УНУ «Комплекс крупномасштабных геофизических стендов» (ККГС)

УНУ создана в 1983 году

Руководитель работ:
Троицкая Юлия Игоревна
(831) 436-82-97
yuliya@hydro.appl.sci-nnov.ru

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

Базовая организация:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной физики Российской академии наук

Информация об УНУ

Комплекс крупномасштабных геофизических стендов. 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.

Описание УНУ, назначение, главные преимущества

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. Основная 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. 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).

Перечень объектов в составе УНУ (102)

Наименование Изготовитель Страна Год выпуска Количество единиц
Насос ВМН-500 СССР 1989
Насос 2НВР-5ДМ РФ 2000
Генератор УЗГ-2.5А СССР 1977
Генератор ГИ-1 СССР 1985
Вакуумная камера РФ 2006
Насос ТМН-500 СССР 1983
Насос ВМН-500 СССР 1989
ВЧ устройство ВГИ65/5 СССР 1977
Экранная комната СССР 1982
Криогенный насос Австрия 1984
Турбомолекулярный насос Австрия 1984
Течеискатель ПТИ-10 СССР 1982
Насос ТМН-500 СССР 1983
Насос ТМН-1000 СССР 1982
Насос НВР-16Д РФ 2001
Насос НВПР-16-066 СССР 1990
Насос 2НВР-5ДМ РФ 2004
Насос 2НВР-5ДМ РФ 2000
Комплект вакуумного оборудования Австрия 2009
Канальный анализатор атомарных частиц СССР 1986
Затвор ЗВЭ-160 СССР 1983
Затвор ЗВЭ-100 СССР 1989
Затвор 2ЗВЭ-630 СССР 1989
Затвор 2ЗВЭ-400 СССР 1989
Датчик вакуума широкодиапазонный Австрия 2009
Генератор ГИ-1 СССР 1986
Вакуумный насос РФ 2004
Блок питания к насосу ТМН-1000 СССР 1987
Блок питания к насосу ТМН-1000 СССР 1987
Анализатор атомарных частиц СССР 1987
Агрегат АВП-250/630 СССР 1983
Агрегат АВП 160/250 СССР 1983
Стенд 30-25 СССР 1983
Объектив Navitar 1983
Ноутбук 2011
Контроллер шагового двигателя 2010
Пъезокерамическ.высокочастотный микрофонный копсуль МД-10/9 2010
Акселерометр ПАЛ 17/9 2010
Преобразователь 2010
Микросхема интегральная полупроводниковая 2010
Блок питания стабилизирован.для источника KLM-532/h-4000 2010
Объективы фотографические для дальномерных камер (Объектив Nikkor) 2010
Стойки и штативы (Штатив Monrotto) 2007
Цифровая система ввода изображения видеоскан – 415/Ц-2201 2007
Ультразвуковой анемометр 2D WindSonic 2004
Портативная океанографическая лебедка 2006
Монитор 19 NEC 2006
Монитор 19 2005
Многопараметрический зонд-профилограф рб. 2006
Лазер рб. 2007
Внешний модуль АЦП 2007
Усилители, щиты и источники питания (Источник питания в комплекте с кабелем) 2006
Аппаратура и оборудование телевизионные (цифровая видеокамера Sony) 2009
Вентиляторы общего назначения (щит управления вентиляционной системы) 2008
Вентиляторы общего назначения (вентилятор) 2009
Узлы и детали основного и промежуточного крепления оптических приборов (сотовая столешница в сборе) 2008
Фотоаппараты (цифровая компактная фотокамера Canon) 2007
Приборы для измерения параметров движения и счетчики (цифровой измеритель скорости звука) 2009
Приборы для измерения параметров движения и счетчики (ультразвуковой термоанемометр) 2008
Приборы для измерения параметров движения и счетчики (термоанемометр) 2009
Приборы для измерения параметров движения и счетчики (миниатюрный проволочный зонд) 2009
Приборы неразрушающего контроля качества материалов и изделий (лазер модели LCS-DTL-318) 2008
Приборы неразрушающего контроля качества материалов и изделий (лазер модели LCS-DTL-318) 2007
Приборы неразрушающего контроля качества материалов и изделий (генератор) 2008
Приборы электроизмерительные регистрирующие (осцилографGRS-6032А) 2007
Приборы электроизмерительные цифровые (мультиметр) 2009
Приборы для измерения и регулирования давления (дифференциальный Баратрон) 2007
Приборы для измерения и регулирования давления (дифференциальный Баратрон) 2009
Приборы для измерения и регулирования давления (трубка пневмометрическая конструкции ПИТО с поверкой) 2009
Приборы для измерения и регулирования температуры (система измерения и контроля температуры) 2009
Преобразователи аналого-цифровые и цифро-аналоговые (внешний модуль АЦП) 2007
Фильтры жидкостные (система обратного осмоса) 2009
Принадлежности, углы и детали к машинам электрическим (преобразователь частоты VFD) 2007
Аппаратура кинопрекционная (проектор) 2009
Электродвигатели малой мощности для автоматизации и механизации (Электродвигатель) 2007
Аппаратура видеозаписи и воспроизведения общего применения (цифровая камера) 2009
Дизели и дизель-генераторы (дизельгенератор инверторного типа) 2007
Устройства вывода (Принтер HP 1320) 2009
Устройства питания стационарные (источник бесперебойного питания) 2007
Генератор Г3-110 БРЗ г. Минск, Беларусь 2007
Блок питания Б5-71/1 БРЗ г. Минск, Беларусь 2005
Блок питания Б5-71/1 БРЗ г. Минск, Беларусь 2005
Стабилизатор SVC-3000 БРЗ г. Минск, Беларусь 2005
Системный блок А 1600 ОАО «Группа Апрель» 2003
Системный блок P4-2400 Athlon ( Тайвань ), НиКом 2004
Видеокамера DSR-TRV18E/DV Sony INTEL (Тайвань), Апрель-Сервис 2003
Насос ВК 5/24 11КВТ SONY (Япония) 2002
Насос ВК 5/24 11КВТ ОАО «УралЭлектро» Россия 2001
Катетометр В-630 ПБЗ г. Изюмск СССР 1991
Датчик с усилителем и блоком питания ППУ-3D ООО «Мониторинг» Россия 2002
Цифровая система ввода изображений ЗАО НПК «Видеоскан» Россия 2004
Тракт излучения п/я СССР 1991
Телекамера ССД-30 СР Bishke INC. Германия 1994
Осциллограф С1-139А ООО «Прибор-М» Россия 2005
Лазер LCS-DTL-316 ООО «Лазер-Компакт» Россия 2003
Электропривод ЭТ6 Ф14 п/я 7796 Россия 1994
Двигатель П-42 п/я СССР 1988
Экспериментальный стенд измерения температуры ВНИИ метрологии им. ДИ Менделеева СССР 1990
Электродвигатель ПБВ 132-293 п/я 7796 Россия 1994
Электродвигатель ПБВ 132-293 п/я 7796 Россия 1994
Машина холодильная тип МКТ (3шт.) Мелитопольск. маш. Завод СССР 1991
Нестандартное оборудование БОСБ (изготовлено по чертежам ИПФ, Союзпроектверфи) (изготовлено по чертежам ИПФ, Союзпроектверфи)(изготовлено по чертежам ИПФ, Союзпроектверфи) З-д «Красное Сормово», СССР 1989

Услуги (7)

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 (6)

менование методики Наименование организации, аттестовавшей методику Дата аттестации
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

Проект типового договора на использование УНУ
Правила конкурсного отбора заявок
Регламент доступа к оборудованию ЦКП
Форма заявки