Междисциплинарный исследовательский комплекс аэрогидродинамики, машиностроения и энергетики, который инициирован в рамках проекта «Академгородок 2.0» несколькими ведущими академическими институтами Новосибирского научного центра СО РАН, поможет специалистам решать научные проблемы, связанные со всеми стихиями: воздухом, огнем, землей и водой. 

«Наш проект нацелен на обеспечение лидерства в области аэрокосмических технологий, прорывные решения в области энергетики и двигателестроения, разработку методов и средств, направленных на противодействие техногенным угрозам, получение новейших результатов в исследованиях Мирового океана. Все эти направления содержатся в приоритетах Стратегии научно-технологического развития России», — отмечает руководитель проекта, директор одного из институтов — инициаторов комплекса: Института теплофизики им. С.С Кутателадзе СО РАН член-корреспондент РАН Дмитрий Маркович Маркович.

Особенность комплекса в том, что он, с одной стороны, будет являться центром коллективного пользования и научно-исследовательской инфраструктурой, работающей в интересах реального сектора экономики — высокотехнологичных отраслей промышленности, где нужно восполнять во многом исчерпанный к настоящему времени научно-технический задел. С другой стороны, центр станет базой для получения приоритетных фундаментальных результатов мирового уровня на стыке нескольких научных направлений: механики, аэродинамики, тепломассообмена, химической физики. На базе комплекса сибирские ученые планируют также расширять и интенсифицировать контакты как с партнерами внутри России, так и с широким спектром исследовательских организаций во всем мире. Если не говорить об оборонных приложениях, то международное взаимодействие с коллегами в области энергетики и машиностроения крайне необходимо — прорывы в этих областях достигаются только при условии широкой кооперации.

«Почему мы планируем создать отдельный комплекс, а не действовать в рамках существующих институтов? — говорит Дмитрий Маркович. — О тесной кооперации и взаимодействии на стыке наук я уже упомянул. Кроме того, очень важно то, что аналогов планируемых установок сейчас вообще нет в России и почти нет в мире. Все ключевые стенды будут иметь уникальные параметры, а этого нельзя достичь в рамках существующих в наших институтах ресурсов, мощностей, площадей и так далее. Конечно, у нас есть лабораторные установки очень высокого уровня, но по многим направлениям мы планируем создавать нечто новое. Крайне важно занять нишу мезомасштабов, промежуточных между лабораторными и промышленными — с одной стороны, а с другой — новые стенды должны быть исследовательскими, с высочайшим уровнем оснащения современным диагностическим оборудованием. Только такой подход позволит осуществить прорывы в важнейших технологических направлениях. Сейчас многие крупнейшие конструкторские бюро и машиностроительные предприятия имеют свою экспериментальную базу, но она является испытательной, а не исследовательской, и позволяет тестировать создаваемые технологии и машины сегодняшнего, а не завтрашнего дня».

Проект предполагает участие четырех институтов СО РАН: Института теплофизики, Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича, Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева и Института химической кинетики и горения им. В. В. Воеводского.

Воздух

Если говорить об аэродинамических исследованиях, то ученые в числе нескольких уникальных установок планируют создать многорежимную климатическую аэродинамическую трубу. Она просто необходима сейчас для России, в частности для исследования процессов обледенения элементов летательных аппаратов — это важнейшая задача для обеспечения безопасности авиационного транспорта. Кроме того, предполагается построить две высокоэнтальпийные установки кратковременного и периодического действия — для изучения аэродинамики при сверхвысоких скоростях. «Эти крупные уникальные стенды — зона ответственности ИТПМ СО РАН (директор — член-корреспондент РАН Александр Николаевич Шиплюк), — комментирует Дмитрий Маркович. — Спектр задач для этих установок чрезвычайно широк: это и исследования аэродинамики возвращаемых летательных аппаратов в широком диапазоне чисел Маха (до 20), и исследования рабочего процесса и тягово-экономических характеристик перспективных схем высокоскоростных воздушно-реактивных двигателей с использованием газообразных и жидких горючих, и решение ряда других фундаментальных и прикладных задач гиперзвуковой аэротермогазодинамики при сочетании параметров, недостижимых в установках другого типа».

Огонь

Важнейшим блоком в будущем комплексе станет парк установок энергетической направленности. Дмитрий Маркович отмечает, что ученые планируют резко интенсифицировать работы по созданию нового научно-технического задела для различных энергетических отраслей. «В области атомной энергетики, где Россия традиционно является мировым лидером, тем не менее перед нашей страной стоят новые вызовы. Атомная индустрия подошла к рубежу создания нового поколения реакторов — на быстрых нейтронах. Это совершенно новая физика, малоизученная теплогидравлика в системах с жидкометаллическими теплоносителями. Важность этого направления очевидна: такие реакторы являются гораздо более безопасными и в будущем заменят традиционные схемы, тем более что срок эксплуатации многих атомных станций весьма значителен», — говорит ученый.

Что касается традиционной углеводородной энергетики, то России необходимо предпринять серьезные усилия, не просто догнать другие страны (что иногда приходится делать), но и закрепиться на лидерских позициях. Стратегическим направлением здесь является переход к парогазовым установкам, позволяющим на 15—20 % поднять КПД тепловых электростанций. Ведь если представить, что хотя бы часть тепловой генерации в нашей стране перейдет на парогазовый цикл с соответствующим повышением коэффициента полезного действия, экономический эффект составит сотни миллиардов рублей в год.  «Ключевая задача здесь — создание нового поколения отечественных газовых турбин, — говорит Дмитрий Маркович. — В этом направлении ИТ СО РАН и институты — партнеры по проектируемому центру давно сотрудничают с ведущими машиностроительными организациями». 

Одной из важнейших задач на сегодняшний день является изучение процессов горения — весь мир ищет пути повышения эффективности сжигания топлива и улучшения экологических характеристик. В создаваемом центре ученые планируют построить комплекс высокотемпературных стендов для моделирования процессов горения топлива в камерах сгорания перспективных энергетических и транспортных газотурбинных установок». 

Блок, связанный с изучением процессов горения и детонации в различных условиях и для различных приложений, будет создаваться силами всех четырех институтов. За отработку научных основ новых детонационных технологий сжигания газообразных и жидких горючих в кольцевых камерах сгорания отвечает Институт гидродинамики СО РАН (директор — профессор РАН, доктор физико-математических наук Сергей Валерьевич Головин). Также ИГиЛ совместно с ИХКиГ СО РАН (директор — доктор физико-математических наук Андрей Александрович Онищук) являются инициаторами направления по задачам взрывобезопасности при работе на объектах с горючими газовыми и гетерогенными системами, в том числе крупномасштабных типа шахт, тоннелей, газопроводов, АЭС. Поиск фундаментальных основ и разработка рабочего процесса в трактах сверхзвуковых камер сгорания для гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей будет осуществляться на экспериментальной базе, создаваемой силами ИТПМ СО РАН. Горение твердых топлив в различных приложениях — от энергетики до обороны — предполагается исследовать на стендах, проектируемых ИТ и ИХКиГ.

«Наши институты тесно взаимодействуют с предприятиями авиационного двигателестроения, — дополняет Дмитрий Маркович. — Аэродинамика, горение, теплообмен, новые материалы — все эти направления нуждаются в создании новой научной базы, которая обеспечила бы опережающее развитие отечественной гражданской и военной авиации на десятилетия вперед. Мы ожидаем резкого увеличения объема прикладных исследований в этом направлении на базе создаваемого междисциплинарного  комплекса».

Земля и вода

Отдельный блок проектируемого комплекса посвящен геофизической гидродинамике, включающей задачи гидродинамики и теплообмена неньютоновских жидкостей, суспензий, пен в каналах, трубах, пористых материалах и трещинах. «Это очень важно для нефтедобывающей отрасли, и комплекс стендов, который планируется к реализации силами ИГиЛ и ИТ СО РАН, станет комплементарным для проектируемого в рамках развития новосибирского Академгородка ТРИЗ-центра», — поясняет Дмитрий Маркович.

Крупномасштабный стенд для изучения течений в стратифицированной и вращающейся жидкости «Академ-Кориолис» станет одной из разрабатываемых Институтом гидродинамики установок, создаваемых в рамках блока геофизической гидродинамики. Этот стенд будет обладать уникальной совокупностью параметров с рекордным диапазоном глубин. На его основе может быть существенно расширена внутрироссийская кооперация, в том числе по решению прикладных задач по экологии морских и прибрежных вод, тестированию программных комплексов расчетов морских течений, выполнению заказов Министерства обороны РФ. Важную роль «Академ-Кориолис» сыграет и для международного научного сотрудничества — сибирские ученые ожидают притока специалистов высшего мирового уровня для выполнения экспериментов в рамках совместных проектов.

«Вообще, гидродинамический блок планируется в нашем междисциплинарном комплексе достаточно крупным. Для приложений гидроэнергетики и водного транспорта мы планируем создать комплекс исследовательских крупномасштабных кавитационных и высоконапорных установок. Эти стенды позволят не только формировать верификационную базу для отладки и тестирования интенсивно развивающихся математических моделей, но и получать принципиально новую физическую информацию о нестационарных явлениях, фазовых переходах, гидроакустических процессах, происходящих в природных и технических  гидравлических системах», — рассказывает Дмитрий Маркович.

В завершение ученый еще раз отмечает важнейшую особенность проекта: дуализм фундаментальных и прикладных исследований. «Среди наших партнеров из реального сектора — госкорпорации Роскосмос, Росатом, крупнейшие объединения "Силовые машины", ПАО "НК "Роснефть", ПАО "Газпром", АО "Объединенная авиастроительная корпорация", АО "Объединенная двигателестроительная корпорация" и многие другие. Мы уже сейчас чувствуем их заинтересованность в создании междисциплинарного комплекса, имеем подтверждение намерений заказывать ориентированные научные исследования на многие годы вперед. Надеюсь также, что новый комплекс станет аттрактором для строительства пояса инжиниринговых центров таких корпораций в окрестностях новосибирского Академгородка, — подчеркивает директор ИТ СО РАН. — Наконец, самое главное — ничего не будет происходить, если мы не будем обеспечены научными кадрами высочайшей квалификации. Для нас их источник очевиден — ведущие вузы Сибири и всей страны. В Новосибирске это прежде всего Новосибирский государственный университет и Новосибирский государственный технический университет, на кафедрах которых мы совместно готовим необходимых нам специалистов. Так что интенсивный приток молодежи нам обеспечен, а значит — у нас большое будущее».

«Наука в Сибири»

Фото Александры Федосеевой