Со времени создания кафедры содержание и объем проводившихся ее сотрудниками научных исследований определялись запросами практики и актуальностью решаемых фундаментальных проблем. При этом традиционная тематика органично расширялась и дополнялась новыми задачами, обогащалась новыми методами исследования сложных течений газа. Под влиянием идей В.В.Голубева, Г.И.Петрова, Г.Г.Черного к 80-90-м годам сформировались следующие основные направления исследований:
2.1. Развитие теории пограничного слоя.
2.2. Гидродинамическая неустойчивость и переход к турбулентности.
2.3. Численные методы динамики вязкой жидкости.
3. Космическая газовая динамика
Это направление начало развиваться на кафедре примерно с 1967 г., через год после назначения академика Г.И.Петрова директором Института космических исследований АН СССР. Солнечный ветер, обтекание планет солнечным ветром, проблемы входа тел (например, метеоритов или болидов) в плотные слои атмосфер планет с большими сверхзвуковыми скоростями и проблемы кратерообразования на их поверхности, механизмы разогрева солнечной хромосферы и короны, взаимодействие солнечного ветра с межзвездной средой - вот далеко не полный перечень научных тем, разрабатывавшихся и разрабатывающихся в настоящее время на кафедре.
В частности, в 1970 г. на кафедре предложена газодинамическая модель взаимодействия солнечного ветра со сверхзвуковым потоком межзвездной среды (В.Б.Баранов, К.В.Краснобаев совместно с А.Г.Куликовским [54]), которая стала особенно актуальной после экспериментального обнаружения уже в 1971 г. сверхзвукового движения межзвездных атомов водорода относительно солнечной системы. Развитие этой модели привело к необходимости решения абсолютно нового класса задач, связанных с взаимодействием двух компонент газа, одна из которых описывается уравнениями механики сплошной среды (плазменная компонента, состоящая из электронов и протонов), а для другой (атомы водорода) гипотеза сплошности несправедлива, поскольку длины свободного пробега нейтральных атомов сравнимы с характерным размером задачи. Уравнения Эйлера необходимо было решать совместно с уравнением Больцмана для функции распределения. Вместо прямого решения уравнения Больцмана был использован оригинальный вариант метода Монте-Карло. Такая самосогласованная задача решена в работе В.Б.Баранова и Ю.Г.Маламы [55]. Несколько позже было показано, что функция распределения атомов водорода сильно анизотропна, т.е. существенно отличается от максвелловской [56].
Усовершенствованная модель привела к широким возможностям интерпретации экспериментальных данных, получаемых на космических аппаратах, с помощью которых изучаются внешние области Солнечной системы ("Вояджер 1 и 2", "Пионер 10 и 11", "Хаббл Спейс Телескоп", "Улисс" и др.). Модель оказалась применимой ко многим явлениям в астрофизике (взаимодействие звездных ветров в двойных системах, обтекание межзвездных конденсаций нейтрального газа, динамика межзвездных пузырей и др.).
Кафедра принимала активное участие в исследовании кометы Галлея при помощи космических аппаратов в марте 1986 г., а именно, до получения экспериментальных данных была создана осесимметричная модель взаимодействия солнечного ветра с кометными атмосферами (В.Б.Баранов совместно с М.Г.Лебедевым[57]), а ее результаты имели предсказательную ценность. Впервые (К.В.Краснобаев с М.А.Вергазовым) было исследовано двумерное истечение газа с поверхности кометного ядра, определена яркость свечения кометы [58].
Расчеты распределения пылевой компоненты в атмосфере кометы, обтекаемой солнечным ветром, позволили установить эффект возникновения слоистых структур (зон чередования высокой и низкой концентрации пыли) между головной и терминальной ударными волнами (А.Н.Осипцов совместно с М.А.Теверовским [59]).
Результаты работ по сверхзвуковому обтеканию источников тепловыделения нашли применение в проблемах взаимодействия звездного ветра с рентгеновскими источниками излучения (К.В.Краснобаев совместно с Р.А.Сюняевым), наблюдаемыми на космических аппаратах [60].
Построение Г.И.Петровым и В.П.Стуловым [61] модели, которая бы объясняла загадку падения Тунгусского метеорита, стимулировало новые подходы к проблеме движения метеорных тел в атмосфере Земли. В.П.Стуловым с сотрудниками исследованы закономерности входа с большими скоростями крупных тел в плотные слои атмосфер планет. Показано, что возможны режимы входа, при которых разрушение и испарение твердого тела происходит без потери скорости. Результаты этих исследований нашли отражение в монографии В.П.Стулова, В.Н.Мирского, А.И.Вислого "Аэродинамика болидов" [62].
Проведен анализ волновых движений излучающего межзвездного газа и установлены новые эффекты роста возмущений (К.В.Краснобаев совместно с Н.Е.Сысоевым, В.Ю.Таревым [63,64]).
Многие работы в области космической газовой динамики были обобщены в монографии В.Б.Баранова и К.В.Краснобаева "Гидродинамическая теория космической плазмы", которая была удостоена премии им. С.А.Чаплыгина за 1982 г. [65].