Лаборатория математического моделирования нелинейных процессов в газовых средах

• 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.

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.

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.

Другие результаты:

Реализована модель неравновесной химии с учетом реакций на поверхности в рамках сотрудничества с индустриальным российским партнером (РКК «Энергия» имени С. П. Королева).