Многочисленные экспериментальные данные, появившееся в последние десятилетия и, особенно, визуализация (например, по фотографиям атмосферы с ИСЗ) показали, что как в природных, так и в искусственных турбулентных течениях наблюдаются и играют решающую роль крупномасштабные упорядоченные вихри, получившие название когерентных структур. Это, например, "облачные улицы" в атмосфере, "циркуляции Ленгмюра" в морях и озерах, периодические крупные вихри в струях за реактивными двигателями и многие др. Как оказалось, когерентные структуры являются основными энергоносителями в турбулентных потоках и существенно влияют на формирование всех характеристик потока, в том числе на тепломассообмен, перенос примесей, возбуждение звука и др. Эти факты не укладываются в рамки обычных представлений о абсолютной хаотичности турбулентных движений и каскадного переноса энергии от крупных к мелким масштабам. Таким образом оказалось, что как интерпретация экспериментальных результатов, так и расчеты характеристик турбулентных течений требует более нового, более широкого подхода к построению теории турбулентности.

Автор, начиная с 1967г. совместно с В.Н. Ивановым и другими участвовал в серии исследований (более 30 опубликованных работ, из них более 10 журнальных), посвященных обработке и интерпретации результатов измерений турбулентности в геофизических течениях, в основном в пограничном слое атмосферы. В этих работах показано, что основная энергия турбулентных пульсаций в атмосфере. сосредоточена в диапазоне низких частот порядка 10_-3Гц, что соответствует периодическим пространственным структурам с масштабам 3 - 10км. Именно такие регулярные образования наблюдаются на снимках облачности при помощи ИСЗ. Результаты проведенных исследований позволили рассматривать крупномасштабные образования в турбулентной среде как новый объект теории турбулентности. Отметим, что известная работа А. Рошко "Структура турбулентности потоков со сдвигом. Новый взгляд" (AIAA Journal, 1976, v.14, N10), после которой установилось понятие "когерентные структуры", была опубликована только в 1976г. В настоящее время этой тематике посвящена обширная литература.

Основные положения теории когерентных структур были сформулированы в работе автора (1988) и совместных работах с В.В. Галушко (1978), А.В. Латышевым(1981), В.А. Ковалевым(1988,1991), Т.Б. Глуховской(1987,1993), Л.А. Михайловой(1988,1988,1991), Н.С. Блохиной(1994). Эта теория основана, прежде всего, на неоднократно отмечавшихся экспериментаторами фактах сходства когерентных структур и вторичных течений в аналогичных ламинарных потоках. Причем эти вторичные течения (когерентные структуры) наблюдаются на фоне полностью развитой мелкомасштабной турбулентности, интенсивность и другие параметры которой связаны с характеристиками крупномасштабных образований. Это позволяет рассматривать мелкомасштабную турбулентность как некоторую среду с особыми свойствами, в которой развиваются вторичные течения - когерентные структуры. Используя определенные процедуры разделения движения, можно представить турбулентное движение состоящим из трех частей: мелкомасштабной турбулентности, вторичных течений - когерентных структур и медленно меняющегося фонового течения. Это позволяет, на основе полных уравнений термогидродинамики выписать уравнения типа уравнений Рейнольдса для каждой из упомянутых частей. В дальнейшем мелкомасштабная турбулентность не рассчитывается, а ее влияние учитывается осредненно в процессах переноса и в граничных условиях. Интенсивность мелкомасштабной турбулентности оценивается полуэмпирически с использованием интегрального баланса турбулентной энергии. Полученные уравнения представляют полную замкнутую систему. Анализ этих уравнений показал, что они, в том числе, описывают качественно новые явления, например, пртивоградиентный перенос субстанции в турбулентной среде (1993), анизотропию процессов тепломассообмена (1988) и др.

На основе положений теории были разработаны математические модели для открытых течений (слои смешения, струи), стратифицированного течения Пуазейля, "облачных улиц" в пограничном слое атмосферы, "циркуляций Ленгмюра" в верхнем слое водоема. В каждой из исследуемых задач были проведены расчеты, результаты которых сопоставлялись с известными экспериментальными данными. Анализ результатов математического моделирования показал, что теория правильно отражает все качественные особенности изучаемых явлений и дает удовлетворительное количественное описание протекающих процессов. По этой тематике опубликовано более 40 работ, из них 19 статей в журналах.

Одновременно с работами по теории когерентных структур было выполнено (с соавторами) значительное количество работ в области теории нелинейной гидродинамической устойчивости. Среди них отметим: "О применении ортогональных разложений в задаче ОРРА - ЗОММЕРФЕЛЬДА"(1976), "Применение метода типа Галеркина для исследования устойчивости течений с большими градиентами скорости" (1981), "Расчет течения в канале с волнистыми стенками методом ортогональных разложений" (1987), "Влияние термической стратификации на устойчивость Экмановского течения" (1998). Всего по этой тематике опубликовано более 15 работ, из них 9 журнальных.

Тросовые системы представляют собой широко распространенный класс механических систем. Отметим среди них разнообразные системы буксировки в воздухе и воде, привязные системы - воздушные змеи и аэростаты, мины, буровые платформы и многие другие. Расчет конфигурации, движения и малых колебаний таких систем представляет значительные трудности, поскольку кроме движения тела (напр., буксируемого) в сопротивляющейся среде необходимо рассматривать движение системы с распределенными параметрами (троса). Разработке математических моделей и методов расчетов таких систем посвящено более 15 печатных работ, из них 3 журнальных, и более 6 отчетов Института механики МГУ. Среди них отметим "Исследование плоскопараллельного движения воздушного змея" (1974), "Численное моделирование управления движением буксируемых систем" (1990), и др.

При исследовании движения систем типа "тело+трос" на практике часто возникают ситуации, при которых происходит сминание и выпрямление троса. При этом в системе могут возникнуть удары и часто образуются нежелательные петли. В этих случаях обычная модель троса в виде абсолютно гибкой и нерастяжимой нити оказывается непригодной и необходимо учитывать упругие свойства троса. Поэтому целый ряд работ посвящен разработке более сложных математических моделей тросов. Отметим среди них "определение формы гибкого стержня при осевом сжатии и кручении" (1994) и "Анализ образования петли на гибком стержне" (1998). Этой тематике посвящено около 10 печатных работ.