Быстрый прогресс авиационно-ракетной техники после второй мировой войны стимулировал развитие многих наук, среди которых в первую очередь следует назвать газовую динамику - науку, изучающую закономерности и явления в газах, обусловленные большими скоростями движения.

Исторически первые исследования по принципиальным проблемам динамики газов связаны с именами Ньютона, Эйлера. Однако в течение последующих почти двух столетий процесс обогащения новыми результатами этого раздела механики шел весьма медленно и нецелеустремленно. Лишь после того как воздушный океан открыл человеку свои просторы, наука о движении газов получила четкую ориентацию и нашла свой неиссякающий источник проблем. Резкое увеличение фронта исследовательских работ по газовой динамике во всех высокоразвитых странах мира было связано с бурным развитием скоростной авиации и ракетной техники. В этот же период выполнено большое количество фундаментальных работ по аэродинамике и завершено формирование газовой динамики как самостоятельной науки, которая сейчас находится в процессе своего дальнейшего развития. Одной из ярких и характерных страниц, теперь уже истории газовой динамики, является штурм так называемого "звукового барьера", то есть совокупности кризисных явлений при околозвуковых скоростях полета (резкий рост сопротивления, потеря управляемости, устойчивости и т. д.). "Звуковой барьер" был преодолен совместными усилиями ученых экспериментаторов и теоретиков. Само понятие барьера исчезло. Однако еще очень рано говорить о том, что нет больше трудностей и проблем, связанных с прохождением сверхзвуковыми самолетами околозвукового интервала скоростей. Здесь сохраняется большой простор для интересной и важной исследовательской работы, особенно в теоретическом плане.

При околозвуковых и сверхзвуковых скоростях полета все основные свойства летательного аппарата становятся сильно зависящими от сжимаемости воздуха. Эффекты сжимаемости газовой среды предъявляют свои особые требования в отношении выбора аэродинамичеcких форм крыльев и летательных аппаратов в целом. При сверхзвуковых скоростях полета резко изменяется даже качественная картина обтекания твердых тел внешней газообразной средой. Возникают новые специфические явления, свойственные только сверхзвуковым потокам газа. Среди этих явлений в первую очередь нужно назвать ударные волны - тонкие образования, на которых практически мгновенно, скачкообразно изменяются плотность, давление, температура, скорость и другие газодинамические параметры. При прохождении газа сквозь фронт ударной волны совершаются процессы с необратимыми потерями механической энергии. Поэтому всякая ударная волна является источником дополнительного и, как правило, весьма большого сопротивления движению тела, так называемого волнового сопротивления. Стремление снизить величину этого сопротивления приводит к необходимости изыскания новых, не похожих на прежние, внешних форм летательных аппаратов, особенно при гиперзвуковых (то есть очень больших сверхзвуковых) скоростях полета. Процесс совершенствования аэродинамических форм скоростных самолетов и ракет еще очень далек от завершения.

Принципиально возможно значительно снизить волновое сопротивление тел сложной конфигурации. Классическим примером является биплан Буземана, у которого взаимное расположение профилей и их форма таковы, что у биплана в целом волновое сопротивление равно нулю. Этот пример наглядно показывает, что. за счет интерференции можно значительно снизить волновое сопротивление такого сложного по своей конфигурации тела, каким является современный самолет. Но биплан с нулевым волновым сопротивлением не имеет подъемной силы, а реальный самолет должен создавать такую силу, поскольку без нее невозможен управляемый полет. Проблема интерференции состоит в исследовании влияния взаимного расположения отдельных элементов, соединенных в единую конструкцию, на аэродинамические характеристики системы в целом. Выяснение законов интерференции усложняется тем, что с изменением скорости полета меняется и характер, взаимодействия отдельных элементов.

В нашем институте разрабатываются методы расчета интерференции элементов летательных аппаратов на больших скоростях. Современная вычислительная техника открывает широкие возможности для исследований по этой проблеме. Однако даже ЭВМ часто не способны преодолеть трудности, связанные с реализациями теоретических методов, и экспериментальное изучение характера взаимодействия различных комбинаций элементов летательных аппаратов становится необходимым для выяснения основных закономерностей этого явления. Такие исследования проводятся в сверхзвуковой трубе института.

При больших сверхзвуковых скоростях полета возникают сложные газодинамические проблемы, связанные с элементами двигательной установки (сверхзвуковой диффузор, камера сгорания, сопло).

Для обеспечения сгорания топлива и подвода энергии к газу необходим процесс сжатия газа, то есть торможение сверхзвукового или гиперзвукового потока. Этот процесс совершается в сверхзвуковом диффузоре (воздухозаборнике) с неизбежными энергетическими потерями. После подвода энергии к газу в камере сгорания последний снова разгоняется в сопловом аппарате. Эффективность обоих элементов двигательной установки на различных режимах полета оказывается чрезвычайно важной, определяющей характеристики всей установки, в частности, ее экономичность. Это связано с тем, что по мере увеличения скорости тяга двигателя представляет собой все меньшую и меньшуюразность между количествами движения входящего и выходящего потоков. Последнее обстоятельство таит в себе опасность превращения двигателя в устройство для бесполезного нагрева газа без создания тяги. Этим объясняются непрерывные поиски в тесении последних двух десятилетий рациональных форм воздухозаборников и сопел. Проблема становится еще более актауальной по мере приближения к гиперзвуковым скоростям полета в атмосфере из-за резкого увеличения габаритов ситем забора воздуха и выхлопа, поскольку гиперзвуковой полет должен происходить в относительно разреженных слоях атмосферы.

В настоящее время сотрудниками института разрабатываются методы подхода к расчету и созданию высокоэффективных многорежимных воздухозаборников. На ЭВМ проведены расчеты оригинальных схем сверхзвуковых и гиперзвуковых диффузоров. В большой аэродинамической трубе проводятся модельные исследования с целью отыскания оптимальных вариантов. Успех решения проблемы в этой области будет в значительной степени определяться гибким сочетанием теоретических исследований с экспериментом.

Еще одна интересная газодинамическая проблема привлекает внимание ученых в последние годы: исследование сверхзвуковых и гиперзвуковых струйных течений газа. Область приложений результатов иселедований весьма обширна. Эффективность двигательной установки, условия старта с наземного оборудования или со спутника, процессы разделения ступеней - типичные вопросы, требующие качественного и количественного анализа струйных течений со сверхзвуковыми скоростями. В процессе исследования выявляются интересные и неожиданные эффекты, связанные, например, с потерей устойчивости стационарных режимов, причем нередко даже принципиальная трактовка причинных связей оказывается затруднительной.

Некоторые задачи этой большой проблемы решены теоретически с помощью нового метода исследования осесимметричных сверхзвуковых и гиперзвуковых течений, разработанного в институте. Сверхзвуковая струя даже при стационарном режиме представляет сложное газодинамическое явление, требующее дальнейшего теоретического и экспериментального изучения.

Сказанное выше, естественно, не исчерпывает перечень актуальных проблем газовой динамики.

Для решения широкого круга вопросов в газовой динамике необходимы высококвалифицированные специалисты, которых готовит, в частности, кафедра газовой динамики Новосибирского Государственного университета.

Базовым институтом для кафедры является Институт теоретической и прикладноймеханики СО АН СССР. Все профессора и преподавателикафедры являются сотрудниками этого института. Институт располагает хорошей современной экспериментальной базой. Начиная с 3-го курса студенты, специализирующиеся на кафедре, помимо обычных учебных занятий несколько дней в неделю работают в лабораториях под руководством квалифицированных научных работников. Как правило, дипломные работы выполняются в рамках тематических исследований, которыми занимается институт. После защиты дипломных работ и окончания университета специалисты по газовой динамике в большинстве случаев направляются в исследовательские институты.