Завідувач відділу – д-р техн. наук, проф. Прядко Н. С.
У відділі працює 13 співробітників, в тому числі 2 доктора наук, 5 кандидатів наук.
Область досліджень – термогазодинаміка і тепломасообмін в ракетних двигунах, теплоенергетичному та технологічному обладнанні; механізми, моделі і методи досліджень характеристик керування газовими потоками у ракетних двигунах та елементах газоструминного технологічного обладнання; розширення функціональних можливостей та поліпшення характеристик систем керування вектором тяги ракетних двигунів і процесом подрібнення сипучих матеріалів.
Керування газовими потоками в ракетному двигуні
Виявлено фундаментальні механізми керування надзвуковим потоком перешкодами на обтічній поверхні. Розроблено методики розрахунку локальних і інтегральних, статичних і динамічних характеристик процесу керування газовим потоком в соплі ракетного двигуна. Методики базуються на теоретичних розробках і експериментальних даних, отриманих на створених в ІТМ унікальних дослідних комплексах. Дослідження керування надзвуковим потоком на моделях і натурних двигунах підтвердили розроблені фізичні та математичні моделі. Отримані результати досліджень створили наукову базу для розробки методів розрахунку і нових технічних рішень щодо нових типів сопел ракетних двигунів.
Дослідження з керування надзвуковим потоком газу в ракетних двигунах проводяться в тісній співпраці з ДП «КБ «Південне». Зокрема системи керування вектором тяги ракетних двигунів інжекцією в надзвукову частину сопла продуктів згоряння палива застосовані в ряді рідинних і твердопаливних ракетних двигунів (відповідно РРД і РДТП), зокрема РРД 15Д12, 15Д169, 11Д25, РДТП 3Д65, 15Д206.
В процесі наукового супроводу їх створення досліджено статичні, динамічні, тепломасообмінні та експлуатаційні характеристики систем керування вектором тяги і двигуна в цілому (як об’єкта регулювання), розроблено методи розрахунків і рекомендації з проєктування і відпрацювання подібних двигунів. Розроблено математичну модель РДТП зі вдувом камерного газу в надзвукову частину сопла як об’єкта регулювання. Показано можливість і доцільність програмного регулювання секундної витрати палива двигуна штатними органами керування бічними силами (клапанами вдуву), що дозволяє розширити функціональні можливості РДТП і поліпшити його енергетичні характеристики.
Створені вперше в практиці ракетобудування, ці двигуни дозволили розробити ступені ракет, неперевершені до теперішнього часу за високим рівнем енергомасових, динамічних, габаритних і експлуатаційних характеристик.
Здійснювалося наукове супроводження на всіх етапах відпрацювання зазначених двигунів, включаючи льотні випробування. Зокрема, результати досліджень газодинамічного керування вектором тяги були використані при розробці висновку державної комісії з визначення причин аварійного льотно-конструкторського випробування РРД 11Д25 РН “Циклон-3” №40 Л.
У подальших дослідженнях за даним напрямком запропоновано нові способи, схеми та пристрої керування вектором тяги рідинних ракетних двигунів ступенів ракет-носіїв і розгінних блоків космічних апаратів відносно двигунів верхніх ступенів ракет (типу РД11Д25, РД861К) і розгінних блоків космічних апаратів, для яких характерні високі ступені розширення газу в соплі.
Розроблено нову концепцію керування вектором тяги ракетного двигуна – комбінацією механічної (хитанням двигуна або сопла) і газодинамічної (збуренням надзвукового потоку в соплі двигуна) систем. Перевагою нової концепції є можливість створення необмеженої величини програмного керуючого зусилля і парирування з великою частотою невеликих за величиною збурень польоту практично без втрат питомого імпульсу двигуна. При цьому істотно збільшується надійність системи керування (за рахунок дублювання).
Показано перевагу керування вектором тяги вприскуванням в сопло окислювального компонента палива, зокрема через твердий інтерцептор, що висувається в потік. Працездатність нових схем і конструкцій інтерцепторних пристроїв підтверджено їх продуваннями на холодному повітрі і вогневими випробуваннями в складі РРД і РДТП.
Нові конфігурації сопел
Розроблено нові конфігурації сопел і програмно-методичне забезпечення для розрахунку їхніх характеристик. Показано перспективність розробленої в ІТМ схеми тарілчастого сопла з проточним центральним тілом, що дозволяє скоротити поздовжні габарити сопла та забезпечити керування вектором тяги двигуна, як за величиною, так і за напрямком.
Сопла для щільних компоновок багатоступеневих ракет
Досліджено газовий потік в нестандартному соплі ракетного двигуна з дзвоноподібним насадком. Встановлено вплив форми насадка та умов використання укороченого сопла на його характеристики. Результати розрахунків порівнювалися з експериментами ‑ продувками холодним повітрям моделей подібного укороченого сопла. Показано, що течія в соплі включає надзвукові і дозвукові потоки, які взаємодіють з рециркуляційними областями і являють собою складну хвильову структуру.
Детонаційні двигуни
Розроблено та досліджено принципово нові ракетні двигуни з детонаційним процесом горіння палива в камері. Показано переваги детонаційних пристроїв для вирішення нових завдань в ракетно-космічній та інших областях техніки, зокрема для підвищення ефективності керування вектором тяги при вирішенні різних прикладних питань відділення і відведення обтічника ступеня ракети, генерування робочого тіла для систем керування космічним апаратом, послідовно вигоряючої конструкції багатоступінчастої ракети та ін.
На базі проведених досліджень розвивається новий напрямок робіт з використанням детонаційних ракетних двигунів для оборонного комплексу України. Ці дослідження обумовлені необхідністю покращення енергетичних і експлуатаційних характеристик рушійних установок спеціального призначення для перспективних ракет.
Технологічні процеси
Спільно з ДП «КБ «Південне» досліджено процеси спалювання кускового вугілля в топці з циркулюючим киплячим шаром. Запропоновано нові способи організації процесу над подовою решіткою з газодинамічним транспортуванням і вивантаженням золошлакових відходів для усунення дифузорного ефекту, що веде до нестійкості фонтануючого шару при транспортуванні кускового вугілля.
Досліджено процеси тонкого очищення димових газів, визначено оптимальні гідродинамічні, геометричні, конструктивні і режимні параметри емульгаторних пристроїв. Отримані результати щодо вдосконалення топки для спалювання вугілля та очищення димових газів використано при модернізації теплоелектростанцій Карагандаенерго, Алма-атаенерго, в Україні на Миронівській ГРЕС та ін.
Розроблено нові способи і пристрої спалювання різних палив. Ці способи базуються на організованому пульсуючому режимі горіння і забезпечують економічні, екологічні та експлуатаційні переваги в порівнянні з існуючими. Розроблено, виготовлено і випробувано експериментальні зразки пальникових пристроїв для: ВАТ “Азот” (м. Маріуполь) – відносно камери згоряння системи підігріву нітрозного газу при виробництві азотної кислоти; ВАТ “Баглійкокс” та ін.
Розроблено наукові основи акустичного моніторингу струминного подрібнення для ідентифікації технологічних режимів подрібнення і підвищення ефективності процесу. Встановлено акустичні параметри ефективності та критерій оптимальності роботи струминного млина. Показано можливість проведення оптимізації струминного подрібнення мінеральної сировини на основі результатів акустичного моніторингу процесу. Розроблено методи візуалізації та оптимізації подрібнення з використанням інформаційних технологій. Це дозволило досягти необхідних технологічних показників при зниженні енергоспоживання і дотриманні контрольної дисперсності.
Обґрунтовано спосіб контролю дисперсності матеріалу на основі акустичного моніторингу процесу. Розроблено установку “Гранулометр” для визначення гранулометричного складу матеріалів в потоці енергоносія. Розроблена методика контролю якості подрібненого продукту значно (у 30 разів) прискорює процес визначення крупності готового продукту, дозволяє підвищити якість готового продукту та зменшити споживання електроенергії при виключенні повторної переробки.
За результатами безперервного моніторингу робочих зон подрібнювальної установки створено модель руху масопотоків в замкнутому циклі і зміни гранулометричного складу вхідного матеріалу від завантажувального бункеру до вивантаження готового продукту подрібнення. Розроблено автоматичну систему керування продуктивністю струминної установки на основі керування її завантаженням за результатами акустичного моніторингу робочих зон млина. Створена апаратна база для керування струминним млином випробувана при експериментальних і промислових процесах подрібнення різних матеріалів.
Всі дослідження пройшли перевірку в промислових умовах Вільногірського гірничо-металургійного комбінату.
Комплекси дослідження об’єктів ракетно-космічної техніки
Отримані результати ґрунтуються на теоретичних дослідженнях і експериментах на базі ІТМ НАНУ і ДКАУ, що включає дослідницькі комплекси термогазодинаміки ракетних двигунів і технологічних процесів: високих витрат і тиску; газодинаміки керованих потоків; детонаційних пристроїв; газоструминного подрібнення, транспортування і сушки сипучих матеріалів; тепломасообміну.
Комплекси дослідження технологічних процесів
На базі результатів досліджень розроблено нові технічні рішення, понад 100 з яких захищено авторськими свідоцтвами і патентами на винаходи.
Слід підкреслити великий внесок в проведені дослідження завідувача відділу у 1971-2017 рр. Коваленка Миколи Дмитровича. М. Д. Коваленко – лауреат Державної премії України за розробку основ газодинамічної системи керування вектором тяги РДТТ; лауреат премії НАН України ім. М. К. Янгеля за розробку енергетичних установок, що забезпечують високі характеристики літальних апаратів, Заслужений діяч науки і техніки України, кавалер орденів і медалей.
Сучасна експериментальна база відділу термогазодинаміки енергетичних установок
Експериментальна база відділу включає 5 діючих стендів для вивчення проблем двигунобудування та 2 діючих стенда для проведення досліджень технологічних процесів:
- СПМ – Стенд продувок моделей газодинамічних пристроїв
- Детонація – Стенд вогневих випробувань детонаційних ракетних двигунів
- Двигун – Вертикальний стенд вогневих випробувань ракетних двигунів
- ВМ-50 – Стенд вогневих випробувань ракетних двигунів на монопаливі
- ВМ-200 – Модульний стенд вогневих випробувань ракетних двигунів на монопаливі з гібридним піростартером
- Стенд УСІ-20 – Газоструминній млин
- Стенд Аерофонтан
Існуючі та заплановані експериментальні установки дозволяють в повному обсязі вивчати проблеми двигунобудування та особливості технологічних процесів. Подібні окремі установки використовуються за кордоном, однак комплексу, який дозволяв би вивчати різні типи детонаційних двигунів та технологічних процесів, немає ніде.
Актуальне співробітництво
Ряд робіт і досліджень було проведено і поводиться у співпраці з провідними установами космічної та гірничозбагачувальної галузі, університетами і академічними інститутами: Державне підприємство «Конструкторське бюро «Південне» ім. М. К. Янгеля», «Вільногірський гірничометалургійний комбінат» АТ «Об’єднана гірничо-хімічна компанія», НТУ «Дніпровська політехніка», Дніпровський національний університет ім. Олеся Гончара, Український державний хіміко-технологічний університет, Криворізький технічний університет, Український державний університет науки і технологій та інші.
З 2017 р. посаду в. о. заввідділу обіймає Стрельников Г. О.
Результати роботи відділу узагальнені в монографіях і статтях.
МОНОГРАФІЇ
1 Коваленко Н.Д. Возмущения сверхзвукового потока при массотеплоподводе. Киев: Наукова думка, 1980. – 224 с.
2 Коваленко Н. Д. Нестационарные тепловые процессы в энергетических установках летательных аппаратов / Н. Д. Коваленко и др. – Киев : Наукова думка, 1988. – 224 с.
3 Коваленко Н. Д. Управление сверхзвуковыми газовыми потоками в реактивных соплах / Н. Д. Коваленко. – Киев : Наукова думка, 1992. – 208 с.
4 Коваленко Н. Д. Газодинамика сверхзвуковых укороченных сопел / Н. Д. Коваленко и др. – Киев : Наукова думка, 1993. – 224 с.
5 Стрельников Г. А. Регулируемые сверхзвуковые сопла малой длины / Г. А. Стрельников. – Днепропетровск : Государственный университет, 1993. – 30 с.
6 Коваленко Н. Д. Ракетный двигатель как исполнительный орган системы управления полетом ракеты / Н. Д. Коваленко. – Днепропетровск : ИТМ НАНУ и НКАУ, 2004. – 412 с.
7 Прядко Н.С. Акустические исследования струйного измельчения //LAP LAMBERT Academic Publishing. – 2013. – Saarbrucken, Germany. – 172 c.
8 Pivnyak G.G., Pilov P.I., Pryadko N.S. Decrease of Power Consumption in Fine Grinding of Minerals// Mine Planning and Equipment Selection C Drebenstedt and R. Singhal (eds), Springer International Publishing Switserland 2014.–P. 1069 – 1079
9 Pryadko N.S. Optimization of fine grinding on the acoustic monitoring basis// Power Engineering, Control & Information Technologies in Geotechnical Systems – Pivnyak, Beshta & Alekseyev (eds) 2015 Taylor & Francis Group, London, р. 99 – 108.
10 Pryadko N.S. Application of information technology for decrease of fine grinding power сonsumption //Power Engineering, Control & Information Technologies in Geotechnical Systems – Pivnyak, Beshta & Alekseyev (eds) 2016 Taylor & Francis Group, London, р. 67 – 73
11 Pryadko N.S., Ternova K.V. Acoustic monitoring of jet grinding // NAS of Ukraine, Institute of Technical Mechanics of NAS of Ukraine and SSA of Ukraine. — Kyiv : Akadem periodyka, 2020. — 192 p.
12 Прядко Н.С. Информационные технологии для оптимизации тонкого измельчения материалов // Системные технологии моделирования сложных процессов : коллективная монография под общей ред. проф. А. И. Михалёва. – ИТМ НАНУ и ГКАУ . – Днепр. НМетАУ–ИВК «Системные технологии», 2016. – С. 463–499. – 608 с.
СТАТТІ, що входять в науко метричні бази Scopus, Web of Science
1 Mladetsky I. K., Kuvaev I. G., Pryadko N.S. Control regularities of the useful mineral extraction from ore feed stream with ball grinding. Spectral analysis// Scientific Bulletin of National Mining University. – 2017. – № 6. – С. 132 – 138.
2 Mladetsky I. K., Kuvaev I. G., Pryadko N.S. The control regularity detection of the useful mineral extraction from the ore feed stream with autogenous grinding Part 1. Correlation analysis// Scientific Bulletin of National Mining University. – 2018. – № 2. – С. 98 – 106/
3 Muzyka L.V., Pryadko N.S., Strelnikov H.A.,Ternova K.V., Verhorobina I.V. Acoustic method of jet grinding study and control// E3S Web of Conferences 109, 00074 (2019) Essays of Mining Science and Practice 2019 р.1-11.
4 Muzyka L.V., Pryadko N.S., Strelnikov H.A., Grenev A.F Control of mass flow in jet mill on base of acoustic monitoring // Scientific Bulletin of National Mining University. – 2019.–№ 4. – Р. 5-10. https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-4/3.
5 Bublikov A.V., Pryadko N.S., Pilov P.I., Papaika Yu. A., Ternova K.V. Automatic control of jet grinding on the basis of acoustic monitoring of mill operating zones // Scientific Bulletin of National Mining University. – 2021. – № 4. – Р. 29 – 34. https://doi.org/10.33271/nvngu/2021-4/029.
6 Pryadko N.S., Mladetsky I. K., Dzjuba S. Control characteristic accuracy of mineral processing technology parameters// E3S Web of Conferences 109, 00074 (2021) Essays of Mining Science and Practice 2021 р. 1-11.
7 Strelnіkov G., Ihnatiev O., Pryadko N., Ternova K. Efficiency of rocket engine thrust vector control by solid obstacle on the nozzle wall // Proc I MechE Part G: J Aerospace Engineering 2022, Vol. 236, issue 16. p. 1–10 https://doi.org/10.1177/09544100221083714
8 Stepan Vasiliv, Nataliya Pryadko, Hennadii Strelnikov and Sergiy Dzuba Application of detonation in impulse systems of energy engineering and mining industry // 2023 IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 1156 012004. p. 1-8.
9 Oleksandr Ihnatiev, Hanna Shevelova1, Hennadii Strelnykov and Borys Blyuss Numerical study of parameters of unit for supplying additional gas flow in jet mill ejector // 2023 IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 1156 012018. p. 1-6.
| СЛУЖБОВА АДРЕСА: | Інститут технічної механіки, 15, вул. Лешко-Попеля, 49005, м. Дніпро, Україна |
| КОНТАКТНА ОСОБА: | ПРЯДКО Н.С. |
| НОМЕР ТЕЛЕФОНУ: | (056) 373 29 95 |
| E-MAIL: | office.itm@nas.gov.ua |
