Газовая и волновая динамика - часть 1

Глава 1

КРАТКАЯ ИСТОРИЧЕСКАЯ

СПРАВКА

Послевоенные годы — время становления сверхзвуковой авиации, ракетостроения
и космонавтики. Большие сверхзвуковые скорости полетов сопровождались новыми
для техники явлениями: ударными волнами, высокими температурами и химически-
ми реакциями. Разные высоты полета диктовали моделирование аэродинамических
характеристик летательных аппаратов и ракет в очень широком диапазоне плотности
атмосферы и скорости полета. Это потребовало подготовки специалистов по газовой
динамике, новому для тех времен разделу аэромеханики.

Развитие техники привело к необходимости изучения и математического модели-

рования переходных, нестационарных процессов, сопровождающихся распростране-
нием волн в различных средах. Оказалось, что несмотря на разнообразие физических
свойств материалов, в которых наблюдаются динамические, и волновые процессы, в
них есть много общих свойств, характерных для условий существования и взаимо-
действия волн.

Возросший уровень скоростей взаимодействия тел, сопровождался существенно

необратимыми явлениями, что требовало развития термодинамики необратимых про-
цессов.

Настоятельная необходимость изучения и моделирования динамического поведе-

ния материалов и свойств газов при высоких скоростях и температурах, а также
подготовки специалистов по этим направлениям науки, привели к необходимости
создания кафедры газовой и волновой динамики.

Кафедра газовой динамики была создана в 1951 году. Организовал кафедру и

бессменно руководил ею до 10 января 1988 г. Герой Социалистического Труда, ака-
демик АН УзССР, доктор физико-математических наук, Заслуженный деятель науки
и техники РСФСР и УзССР, лауреат Государственной премии СССР (дважды), пре-
мии Совета министров СССР (дважды), Государственной премии УзССР им. Бируни
и Ломоносовской премии профессор

Халил Ахмедович Рахматулин (23.04.1909 –

10.01.1988). В 1954 г. под руководством профессора Х.А. РАХМАТУЛИНА была
создана кафедра волновой динамики. Через несколько месяцев обе кафедры были

8

объединены под названием кафедры газовой и волновой динамики.

В настоящее время кафедрой заведует академик РАН, лауреат Государственной

премии СССР, Заслуженный профессор МГУ

Евгений Иванович Шемякин. На ка-

федре газовой динамики с момента ее создания работал Заслуженный преподаватель
МГУ, ученый секретарь кафедры, доцент Зверев И. Н. (14.04.1917 – 29.05.2001). С
1954 г. на кафедре работал Заслуженный деятель науки РСФСР, Заслуженный про-
фессор МГУ Сагомонян А. Я. (23.03.1914 – 18.08.2001), с 1961 г. — Заслуженный
профессор МГУ Бунимович А. И. (22.12.1917 – 3.07.1999), профессор Тюлин Г. А.
(6.12.1914 – 22.04.1990). В последующие годы в состав кафедры вошли профессора
Смирнов Н. Н., Киселев А. Б., Ковалев В. Л., совместители профессора Коробейни-
ков В. П. (15.03.1929 – 6.02.2003), Демьянов Ю. А., Никитин Л. В., Дубровский
В. А.; доценты — Павленко А. Л. (6.10.1914 – 25.08.1987), Максимов В. Ф., Куксен-
ко Б. В., Филимонов В. А. (31.05.1944 – 22.03.1997), Звягин А. В., Натяганов В. Л.,
Филиппов Ю. Г., Душин В. Р., Сагомонян Е. А., Никитин В. Ф., совместители Гу-
вернюк С. В., Андронов П. Р.; старшие преподаватели — Гримза Ю. И. (18.08.1921
– 18.08.1982), совместитель Фалунин М. П.; ведущий научный сотрудник Гендугов
В. М.; научные сотрудники Козлов В. П., совместитель Зубков А. Ф.

На кафедре в разные годы работали: Надеева Р. И., Мардонов Б. М., Воротынцев

М. А.; по совместительству — профессор Паничкин И. А., академик РАН, профессор
Нигматулин Р. И., профессора Демьянов Ю. А., Лунев В. В., Хабеев Н. С., доценты
Прокофьев В. А., Никитин Н. Н.

В 1979 г. при кафедре была организована лаборатория волновых процессов. Ее

первым заведующим с 1979 г. по 1990 г. был Герой Социалистического Труда, ла-
уреат Ленинской премии, Заслуженный деятель науки и техники РСФСР, генерал-
лейтенант, профессор Тюлин Г. А. С 1990 г. по настоящее время лабораторией за-
ведует член-корреспондент РАЕН, лауреат премии им. И. И. Шувалова, профессор
Смирнов Н. Н. В настоящее время в лаборатории работают ведущий научный со-
трудник Ивашнев О. Е., старший научный сотрудник Ильюшина Е. А., научный
сотрудник Димитриенко И. Д., младшие научные сотрудники Кульчицкий А. В.,
Ермакова М. С., Зверев Н. Н., Сорокин А. Н., Глебов С. М.

В 1987 г. на механико-математическом факультете по инициативе и при участии

профессора Тюлина Г. А. был создан Отдел прикладных исследований по математи-
ке и механике, которым с момента основания заведует ректор МГУ академик РАН
Садовничий В. А. В составе Отдела при кафедре газовой и волновой динамики бы-
ла создана вторая научно-исследовательская лаборатория — лаборатория динамики
деформируемых сред. Заведует лабораторией с момента ее создания лауреат премии
Совета Министров СССР, доцент Максимов В. Ф. В настоящее время в лаборатории
работают старшие научные сотрудники Зеленский А. С., Юмашев М. В., младшие
научные сотрудники Зацепин А. В., Кокорева А. В.

В лабораториях в разные годы работали Моргунов М. Н., Гендугов В. М., Киселев

А. Б., Аксенов А. В., Прошкин В. А., Натяганов В. Л., Колпаков В. П., Демьянов
А. Ю., Панфилов И. И., Ждан Л. И., Кореняко В. В., Румянцева С. И., Нерченко
В. А., Голенева Л. А., Еременко Б. М.

9

Глава 2

НАУЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Специфика кафедры газовой и волновой динамики, отраженная в ее названии, состо-
ит в том, что с самого момента создания круг научных проблем, исследующихся на
кафедре, не ограничивался механикой твердого деформируемого тела или механикой
жидкости, газа и плазмы, поскольку проблемные динамические задачи для физи-
чески очень разных сред имеют много общего с точки зрения их математического
моделирования. Поэтому на кафедре рассматривался очень широкий спектр задач по
следующим основным направлениям:

1.

нелинейные задачи динамики газа и жидкости;

2.

теория распространения волн в упруго-вязко-пластических повреждаемых сре-
дах;

3.

теория движения многофазных сред;

4.

механика грунтов, горных пород и сыпучих материалов;

5.

физико–химическая газовая динамика;

6.

гиперзвуковая аэродинамика и теплообмен;

7.

теория детонации и горения;

8.

динамика гибких связей;

9.

электромагнитная механика сплошных сред;

10.

аэрогазодинамика проницаемых тел, теория парашюта;

11.

проникание и динамика удара;

12.

механика разрушения;

13.

динамика разреженного газа;

14.

групповые методы решения систем дифференциальных уравнений;

С приходом на кафедру в 1989 г. нового заведующего, видного ученого в обла-

сти динамических задач механики твердого деформируемого тела академика РАН
Шемякина Е. И., автора работ в области динамики упругопластических сред и
разрушения материалов (Шемякин Е. И. «Динамические задачи теории упругости
и пластичности», Новосибирск: Наука, 1969; Никифоровский В. С., Шемякин Е. И.

10

«Динамическое разрушение твердых тел», М.: Наука, 1979; Шемякин Е. И. «Синте-
тическая теория прочности», Физическая мезомеханика. 2000, № 1, № 5; Шемякин
Е. И. «Об инвариантах напряженного и деформированного состояния в математиче-
ских моделях механики сплошной среды», ДАН, 2000, Т. 373, № 6; Шемякин Е. И.
«Диссипативная функция в моделях идеального упруго-пластического тела», ДАН,
2002, Т. 376, № 4) ему удалось сохранить как традиционные направления работы,
так и активно поддержать новые научные направления, связанные прежде все-
го с моделированием крупномасштабныхприродныхпроцессов и явлений. Одним
из ярких примеров таких исследований является предложенная в 1995 г. Шемяки-
ным Е. И. гипотеза о происхождении алмазоносных кимберлитовых трубок. Анализ
месторождений алмазов и существующих объяснений их происхождения привел к
революционной гипотезе о том, что возникновение кимберлитовых трубок связано
с падением на Землю крупных метеоритов, их ударом и высокоскоростным прони-
канием (Шемякин Е. И. «О происхождении алмазных трубок (физико-механическая
гипотеза)», Вестн. МГУ, Сер. 1, Матем. Механ, 1995, № 5). В этой работе аккумули-
рующей опыт, идеи и методы современной механики, сформулированы новые задачи
о взаимодействии больших космических тел с Землей. Сама постановка таких за-
дач приобретает особую значимость в связи с растущим осознанием человечеством
глобальных экологических угроз, в том числе и связанных с космосом и необходи-
мостью разработки различных способов защиты.

Другим примером моделирования крупномасштабных природных явлений может

служить гипотеза, связывающая движение материи внутри Земли и происхожде-
ние ее магнитного поля с процессами сложного циклического нагружения, которое
происходит в земной коре под действием Луны и Солнца (Шемякин Е. И. «Геомеха-
ническая модель магнитного поля Земли», Сб. науч. тр.: Динамические процессы в
геосферах под действием внешних и внутренних потоков энергии и вещества (Гео-
физика сильных возмущений), М.: ИДГ РАН, 1998).

В перечисленных выше традиционных направлениях исследований учеными ка-

федры получены важные и интересные результаты, многие из которых представляют
не только теоретический интерес, но и широко использовались при создании изделий
новой техники.

К числу

классическихрезультатов в области механики деформируемого

твердого тела надо отнести волны разгрузки, открытые в 1945 г. (Рахматулин Х. А.
«О распространении волны разгрузки», ПММ, 1945, Т. 9, № 1). Волны разгрузки,
получившие название «волн Рахматулина», обусловлены необратимостью процес-
са пластической деформации материала. В области динамической теории упруго-
пластических сред установлены законы распространения упруго-пластических волн,
законы накопления остаточных деформаций при многократных нагрузках, разрабо-
тана методика получения динамических диаграмм растяжения и сжатия материалов
за пределами упругости. Как пример технических приложений этой теории мож-
но привести динамический расчет фундаментов и проблем расчета брони стволов,
работающих в условиях многократного приложения высоких давлений. Одним из
применений теории волн разгрузки является решение задачи о многократных уда-

11