Лаборатория математического моделирования нелинейных процессов в газовых средах

Научные результаты:

• Разработан комплекс прикладных программ для численного моделирования термохимически и термодинамически неравновесных гиперзвуковых течений и тепломассообмена в свободномолекулярном, переходном и континуальном режимах обтекания реальных конфигураций космических аппаратов, в рамках унифицированных (гибридных континуально-континуальных и континуально-кинетических) моделей с применением эффективных численных алгоритмов и суперкомпьютеров.
• Разработан уникальный метод определения области ламинарно-турбулентного перехода на поверхности летательного аппарата.
• Разработан и реализован оригинальный подход к генерации различных типов блочно-структурированных расчетных сеток с заданными свойствами около тел сложной формы.
• Развит эффективный численный метод моделирования сверхзвуковых потоков вязкого газа около затупленных тел.
• Получены фундаментальные результаты в области моделирования динамики крупномасштабных термиков в атмосфере.
• Впервые показана ограниченность широко известной концепции «ядерной зимы».
• Впервые проведено моделирование трехмерного соударения Тунгусского метеорита с атмосферой Земли и кометы Шумейкеров-Леви с Юпитером.
• Разработан и реализован на практике уникальный подход по активному подавлению шума.
• Получены фундаментальные результаты по разработке методов декомпозиции для моделирования пристенных турбулентных течений и многоцелевой оптимизации.

Внедрение результатов исследования:

• Разработанные комплексы программ, алгоритмы и модели используются при проектировании возвращаемых космических аппаратов.
• Получены фундаментальные результаты в области численных методов газовой динамики, моделирования турбулентных течений и генерации сеток.
• Полученные результаты позволяют осуществлять проектирование возвращаемых космических аппаратов более точно и экономически эффективно.
• Реализована модель неравновесной химии с учетом реакций на поверхности. Проведены расчеты обтекания перспективного корабля «Федерация» с учетом выступающих элементов, как на лобовом щите, так и на тыльной поверхности в широком диапазоне углов атаки и чисел Маха набегающего потока.
• Внедрены разработанные инновационные компьютерные технологии и программы в ракетно-космическую науку и технику, что позволит существенно повысить качество проектных расчетов в области аэродинамики и тепломассообмена и производительность труда инженеров-расчетчиков, улучшить проектные характеристики изделий и снизить затраты, связанные с их созданием во многих ракетно-космических опытно-конструкторских и исследовательских организациях России.
• Разработанные комплексы программ используются для проведения численного анализа аэродинамики и теплообмена перспективного возвращаемого корабля «Федерация» (Ракетно-космическая корпорация «Энергия»), а также в интересах Центрального аэрогидродинамического института и НПО имени С. А. Лавочкина.
• Реализована модель неравновесной химии с учетом реакций на поверхности в рамках сотрудничества с индустриальным российским партнером (РКК «Энергия» имени С. П. Королева).
  

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Приобретенное вычислительное оборудование активно используется для выполнения проектов в МФТИ. Ведется регулярный научный семинар лаборатории, на котором выступают приглашенные докладчики из различных университетов и институтов РАН, из Сколково и из зарубежных организаций.

Образование и переподготовка кадров:

• Организованы стажировки для сотрудников Лаборатории в Университете Манчестера и Хартри Центре в Дэйсбери (Великобритания).
• Организованы курсы лекций с приглашением ученых, которые являются широко признанными мировыми лидерами в области численных методов и математического моделирования (C.-W. Shu, E. Toro, A. Chertock, В. В. Аристов, Н. В. Никитин и др.).
• Защиты: 4 докторские диссертации, более 20 кандидатских диссертаций.
• Большинство ученых Лаборатории являются преподавателями МФТИ и участвуют в курировании студентов МФТИ по защите дипломных работ в бакалавриате и магистратуре и разработке и внедрении курсов лекций, учебных методических пособий по направлениям «Вычислительная математика» и «Математическое моделирование» на кафедрах МФТИ.

Сотрудничество:

• Университет Манчестера (Великобритания): стажировки студентов и сотрудников по программам современных методов моделирования, совместный китайско-российский-европейский проект учебно-научного сотрудничества «Университеты Шелкового пути»
• Хартри Центр (STFC) в Дэйсбери (Великобритания): стажировки студентов и сотрудников
• Университет Тренто (Италия): совместные публикации, научные мероприятия, стажировки студентов и сотрудников, научное консультирование
• Университет Брауна (США): совместные научные мероприятия, стажировки студентов и сотрудников
• Университет Северной Каролины (США): сертификаты адъюнкт-профессор МФТИ, совместные научные мероприятия, повышение квалификации сотрудников
• Научно-исследовательский институт механики МГУ имени М. В. Ломоносова (Россия), Вычислительный центр имени А. А. Дородницына РАН (Россия): совместные семинары, чтение цикла лекций в МФТИ, повышение квалификации сотрудников
• Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского (Россия), Институт прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН (Россия), Институт проблем механики имени А. Ю. Ишлинского РАН (Россия), Томский государственный университет (Россия): совместные научные мероприятия, публикации
• Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С. П. Королева (Россия): договор на выполнение расчетных работ
• Инновационный центр «Сколково» (Россия): совместные научные мероприятия
• Сианьский транспортный университет (Китай): совместные научные мероприятия, студенческий обмен в рамках сотрудничества университетов «Шелкового пути»