введение в теорию решения изобретательских задач

НАЧАЛО

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ. Часть 3.3.1

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1.СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ ТРИЗ
1.1.Функции ТРИЗ
1.2.Структура ТРИЗ

2.ПРОСТЕЙШИЕ ПРИЕМЫ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСТВА
2.1.Аналогия
2.2.Инверсия
2.3.Эмпатия
2.4.Фантазия

3.ЗАКОНЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
3.1.Законы диалектики в развитии технических систем
3.2.Законы организации технических систем.
3.2.1.Закон единства и борьбы противоположностей
3.2.2.Закон перехода количественных изменений в качественные
3.2.3.Закон отрицания отрицания
3.3.Законы эволюции технических систем.
3.3.1.Увеличение степени дробления
3.3.2.Закон перехода в надсистему.
3.3.3.Закон наличия связей между частями системы и системы с над системой
3.3.4.Закон минимального согласования частей и параметров системы
3.4.Законы эволюции технических систем.
3.4.1.Увеличение степени дробления
3.4.2. Закон перехода в надсистему.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

3.3.1. Закон полноты частей системы

Закон полноты частей системы описывает минимально необходимый набор частей, обеспечивающий минимальную работоспособность системы. В общем случае, необходимо наличие следующих частей системы:

рабочий орган,

энергия для обеспечения его работы,

система управления рабочим органом.

В идеальном случае рабочий орган - энергия. Например, инструмент для плазменной обработки. Этот частный случай представляет собой одну из тенденций развития техники.

Минимальный набор элементов в средствах транспорта, например, это:

движитель - рабочий орган,

двигатель с источником энергии,

корпус,

система управления.

В качестве примера рассмотрим некоторые виды указанных частей судна.

Движитель Движитель для судов могут быть следующих видов: весло, гребное колесо и гребной винт, водомет, реактивна струя, парус, крыло, воздушный змей, парашют, пропеллер, вращающиеся роторы. Основные движители показаны на рис. 3.21 1

и рис. 3.23.2

На рис. 3.21 показаны судовые ветродвижетели, т.е. движители, которые используют энергию ветра.

Где: а - мягкие паруса, б - полужесткие паруса, вг - авторотирующий пропеллер, д - вращающийся ротор, работа этого ротора основана на эффекте Магнуса. Суть эффекта объясняется ниже.

Схема эффекта Магнуса изображена на рис. 3.22.

Многие этот эффект наблюдали при исполнении так называемого "крученого мяча" в настольном теннисе или футболе. Суть его в следующем. Цилиндр (или шар) вращается в определенную сторону. Стрелкой показано направление вращения (w - скорость вращения). Цилиндр находитс в потоке ветра, показанного стрелкой W. Когда скорости складываются (внизу на рис. 3.22а и наверху на рис. 3.22б), общая скорость увеличивается. При увеличении скорости, согласно принципу Бернулли, давление в потоке воздуха падает (на схеме стоит знак минус "-").

С другой стороны скорости вычитаются, общая скорость уменьшается, и давление увеличивается (на схеме показан знак плюс "+"). Так образуется сила P, направленная перпендикулярно к потоку, которую можно использовать дл движения судна . 3"-").

Пример 3.13. Как известно эффективность паруса и крыла, прежде всего, определяется их общей площадью, поэтому их делают как можно выше. Однако удлинение парусов и крыльев приводит к уменьшению остойчивости судна. Оригинальное решение этого противоречия - кольцевые и полукольцевые паруса-крылья (рис. 3.24) . 4

Аналогичное решение предложено использовать и в авиации

По замыслу авторов, такое крыло в два раза меньше обычного, но из-за особенностей движение воздуха в "трубе" обеспечивают необходимую подъемную силу. "-").

Пример 3.14. В 1924 г. Французский инженер Константен, воскрешая идею XVIII в., предложил применить ветродвигатели для движения судов

. Вращение вала ветродвигателя передается с помощью трансмиссии , содержащей двойную угловую зубчатую передачу и вал, на обычный гребной винт, движущий судно . 5

Пример 3.15. Французский корабел М.Мар предложил в качестве движителя использовать ветряк 6 (пропеллер). Трехлопастной ротор приводит в движение генератор, полученная электроэнергия питает электродвигатель, который вращает гребной винт

. Управление ротором проводится с помощью бортового компьютера, который устанавливает ротор против ветра и меняет шаг лопастей.

Пример 3.16. Возможна комбинация ветродвижителей, например, крыла и пропеллера. На

показано судно с комбинированной ветроэнергетической установкой . 7Установка состоит жесткого полукольцевого паруса-крыла с высоким аэродинамическим качеством, которое обеспечиваетс большим удлинением крыла и шайбами на нижних кромках крыльев. Система крыльев имеет механизм установки необходимого угла атаки. Внутри контура, охватываемого полукольцевым крылом, по оси симметрии крыла размещен самоориентирующийся по ветру крыльчатый ветродвижитель с горизонтальной осью, для которого жесткий парус служит габаритным ограждением для ветродвигателя во время его вращения.

При движении боковыми ветрами силу тяги создает жесткое полукрыло, а ветродвигатель застопорен, лопости его установлены горизонтально и развернуты во флюгерное положение. В таком положении ветродвигатель практически не влияет на работу крыла. В случае движения острыми курсовыми углами или прямо против ветра, когда парус не тянет, работает ветродвигатель самоориентируясь по каждому ветру, а полукольцевой жесткий парус устанавливается в плоскости вращения колеса и служит для него аэродинамической насадкой. Мощность от ветродвигателя через трансмиссию передается на гребной винт, вызывая движение судна.

При попутных ветрах полукольцевой жесткий парус в силу конструктивных условий (угол установки его ограничен) создает малую тягу, поэтому движение судна осуществляется также с помощью ветродвигателя. Реверс производится гребным винтом регулируемого шага (ВРШ).

Такое судно может успешно двигаться всеми курсами относительно ветра, минуя "мертвые зоны", и более эффективно использовать энергию ветра. "-").

Пример 3.17. В Англии в качестве движителя использовали воздушный змей .8 Крупная прямоугольная конструкция обтягивается прочной синтетической пленкой и заполняется гелием. На змее установлена метеорологическая аппаратура, которая передает информацию на судно. Змеем можно управлять с помощью перетекания газа во внутренних отсеках. "-").

Подобное решение, но более простое в осуществлении предлагает английский изобретатель К.Стюарт. Он разработал надувной пластиковый "воздушный змей", который наполняется гелием и запускается с палубы судна. По сути, это тот же парус, но без мачты. Преимущество его в том, что этот "парус" может использовать потоки на высоте даже тогда, когда над морской гладью царит безветрие. Изобретатель приспособил свой движитель к небольшой яхте и несколько раз переплыл на ней Ла-Манш. Автор утверждает, что без принципиальных изменений его парус можно применить на судах водоизмещением до 150 тонн . 9

Пример 3.18. Роторные суда, изобретены немецким ученым А.Флетнером . 10 Работа движителя А.Флетнера основана на эффекте Магнуса (рис. 3.22). Роторные суда

имеют от одного до трех вертикальных цилиндров-роторов, вращаемых вспомогательным двигателем.

Пример 3.19. Из всех районов Земли наиболее полно энергию ветра можно использовать в Южном океане, ограниченном Австралией, Африкой, Южной Америкой и Антарктидой. В проекте "Аврора" парус - это парашют длиной 450 м и диаметром чуть меньше 1 км, связанный с забалластированным поплавком и движущийся на высоте 170-300 м над уровнем воды

Высота над уровнем океана, даже при отсутствии ветра, поддерживается гелием или водородом, заполняющим специальные камеры парусов .11

Двигатель

В качестве двигателей в судах используют: дизель, турбина, атомный реактор и значительно реже - ветер и электродвигатель. Раньше использовали паровой двигатель. Наиболее часто встречающиеся в настоящее врем двигатели показаны на .12

Корпус

Корпуса могут отличаться по их количеству, виду и материалу, из которого они сделаны. "-").

количество корпусов

1 корпус (рис. 3.33 а),
2 корпуса - катамаран (рис. 3.33 б),
3 корпуса - тримаран (рис. 3.33в),
4 и более корпусов - полимаран (рис.3.33 г).

материал корпуса: папирус, тростник

,
дерево, металл, пластмасса, стеклоткань и т.д.

вид корпуса: плот

, водоизмещающий корпус (рис. 3.33а), полупогруженный корпус

, с подводными крыльями , на воздушной подушке, экраноплан , подводное судно.13

Научно-исследовательское судно (НИС), предложенное Стивеном Бэрроном (рис. 3.36), имеет полупогруженный корпус и роторный движитель .14

Система управления

Системы управления могут быть: непосредственные, дистанционные; ручные, механические, полуавтоматические, автоматические.

Мы показали только некоторые из видов минимально необходимых частей системы, с выявления и выбора которых начинается проектирование новой системы. В дальнейшем мы используем другие законы организации систем. Осуществляется минимальное согласование между частями системы, устанавливаем связи между ними, и подбирает дополнительные элементы. Как правило, эти операции проделываются несколько раз не разных уровнях.