Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки

Представлены результаты по разработке и изучению выходных характеристик висмутовых волоконных лазеров для ближнего ИК-диапазона, накачиваемых в оболочку с использованием многомодовых лазерных диодов, излучающих на длине волны 808 нм. Активной средой таких лазеров служили световоды с сердцевиной из германосиликатного стекла, легированного висмутом, с различной формой (круглым и квадратным сечением) внутренней оболочки, покрытой полимером с показателем преломления 1.396. На основе таких световодов была разработана серия волоконных лазеров, генерирующих излучение в области длин волн 1.4–1.5 мкм, и изучены их спектральные и мощностные характеристики. Было выполнено численное моделирование, направленное на поиск оптимальной конфигурации таких лазеров, с целью определения предельно-достижимых характеристик получаемых устройств. Получено хорошее согласование расчетных данных с экспериментальными результатами. Используя активный световод с квадратным сечением со стороной ~80 мкм и диаметром сердцевины ~11 мкм, легированной висмутом, был создан волоконный лазер, генерирующий на длине волны ~1460 нм, с дифференциальной эффективностью около 5% и максимальной выходной мощностью более 250 мВт.

Лед является материалом со сложной неоднородной структурой. Его свойства зависят от многих факторов и изменяются в процессах деформирования. Таким образом, вопрос о выборе реологический модели льда остается открытым. В данной работе исследуется поведение льда на примере медленного удара по нему шаровым индентором. Целью ставится разработка методики подбора подходящей модели методами численного моделирования на основе сравнения с экспериментом. Рассматриваются модели упругости, упругопластичности с критериями фон Мизеса и Мизеса–Шлейхера, модель упругости с упругопластическим включением. Определяющая система уравнений решается сеточно-характеристическим методом. Сравнение моделей проводится на основе мгновенной скорости и глубины осадки шара. Изучается влияние параметров моделей на полученные результаты. В итоге подбирается набор параметров, восстанавливающий решение ближе всех к эксперименту.

Выполнено экспериментальное и теоретическое исследование магнитных свойств уникального изинговского парамагнетика (La_0.985Ho_0.015)₃Ga₅SiO₁₄. Обнаружена анизотропия намагниченности при вращении сильного магнитного поля (до 5 Tл) в плоскостях ab*, b*c и ac при низкой температуре (T ≤ 5K). Показано, что наблюдаемые особенности намагниченности связаны с локальной ориентацией и распределением изинговских осей редкоземельного иона Ho³⁺, отклонение которых от разрешенных симметрией направлений может возникать в результате случайного заполнения Ga/Si в локальном окружении магнитных ионов.

Приводятся результаты экспериментально-теоретических исследований влияния остаточной намагниченности на коррозию стальных образцов в водной среде. Описываются алгоритмы исследования и обработки результатов. Рассмотрены три случая исходной намагниченности образцов. Установлено, что до критической намагниченности стальных образцов коррозионный износ в водной среде уменьшается, а затем начинает расти. Обнаруженный эффект имеет важное теоретическое значение при изучении явления коррозии с учетом исходной остаточной намагниченности, а также большое практическое значение, в частности, при проектировании и эксплуатации различных конструкций и сооружений из стали для их защиты от коррозионного разрушения.

Предложен подход к анализу одного из наиболее критичных этапов функционирования космических аппаратов – процесса мягкой посадки, начиная с момента первого контакта аппарата с грунтом до его полной остановки. Отмечена необходимость гашения существенной кинетической энергии, которой обладает аппарат в момент контакта с поверхностью. Рассмотрен наиболее распространенный тип посадочного устройства пружинно-рычажного типа, включающего несколько опор с деформируемыми энергопоглотителями. Ограниченные возможности наземной экспериментальной отработки процесса мягкой посадки приводят к необходимости использования динамической модели для анализа успешности посадки и рационального выбора характеристик посадочного устройства. Модель процесса посадки основана на представлении корпуса аппарата и элементов его посадочного устройства как структурно-сложной механической системы тел с внутренними связями, вид которых определяется ограничениями, накладываемыми на относительное движение тел системы. Представлен подход к составлению специальных уравнений для определения реакций связей, отражающий эти ограничения. Описаны критерии успешности процесса посадки. Анализ успешности процесса посадки проиллюстрирован конкретным примером.

Известно, что течение жидкостей с немонотонной зависимостью вязкости от температуры (аномально термовязких жидкостей) при наличии градиентов температур, например, при втекании нагретой жидкости в охлаждаемый канал, сопровождается формированием локализованной в потоке высоковязкой области, определяющей особенности ее течения. В настоящей работе определены условия возникновения автоколебательных режимов изменения расхода при течении аномально термовязких жидкостей в кольцевых каналах под действием постоянного перепада давления и при заданных условиях теплообмена на внутренней и внешней стенках кольцевого канала. Обнаружено, что автоколебания расхода аномально термовязкой жидкости могут возникать при течении в кольцевом канале, на стенках которого происходит скачкообразное снижение интенсивности теплообмена. Область существования режима автоколебаний определяется величинами перепада давления и геометрического параметра, равного отношению ширины кольцевого зазора к радиусу внутреннего цилиндра. Кроме того, на границах указанной области замечены также слабо затухающие колебания расхода с весьма малым декрементом затухания.

Приливные числа Лява часто используются для изучения внутреннего строения планет и спутников Солнечной системы. Измерение деформации планеты в ответ на приливное воздействие является одним из методов изучения недр. Алгоритм вычисления приливной деформации зависит от ряда предположений и аппроксимаций и поэтому может отличаться у разных авторов. Авторы сравнивают уже существующие подходы и на их основе предлагают новый и более точный алгоритм для вычисления приливных чисел Лява Земли и других тел с похожей внутренней структурой.

На уединенной границе раздела полуограниченных магнитной и немагнитной сред совместный учет магнитоупругого и неоднородного обменного взаимодействий может приводить к появлению в сплошном спектре фононного излучения вытекающих поверхностных магнонных поляронов симметрийно защищенного связанного состояния, в окрестности которого и числитель и знаменатель входного поверхностного волнового импеданса одновременно стремятся к нулю. В этом случае при падении извне на поверхность такого магнетика квазиплоской или квазимонохроматической объемной упругой волны, параметры которой приближаются к параметрам поверхностного “темного” состояния указанного типа, возможно неограниченное (в рамках рассматриваемой модели) увеличение незеркальных эффектов отражения первого порядка.