Кафедра аэрогидромеханики

В 1954 году кафедра механики физико-математического факультета, которой последние десять лет руководил профессор Г. Г. Туматов, разделилась на две части: на кафедру теоретической механики и кафедру азрогидромеханики. Заведующим первой стал одневременно будучи ректором университета, профессор М. Т. Нужин, а профессор Тумашев возглавил новообразованную кафедру аэрогидромеханики.

Гумер Галеевич Тумашев пришел в университет из Казанского авиационного института. Там он защитил докторскую диссертацию, посвященную проблемам обратных краевых задач аэродинамики крыла самолета, там в годы Великой Отечественной войны параллельно с преподавательской работой выполнял исследования, связанные с проблематикой ЦАГИ. Это, вероятно, и определило степень его научных интересов в области аэрогидромеханики и, в конецном счете, направление многих научных исследований кафедры, у истоков которой он стоял и которой многие годы руководил.

Исследования в области обратных краевых задач, начатые в университете Г. Г. Тумашевым, были существенно развиты его учеником М. Т. Нужиным. В докторской диссертации М. Т. Нужина проблема обратных краевых задач (ОКЗ) была сформулирована как чисто математическая задача для аналитических функций комплексного переменного. Подобный акцент теории позволил обратить на ОКЗ внимание математиков университета, среди которых заметный вклад в теорию сделали Ф. Д. Гахов, С. Н. Андрианов, Б. М. Гагаев. Возникли научные школы по исследованию ОК3, возглавляемые Н. Б. Ильинским и Л. А. Аксентьевым. Значительную роль в развитии теории и приложении этой теории сыграла монография Г. Г. Тумашева и М. Т. Нужина «Обратные краевые задачи и их приложения», выдержавшая два издания.

Большую объединяющую роль в исследованиях по тематике краевых задач сыграл образованный под руководством Г. Г. Тумашева, М. Т. Нужина и Л. И. Чибриковой городской семинар по краевым задачам. Этот семинар функционировал более двадцати лет. Был образован и регулярно печатался сборник «Труды семинара по краевым задачам», вышло 28 вышусков этого сборника. Семинар объединял сотрудников и аспирантов кафедр теоретической механики, аэрогидромеханики, дифференциальных уравнений (зав. кафедрой - проф. Л. И. Чибрикова), отделов НИИ математики и механики им. Н. Г. Чеботарева при КГУ (руководители отделов: проф. А. В. Кузнецов, проф. Н. Б. Ильинский). Позднее семинар в связи с расширением его тематики был преобразован в семинары кафедр и отделов.

Кроме вопросов, связанных с аэрогидромеханикой, на кафедре, возглавляемой Г. Г. Тумашевым, выполнялись исследования по теории фильтрации. Эта тематика была определена практическими запросами нефтяной промышленности. По рекомендации руководства Татарии, с целью интенсификации разработки нефтяных месторождений в республике, в КГУ были начаты исследования по подземной гидромеханике. Практика нефтедобычи ставила задачи рациональной разработки месторождений нефти и газа, оптимального обводнения и продвижения границ раздела воды и нефти и др. В исследовании этих проблем активное участие приняли Г. Г. Тумашев, В. Я. Булыгин, их ученики и последователи. Г. Г. Тумашев выполнил работу по аналитическим методам исследования проблем теории фильтрации, В. Я. Булыгин возглавил группу исследователей по применению численных методов в анализе указанных проблем. В докторской диссертации В. Я. Булыгина впервые применены самые современные численные методы для изучения двухфазной фильтрации и моделирования процессов на реальных месторождениях Татарии, в частности, на Бавлинском месторождении. В последующие годы эти исследования получили дальнейшее развитие с учетом геологического строения пласта и использования технологической документации разработки месторождения. Профессор В. Я. Булыгин изучал также проблемы моделирования различных физических процессов общего характера.

Значительный вклад в теорию фильтрации внес проф. Ю. М. Молокович, который руководил кафедрой аэрогидромеханики после Г. Г. Тумашева, с 1983 по 1994 год. Ю. М. Молокович перешел на кафедру в 1983 году из НИИММ, где работал заведующим отделом подземной гидромеханики. Теоретические результаты работ Ю. М. Молоковича неизменно апробировались экспериментальными исследованиями, проводившимися в сотрудничестве с учеными физического факультета КГУ и, прежде всего, с группой, возглавляемой проф. Н. Н. Непримеровым. Результаты этих исследований широко использовались для повышения продуктивности нефтяных пластов на месторождениях Татарстана.

Прикладная направленность теоретических исследований кафедры аэрогидромеханики ярко проявилась также в большом цикле работ по решению проблем размерной электрохимической обработки металлов (ЭХО), которые велись под руководством проф. В. В. Клокова (он заведовал кафедрой с 1994 по 2001 гг.). Тематика исследований по ЭХО объединяет проблемы расчета анодного формообразования – определения конфигурации электростатического поля в межлектродном зазоре и самой формы зазора, а также определения параметров течения электролита в этом зазоре. Эти проблемы удается разрешать с применением методов и подходов аэрогидромеханики и теории обратных краевых задач. Начало работ в этой области было поддержано М. Т. Нужиным и Г. Г. Тумашевым, которые выполнили исследования по отдельным вопросам теории ЭХО. Значительный вклад в разработку аналитических и численных методов исследования указанных проблем внесли доц. Е. И. Филатов, доц. В. Г. Насибулин, доц. Л. Л. Лебедев.

На начальном этапе довольно долгое время научные усилия кафедры были, в основном, сосредоточены на развитии методов решения и изучении частных случаев достаточно узкого круга проблем, уже имеющих устоявшуюся четкую математическую формулировку. Большой вклад в расширение горизонтов интересов кафедры сделал профессор А. В. Костерин, в семидесятые годы работавший доцентом, а затем вернувшийся на кафедру в 2001 году в качестве заведующего. Он сумел привнести в научную атмосферу кафедры вкус к первичной формулировке и строкой математической постановке совершенно новых, зачастую выплядящих экзотически, сугубо прикладных задач из различных областей природы и техники.  Под его руководством, например, успешо изучаются проблемы экологии почв при углеводородном загрязнении, разрабатываются методы расчета динамики распространения загряжения, методы очистки почв, снижение фитотоксичности (К. А. Поташев). Одна из последних пионерских работ такого рода посвящена теоретическому обоснованию процессов сверхкритической экстракции применительно к извлечению ценных компонентов из растительного сырья. Оригинальные результаты получены по смежным проблемам механики жидкости и твердого тела его учениками К. А. Поташевым и Д. В. Шевченко.

К настоящему времени состав кафедры значительно обновился. С 2005 года к руководству кафедрой пришел профессор А. Г. Егоров, до того активно занимавшийся проблемами гидромеханики в НИИММ им. Н. Г. Чеботарева, одновременно должность профессора кафедры занял сотрудник ИММ КНЦ РАН А. Б. Мазо. Возрастанию научного потенциала кафедры способствовал приход в 2010 году на должность профессора бывшего выпускника кафедры, проф. Д. В. Маклакова, работы которого посвящены, в основном, нелинейным задачам теории течений жидкости со свободными границами.

Новые люди принесли с собой не только новые трактовки традиционных для кафедры проблем, но и совершенно новый круг актуальных на сегодняшний день задач.

В настоящее время сотрудники кафедры аэрогидромеханики работают в различных областях механики жидкости и газа.

Традиционно для кафедры развиваются методы решения классических задач аэрогидродинамики: нелинейных задач со свободными границами и границами раздела сред (волны, гравитация, теория профилей). Такие исследования позволяют лучше понять глубинную сущность процессов, происходящих при движении жидкости и её взаимодействии с движущимися в ней телами.

По-прежнему актуальными для кафедры остаются проблемы подземной гидромеханики, но теперь уже на уровне развития теории многофазной и многокомпонентной фильтрации, теории фильтрационной консолидации, а также развития новых теорий влагопереноса с учетом динамических (релаксация) и статических (гистерезис) эффектов памяти.

С учебно-лабораторного на уровень самых последних научных достижений подняты исследования в области вычислительной гидродинамики. Разрабатываются новые подходы к решению сопряженных уравнений Навье-Стокса и тепло-массопереноса. С этой целью активно развиваются методы параллельных вычислений, широко применяются новейшие достижения вычислительных технологий, в частности, технологий NVIDIA CUDA (использование графических процессоров для ускорения вычислений в десятки и сотни раз). Всё это позволяет решать новые, недоступные ранее задачи на основе уравнений Навье-Стокса при больших числах Рейнольдса, что даст возможпость слелать новые шаги в решении самой сложной проблемы гидродинамики, вот уже два века стоящей перед научным сообществом – проблемы турбулентности. Применение развитых численных методов позволяет рассчитывать такие усложненные процессы тепло-массообмена с фазовыми переходами как сварка или промерзание грунтов.

Выше говорилось о научной работе сотрудников кафедры аэрогидромеханики. Однако главное предназначение кафедры – это всё же обучение студентов нашей специальности. И с самого основания кафедры, а теперь уже традиционно, работа со студентами – главный приоритет для всех преподавателей и сотрудников. Студенты-механики чувствуют внимание с первого собрания на первом курсе, с первых лекций первого фундаментального курса теоретической механики. С третьего курса начинается индивидуальная работа со студентами, и каждый из них по мере способностей прирастает к научной работе руководителя, получает «из рук в руки» не только постановку задачи и метод исследования, но и образ мышления ученого, образец стиля жизни. Выпускные работы студентов – это уже как правило, пусть и небольшие, но оригинальные исследования. К выпуску преподаватели и студенты срастаются в один соединенный общими целями и симпатиями коллектив и торжественный акт вручения дипломов – момент расставания всегда бывает не только радостным (мы выпускаем в свет питомцев), но и грустным. Выпускники кафедры аэрогидромеханики очень высоко котируются в научных организациях и вузах.

В подготовке студентов важную роль играет взаимодействие кафедры аэрогидромеханики с НИИММ им. Н.Г. Чеботарева, с Казанским техническим университетом (КАИ), Институтом механики и машиностроения РАН. Среди активных ученых-преподавателей выделяются профессора Н. Б. Ильинский, А. В. Кузнецов (НИИММ), Д. А. Губайдуллин (ИММ РАН).

В числе первых в университете кафедра аэрогидромеханики начала подготовку студентов по двухуровневой системе: как по специальности, так и по направлению «механика». В 2000 году состоялся первый выпуск магистров в Казанском университете. Отдельные выпускники получили к моменту окончания серьезные научные результаты. Кафедра приняла самое активное участие в разработке государственных стандартов по механике. Проводится и совершенствуется методическая работа, издаются учебные пособия к читаемым курсам.

Сотрудники кафедры аэрогидромеханики в разные годы были деканами физмата и мехмата Казанского университета.

Многие выпускники кафедры аэрогидромеханики достигли в жизни значительных высот. Среди них – С. Ф. Сайкин, первый ректор Чувашского университета, зам ученого секретаря Сибирского отделения РАН директор института теоретической и прикладной механики академик В. М. Фомин, зав. кафедрой математики КАМПИ проф. Л. М. Котляр, проф. Чувашского университета, академик НАНИ ЧР А. Г. Терентьев и многие другие.

В. В. Клоков, Е. И. Филатов

2011