Научные слушания «Современные проблемы механики и математики», посвященные 110-летию со дня рождения С.А. Христиановича: Москва, ИПМех РАН, 15-16 ноября 2018 г.
9 ноября 2018 года исполнилось 110 лет со дня рождения выдающегося инженера, аэрогидродинамика, математика, организатора науки, педагога и воспитателя большого числа молодых ученых, человека с выраженной гражданской позицией в сложные времена, академика Сергея Алексеевича Христиановича (далее, по принятой в ЦАГИ и ИПМех РАН традиции – САХ). Потерявший семью маленький беспризорник смог после случайной встречи с другом семьи поступить в техникум в Ростове-на-Дону, найти родственников в Петрограде, получить среднее образование и поступить в Петроградский университет.
Бурное было время, студенты митинговали и требовали включать одни и исключать другие разделы из программы обучения. Особо бурные споры вызвала математика, которую некоторые горячие головы относили к «буржуазным предрассудкам, затрудняющим развитие самосознания». На общем собрании выступление студента 2 курса, будущего астрофизика академика В.А. Амбарцумяна, призывавшего «не верить им», поддержала и группа первокурсников, в которую входили кроме САХ’a, будущий академик АН СССР С.Л. Соболев, fellow Royal Society B.B. Davison и другие. В последующем все они успешно и развивали математические методы, и применяли их в решении практических задач.
К числу первых достижений САХ’а относятся методы расчета зон затопления при разрыве плотин, которые он в дальнейшем применил при изучении околозвуковых течений в аэродинамике. В дальнейшем были развиты теории газосборных сетей, гидроразрыва пласта, расчета движения облака ядерного взрыва, и многие другие. Введенная в строй под его руководством в 1942 году аэродинамическая труба ЦАГИ АДТ-106 и в настоящее время является одной из наиболее востребованных. Послевоенные газосборные сети в Саратовской области продолжают успешно функционировать – даже проржавевшие соединительные узлы с трубками Вентури продолжают работать на газовых месторождениях. Актуальными и востребованными остаются и методики гидроразрыва пластов при нефтедобыче, и комплекс установок в созданном им в Новосибирске Институте теоретической и прикладной механики, и уникальные установки ИПМех РАН, и математические методы (развитие метода характеристик).
С.А. Христианович видел научную основу предлагаемых инженерных решений как источник постановки новых задач, для которых успешно применял классические и собственные математические методы. Работавшие с ним Я.М. Серебрийский, А.А. Гриб, А.Г. Рябинин, О.С. Рыжов, Г.И. Баренблатт, В.Н. Родионов, Е.И. Шемякин, А.Т. Онуфриев и другие, в дальнейшем внесли большой вклад в развитие отечественной науки.
Особенно высоко Сергей Алексеевич ценил изящные инженерные решения сложных технических проблем, на первый взгляд, не поддающихся решению. К ним относятся и его идеи стабилизации полета закруткой стартующего ракетного снаряда, и запуск сверхзвуковых аэродинамических труб методом перфорации стенок, и извлечение газа из пластов газом из высоконапорных месторождений. Последние годы интересы С.А. Христиановича концентрировались на проблеме повышения эффективности добычи нефти и газа, в частности задаче продления эксплуатационного ресурса скважин.
Многие результаты С.А. Христиановича были отмечены высшими государственными наградами – медалью Героя социалистического труда, шестью орденами Ленина, орденом Октябрьской Революции, двумя орденами Отечественной войны, двумя орденами Трудового красного знамени, а также медалями.
Преподавательская деятельность сопровождала интенсивную научную работу С.А. Христиановича практически на протяжении всей его жизни, начиная со студенческих лет. Он читал лекции и в техникумах, и в ведущих учебных центрах страны: Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова, в созданном при его активном участии Московском физико-техническом институте, Московском инженерно-физическом институте, Новосибирском государственном университете. В процессе обучения и сопутствующего личного общения со студентами, С.А. Христианович в простой форме умел задать глубокие вопросы, поиски ответов на которые становились основой продолжительной научной работы. При его личном участии создавались спецфакультет МГУ им. М.В.Ломоносова, Московский физико-технический институт, Новосибирский университет, кафедра теплофизики МИФИ. Он принимал активное и неформальное участие в организации и работе многочисленных научных конференций, семинаров, школ, проявлял особый интерес к докладам молодых ученых, которые заслушивал «от звонка до звонка». САХ умел увидеть в работах скрытые оригинальные и конструктивные зерна, обратить внимание на необходимость их более тщательного изучения. Поставленные им глубокие вопросы способствовали повышению качества и результативности выполняемых работ.
Одним из свидетельств сохранения интереса к личности и результатам научной деятельности академика С.А. Христиановича служат научные слушания «Современные проблемы механики и математики», посвященные 110-летию со дня рождения выдающегося ученого, которые состоялись 15-16 ноября 2018 г в Институте проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук, который он начинал создавать в конце сороковых годов прошлого века, и где работал последние годы.
В программный комитет Слушаний вошли выдающиеся ученые: председатель – академик РАН Д.М. Климов, заместитель председателя – директор ИПМех РАН д.ф.-м.н. С.Е. Якуш, академик РАН С.Т. Суржиков, академик РАН В.В. Васильев, академик РАН И.Г. Горячева, академик РАН В.Ф. Журавлев, академик РАН A.Г. Кyликoвский, академик РАН В.П. Маслов, академик РАН Ф.Л. Черноусько, академик РАН С.Л.Чернышев, академик РАН Д.В.Трещев, академик В.А.Садовничий, член-корр. РАН М.П.Федорук.
Работу Слушаний открыл кратким приветствием директор ИПМех РАН д.ф.м.н. С.Е. Якуш (на фото слева), подчеркнувший, что многие идеи и предложения С.А. Христиановича сохраняют свой конструктивный потенциал и продолжают развиваться, в том числе и реализуются экспериментально, на созданных при его участии установках, которые продолжают успешно работать. С пленарными докладами, в основном, выступили ученые, лично знавшие и сотрудничавшие с С.А.Христиановичем.
Во вступительном докладе «С.А. Христианович: человек и ученый», академик Д.М. Климов (ИПМех РАН, на фото справа) осветил яркие детали биографии, основные вехи жизни С.А.Христиановича, включая трудные периоды гражданской войны, тридцатых годов, военного времени. Именно тогда проходило его становление как ученого, рано проявившего незаурядный инженерный талант, оригинальный взгляд на многие задачи механики и математики. В послевоенное время С.А. Христианович сыграл ключевую роль в организации научного центра в Сибири, основал Институт теоретической и прикладной механики СО РАН, который в настоящее время носит его имя. Последние годы, уже работая в Москве, он создал лабораторию геомеханики в ИПМех, активно занимался разработкой методов повышения нефтеотдачи. Эта лаборатория, обладающая уникальным научным оборудованием, и сейчас успешно работает, развивая новые подходы решению сложных технических и научных задач.
Академик В.М.Фомин (на фото слева) в докладе «Роль работ С.А. Христиановича и их применение для исследования звукового удара» (научный руководитель ИТПМ СО РАН им. С.А. Христиановича) обсудил современное состояние проблемы нелинейного сложения волн давления, возникающих при околозвуковом и сверхзвуковом обтекании самолетов, которые создают интенсивные ударные волны (звуковые удары) на больших расстояниях от пролетающего самолета. Дополнительно были проанализированы идеи С.А. Христиановича в изучении асимптотик волн давления от сильных взрывов на больших расстояниях, важных для определения последствий атомных взрывов, а также и последние научно-технологические исследования парогазовых технологий (ПГТ) сжигания углей в тепловых электростанциях. Однако стенды для моделирования ПГТ в ИТПМ СО РАН были демонтированы после отъезда САХ’а, а сами технологии сейчас приходят в страну их разработки из-за рубежа.
Доклад научного руководителя ЦАГИ академика РАН С.Л. Чернышева (на фото справа) «Роль С.А. Христиановича в развитии высокоскоростной экспериментальной аэродинамической базы ЦАГИ» был посвящен состоянию уникальных аэродинамических труб, которые создавались под руководством САХ’а в середине прошлого века. Здесь в полной мере проявился незаурядный инженерный талант и мужество С.А. Христиановича, который не только предложил идею перфорирования стенок для создания сверхзвукового потока, но и принял непосредственное участие в ее реализации, проведенной силами трех докторов наук. Трубы сыграли ключевую роль в разработке новейшей авиационной и ракетной техники и продолжают входить в число самых востребованных в настоящее время.
В последующих докладах М.В. Балаханов – «С.А. Христианович и современная метрология во ВНИИФТРИ» и академик В.И. Пустовойт «Акустооптика: физические основы, приложения и перспективы» обсудили современные проблемы измерений, взаимодействия акустических и оптических явлений, которые продолжает изучать коллектив ВНИИФТРИ, где в свое время плодотворно работал С.А.Христианович.
В пленарном докладе В.В. Козлов с соавторами (ИТПМ СО РАН) «Экспериментальное исследование диффузионного горения круглой микроструи водорода, истекающей из сверхзвукового микросопла Лаваля», сравнил экспериментальные наблюдения сложной структуры водородного пламени при истечении в атмосферу из сопла малого диаметра с классическими результатами САХ’a.
Продолжения работ САХ’a последних лет представлены в докладе В.И.Карева (ИПМех РАН) «Геомеханическое моделирование скважин подземных хранилищ газа», посвященном обеспечению оптимальных условий хранения газа в подземных емкостях (ПХГ). Развиваемые математические модели процессов закачки, хранения и отбора газа используют данные экспериментальных исследований на оригинальной установке независимого трехосного нагружения. Включение опытных данных позволяет более детально изучить деформационные и динамические процессы при циклической работе подземных газохранилищ и обосновать безопасные режимы эксплуатации.
«Короткие волны» С.А. Христиановича» в докладе Ю.Д.Чашечкина (ИПМех РАН) были рассмотрены в контексте аэродинамики трансзвуковых и сверхзвуковых течений, теории волнового сопротивления аэродинамического профиля и ударных волн на больших удалениях в сопоставлении с результатами С.А. Христиановича по изучению последствий применения атомного оружия, в испытаниях которого он принимал личное участие более десяти лет. Отмечена необходимость дальнейшего развития механики жидкостей на основе системы фундаментальных уравнений с учетом условия совместности, построения полных решений системы фундаментальных уравнений. Они описывают и динамику, и структуру нестационарных течений, прорисованную лигаментами – линейными предшественниками ударных и “коротких волн” С.А. Христиановича, а также продуктами их нелинейного взаимодействия.
В докладе А.Г. Кузьмина (СПбГУ) «Бифуркации невязких и турбулентных течений во внешних и внутренних задачах трансзвуковой аэродинамики» представлен обзор численных исследований устойчивости и бифуркаций трансзвукового обтекания аэродинамических поверхностей, а также течений в изогнутых каналах прямоугольного поперечного сечения. Изучается появление локальных зон ускорения потока, инициирующих неустойчивость положения ударных вол, анализируются физические причины возникновения гистерезиса течения в определенных диапазонах угла атаки и числа Маха набегающего потока.
Во второй день (16 ноября) работа конференции шла по трем параллельным секциям, причем большое число молодых участников позволили создать специальную секцию. Здесь можно вспомнить интерес С.А.Христиановича именно к докладам молодых ученых, которые он внимательно слушал на школах и конференциях. На секции 1 «Аэрогидромеханика» в течение дня были заслушаны 18 докладов различной тематики в области течений жидкости, газа и плазмы.
С.Е. Якуш (ИПМех РАН) рассмотрел возникновение ударных волн при резком вскипании перегретой жидкости, характерном для аварийного разрушения резервуаров со сжиженным газом. Характеристики ударных волн, рассчитанные в предположении о термодинамическом равновесии между жидкой и паровой фазами, хорошее согласуются с экспериментом.
Ряд докладов был посвящен исследованию эффектов стратификации жидкостей. В докладах П.В. Матюшина (ИАП РАН) «Математическое моделирование внутренних волн в стратифицированной вязкой жидкости» и В.А. Гущина (ИАП РАН) «Математическое моделирование течений несжимаемой вязкой жидкости», были исследованы течения жидкости в приближении Буссинеска с помощью оригинальной программы МЕРАНЖ. Распространение плоской ударной волны в газах с продольной и поперечной стратификацией температуры и плотности аналитически проанализировал А.Н. Богданов (ИМ МГУ).
В докладе В.В.Булатова и Ю.В. Владимирова (ИПМех РАН) «Современные проблемы математического моделирования волновой динамики стратифицированных сред», рассмотрены основные математические модели процессов возбуждения и распространения внутренних и поверхностных гравитационных волн в стратифицированных по вертикали, неоднородных по горизонтали и нестационарных средах, изложены асимптотические методы, являющихся обобщением пространственно временного лучевого метода (метода геометрической оптики, метода ВКБ).
Экспериментальное изучение гравитационных волн было представлено в докладе В.А. Калиниченко (ИПМех РАН) «Волны Фарадея в экспериментах по подавлению интенсивных колебаний жидкости в сосудах», где обсуждались результаты экспериментов по исследованию влияния конструктивных элементов-демпферов в виде устанавливаемых в сосудах с жидкостью вертикальных пластин, а также вязкости колеблющейся жидкости. Стоячие поверхностные гравитационные волны (волны Фарадея) возбуждались в условиях параметрического резонанса вертикально колеблющемся прямоугольном сосуде.
Другим направлением, представленным на конференции, было исследование течений в природных условиях, при обтекании тел, в технических приложениях. Здесь можно выделить доклады С.Ю. Доброхотов с соавторами (ИПМех РАН) «Гидроупругая модель возбуждения длинных волн», С.Н. Яковенко (ИТПМ СО РАН) «Развитие вихревой структуры, неустойчивости и турбулентности при обрушении подветренных волн», К.Ю. Осипенко (ИПМех РАН) «Устойчивость прямолинейного движения тела в среде». Струйные течения изучались в работах В.В. Веденеева с соавторами (НИИ механики МГУ) «Экспериментальное и теоретическое изучение развития возмущений в круглой затопленной струе» и К.И. Михайленко (Институт механики им. Р.Р. Мавлютова УФИЦ РАН) «О зависимости температуры холодного воздуха на выходе из вихревой трубы от некоторых геометрических параметров». Технические приложения рассматривались в работах В.В. Вановского (ИПМех РАН) «О характерных временных масштабах квазистационарных процессов в шахте», К.Б. Кошелева и С.В. Стрижака (Институт системного программирования РАН) «Расчет параметров нейтрального атмосферного пограничного слоя для модельной области ветропарка с учетом данных ветромониторинга», А.И. Федюшкина (ИПМех РАН) «Гидродинамика и тепломассообмен при вибрационных воздействиях на расплав».
Наконец, интересным направлением исследований является изучение плазмы и оптических разрядов, представленное в работах сотрудников ИПМех РАН А.Ф. Колесникова «Анализ условий локального моделирования конвективного теплообмена для аппарата Mars PathFinder», а также В.П. Зимакова с соавторами «Вынужденная конвекция в оптических разрядах, создаваемых излучением фемтосекундного лазера».
На секции 2 «Механика сплошных сред» в течение дня были заслушаны 18 докладов различной тематики в области механики деформируемого твердого тела, геомеханики, теории фильтрации.
Вопросы геомеханики, включающие экспериментальные исследования и теоретические модели, представлены в докладах Ю.Ф. Коваленко «Экспериментальное исследование влияния анизотропии на процессы разрушения и фильтрации в породах – коллекторах нефтегазовых месторождений», А.В. Зайцева с соавторами «Механизмы деформирования и разрушения песчаника при трехосном квазистатическом нагружении», К.Б. Устинова «Моделирование деформационных и фильтрационных процессов в прискважинной области», авторы которых представляют лабораторию геомеханики ИПМех РАН, созданную С.А.Христиановичем. К близкой тематике относится и доклад О.Я. Извекова (МФТИ) «О двух подходах к описанию двухфазной фильтрации в неравновесном режиме», а также М.Э. Эглита и А.Е. Якубенко (МГУ, Институт механики МГУ) «Склоновые потоки с фронтальным вовлечением материала склона».
Значительная часть работ, представленных на секции, касалась вопросов деформации сложных элементов, теории пластичности, кристаллических материалов, колебаний упругих систем. К ним относятся работы И.С. Никитина (ИАП РАН) «Интегрируемые случаи полумикроскопической теории пластичности для сложного напряженного состояния», Д.С. Лисовенко и В.А. Городцова (ИПМех РАН) «Растяжение тонких двуслойных пластин из гексагональных кристаллов», А.Б. Киселева (МГУ) «Точные решения задач расширения (сжатия) толстостенных сферических и цилиндрических слоев из несжимаемого вязкопластического материала, в том числе погруженных в вязкую несжимаемую жидкость, под действием внешних динамических нагрузок. Обобщенная задача Забабахина», А.И. Веремейчика (БГТУ) «Напряженно-деформированное состояние неравномерно нагретого цилиндра конечной длины при внешнем давлении и нейтронном облучении».
Механика многослойных материалов рассматривалась в докладах К.Е. Казакова (ИПМех РАН) «Задачи контактного взаимодействия систем штампов и оснований с неоднородными многослойными покрытиями», И.С. Никитина с соавторами (ИАП РАН, ИПМех РАН) «Континуальная модель слоистой среды с вязкопластическими прослойками», Е.М. Зверяева (ИПМ им. Келдыша) «Модифицированный полуобратный метод Сен-Венана» и Д.А. Паршина (ИПМех РАН) «Построение решений начально-краевых задач линейной механики стареющих вязкоупругих растущих тел на основании принципа Сен-Венана».
Значительная часть работ, выполненных сотрудниками ИПМех РАН и представленных на данной секции, касается изучения колебаний упругих систем различного типа. Этой тематике были посвящены доклады Г.В. Костина «Конечно-элементное решение задачи оптимального управления движением упругого стержня по методу Ритца», В.В. Саурина «Вариационные подходы к нахождению собственных частот балок переменного сечения» и «Энергетические оценки качества приближенных решений в задаче о свободных колебаниях мембран», Л.Д. Акуленко, А.А. Гаврикова и С.В. Нестерова «Собственные колебания лежащего на упругом основании трубопровода» и «Собственные колебания вращающегося стержня переменного сечения».
Молодежная секция, проходившая параллельно секциям 1 и 2, включала доклады по довольно разнообразной тематике. Так, доклад К.С.Кузьмина, И.К.Марчевского, В.С.Моревой, Е.П.Рятиной (МГТУ им. Баумана) «Моделирование двумерных несжимаемых течений вихревыми методами и решение сопряженных задач гидроупругости с помощью программного комплекса vm2d» посвящен разрабатываемому программному обеспечению для моделирования двумерных течений несжимаемой среды вокруг профилей и решения сопряженных задач гидроупругости. Аналитические методы описания волн в газах и жидкостях представлены в докладах сотрудников ИПМех РАН А.В. Аксенова, С.Ю. Доброхотова, К.П.Дружкова «Точные решения для описания набегания и отражения волн на мелкой воде над наклонным дном» и А.И. Аллилуевой «Коротковолновые асимптотические решения линеаризованных уравнений газовой динамики». Экспериментальные исследования тонкой структуры течений были представлены в докладе А.Ю. Ильиных (ИПМех РАН) «Распределение вещества составных капель при погружении в жидкость». Другие доклады касались течений в каналах, М.С. Макарова, В.Г. Лущик, А.И. Решмин (НИИ Механики МГУ) «Исследование условий возникновения полной реламинаризации течения в плоских конфузорных каналах», а также построения детальных моделей пористых сред, А.С.,Меретин, Е.Б. Савенков (ИПМ им. Келдыша) «Термодинамически согласованная математическая модель континуального разрушения в термопороупругой среде».
В целом Научные слушания «Современные проблемы механики и математики», посвященные 110-летию со дня рождения Сергея Алексеевича Христиановича, прошли успешно, вызвав интерес как известных ученых, так и научной молодежи. Материалы конференции изданы в виде сборника, который проиндексирован РИНЦ. Некоторые моменты конференции запечатлены на представленных ниже фотографиях.
