Уникальные научные установки

УСУ «Комплекс крупномасштабных геофизических стендов» (ККГС)

УНУ создана в 1983 году

Данная УНУ была поддержана в рамках мероприятия 1.8 ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы»
Адрес
Руководитель работ
Сведения о результативности за 2016 год (данные мониторинга)
Участие в мониторинге Число организаций-пользователей, ед. Число публикаций, ед. Загрузка в интересах внешних организаций-пользователей, %
да31130.00
Базовая организация

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук»

Информация об уникальной научной установке (УНУ)

Основой комплекса являются стенд «Крот» (включенный в Реестр установок национальной значимости РФ №01-18), предназначенный для моделирования физических явлений в космической и околоземной плазме и Большой термостратифицированный опытовый бассейн ИПФ РАН (БОСБ) с высокоскоростным ветроволновым каналом (включенный в Реестр установок национальной значимости РФ №01-19), предназначенный для моделирования процессов в верхнем слое океана и приводном слое атмосферы в широком диапазоне параметров от штиля до урагана. В УСУ комплекс крупномасштабных геофизических стендов для моделирования физических процессов в океане, атмосфере, ионосфере и магнитосфере ИПФ РАН входят гидрофизический стенд БОСБ с ветро-волновым каналом (№01-19 в Реестре установок национальной значимости РФ), плазменный стенд «Крот» (№01-18 в Реестре установок национальной значимости РФ), стенд «Ионосфера» и стенд «Тонис». Все установки находятся во II Отделении ИПФ РАН Гидрофизический стенд БОСБ принадлежит Отделу нелинейных геофизических процессов (230) ИПФ РАН. Плазменные установки принадлежат Отделу геофизической электродинамики (№260) ИПФ РАН, находятся в одном здании, связаны энергетически и функционально. Гидрофизический стенд БОСБ предназначен для моделирования гидрофизических процессов в океане и приповерхностном слое атмосферы. Площадь занимаемая стендом 250 кв.м. Сам бассейн представляет собой прямоугольную чашу, выполненную из нержавеющей стали размером 20*4*2 м общим объемом 160 куб.м. Бассейн оборудован уникальной системой создания и поддержания температурной стратификации термоклинного типа с максимальным градиентом до 1.5 Со/см (частота плавучести 0.03 Рад/с) и возможностью варьирования температуры приповерхностного слоя воды в широком диапазоне от 8 до 28 Со. Для этого бассейн оснащен тремя холодильными машинами общей мощностью более 130 000 ккал/ч, 6 насосами. Бассейн оборудован широким спектром устройств и систем для создания течений различного типа: 1) Управляемый волнопродуктор поверхностных волн обеспечивающий генерацию в диапазоне (1-4 Гц) амплитудами от 0.3 до 5 см, в качестве рабочих тел используются цилиндры различного диаметра (5 – 16 см) 2) Управляемый волнопродуктор внутренних волн – вертикально осциллирующая пластина. Частота генерации 0.008 – 0.05 Гц, амплитуды внутренних волн 0.4 – 5 см 3) Система тросовой буксировки тел со скоростью до 2 м/с (глубина до 0.7 м) 4) Буксировочная тележка. Скорость буксировки до 1.5 м/с (глубина не ограничена). 5) Высокоскоростной прямоточный ветро-волновой каналом. Рабочее сечение канала 0.4*0.4 м. Длина прямой рабочей части над водной поверхностью 10 м. Реализована возможность создания ветрового потока со скоростями на оси канала от 0 до 25 м/с (эквивалентная скорость для натурных условий до 40 м/с – ураганные ветра). Канал оснащен собственным управляемым волнопродуктром. Температура воздуха в канале может регулироваться путем забора как из рабочего помещения так из внешней среды (улицы). Таким образом, может быть создана необходимая разность температуры между воздухом и поверхностью воды (стратификация приводного слоя). Реализована возможность одновременного включения всех вышеперечисленных систем для создания необходимой гидрофизической обстановки БОСБ. Для проведения исследований БОСБ оснащен мощным комплексом измерительных устройств включающих в себя 1) контактные методы (температурные датчики, термоанемометры, трубки Пито с дифференциальными манометрами, ультразвуковые измерители скорости воздушных и водных течений (доплеровские и по запаздыванию сигнала) и т.п.) 2) современные методы оптической велосиметрии PIV/PTV-методы. Сама по себе возможность применения и сочетания этих устройств, одновременного их использования в экспериментах является уникальной.  Плазменный стенд «Крот» предназначен для моделирования физических явлений в космической плазме. Площадь, занимаемая стендом – 1000 кв. м. В состав стенда входят вакуумная камера объемом 180 куб. м., откачиваемая до давления остаточного газа 5 мкТорр, а также высокоэнергетичное электрофизическое оборудование для индукционного пробоя рабочего газа (аргона, гелия, водорода при давлении 10 – 500 мкТорр) и генерации импульсного магнитного поля. Для создания плазмы применяется система из четырех импульсных высокочастотных генераторов полной мощностью 5 МВт. Для генерации внешнего магнитного поля используется емкостной накопитель с запасаемой энергией до 1 МДж, коммутируемый на магнитную систему (соленоид), установленную в вакуумном объеме. Создаваемое магнитное поле имеет пробочную конфигурацию с пробочным отношением 2.4, величина магнитного поля в минимуме варьируется в пределах от 0 до 1000 Гс. Режим работы стенда – импульсно-периодический, с частотой повторения до 0.2 Гц. Максимальная концентрация создаваемой плазмы превышает 1013 см-3, максимальное значение температуры электронов достигает 20 эВ. Эксперименты выполняются в распадающейся плазме, после выключения плазмосоздающих генераторов; характерное время диффузионного распада плазмы – порядка 10 мс. Уникальность установки состоит в рекордно большом объеме создаваемой плотной плазмы (до 80 куб. м.) с высокой степенью однородности по всем измерениям, недостижимой на стандартных лабораторных установках. Плазменный столб, изолированный от металлических стенок камеры, позволяет выполнять исследования в приближении «безграничной» плазмы, имитирующем физические условия в ближнем космосе. Широкий диапазон изменения концентрации распадающейся плазмы (от максимального значения до нуля) и величины магнитного поля, имитирующего магнитное поле Земли, делает возможным проведение качественного исследования и количественного (масштабного) моделирования широкого спектра волновых явлений и динамики плазмы в ближнем космосе. Другой аспект уникальности – высокая повторяемость параметров разряда (на уровне 1%) от одного «выстрела» к другому, позволяющая накапливать большой объем экспериментальных данных за много циклов работы стенда. Стенд «Ионосфера» занимает площадь 60 кв. м., в его состав входят вакуумная камера объемом 2 куб.м., откачиваемая до давления остаточного газа 1 мкТорр, импульсный высокочастотный генератор для индукционного пробоя рабочего газа (аргона, гелия, водорода при давлении 1 – 10 мТорр) и источник импульсного магнитного поля. Мощность плазмосоздающего генератора составляет 150 кВт, объем создаваемой плазмы – более 1 куб. м. Создаваемое магнитное поле однородно по длине установки, величина магнитного поля варьируется в пределах от 0 до 2000 Гс. Режим работы стенда – импульсно-периодический, с частотой повторения до 0.2 Гц. Максимальная концентрация создаваемой плазмы на порядок выше, чем на стенде «Крот» (1014 см-3), максимальное значение температуры электронов около 10 эВ. Эксперименты выполняются в распадающейся плазме, после выключения плазмосоздающих генераторов; характерное время диффузионного распада плазмы – порядка 2 мс. Назначение стенда – моделирование физических эффектов, развивающихся при проведении нагревных ионосферных экспериментов (возбуждение искусственной ионосферной турбулентности, генерация ИРИ), моделирование взаимодействия электронных потоков с плазмой (включая генерацию АКР), испытания диагностических средств перед установкой в вакуумную камеру стенда «Крот». Стенд «Тонис-М» занимает площадь 30 кв. м., в его состав входит несколько разрядных камер из металла и диэлектрика (кварц) с системой форвакуумной и высоковакуумной откачки, длинноимпульсный (длительность импульса – до 1 с) ВЧ генератор мощностью 15 кВт для пробоя рабочего газа при давлении от 500 мкТорр до 760 Торр (атмосферное давление), высоковольтные источники, магнитная система для создания в разрядных объемах магнитного поля (при необходимости). Установка позволяет получать плазму с концентрацией до 1014 см-3 при атмосферном давлении в различных газах (воздух, азот, аргон).  Назначение стенда – моделирование прохождения электромагнитного излучения через плазменные слои в газе высокого (атмосферного) давления, отработка средств диагностики плазмы атмосферного давления, плазменные и высоковольтные испытания антенных устройств различных типов и частотных диапазонов, эксплуатируемых в условиях электризации и плазмообразования. На сегодняшний день комплекс УСУ «Стенд “Крот”» не имеет аналогов в Российской Федерации и Европе. Единственными действующими аналогами являются недавно построенные в США стенды «LAPD-U» (Лос-Анджелес) и «SPSC» (Вашингтон).

Главные преимущества, обоснование уникальности установки, в том числе сопоставление УНУ с существующими аналогами

В УСУ комплекс крупномасштабных геофизических стендов для моделирования физических процессов в океане, атмосфере, ионосфере и магнитосфере ИПФ РАН входят гидрофизический стенд БОСБ с ветро-волновым каналом (№01-19 в Реестре установок национальной значимости РФ), плазменный стенд «Крот» (№01-18 в Реестре установок национальной значимости РФ), стенд «Ионосфера» и стенд «Тонис». Для проведения исследований БОСБ оснащен мощным комплексом измерительных устройств включающих в себя 1) контактные методы (температурные датчики, термоанемометры, трубки Пито с дифференциальными манометрами, ультразвуковые измерители скорости воздушных и водных течений (доплеровские и по запаздыванию сигнала) и т.п.); 2) современные методы оптической велосиметрии PIV/PTV-методы. Сама по себе возможность применения и сочетания этих устройств, одновременного их использования в экспериментах является уникальной. Уникальность установки заключается в возможности физического моделирования гидрофизических процессов природного и антропогенного характера в широком диапазоне изменения параметров гидросферы и атмосферы. Возможность масштабного физического моделирования позволяет не только реализовать (смоделировать) в лабораторных условиях параметры окружающей среды близкие к натурным; варьируя параметры лабораторного эксперимента можно прогнозировать ситуацию в реальных условиях. Большие размеры установки позволяют избежать паразитных эффектов связанных с влиянием ограниченных масштабов. Возможность поддержания начальных параметров в воздухе (распределения температуры), создания контролируемых возмущений (воздушных потоков, подводных и поверхностных течений) и их измерений высокоточной измерительной аппаратурой является уникальной. Возможность многократной воспроизводимости (повторяемости) параметров экспериментов (стратификации, характеристик воздушного потока) позволяет накапливать массив данных для последующий статистической обработки. Полученные таким образом результаты имеют высокую степень достоверности. По возможности создания и поддержания температурной стратификации в больших объемах БОСБ не имеет аналогов в мире. По характеристикам создаваемых воздушных потоков над взволнованной поверхностью единственным аналогом является Высокоскоростной ветро - волновой канал университета ASIST Майами Флорида, США.

Основные направления научных исследований, проводимых с использованием УНУ

  • моделирование физических явлений в космической и околоземной плазме, моделирование процессов в верхнем слое океана и приводном слое атмосферы в широком диапазоне параметров от штиля до урагана;
  • моделирование физических эффектов, развивающихся при проведении нагревных ионосферных экспериментов (возбуждение искусственной ионосферной турбулентности, генерация ИРИ);
  • моделирование взаимодействия электронных потоков с плазмой (включая генерацию АКР);
  • моделирование прохождения электромагнитного излучения через плазменные слои в газе высокого (атмосферного) давления, отработка средств диагностики плазмы атмосферного давления;
  • плазменные и высоковольтные испытания антенных устройств различных типов и частотных диапазонов, эксплуатируемых в условиях электризации и плазмообразования.

603950, г. Нижний Новгород, ул. Ульянова, д. 46

Перечень объектов в составе УНУ (62)

Наименование Изготовитель Страна Год выпуска Количество единиц
ВЧ устройство ВГИ65/5 Россия СССР (до 1991 года включительно) 1977 1
Генератор ГИ-1 Россия СССР (до 1991 года включительно) 1986 1
Насос 2НВР-5ДМ Россия Россия 2000 1
Стенд 30-25 Россия СССР (до 1991 года включительно) 1983 1
ОСЦИЛОСКОП
Назначение, основные характеристики
Альфа Россия 2008 1
ОСЦИЛЛОГРАФ• Альфа Россия 2008 1
НАСОС ТМИ-500•1 Россия СССР (до 1991 года включительно) 1983 1
вакуумная система контроля в сборе
Назначение, основные характеристики
Россия Россия 2008 1
анализатор остаточных газов с программой Vacuum Plus
Назначение, основные характеристики
Альфа Россия 2008 1
Вакуумная камера Россия Россия 2006 1
осциллограф цифровой TDS - 1012 B
Назначение, основные характеристики
Альфа Россия 2008 1
прецизионный измеритель
Назначение, основные характеристики
Россия Россия 2008 1
осциллограф Tektronix MDO4054-3 Альфа Россия 2008 1
ТУРБОМ.НАСОС ТРИ-500 криоген
Назначение, основные характеристики
Россия Россия 2008 1
ОСЦИЛЛОГ тдс 220 с мод рас
Назначение, основные характеристики
Россия Россия 2008 1
ОСЦИЛЛОГРАФ ТDS3032В ООО "Прибор - М" Россия 2005 1
КАНАЛЬН.АНАЛИЗАТОР АТОМАРНЫХ ЧАСТИЦ
Назначение, основные характеристики
Россия Россия 2009 1
ВАКУУМНЫЙ НАСОС 2НВР-60Д Россия Россия 2008 1
ВАКУУМНЫЙ НАСОС 2НВР-60Д Россия Россия 2008 1
датчик PT R Россия Россия 2009 1
датчик PT R Россия Россия 2009 1
датчик широкого диапазона
Назначение, основные характеристики
Альфа Россия 2008 1
вакуумные затворы
Назначение, основные характеристики
Россия СССР (до 1991 года включительно) 1989 1
компл вак оборудования (дозир клапан DVR 116,контроллер RVC 300
Назначение, основные характеристики
Альфа Россия 2008 1
выпрямитель для зарядки емкост накопителя
Назначение, основные характеристики
Россия Россия 2008 1
вакуумный откачной пост WS, в сост 2х насосов Hena 300,1 насоса Okta 1200,смонтированных по раме
Назначение, основные характеристики
Альфа Россия 2008 1
Электродвигатель п/я 7796 Россия 1994 1
Электродвигатель ПБВ п/я 7796 Аландские острова 1994 1
Система измерения и контроля температуры
Назначение, основные характеристики
ООО"НПО МАРС" Россия 2007 1
Экспериментальный стенд измерения температуры
Назначение, основные характеристики
ВНИИ метрологии им.Д.И. Менделеева СССР (до 1991 года включительно) 1990 1
Машина холодильная тип МКТ Мелитопольск.маш.Завод СССР (до 1991 года включительно) 1991 1
Приборы для измерения и регулирования давления (дифференциальный Баратрон)
Назначение, основные характеристики
ООО "БАМ Синержи" Россия 2009 1
Приборы для измерения и регулирования давления (трубка пневмометрическая конструкции ПИТО с поверкой)
Назначение, основные характеристики
ООО НПО "ЭКО - Интек" Россия 2009 1
Ультразвуковой анемометр 2D WindSonic
Назначение, основные характеристики
ООО "Компания Технополь" Россия 2006 1
Вентиляторы общего назначения (вентилятор) ООО "Терма-НН" Россия 2009 1
Портативная океанографическая электрическая лебедка ООО "Компания Технополь" Россия 2006 1
Комплекс для измерения скорости течений в к-те рб.3800000
Назначение, основные характеристики
Россия Россия 2005 1
Средства измерения (Акустический двухкомпонентный датчик скорости и направления ветра)
Назначение, основные характеристики
ИП Маршалко А.А. Великобритания 2012 1
Электронные компоненты (Лазер DTL-413) ООО "Лазер-Экспорт" Россия 2003 1
Аппаратура и оборудование телевизионные (цифровая камера скоростной видеосъемки "ВидеоСпринт" G6)
Назначение, основные характеристики
ООО"ВидеоСпринт" Россия 2007 1
Усилители, щиты и источники питания (Источник питания в комплекте с кабелем)
Назначение, основные характеристики
ООО БАМ "Синержи" Россия 2006 1
Средства измерения (термоанемометр) ООО НПО "Спектр" Россия 2008 1
Титановые субблоки, блоки устройств телемеханики (блок питания стабилизированный)
Назначение, основные характеристики
ЗАО "ФТИ - Оптроник" Россия 2010 1
Узлы и детали, инструменты, принадлежности и метизы оптические приборов (система влагозащиты для оптических элементов и блока питания)
Назначение, основные характеристики
ЗАО "ФТИ - Оптроник" Россия 2010 1
Оптические приборы. фото- и киноаппаратура (светосильный объектив) ООО "МКОИ" Россия 2005 1
Оптические приборы. фото- и киноаппаратура (Фотоаппарат NIKON D 700)... ИП Спивак Е.В. Россия 2005 1
Узлы и детали основного и промежуточного крепления оптических приборов (сотовая столешница в сборе)
Назначение, основные характеристики
ООО "Фирма"Викон" Россия 2007 1
Приборы для измерения параметров движения и счетчики (миниатюрный проволочный зонд)
Назначение, основные характеристики
ООО "Приматек" Россия 2006 5
Монитор ООО " Мастерлик" Россия 2005 1
ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА ВВОДА ИЗОБРАЖЕНИЯ 'ВИДЕОСКАН-415/Ц-2201' ЗАО НПК "Видеоскан" Россия 2004 1
Лазер рб ООО "Лазер - Экспорт" Россия 2007 1
Приборы неразрушающего контроля качества материалов и изделий (лазер модели LCS-DTL-318) ООО "Лазер - Экспорт" Россия 2008 1
Приборы неразрушающего контроля качества материалов и изделий (лазер модели LCS-DTL-318) ООО "Лазер - Экспорт" Россия 2008 1
Приборы неразрушающего контроля качества материалов и изделий (источник излучения) ЗАО "ФТИ - Оптроник" Россия 2010 1
Преобразователи аналого-цифровые и цифро-аналоговые (внешний модуль АЦП) ЗАО "Л-Кард" Россия 2009 3
РАБОЧАЯ СТАНЦИЯ АИТ-1-79 Германия Россия 1989 1
Многопараметрический зонд-профилограф "Валипорт" Ангилья 2009 1
Комплекс многоканальной регистрации сейсмоакустических сигналов ПРОФИЛОМЕТР 300кГц RD Instruments USA Соединённые Штаты Америки 2007 1
Приборы для измерения параметров движения и счетчики (термоанемометр) ЗАО "Валтекс-НТ" Россия 2009 1
Приборы для измерения параметров движения и счетчики (ультразвуковой анемометр)
Назначение, основные характеристики
ЗАО "Валтекс-НТ" Россия 2009 1
Электронные компоненты (Преобразователь частоты CV-8000GW-3-45K IP21)
Назначение, основные характеристики
ООО "Спецпривод" Россия 2012 1
Нестандартное оборудование БОСБ (изготовлено по чертежам ИПФ, Союзпроектверфи) (изготовлено по чертежам ИПФ, Союзпроектверфи)(изготовлено по чертежам ИПФ, Союзпроектверфи)
Назначение, основные характеристики
З-д «Красное Сормово», СССР СССР (до 1991 года включительно) 1989 1

Услуги (7)

Для подачи заявки на оказание услуги щелкните по ее наименованию.
Наименование Приоритетное направление
Исследование процессов генерации внутренних волн подводными турбулентными плавучими струями и их проявлений на свободной поверхности океана
Рациональное природопользование
Исследование динамики турбулентного струйного течения и внутренних волн, индуцируемых движением буксируемого тела в стратифицированной жидкости в широком диапазоне изменения скорости буксировки и параметров стратификации
Рациональное природопользование
Выполнение работ по созданию авиационного бортового прибора обнаружения линий электропередач
Транспортные и космические системы
Выполнение модернизации плазменных установок, входящих в состав УСУ «Комплекс крупномасштабных геофизических стендов ИПФ РАН», для проведения модельных исследований оптического излучения электрических разрядов в верхней атмосфере (спрайтов)
Рациональное природопользование
Исследования по изучению влияния температурной стратификации приповерхностного слоя на процессы обмена импульсом и теплом в рамках моделирования взаимодействия атмосферы и океана в пограничных слоях
Рациональное природопользование
Испытание макетов антенных устройств КА
Транспортные и космические системы
Исследование характеристик обрушающихся волн с измерением коротковолновой части возмущений в рамках лабораторного моделирования взаимодействия атмосферы и океана
Рациональное природопользование

Методики (7)

Наименование методики Наименование организации, аттестовавшей методику Дата аттестации
Метод локальной диагностики плотности плазмы на основе использования миниатюрного СВЧ-зонда Институт прикладной физики РАН 01.01.2014
Методика комплексного исследования турбулентных течений за буксируемыми телами
Способ лабораторных испытаний масштабных макетов геофизической аппаратуры, планируемой к установке на борт космических аппаратов, антенных устройств для проведения активных экспериментов в ближнем космосе и обеспечения радиосвязи в авиационных и космических приложениях в условиях электризации, воздействия потоков заряженных частиц и плазмы.
Способ масштабного лабораторного моделирования физических явлений, развивающихся при активном воздействии на околоземную плазму интенсивного электромагнитного излучения и потоков заряженных частиц, инжектируемых с поверхности Земли и с борта космических аппаратов.
Методика комплексных измерений в рамках лабораторного моделирования ветро -волнового взаимодействия, в том числе при ураганных ветрах, посредством которой можно исследовать: характеристики воздушного потока, характеристики поверхностного волнения, характеристики подводных течений.
Методика использования имеющихся средств дистанционного зондирования поверхности океана для контроля и диагностики влияния течений сточных вод на экологическую и гидрофизическую обстановку в области их расположения
Методика моделирования процессов загрязнения сточными водами заглубленных сбросовых систем промышленных городов и предприятий

Возврат к списку


0 комментариев

Комментарии отсутствуют!

Вы можете оставить свое сообщение первым.

Написать комментарий