...

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ІНСТИТУТ

Наприкінці 60-х років минулого сторіччя під керівництвом академіка АН УРСР Лазаряна В.А. у Дніпропетровському відділенні Інституту механіки АН УРСР (ДВ ІМ АН УРСР) були розгорнуті науково-дослідні роботи, направлені на створення транспортних засобів на магнітному та повітряному підвісах.

Поява розробок магнітолевітуючого високошвидкісного наземного транспорту (ВШНТ) була закономірним результатом новітніх та актуальних досліджень у сфері транспортних технологій.

Практично водночас аналогічні роботи почали розгортатися у найбільш розвинутих країнах світу: США, Японії, ФРН.

Наряду з теоретичними фундаментальними і прикладними розробками та дослідженнями в ДВ ІМ АН УРСР, яке в подальшому було реорганізовано в Інститут технічної механіки АН УРСР (ІТМ АН УРСР) створювалася експериментальна база досліджень надпровідних електромагнітних систем у вигляді лабораторії, яку очолював тоді молодий науковець В.О. Дзензерський.

Вище зазначені дослідження потребували розробки нових теоретичних і експериментальних підходів при створенні таких систем і пристроїв, як транспортні кріомодулі на надпровідних магнітах, лінійні електродвигуни, шляхові структури, автономні пристрої енергозабезпечення транспортних засобів, системи керування високошвидкісним рухомим складом поблизу екрану і таке інше, а також розв’язання відповідних задач динаміки й аеродинаміки; навантаженості та міцності конструкцій і матеріалів, у тому числі підданих впливу кріогенних температур та потужних магнітних полів; теплообміну та стійкості руху нових нетрадиційних транспортних засобів; і інше.

Ці роботи, направлені на розробку наукових засад створення магнітолевітуючих транспортних засобів, у 80-х роках XX сторіччя виконувалися в інститутах технічної та геотехнічної механіки АН УРСР (ІТМ АН УРСР та ІГТМ АН УРСР).

З метою суттєвого розширення та покращення організації фундаментальних і прикладних наукових розробок і досліджень в галузі створення екологічно чистих високошвидкісних магнітолевітуючих транспортних систем, а також створення діючого макетного зразка транспортного засобу на електродинамічному підвісі 1 лютого 1989 року при ІГТМ АН УРСР за постановами ДКНТ СРСР № 323 від 8.09.1988 р. і Презідії АН УРСР №33 від 1.02.1989 р. було створено Відділення фізико-технічних проблем транспорту на надпровідних магнітах (ВФТПТНМ ІГТМ АН УРСР) «Трансмаг». Керівником Відділення було призначено заступника директора з наукової роботи ІГТМ АН УРСР Дзензерського В.О.

Під його керівництвом у Відділенні продовжилися й активізувалися теоретичні та експериментальні дослідження з трьох основних груп проблем в області нової транспортної технології:

  • теоретичні дослідження тягово-левітаційного вузла;
  • дослідно-конструкторські роботи зі створення транспортних надпровідних магнітних систем;
  • створення експериментальної бази для досліджень надпровідних магнітних систем і макетного зразку магнітолевітуючого транспортного засобу.

Магістральний магнітолевітуючий транспорт для здійснення наземних перевезень поблизу землі з крейсерськими швидкостями 350-800 км/год не є ні залізничним транспортом, ні авіаційним, хоча за своєю суттю – це низько летючий апарат, що використовує на відміну від літака магнітну інтерференцію (ефект магнітної або електродинамічної левітації на основі застосування постійних магнітів чи електромагнітів або надпровідних пристроїв, а також ефект електромагнітної тяги та гальмування за допомогою лінійного привода) і аеродинамічну інтерференцію (екранопланний ефект) рухомого складу та опорну поверхню направляючого електропровідного шляху з лінійним синхронним приводом.

Основні отримані науковцями Відділення на початок 91-го року та в першій половині 90-х років результати зводяться до такого:

  • Розроблено і виготовлено макетний зразок магнітолевітуючого транспортного засобу, стенд чотирипунктного електродинамічного підвісу і транспортну естакаду обладнану системою тяги на базі лінійного синхронного двигуна;
  • Вирішено практичні задачі по створенню транспортних надпровідних магнітних систем (кріомодулів) – головного визначального вузла магнітолевітуючого транспорту, а також по створенню механізмів передачі зусиль зі збалансованими тепловими і механічними характеристиками. Надпровідні магніти багато в чому визначають схеми тяги, підвісу та бокової стабілізації;
  • Розроблено, виготовлено і випробувано 8 типів кріомодулів, у тому числі КТ-10М, який є універсальним пристроєм, тобто він виконує одночасно функції силового вузла підвісу, магніту збудження у лінійному синхронному двигуні, а також джерела магнітного поля вузла стабілізації, котрій забезпечує горизонтальну стійкість магнітолевітуючого транспортного засобу;
  • запропоновано узагальнену тeopiю i методику розрахунку силових взаємодій в системах електродинамічної| левітації з суцільною шляховою структурою;
  • виконано комплексний аналіз левітаційних характеристик електродинамічного підвісу різних конструктивних схем з різними типами шляхових структур;
  • розроблено математичні моделі транспортних засобів з електродинамічним підвісом, враховуючи зв'язаність рівнянь руху i рівнянь струмів в структурах шляхового полотна;
  • виконано теоретичний аналіз стійкості руху транспортних засобів i запропоновано методику вибору конструктивних схем i параметрів електродинамічного підвісу;
  • розроблено математичну модель магнітопружної деформації тонкостінних конструктивних елементів кріомагнітних систем й оцінено критичні значення магнітної індукції, при яких відбувається випучування пластинчастих фрагментів кріомодулів;
  • розроблено методики проектування i розрахунку потужних транспортних надпровідних магнітів i пристроїв їх автономного життєзабезпечення;
  • створено парк оригінальних експериментальних стендів для випробувань систем електродинамічної левітації, комплексного дослідження механічних, теплових i електромагнітних характеристик розроблених кріомодулів та їх окремих вузлів;
  • експериментально відпрацьовано технологію експлуатації транспортних кріомодулів, яка включає наступні етапи: вакуумування, охолоджування, підведення струму до надпровідної котушки, перехід в стан «замороженого» магнітного потоку, робота в автономному режимі на транспортному засобі, вихід з робочого режиму;
  • розроблено, виготовлено i перевірено на імітаційній шляховій структурі практично перший в світі діючий макетний зразок екіпажу високошвидкісного наземного транспорту з електродинамічним підвісом на надпровідних магнітах. Чотири транспортних кріомодулі КТ-10М забезпечували стійкий підвіс макетного зразка транспортного засобу массою 3т з кліренсом 150мм при швидкості руху 300 км/год. Результати експериментів i випробувань довели хорошу якісну i кількісну відповідність з розробленою теорією, надійну роботу всього комплексу автономної апаратури екіпажу, а також переваги системи електродинамічної левітації над електромагнітним підвісом; На цей час тільки в Японії були експериментальні зразки магнітолевітуючих екіпажів на електродинамічному підвісі з надпровідними магнітами.
  • розроблено комбіновану зміцнену теплоізоляцію стільникового типу для надпровідних магнітних систем магнітолевітуючих транспортних засобів;
  • запропоновано оригінальні технічні рішення, які можуть бути безпосередньо використані при проектуванні високошвидкісного магнітолевітуючого транспорту, виготовленні основних вузлів транспортних засобів, макетних зразків i випробувальних стендів. Вказані технічні рішення захищено 39 авторськими свідоцтвами та патентами України;
  • розроблено методику чисельного вирішення рівнянь Навьє-Стокса у фізичних змінних i перемінних «завіхренність та функція потоку», записані для плоских довільних систем координат з використанням модифікованої двопараметричної κ-ε– моделі турбулентності. Методика дозволяє визначити параметри поля течії навколо високошвидкісного наземного транспортного засобу на надпровідних магнітах;
  • запропоновано аеродинамічне компонування магнітолевітуючих транспортних засобів; на основі результатів експериментальних досліджень вибрано варіанти компоновок, які забезпечують стійкість руху транспортних засобів над опорними поверхнями;
  • отримано теоретичні залежності, які дозволяють визначити енергетичні та електромеханічні характеристики лінійного синхронного двигуна в пускових, гальмових i квазістаціонарних режимах руху транспортного засобу. Розроблено методику аналізу i синтезу системи автоматичного керування лінійним синхронним електродвигуном;
  • розроблено радіохвильову інформаційно-вимірювальну систему (PIBC) для манітолевітуючих транспортних засобв, виготовлено діючі макети її компонентів;
  • розроблено базові положення теорії динаміки i теорії нагрівання пневматичних та гідравлічних гальмових систем транспортних засобів. Сформовано моделі динаміки i досліджено режими роботи при рівних ступінях гальмування, отримано залежності для розрахунку теплової інтенсивності в місцях контакту гальмових колодок з ободом. Проведено вибір кінематичних схем i обґрунтовано типові режими роботи надпотужних багатоканатних скіпових похилих транспортних систем для шахт i кap'єрів, визначено розрахункові продуктивності параметричного ряду піднімальних установок транспортної системи.
  • показано, що в умовах України економічно доцільною є, на відміну від традиційно прийнятих радіальних, кільцева траса високошвидкісного наземного транспорту, яка зв'язує більшість обласних центрів України.

Створення магнітолевітуючих транспортних систем, як і реактивних систем в авіації, дало поштовх до розвитку багатьох наукових напрямів, а також зумовило появу нових, та розвиток існуючих, таких наприклад, як низькотемпературна і високотемпературна надпровідність; нові конструкційні матеріали, у тому числі для кріогенної техніки; автономних бортових пристроїв енергозабезпечення як систем магнітного підвісу і тяги, так і систем керування транспортними засобами, та інших.

Необхідність забезпечення магнітолевітуючого транспортного засобу автономними бортовими джерелами електроживлення обумовила зосередженість зусиль науковців Відділення «Трансмаг» в першу чергу на напрямку створення пристроїв автономного енергозабезпечення.

Зупиняючись на створенні автономних пристроїв енергозабезпечення таких, як електрохімічні джерела живлення (акумулятори), слід відзначити, що після розпаду Радянського Союзу на території України не залишилося жодного з 8 акумуляторних заводів колишнього СРСР і майже всі галузі господарства України такі, як агропромисловий комплекс, автомобільний вантажопасажирський транспорт, Збройні сили та багато інших, стали практично «задихатися» від нестачі акумуляторів. Це обумовило висунення В.О. Дзензерським Концепції про необхідність створення нової галузі промисловості, незалежної України – виробництва акумуляторних батарей усіх видів: стартерних, тягових, стаціонарних і спеціального призначення. На той же час науковцями Відділення було накопичено певний досвід і виконано низку теоретичних та експериментальних досліджень свинцево-кислотних, лужних: нікель-метал-гідридних, залізомарганцевих та ін., літій-іонних акумуляторів, що дало змогу розпочати проектування і будівництво в Дніпропетровську першого в Україні заводу стартерних свинцево-кислотних акумуляторів.

Для поглиблення та розширення комплексного дослідження проблем високошвидкісного наземного транспорту на магнітній «подушці» і бортових джерел струму для транспортних засобів було прийнято рішення про організацію нового інституту в системі Національної академії наук України.

На базі відділення ФТПТНМ ІГТМ НАН України постановою Президії НАН України 15 лютого 1995 р. було створено Інститут транспортних систем і технологій НАН України (ІТСТ НАН України) «Трансмаг», директором якого було призначено Віктора Олександровича Дзензерського – провідного вченого в області транспорту на магнітному підвісі й автономних хімічних джерел струму, що стояв на початку таких досліджень в Україні та був ініціатором створення як Відділення «Трансмаг», так й Інституту.

 Президією НАН України затверджено такі наукові напрями Інституту:

  • Фізико-технічні проблеми створення магніто-левітуючих транспортних систем та пристроїв, засобів їх управління та енергозабезпечення.
  • Проблеми механіки та аеродинаміки транспортних засобів, у тому числі тих, які левітують над профільованими опорними поверхнями.
  • Проблеми створення та експлуатації високоенергоємних бортових джерел живлення для транспортних засобів.

У вересні того ж 1995 відбувся пуск першого в Україні заводу стартерних акумуляторів. Побудований під керівництвом і безпосередній участі науковців Інституту, без залучення бюджетних коштів, найкращій із існуючих на той час в країнах СНД і один із найкращих в Європі.

Завод в проекті якого було втілено концепцію найсучаснішої апаратурної реалізації стабільного технологічного процесу, який відрізнявся від існуючих високим рівнем автоматизації (до 96%) і безпеки.

Річний обсяг виробництва Першого Українського акумуляторного заводу побудованого в м. Дніпропетровську складав 1 млн 300 тис найсучасніших, конкурентноспроможних на світовому ринку акумуляторних батарей призначених для використання практично в усіх видах автомототехніки, сільськогосподарської та військової техніки.

На базі досвіду, набутого при реалізації зазначеного проекту під науковим керівництвом і безпосередній участі участі співробітників Інституту було створено нове покоління конструкцій герметизованих свинцево-кислотних стартерних, тягових і стаціонарних батарей з підвищеними питомими енергетичними характеристиками, а також оригінальні технології їхнього виробництва, що відрізняються від відомих високим ступенем безперервності, безвідходності і замкнутості технологічного процесу, високою точністю виготовлення електродів і міжелементних з‘єднань, високою чистотою і корозійною стійкістю активних матеріалів.

В Інституті також розроблено, створено та запатентовано акумуляторні батареї для танків та легкої бронетанкової техніки. Ці батареї, які прийнято на озброєння Міністерством Оборони України, за своїми параметрами перевершили іноземні прототипи: вітчизняні батареї для бронетанкової техніки мають високу вібро- та удароміцність, підвищену механічну і експлуатаційну надійність. Тісна співпраця вчених та виробничників дозволили всього за 5 місяців пройти шлях від розборки цих акумуляторних до їх серійного випуску.