Новости
12 февраля 2018, 15:00

О чем рассказывает лед

sgu.ru

Как самолету безопасно приземлиться на замерзшую реку, а подводной лодке всплыть во льду, выясняют биробиджанские ученые

Лаборатория ледотехники Приамурского государственного университета имени Шолом-Алейхема набирает обороты. Здесь проводятся уникальные исследования, оборудование постоянно модернизируется, совершаются новые открытия.

Опытовый ледовый бассейн лаборатории ледотехники ПГУ

Опытовый ледовый бассейн лаборатории ледотехники ПГУ – один из трех существующих в России. Вот уже пять лет биробиджанские исследователи проводят важные эксперименты на актуальные темы, в том числе и по заказу ученых из других городов и стран.

Исследованиями в этой лаборатории занимаются студенты инженерных специальностей и аспиранты под руководством проректора по научной работе и инновациям ПГУ им. Шолом-Алейхема, кандидата физико-математических наук Виталия Земляка. Биробиджанский опытовый бассейн уникален, подчеркивают исследователи: экспериментальная установка сочетает в себе различные технические возможности и постоянно модернизируется   за счет грантовых средств, так что наши ученые могут решать широкий круг задач.

Сегодня финансирование науки осуществляется в основном за счет грантов, рассказывает Виталий Земляк. И тут у Приамурского госуниверситета много конкурентов. ПГУ в среднем подает по 25–30 заявок в год  на различные гранты. Гранты же Российского Научного Фонда (РНФ) выигрывают в основном исследовательские центры и крупные университеты Центральной России и Сибири. И тем примечательнее, что в 2016 году ПГУ им. Шолом-Алейхема стал первым вузом на Дальнем Востоке, который выиграл грант РНФ по инженерным исследованиям именно практического характера. Биробиджанские ученые рассчитывают продлить этот грант.

– В наших планах приобретение из средств грантов суперкомпьютера – он значительно превосходит по своим техническим характеристикам и скорости вычислений большинство других. К сожалению, на сегодняшний день расчеты по математическим моделям, используемым в наших исследованиях, занимают десятки часов, что ограничивает нас по времени получения и обработки теоретических данных. Приобретение подобного оборудования существенно увеличит эффективность нашей работы и позволит лаборатории ледотехники выйти на новый уровень, – отмечает Виталий Леонидович.

Виталий Земляк вместе со студентом анализирует полученные в ходе эксперимента данные

Несмотря на большую конкуренцию, биробиджанская лаборатория ледотехники за пять лет получила, кроме гранта РНФ, еще четыре гранта, так что у нее есть регулярное финансирование.

Если раньше лаборатория работала только в холодный период, то теперь она вышла на круглогодичный режим. Зимой здесь намораживают модельный лед в опытовом бассейне, а в теплое время года используют для экспериментов упругие пленки, чтобы анализировать деформированное состояние льда. Принцип тот же самый, объясняет Виталий Земляк, только модель не разрушаемая. Летом, например, исследователи проводили эксперименты по посадке самолета на лед.

– В течение 2017 года в лаборатории была проведена крупная серия экспериментов по нестационарному движению объектов по ледяному покрову, когда нагрузка, перемещаясь с постоянной скоростью, начинает постепенно тормозить и останавливается. Эти исследования проводились совместно с коллегами из Комсомольска-на-Амуре. В практике подобное встречается при эксплуатации ледовых переправ, а также в случаях посадки самолета на ледовый аэродром, расположенный в арктической зоне, или реку, покрытую льдом. Движение нагрузки приводит к возникновению колебаний льда и к возможному его разрушению. Мы открыли интересные эффекты: так, ожидалось разрушение льда в момент полной остановки нагрузки, однако оказалось, что лед начинает интенсивно разрушаться после начала торможения, так как волны успевают обогнать объект. Еще сильнее эффект увеличивается в случае наличия наклонного участка дна, то есть при выходе нагрузки на берег. Данная задача требует детального анализа для выявления наиболее опасных скоростей движения в зависимости от толщины льда.

Еще один этап модернизации бассейна, о котором мечтают биробиджанские ученые, – визуализация путем добавления флуоресцентных добавок (светящихся пигментов).

– Есть специальная технология – когда с помощью лазерного ножа во льду делается срез, и благодаря светящимся добавкам видно, как перемещаются присоединенные массы жидкости при движении нагрузки в моделируемых условиях, например, при сложном рельефе дна, – объясняет Виталий Земляк. – Для получения изображения используется высокоскоростная цифровая видеокамера, а данные обрабатываются в специальной программе на компьютере. Это очень дорогостоящая технология и для ее использования нужна установка, аналогичная нашему бассейну, поэтому используется она достаточно редко – не каждая гидродинамическая лаборатория имеет подобное оборудование. Надеемся, что сможем внедрить у себя эту технологию. Думаю, с помощью гранта у нас это получится.

В планах на ближайшее будущее у наших исследователей приобрести  волнопродуктор – устройство для образования волн в опытовом бассейне при испытаниях моделей судов. Сейчас в бассейне используется от одного до трех датчиков, которые фиксируют взволнованную поверхность ледяного покрова, его деформированное состояние. Летом этого года будет тестироваться система, позволяющая установить 21 датчик по всей площади намораживаемого поля модельного льда. Они одновременно будут вести запись взволнованной поверхности и позволят получить трехмерную картину колебаний ледяного покрова. Для работы датчиков сотрудник лаборатории, студент ПГУ им. Шолом-Алейхема Сергей Радионов написал специальную программу для сбора и обработки данных. Сейчас готовится документация для получения на нее охранных документов.

Специальная техника и компьютерные программы помогают ученым фиксировать все изменения в ледовом поле

В прошлом году в боковую стенку опытового ледового бассейна врезали окно, теперь у ученых есть возможность еще и своими глазами наблюдать за движением модели субмарины подо льдом.

Кстати, с недавних пор исследователи используют в экспериментах пластиковые модели подводных судов, напечатанные на 3D-принтере. Приобрели его также на грантовые средства. 3D-печать позволяет создавать модели высокой точности. А еще ученые задействуют в своих опытах модель судна, которую им изготовили на заказ в Германии. У данной модели есть балластные цистерны и радиоуправление, что позволяет дистанционно задавать ей скорость всплытия и ускорение.

Модель подводного судна в ходе эксперимента проламывает ледовый покров

Поскольку в ходе экспериментов открываются все новые эффекты, одно из направлений работы лаборатории – патенты.

– В нашей команде есть заслуженный изобретатель России, фактически наш руководитель и вдохновитель – это доктор технических наук, профессор Виктор Михайлович Козин, – рассказывает Виталий Леонидович. – Он наш главный генератор идей в плане патентов на изобретения, причем многие из них – на устройства для подводных транспортных судов, которые позволили бы увеличить эффект разрушения льда бесконтактным методом, путем генерирования резонансных изгибно-гравитационных волн. Также у нас много патентов по увеличению несущей способности ледяного покрова – только в 2017 году мы получили десять патентов. Кроме того, наша лаборатория ледотехники в год выпускает пять-шесть публикаций в международных изданиях, которые входят в авторитетные информационно-аналитические базы Web of Science и Scopus. Недавно через сибирское отделение РАН была издана очередная монография. В ней подытожены результаты пяти лет экспериментальных исследований в нашей лаборатории. Предыдущая монография была больше теоретического плана – там приводились математические, численные модели. Новое издание научное сообщество очень ждет, что, конечно, приятно – в таком объеме результаты наших экспериментов мы еще не публиковали. Кроме того, в монографии размещено много фотографий, отражающих характер разрушения льда.

Биробиджанские исследователи собираются сравнить традиционный метод всплытия подводных судов с бесконтактным методом путем генерации резонансных изгибно-гравитационных волн во льду. Эксперименты лаборатории ледотехники ПГУ доказали, что резонансный метод более эффективен, но может быть применим не для всех судов. В этом году биробиджанские ученые собираются завершить весь цикл практических исследований этого вопроса.

comments powered by HyperComments









Евтушенко в моей жизни был всегда… Евтушенко в моей жизни был всегда…
http://monavista.ru/images/uploads/79b47d882a3689060ae4d57283ec8bbe.jpg
Письмо с моей фермы Письмо с моей фермы
http://monavista.ru/images/uploads/92eb5c9944f25688043feb2b9b01e0f2.jpg
Почему в России выросли продажи дорогих смартфонов Почему в России выросли продажи дорогих смартфонов
http://monavista.ru/images/uploads/08009197b894c4557dc9c7177e803f77.jpg