О том, что такое ударная волна, знают, пожалуй, все. Но многие из нас трактуют термин однозначно: считают, что это одно из следствий взрыва бомбы, снаряда, другого разрушающего устройства. Между тем не все так просто. Это давно поняли и ученые и практики. Ударные волны, связанные с ними явления и проблемы многие годы занимают умы исследователей и специалистов различных отраслей промышленности.
Известен такой факт. Когда более полувека назад приступили к созданию межконтинентальной ракеты, предварительные расчеты показали, что при той скорости, которую она должна развивать, ее поверхность разогреется до критически высокой температуры. Нужно было намного увеличивать толщину защитного слоя, а это сулило новые проблемы, решение которых откладывало запуск устройства на неопределенное время. Тогда пришла мысль посмотреть на ситуацию с другой стороны. Дело в том, что при полете ракеты перед ней формируется так называемая отошедшая ударная волна. Были проведены исследования термодинамических характеристик ударных волн с учетом межмолекулярных сил, и выяснилось, что благодаря физико-химическим процессам реальная температура вблизи ракеты будет в два-три раза ниже, чем предполагалось. Это позволило существенно уменьшить массу ее обшивки и успешно осуществить запуск. Чуть позже были проведены подобные исследования и получены данные для полетов с первой и второй космическими скоростями.
Этот пример привела в своем докладе на открытии 19-го Международного симпозиума по ударно-волновым взаимодействиям главный научный сотрудник Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН, доктор физико-математических наук, почетный член Международного института ударных волн, профессор Татьяна Баженова (на снимке), руководившая на протяжении многих лет отделом физической газодинамики ОИВТ. На организованную институтом встречу ученых, которая прошла в здании Президиума РАН под председательством академика Владимира Фортова, приехали представители научных коллективов, работающих в области физики ударных волн, из таких высокотехнологичных стран, как Япония, США, Франция, Германия, Великобритания, Израиль и др.
Т.Баженова напомнила собравшимся, что коллектив института, который она представляет, занимается исследованиями в области ударных волн уже 50 лет. За это время получены результаты, сыгравшие заметную роль при решении важных технических задач. Например, сотрудники Отдела физической газодинамики ОИВТ РАН проводили исследования свойств плазменной оболочки летательных аппаратов, ракет, а также спускаемого аппарата, предназначенного для доставки людей и оборудования с околоземной орбиты на поверхность Земли. За отошедшей ударной волной воздух нагревается и ионизируется, то есть становится электропроводящим. Это может вызвать прерывания радиосвязи с летательным аппаратом. Систематическое исследование этого явления позволило предсказать режимы полета, при которых влияние плазменной оболочки является существенным, то есть приводит к нарушению радиосвязи. В то же время появление плазменной оболочки может способствовать обнаружению объекта в воздухе, что особенно важно в радиолокации. Разработки ученых института нашли применение в различных отраслях космической техники. Орбитальные станции осуществляют движение и коррекцию курса с помощью двигателей управления и ориентации. Продукты сгорания выбрасываются из сопел двигателей, обеспечивая необходимую траекторию движения. Сами продукты сгорания топлива являются чрезвычайно токсичными и при выбросе приводят к загрязнению технических объектов космической станции. Эта ситуация была смоделирована на установках ОИВТ РАН. Стало понятно, что такой негативный эффект — следствие нестационарности процесса, вызываемое тем, что струя с продуктами сгорания в момент запуска оказывается значительно шире. На основе полученных данных были выработаны и переданы разработчикам космической техники рекомендации, которые позволяют устранить недостатки.
Хорошие результаты принесло моделирование взаимодействия воздушных ударных волн, возникающих при взрыве, с наземными объектами. В рамках этой тематики, например, было исследовано интересное явление: при определенном угле наклона поверхности отражение взрывных ударных волн происходит не от самой поверхности, а в некоторой точке над ней. При этом давление на поверхности, а значит, и ущерб от взрыва, оказывается в два раза меньше. Полученные в ходе этих экспериментов выводы сегодня используют проектные организации при создании сооружений и военной техники, подвергающейся воздействию взрывов. Кстати, изучая влияние взрыва на то, что находится далеко от него, исследователи пришли к неожиданному заключению. Оказалось, что использование стандартных методов защиты (типа покрытий на основе ваты и поролона) многократно усиливает воздействие отдаленного взрыва. Результаты этой работы стали предпосылкой для создания технических решений, где необходимо усиление воздействия ударной волны, например при нефтедобыче.
В последнее время в Отделе физической газодинамики ОИВТ РАН под руководством профессора Виктора Голуба ведется работа по изучению ударных и детонационных волн, созданию защитных барьеров от воздействия взрывов. Использование специальных экранов, основанных на взаимодействии ударных волн с гранулированными средами, открывает возможности для появления эффективных средств защиты от террористических актов. Эта работа получила финансовую поддержку не только РАН, но и Американского фонда гражданских исследований и развития (CRDF).
Понятно, что ученым ОИВТ РАН есть чем поделиться со своими коллегами за границей, и они активно участвуют в международных научных мероприятиях, читают лекции в зарубежных университетах, публикуют статьи и издают книги в Европе и США. С ними охотно сотрудничают иностранные специалисты. И не только на собственной территории: современное оборудование, которое в последние годы появилось в лабораториях академического института, позволяет вести исследования самого высокого уровня.
Этим во многом объясняется тот интерес, который проявили зарубежные ученые к симпозиуму, организованному ОИВТ РАН и ставшему, как отмечали его участники, примером успешной взаимовыгодной интеграции российской научной школы и иностранных исследовательских центров.
Андрей КОТЕЛЬНИКОВ
Нет комментариев