочности, пошло развитие инсти
тута. Вс начиналось с наших первых
аэродинамических установок. Прави
тельство высоко ценило их внедрение
в практику НИИ 88 сотрудники по
лучили Сталинскую премию 1951 года
и принимали участие в работах, отме
ченных 12 Ленинскими, 26 Государ
ственными премиями и 16 премиями
Правительства СССР и РФ, награжда
лись орденами и медалями. Со време
нем обновляется техника, меняются
подходы к изучению процессов аэро
динамики и теплообмена.
Юрий Михайлович, известно, что
одним из этапов отработки аэрогазо
динамики и теплообмена изделий от
расли является физическое и матема
тическое моделирование. Как оно осу
ществляется в вашем центре?
Моделирование осуществляется
с воспроизведением основных крите
риев подобия исследуемых процессов
аэродинамики и теплообмена числа
Маха, критерия Рейнольдса и других.
Моделирование процессов аэродина
мики и теплообмена возможно только
на маломасштабных моделях. Масш
таб 1:30 или даже 1:100 для моделей
ракет носителей это нормальный
размер в нашей работе. Поэтому, что
бы сохранять моделирование не толь
ко по числу Маха, но и по числу Рей
нольдса, приходится повышать давле
ние.
Но на малых масштабах пропадают
размеры различных надстроек. Как,
например, реально смоделировать чис
ло М = 20, то есть скорость, в 20 раз
выше скорости звука? В наземных ус
ловиях это невозможно. Мы можем
обеспечить М = 20, но не за счт высо
кой скорости потока, а за счт низ
кой скорости звука. Энергетически
это совсем не то течение: при натур
ном М = 20 в ударном слое возника
ют специфические химические ре
акции. Происходит диссоциация, иони
зация, появляется и увеличивается вли
яние лучистых потоков, а на второй
космической скорости лучистые пото
ки становятся просто доминирующи
ми. Поэтому очень важную роль начи
нают играть численные методы и пост
роение на их основе комплексных про
грамм и решений.
Кроме того, все аэродинамические
установки нуждаются в валидации экс
периментальных данных, то есть в оп
ределении степени достоверности ре
зультатов испытаний. Если случайную
погрешность ещ можно как то выб
рать при массовых испытаниях, то си
стематическую или методическую по
грешность выбрать крайне трудно. Для
этого нужны испытания в разных усло
виях, а условий у нас не так уж много.
Реальными аэродинамическими
исследованиями конкретных ракетно
космических систем занимается толь
ко ЦНИИмаш?
Преимущественно ЦНИИмаш.
Историческое Постановление Совета Министров СССР о
создании Научно исследовательского института реактивного
вооружения и Конструкторского бюро на базе завода 88
вышло 13 мая 1946 года. Так в нашем городе появился леген
дарный НИИ 88. Через год с небольшим, 15 июня 1947 года,
директор предприятия Л.Р. Гонор подписал приказ, первый
параграф которого гласил: Организовать лабораторию
газовой динамики, разместить е на площадке 2 в соответ
ствии с представленной планировкой технологического
оборудования. Этим документом было положено начало
созданию и развитию крупнейшего подразделения ЦНИИмаша
Центра теплообмена и аэрогазодинамики. О современной
жизни и деятельности Центра рассказывает его
начальник
доктор технических наук, профессор, академик РАКЦ и РАЕН
Ю.М. ЛИПНИЦКИЙ:
В отдельных случаях подключается и
ЦАГИ. Я считаю, что там, где задачу
может решить ЦНИИмаш, она должна
решаться внутри отрасли. А для реше
ния прочих задач надо привлекать дру
гие организации и в первую очередь,
конечно, самую представительную
ЦАГИ. Очень интересна Новосибирская
аэродинамическая школа, но она мето
дическая, занимается не реальными
объектами, а изучением течений.
Для нас очень важны данные натур
ных экспериментов. Их обработка по
могает нам в построении расчтных
моделей и определении характеристик
при пересчте данных наших экспери
ментов на натуру и вообще в изучении
новых явлений, которые могут возник
нуть. Это касается и вопросов старта, и
прохождения критических режимов на
трансзвуковых участках полта, и спус
ка аппаратов различного назначения.
Мы сейчас активно используем не
только свои оригинальные разработ
ки, но и коммерческие пакеты про
грамм, причм очень приветствуем
появление пакета Логос, который
разрабатывает ВНИИЭФ в Сарове. Их
привлекли к написанию отечественно
го программного продукта для расчта
задач авиационной, ракетной, автомо
бильной и нефтегазовой техники.
Вы можете назвать изделия от
расли, которые проходили через ваш
центр?
Через наш центр проходили все
отечественные ракеты, носители, кос
мические аппараты, стартовые комп
лексы, газодинамические и аэродина
мические процессы при старте. Мы
анализируем эскизные проекты, гото
вим и согласовываем заключения по
своим вопросам для главных конст
рукторов и государственных комиссий.
В настоящее время не известно случа
ев, когда бы авария происходила по
причинам, связанным с нашей темати
кой.
Какие инновации внедряются в
практику работы центра?
В наше время уже нельзя отдель
но рассматривать эксперимент и чис
ленные решения. Требуется комплекс
ный подход. Мы развиваем новые чис
ленные и экспериментальные методы,
особенно в части диагностики потоков,
особенностей обтекания. На совершен
но ином уровне у нас визуализация.
Появились приборы, которые за счт
заселения потока микронными части
цами и фотографирования позволяют
восстанавливать вихревые течения,
отрывные течения, особенности пове
дения линий тока. Появились также
лазерные ножи, которые позволяют
определять поперечные структуры те
чения. Прогресс в измерительной тех
нике таков, что появилась возможность
измерять очень малые промежутки
времени. У нас время определяется как
соотношение линейного размера и ско
рости L/v. Так вот, если размер модели
1 метр, а скорость тысячи метров
в секунду, время измеряется миллисе
кундами. Раньше измерения в милли
секундах были невозможны. Теперь,
когда появилась возможность прово
дить на очень высоких режимах им
пульсные испытания с временем по
рядка 100 миллисекунд, мы успеваем
на современных весах и датчиках про
вести измерения в состоянии стаци
онарном или квазистационарном, ког
да происходит очень медленное изме
нение параметров набегающего пото
ка.
Каков научный потенциал центра?
Наверное, в коллективе солидный на
учный состав?
У нас 12 докторов и 50 кандидатов
наук. Все наши начальники отделов
крупные специалисты в своей области.
Кстати, какие подразделения вхо
дят в состав вашего центра?
Всего в центре 11 подразделений.
1. Первым назову отдел, который
занимается вопросами тепломассооб
мена, аэрофизики и нанотехнологий.
Сейчас идт много заказов по спускае
мым аппаратам специального назна
чения. На свом плазмотроне мы до
стигли больших успехов в производ
стве нанопродукции на промышленном
уровне. Со следующего года должна
быть открыта новая тема создание
плазмотрона, который будет прототи
пом массового производства нанопро
дукции. Цель получение новых ме
таллов лгких, как алюминий, и проч
ных, как сталь. А самое интересное, что
благодаря достигаемым температурам
до 10 000 градусов и выше мы можем
наносить на поверхность материала
любое покрытие, что меняет каталити
ческие свойства и теплообмен матери
ала. Меняя коэффициент каталитич
ности, мы можем снизить тепловые
потоки, которые возникают за счт ре
комбинации молекул на поверхности
тела.
2. Далее отдельная лаборатория
поршневых гиперзвуковых установок.
Именно там в течение 100 миллисекунд
достигаются достаточно высокие тем
пературные и нагрузочные режимы. На
этих установках вплоть до М = 10 можно
получать натурные условия по всем
параметрам. Нас интересуют и более
высокие значения числа Маха. В пос
леднее время техника сильно продви
нулась. Есть возможность учта влия
ния различных факторов не только
Маха и Рейнольдса, но также Струхаля
и температурного фактора.
3. В отделе теплосиловой отработки
теплозащиты имеются высокоэнерге
тические плазмотроны, которые позво
ляют сообщать энергию набегающему
потоку примерно до 40 мегаджоулей
на кг. Это та энергия, которая нужна
для моделировании энергетических
свойств потока. Мы можем не только
сравнивать материалы, какой лучше
или хуже, но и определять уровень теп
ловых потоков и создавать модели раз
рушения материала.
4. Отдел тепловых режимов КА и
воздействий факторов космического
пространства это системы обеспе
чения тепловых режимов: радиаторы,
тепловые трубы, источники излучения,
проведение испытаний в барокамерах
с охладителями.
5. Самый большой и сложный по
составу крупных экспериментальных
установок отдел аэродинамики изде
лий РКТ, которым я раньше руководил.
Это целый комплекс аэродинами
ческих труб. Одна из них, крупномас
штабная сверх и гиперзвуковая труба
У 306 3 самая большая по разме
рам в Евразии, на ней испытываются
модели длиной до 2 м. Она и сейчас
работает, мы выполняем на ней индий
ский заказ. Здесь же работает до и
трансзвуковая труба У 21 установка
переменной плотности потока газа. Ис
пытываем на ней модели длиной до
1,4 м и диаметром до 0,4 м.
6. Отдел импульсных воздействий
решает ряд интересных проблем. Одна
из них связана с определением точки
пробоя на МКС частицами естествен
ного или искусственного происхожде
ния. Мы научились диагностировать
координаты этой точки при пробое
по распространению акустических волн
и электромагнитных импульсов. Эта
работа, сделанная совместно с колле
гами из РКК Энергия, экспонирова
лась на выставке Архимед в Соколь
никах. Участвуя в конкурсе лучших
изобретений страны, завоевала Кубок
за лучшее изобретение в области элек
троники по обеспечению безопасности
космонавтов. Воспроизведение натур
ных условий пробоя решается благода
ря наличию лгкогазовой пушки, кото
рая обеспечивает стрельбу алюминие
выми частицами диаметром 10 мм на
скоростях до 8 км/с, это моделирует
условия пробоя. Фактически скорости
удара в космосе больше, до 12 км/с,
поскольку происходит сложение скоро
стей частицы и самой станции. При та
ких скоростях и ускорениях алюминий
уже не выдерживает, и частицы распа
даются на несколько фрагментов, свой
ства материалов перестают доминиро
вать. Мы добились получения для этой
пушки рекордных скоростей до 10
км/с. Теперь стреляем уже шариками
из титана он прочнее.
7. Отдел газодинамики старта зани
мается газодинамическими и акусти
ческими проблемами при старте ракет.
На моделях 1:30 мы отрабатываем все
стартовые сооружения. Решаем прак
тически все вопросы в том числе и
ударно волновые, и связанные с акус
тикой. Правда, есть такая проблема,
как защита конструкции стартового
комплекса водой. Вот здесь важен мас
штаб, так как размер капель определя
ется в значительной степени поверхно
стным натяжением воды, а его изме
нить невозможно. Но в основном 1:30
это рабочий диапазон отработки
стартового комплекса. Мы боремся за
то, чтобы сделать его универсальным,
чтобы не рыть котлован под каждую
ракету носитель, а менять только плат
форму.
8. Отдел струйной газодинамики на
больших высотах решает вопросы, свя
занные с вакуумными струями, с взаи
модействием струй при разделении
ступеней ракеты, с воздействием струй
на отделяемые элементы, с работой
системы аварийного спасения.
9. Есть у нас и отдел специальных
эксгаустерных систем (СЭС). Здесь
вся энергетика, турбоэксгаустерные
системы (создающие разрежение).
10. Цех газовоздушной энергетики
это наши компрессоры, вода для
охлаждения компрессоров и СЭС. Там
же баллонная: низко и высокоат
мосферные баллоны до 320 атм.
Предполагаем купить новые компрес
соры, чтобы меньше приходилось за
ниматься ремонтными работами.
11. И конечно, есть ещ сво КБ,
которое проектирует вс, что нужно,
устройства, установки и т. д.
По составу и объму работ ваш
центр соответствует целому институту!
Именно так. А вместе с центром
прочности это уже второй ЦАГИ!
Правда, раньше тематикой нашего цен
тра занималось больше сотрудников,
чем сейчас. Сегодня их всего четыреста
пятьдесят. Этого недостаточно для про
водимых нами работ. Нам необходим
некий минимум, чтобы полностью обес
печить качественное выполнение про
мышленных и исследовательских, а так
же планово предупредительных работ.
Вообще, наша цель и желание, чтобы
работы нашего центра были всегда за
метными в аэродинамической науке.
Раньше мы работали в две смены.
Сейчас в одну, но одновременно дей
ствуют несколько установок у нас
много заказов.
(Продолжение на с. 8)
Юрий Михайлович ЛИПНИЦКИЙ известный в России и за рубежом учный
в области механики жидкости, газа и плазмы, аэродинамики летательных
аппаратов. Автор 7 книг справочных материалов и руководств для конструк
торов, монографии, 7 изобретений, 86 научных статей. Доктор технических
наук, профессор, лауреат премии Правительства РФ за 2001 и 2013 годы,
член научно технического и учного советов ЦНИИмаша, докторских советов
ЦНИИмаша, НЦ им. М.В. Келдыша и ЦАГИ. Действительный член (академик)
Российской академии космонавтики и РАЕН. Член Федерации космонавтики
России. Удостоен первой премии им. Н.Е. Жуковского с вручением золотой
медали.
В мире высоких скоростей,
температур и давлений
В мире высоких скоростей,
температур и давлений