Пермские ученые создают уникальные технологии

Насосы для жидких металлов, которые используются на АЭС, технологии упрочнения деталей авиадвигателей с помощью лазеров и даже создание смарт-материалов будущего - текущие и успешно завершенные проекты ученых Института механики сплошных сред УрО РАН. По словам директора института, академика Валерия Матвеенко, новые фундаментальные знания часто становятся основой для прикладных научных разработок. Подробнее о них он рассказал в интервью "Российской газете".

Валерий Павлович, в прошлом году Институту механики сплошных сред УрО РАН, который вы возглавляете, исполнилось 50 лет. Как развивался институт с момента своего появления и какова сфера его научных интересов на сегодняшний день?

ВАЛЕРИЙ МАТВЕЕНКО: В 1971 году в Перми появилась первая самостоятельная академическая научная организация - Отдел физики полимеров Уральского научного центра Академии наук СССР. В 1980 году этот отдел был преобразован в Институт механики сплошных сред УНЦ АН СССР. Первым директором отдела и института был член-корреспондент АН СССР Александр Александрович Поздеев. В настоящее время одна из улиц на комплексе политеха носит его имя - улица Профессора Поздеева. Правопреемницей АН СССР является Российская академия наук, и, соответственно, наш институт называется теперь Институт механики сплошных сред Уральского отделения РАН и входит в состав Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН. Пятидесятилетний юбилей института близок к более знаменательному юбилею 2024 года - 300-летию Российской академии наук, днем рождения которой является День науки - 8 февраля.

Основной задачей академических институтов являются фундаментальные исследования, направленные на получение новых знаний об окружающем мире. В рамках нашей науки - механики сплошных сред - в активе института новые научные результаты, связанные с пониманием многих природных явлений. Хорошая фундаментальная наука всегда является основой для решения прикладных задач. В настоящей науке нет различия между фундаментальной и прикладной составляющими. В принципе вся наука прикладная. Только некоторые новые научные результаты внедряются в практику завтра, а некоторые - через годы, десятилетия и даже столетия.

Есть примеры успешного внедрения научных результатов?

ВАЛЕРИЙ МАТВЕЕНКО: Конечно. Наш институт является одним из мировых лидеров в области магнитной гидродинамики. Этот раздел науки изучает течения электропроводящих жидкостей. Нашими исследователями получены пионерские теоретические и экспериментальные результаты, связанные с понимаем такого феномена, как магнитное поле Земли. В рамках современных представлений магнитное поле вызывается сложными течениями электропроводящей среды в ядре Земли. Полученные теоретические знания явились основой для создания ряда технологических устройств для работы с жидкими металлами: насосов, перемешивателей, сепараторов. Уникальность этих устройств в том, что в них нет движущихся механических элементов, а течение металла вызывается магнитными полями, генерируемыми катушками, по которым пропускается электрический ток. Эти устройства работают на ряде предприятий, в том числе на магниевом производстве в Березниках. В экспериментальных работах по изучению магнитного поля Земли используется жидкий натрий. Опыт работы с ним позволил создать насосы для перекачки жидкого натрия, который является теплоносителем на современных АЭС. Созданные насосы в 2021 году прошли опытную апробацию и успешно работают на Белоярской АЭС.

Из новых прикладных результатов можно привести еще один пример. Полученные фундаментальные знания о прочностных свойствах материалов и различных механизмах влияния на прочность являются основой для разработки новых технологий повышения прочности и других механических характеристик материалов. Одна из таких технологий называется лазерная ударная проковка. Для ее реализации в нашем институте развернут экспериментальный комплекс, не имеющий на данный момент аналогов в России. По этой технологии мы работаем с предприятием "ОДК-Авиадвигатель" и надеемся, что она будет востребована в авиационном двигателестроении. Эта технология, конечно, будет представлять интерес и в других отраслях машиностроения.

Сотрудничает ли ваш институт с предприятиями добывающей отрасли?

ВАЛЕРИЙ МАТВЕЕНКО: Одно из направлений наших работ - интеллектуальный мониторинг механического состояния природных и технических объектов. В отличие от традиционных работ, связанных с мониторингом, наши новые подходы определяются термином "интеллектуальность". Это означает использование при мониторинге авторских методик математического моделирования. Наши системы наблюдения стоят на многих объектах в Пермском крае, в частности на зданиях торгового комплекса "Семья". Кооперация с коллегами из Горного института УрО РАН дала новый импульс этим работам и выход на горнодобывающие предприятия.

Наши системы стоят на многих объектах в Березниках, и на основе результатов, получаемых с этих систем, принимаются своевременные решения по безопасной эксплуатации объектов.

Участвует ли ваш институт в каких‑либо исследовательских проектах федерального уровня?

ВАЛЕРИЙ МАТВЕЕНКО: В настоящее время в науке одними из престижных федеральных проектов являются НЦМУ - научные центры мирового уровня. Таких центров в России четыре по математике, три по геномным исследованиям и 10 по направлениям научно-технологического развития РФ. В Пермском крае единственным участником таких центров является наш институт, который входит в НЦМУ "Сверхзвук". НЦМУ - это консорциум, в котором головным участником является Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Жуковского, а участниками - Институт механики сплошных сред УрО РАН, Московский государственный университет,

Московский авиационный институт, Институт прикладной математики РАН имени М. В. Келдыша (Москва), Центральный институт авиационного моторостроения и ГосНИИАС. Основной целью этого проекта является получение новых знаний и компетенций, которые будут реализованы при разработке новой версии сверхзвукового пассажирского самолета. Первым таким самолетом стал в декабре 1968 года ТУ-144, а затем - французско-британский "Конкорд". К сожалению, эксплуатация этих самолетов завершилась авариями. Появились новые материалы, техника, инженерные решения, и настало время вернуться к данным проектам.

В структуре НЦМУ пять лабораторий. Руководство одной из лабораторий прочности и интеллектуальных конструкций поручено мне. Головной исполнитель пригласил нас к участию в проекте после знакомства с нашими результатами, в частности, по моделированию систем на основе smart-материалов. Завершением наших работ по данному разделу должны быть решения по использованию smart-материалов в конструкции самолетов. Такие материалы дают новые возможности управления геометрией конструкций, демпфирования колебаний, повышения акустических характеристик и ряд других результатов. Намеченные в проекте планы работ до 2025 года должны принести новые, полезные для практики научные результаты и, может быть, что самое важное, подготовить молодежь для дальнейшей работы по проекту создания сверхзвукового пассажирского самолета.