ИНСТРУМЕНТЫ ИЗОБРЕТАТЕЛЯ 4 глава




назад, или но­вей­ший атом­ный ре­ак­тор, поч­ти не из­ме­нил­ся. С раз­бе­га впол­за­ет он на прег­ра­див­шее путь ле­дя­ное по­ле и сво­им ве­сом ло­ма­ет его. Сно­ва раз­бег, и сно­ва нес­коль­ко мет­ров впе­ред. Над­сад­но ре­вут дви­га­те­ли, скре­же­щет лед об об­шив­ку. На поч­ти­тель­ном рас­сто­янии сза­ди сто­ит ка­ра­ван обыч­ных су­дов, ждет, ког­да ле­до­кол про­ло­жит путь. Но льды ста­но­вят­ся тол­ще и тол­ще. Пол­то­ра, два, два с по­ло­ви­ной мет­ра! Ле­до­кол зас­т­ре­ва­ет. Ме­ха­ни­ки пус­ка­ют ма­ши­ны «враз­д­рай» - в раз­ные сто­ро­ны. Суд­но на­чи­на­ет «мо­тать но­сом», пы­та­ясь ос­во­бо­дить­ся от ле­дя­но­го пле­на. На­со­сы пе­ре­ка­чи­ва­ют сот­ни тонн во­ды из но­со­вых цис­терн в кор­мо­вые, из ле­вых цис­терн - в пра­вые. Ле­до­кол ка­ча­ет­ся с но­са на кор­му, пе­ре­ва­ли­ва­ет­ся с бо­ку на бок, раз­жи­мая, как клин, льди­ны… До­ро­га за ле­до­ко­лом слиш­ком тя­же­ла для обыч­ных су­дов. С тру­дом увер­ты­ва­ют­ся они от пла­ва­ющих ле­дя­ных глыб, гро­зя­щих рас­по­роть им бо­ка. Прос­т­ран­с­т­во пе­ред при­ча­ла­ми, а иног­да и вся ак­ва­то­рия пор­та прев­ра­ща­ют­ся в сплош­ную мас­су би­то­го льда. Каж­дый день ле­до­ко­лы до­бав­ля­ют но­вые пор­ции. В ре­зуль­та­те лед смер­за­ет­ся, и вско­ре тол­щи­на его ста­но­вит­ся в 2-3 ра­за боль­ше пер­во­на­чаль­ной. Те­перь уж и сам ле­до­кол не в си­лах одо­леть эту прег­ра­ду. Та­кие слу­чаи не­од­нок­рат­но наб­лю­да­ли в Ар­хан­гель­с­ком, в Ле­нин­г­рад­с­ком пор­тах. Ко­ро­че го­во­ря, меч­та ка­пи­та­нов - иметь ле­до­кол, спо­соб­ный пре­одо­ле­вать льды лю­бой тол­щи­ны и, глав­ное, ос­тав­ля­ющий за со­бой не ле­дя­ное кро­ше­во, а чис­тый ка­нал» (Мус­лин Е. Пуш­ки и лед. «Зна­ние - си­ла», 1968, №5).

Известны раз­лич­ные спо­со­бы об­лег­че­ния прод­ви­же­ния сквозь льды. Из­дав­на, нап­ри­мер, при­ме­ня­ет­ся раз­ру­ше­ние льда с по­мощью взрыв­ча­тых ве­ществ. Не­дос­тат­ки это­го спо­со­ба - боль­шой рас­ход ВВ, низ­кая про­из­во­ди­тель­ность, край­няя не­эко­но­мич­ность.

На не­боль­ших реч­ных ле­до­ко­лах ус­та­нав­ли­ва­ют виб­ра­ци­он­ные ус­та­нов­ки. «Мно­го­тон­ные чу­гун­ные дис­ки зак­реп­ля­ют на ва­лах спе­ци­аль­ных ма­шин, ко­то­рые на­мер­т­во при­вин­чи­ва­ют к но­со­вой па­лу­бе. Ед­ва толь­ко эта ма­ши­на за­ра­бо­та­ет, ле­до­кол на­чи­на­ет тряс­ти и рас­ка­чи­вать, его нос хо­дит хо­ду­ном, так что не толь­ко на­хо­дить­ся там - со сто­ро­ны гля­деть страш­но! Ка­жет­ся, что вот-вот виб­ро­ус­т­рой­с­т­во выр­вет «с мя­сом». Суд­но бьет­ся о лед, слов­но в ли­хо­рад­ке,- лед в кон­це кон­цов не вы­дер-

живает уда­ров, под­да­ет­ся» (Ка­нев­г­с­кий 3. Ле­до­вая па­хо­та, «Зна­ние - си­ла», 1969, № 8).

Применение ВВ, виб­ра­ция - все это не да­ет су­щес­т­вен­но­го эф­фек­та.

Нужно при­ду­мать спо­соб, обес­пе­чи­ва­ющий быс­т­рое прод­ви­же­ние ле­до­ко­лов во льдах тол­щи­ною до 3 м. Спо­соб дол­жен быть эко­но­ми­чен и осу­щес­т­вим при сов­ре­мен­ном уров­не тех­ни­ки.

Сейчас мы не бу­дем уточ­нять за­да­чу - это вхо­дит в про­цесс ре­ше­ния по АРИЗ, вве­дем лишь не­ко­то­рые обя­за­тель­ные ог­ра­ни­че­ния.

1. По ус­ло­ви­ям за­да­чи тран­с­пор­ти­ров­ку гру­зов по мо­рю нель­зя за­ме­нять; пе­реб­рос­ка их ави­аци­ей или же­лез­но­до­рож­ным тран­с­пор­том от­вер­га­ет­ся.

2. Нель­зя за­ме­нять ко­рабль под­вод­ной лод­кой. Под­вод­ные лод­ки име­ют очень боль­шую осад­ку в над­вод­ном по­ло­же­нии. В Ан­г­лии, нап­ри­мер, спро­ек­ти­ро­ван под­вод­ный тан­кер с осад­кой в 18 м, его при­дет­ся заг­ру­жать и раз­г­ру­жать в от­к­ры­том мо­ре.

Решать за­да­чу на­до при­ме­ни­тель­но к ко­раб­лю во­до­из­ме­ще­ни­ем в 5-20 тыс. т. Ко­рабль дол­жен иметь в сво­бод­ной во­де нор­маль­ную ско­рость (т. е. 18-20 уз­лов).

Решение за­да­чи 5

Часть 1

1 - 1. а) На­до уве­ли­чить ско­рость дви­же­ния ка­ра­ва­на су­дов и ле­до­ко­ла во льдах.

б) Нель­зя уве­ли­чи­вать мощ­ность дви­га­те­лей ле­до­ко­ла - эта воз­мож­ность ис­чер­па­на.

в) На­до сни­зить сто­имость тран­с­пор­ти­ров­ки гру­зов в ле­до­вых ус­ло­ви­ях.

г) Зат­ра­ты дол­ж­ны быть ни­же, чем при ис­поль­зо­ва­нии луч­ших сов­ре­мен­ных ле­до­ко­лов.

д) Цель - сни­зить сто­имость од­но­го тон­но-ки­ло­мет­ра тран­с­пор­ти­ров­ки гру­за.

1-2. Об­ход­ный путь - от­ка­зать­ся от ле­до­ко­ла. Ле­до­кол- ма­ши­на для из­го­тов­ле­ния ка­на­ла во льдах. Ес­ли тран­с­пор­т­ные су­да на­учат­ся хо­дить во льдах без ка­на­ла, от­па­дет не­об­хо­ди­мость в ле­до­ко­ле.

1-3. Итак, с ле­до­ко­лом или са­мос­то­ятель­но?

а, в) В вод­ном тран­с­пор­те от­чет­ли­во про­яв­ля­ет­ся тен­ден­ция к «са­мо» (нап­ри­мер, от бук­си­ру­емых барж - к са­мо­ход­ным бар­жам).

б, г) Тен­ден­ция к «са­мо» наб­лю­да­ет­ся и в сель­хоз­ма­ши­нос­т­ро­ении (раз­лич­ные са­мо­ход­ные ус­та­нов­ки вмес­то при­це­пов), и в ави­ации (по­это­му не бы­ли осу­щес­т­в­ле­ны мно­го­чис­лен­ные про­ек­ты при­цеп­ных пас­са­жир­с­ких пла-не­ро­по­ез­дов).

д) Об­ход­ная за­да­ча пред­с­тав­ля­ет­ся зна­чи­тель­но бо­лее труд­ной, в не­ко­то­ром смыс­ле да­же не­ре­аль­ной, ди­кой: мы хо­тим, что­бы тран­с­пор­т­ное суд­но шло во льдах быс­т­рее ле­до­ко­ла… Но ана­лиз сви­де­тель­с­т­ву­ет в поль­зу об­ход­ной за­да­чи. Вы­би­ра­ем ее.

1-4. При­мем тре­бу­емую ско­рость во льдах рав­ной 6 уз­лам (втрое боль­ше, чем у су­щес­т­ву­ющих ле­до­ко­лов), тол­щи­ну льда - 3 м.

1-5. Поп­рав­ка на вре­мя: ско­рость - 8 уз­лов, тол­щи­на льдов - до 3,5 м (прак­ти­чес­ки это пре­дель­ная ве­ли­чи­на).

1-6. То, что нам пред­с­то­ит при­ду­мать, дол­ж­но на­деж­но ра­бо­тать в по­ляр­ных ус­ло­ви­ях. От­сю­да тре­бо­ва­ние: как мож­но мень­ше под­виж­ных ме­ха­низ­мов и выс­ту­па­ющих де­та­лей (они смер­за­ют­ся, ло­ма­ют­ся льда­ми и т. п.).

Часть 2

2- 1 а) Ана­лиз па­тен­т­ной ин­фор­ма­ции сра­зу вы­яв­ля­ет чрез­вы­чай­но ин­те­рес­ный факт: нет изоб­ре­те­ний, от­но­ся­щих­ся к выб­ран­но­му на­ми об­ход­но­му пу­ти. Свы­ше ста лет раз­ви­тие ле­до­ко­лов идет в рам­ках ис­ход­ной схе­мы. Да­же на­ибо­лее ори­ги­наль­ные изоб­ре­те­ния пос­лед^ них лет не вы­хо­дят за пре­де­лы этой схе­мы. Изоб­ре­та­те­ли из Ле­нин­г­рад­с­ко­го НИИ Ар­к­тики и Ан­тар­к­ти­ки пред­ло­жи­ли раз­ру­шать лед сис­те­мой фрез или им­пуль­с­ны­ми во­до­ме­та­ми1. В аме­ри­кан­с­ком па­тен­те № 3130701 пред­ла­га­ет­ся за­во­дить но­со­вую часть ле­до­ко­ла под лед и взла­мы­вать лед сни­зу: опус­ка­ние но­со­вой час­ти про­из­во­дит­ся за­топ­ле­ни­ем осо­бых цис­терн, а подъ­ем - опо­рож­не­ни­ем этих цис­терн и од­нов­ре­мен­ной по­да­чей воз­ду­ха в на­дув­ную ем­кость, рас­по­ло­жен­ную под дни­щем ле­до­ко­ла. По па­тен­ту ФРГ1175103 пред­ла­га­ется в но­со­вой час­ти ко­раб­ля ус­та­нав­ли­вать де­сят­ки бив­ней - «нап­рав­лен­ных впе­ред, изог­ну­тых и спус­ка­ющих­ся под лед сталь­ных кли­но­вид­ных плос­кос­тей».

Совсем све­жее пред­ло­же­ние пре­дус­мат­ри­ва­ет, что «ис-

полнительный ор­ган вы­пол­нен в ви­де рас­по­ло­жен­ных вдоль кор­пу­са, ре­гу­ли­ру­емых по вы­со­те рез­цов, а в зад­ней час­ти кор­пу­са шар­нир­но ус­та­нов­ле­на стре­ла, на кон­це ко­то­рой зак­реп­ле­на уда­ля­ющая раз­ру­шен­ный лед пли­та». Это уже не ко­рабль, а спе­ци­али­зи­ро­ван­ный аг­ре­гат по из­го­тов­ле­нию ка­на­ла во льдах…

Много ав­тор­с­ких сви­де­тельств и па­тен­тов вы­да­но на раз­лич­ные ус­т­рой­с­т­ва для уда­ле­ния би­то­го льда из-под дни­ща ле­до­ко­ла и очис­т­ки ка­на­ла. Пред­ло­же­но да­же спе­ци­аль­ное ле­до­очис­ти­тель­ное суд­но, обо­ру­до­ван­ное ус­та­нов­ка­ми, нап­рав­ля­ющи­ми лед под ле­дя­ное по­ле. Сис­те­ма «ле­до­кол - ка­ра­ван» очень да­ле­ка от иде­аль­ной ма­ши­ны: ле­до­кол «во­зит са­мо­го се­бя», а тут до­ба­вит­ся еще од­но суд­но - толь­ко для об­с­лу­жи­ва­ния ка­на­ла. Это яв­но от­да­ля­ет ис­ход­ную схе­му от иде­аль­ной ма­ши­ны.

Патентный ана­лиз, та­ким об­ра­зом, под­т­вер­ж­да­ет, что пря­мой путь ве­дет в ту­пик из­лиш­ней спе­ци­али­за­ции. Мы пра­виль­но сде­ла­ли, от­дав пред­поч­те­ние об­ход­но­му пу­ти.

б) Мы ре­ша­ем за­да­чу о прод­ви­же­нии сквозь плот­ную сре­ду; ве­ду­щая от­расль тех­ни­ки в дан­ном слу­чае - гор­ная тех­ни­ка (про­ход­ка шахт, штре­ков, вы­ем­ка уг­ля, ру­ды и т. п.). Лед - гор­ная по­ро­да; пос­мот­рим, как дви­жут­ся ма­ши­ны в бо­лее плот­ных гор­ных по­ро­дах.

Здесь уже дав­но при­ме­ня­ют во­до­ме­ты, гид­ро­мо­ни­то­ры. Идут эк­с­пе­ри­мен­ты с раз­лич­ны­ми элек­т­ро­фи­зи­чес­ки­ми спо­со­ба­ми раз­ру­ше­ния уг­ля, ру­ды, кам­ня. Ис­поль­зу­ют наг­ре­ва­ние то­ка­ми вы­со­кой час­то­ты, кон­так­т­ный элек­т­роп­ро­бой, элек­т­ро­гид­рав­ли­чес­кий эф­фект и т. п. К со­жа­ле­нию, при­ме­нить ка­кой-ли­бо из этих ме­то­дов в на­шей за­да­че не­воз­мож­но: слиш­ком ве­лик объ­ем льда, ко­то­рый на­до раз­ру­шать в еди­ни­цу вре­ме­ни, что­бы обес­пе­чить тре­бу­емую ско­рость дви­же­ния суд­на.

в) Об­рат­ная за­да­ча - не раз­ру­шать, а ук­реп­лять лед. Ре­ше­ние - ар­ми­ро­ва­ние льда. Та­кое ре­ше­ние яв­но не го­дит­ся, а что­бы ис­поль­зо­вать его «с об­рат­ным зна­ком», нуж­но до­бав­лять в лед что-то, умень­ша­ющее его проч­ность. Но и этот путь не го­дит­ся: пот­ре­бу­ет­ся слиш­ком боль­шой рас­ход ве­щес­т­ва-раз­рых­ли­те­ля.

2-2. При­ме­ним опе­ра­тор РВС. Бу­дем счи­тать объ­ек­том ко­рабль, а ос­нов­ным раз­ме­ром - его ши­ри­ну (от дли­ны ма­ло что за­ви­сит).

а) Ши­ри­на ко­раб­ля стре­мит­ся к ну­лю. До­пус­тим, она рав­на 1 мм. Ко­раб­ль-лез­вие?

б) Нач­нем те­перь уве­ли­чи­вать ши­ри­ну: 10 м, 100 м, 1000 м, 10 000 м… Бее труд­нее и труд­нее дви­гать сквозь лед та­кую гро­ма­ду. По­ло­жить ко­рабль на бок?

в) Ско­рость дви­же­ния ко­раб­ля близ­ка к ну­лю. В этом слу­чае мож­но прос­то по­ти­хонь­ку рас­тап­ли­вать лед. Рас­ход топ­ли­ва то­же бу­дет стре­мить­ся к ну­лю.

г) Ско­рость по­вы­си­лась до 50 уз­лов, 100 уз­лов… Ко­рабль дол­жен мчать­ся, как суд­но на под­вод­ных крыль­ях. Лю­бой спо­соб раз­ру­ше­ния льда не го­дит­ся - пот­ре­бу­ет­ся слиш­ком боль­шая мощ­ность. Нуж­но при­ду­мать неч­то, что поз­во­лит ид­ти сквозь лед, не рас­хо­дуя энер­гии. Как?

д) До­пус­ти­мые рас­хо­ды стре­мят­ся к ну­лю. Сно­ва тот же вы­вод: не раз­ру­шать лед (за это всег­да на­до пла­тить).

е) Ес­ли до­пус­ти­мы не­ог­ра­ни­чен­ные рас­хо­ды, за­да­ча лег­ко ре­ша­ет­ся: при­ме­нить ла­зе­ры, пусть они про­би­ва­ют до­ро­гу сквозь лед.

2-3. Из­ло­жим за­да­чу в двух фра­зах, уб­рав та­кие тер­ми­ны, как «ле­до­кол», «ле­до­рез» или «ле­до­лом» (они за­ра­нее при­вя­зы­ва­ют нас к ка­кой-то тех­но­ло­гии раз­ру­ше­ния льда).

Итак, за­да­ча: «Да­на сис­те­ма из ко­раб­ля и льда. Ко­рабль не мо­жет ид­ти с боль­шой ско­рос­тью сквозь лед». (Мож­но, во­об­ще го­во­ря, уб­рать и тер­мин «ко­рабль», но он дос­та­точ­но ши­рок и вряд ли силь­но стес­нит во­об­ра­же­ние.)

2-4. Ко­рабль - тех­ни­чес­кий объ­ект, его мож­но из­ме­нять как угод­но. Лед - при­род­ный объ­ект, из­ме­нять его край­не труд­но. Сле­до­ва­тель­но, на­до ко­рабль от­нес­ти к «а», лед - к «б».

2-5. Объ­ек­том для даль­ней­ше­го ана­ли­за бу­дет ко­рабль.

Вывод не­ожи­дан­ный: тра­ди­ци­он­ные по­пыт­ки ре­ше­ния за­да­чи свя­за­ны с из­ме­не­ни­ем льда: его ло­ма­ют, ре­жут, взры­ва­ют… Ко­рабль ка­жет­ся не­из­мен­ным, мы при­вык­ли к его оп­ре­де­лен­ной фор­ме, а лед ка­жет­ся лег­ко из­ме­ня­емым На са­мом де­ле все на­обо­рот. Что­бы рас­п­ла­вить один ку­бо­метр льда - все рав­но, чем: ар­хи­сов­ре­мен­ным ла­зе­ром или прос­тым ог­нем,- нуж­но зат­ра­тить 80 000 ккал теп­ла (без уче­та по­терь). Боль­шое ко­ли­чес­т­во энер­гии нуж­но и для то­го, что­бы тем или иным спо­со­бом ис­к­ро­шить ку­бо­метр льда. Ку­да про­ще раз­ру­шать

Рис. 23. К за­да­че 5, шаг 3-2. «Бы­ло» - ко­рабль до­шел до льда и ос­та­но­вил­ся; «Ста­ло» - тот же ко­рабль ка­ким-то об­ра­зом дви­жет­ся сквозь лед

не лед, а ко­рабль! Ведь ко­рабль мож­но сде­лать лег­ко-раз­ру­ша­емым - это за­ви­сит от нас…

Мы приш­ли к весь­ма ди­ко­му вы­во­ду. Кто-то, мо­жет быть, уже под­хо­дил к этой мыс­ли - и ос­та­нав­ли­вал­ся пе­ред пси­хо­ло­ги­чес­ким барь­ером.

Часть 3

3- 1. Сфор­му­ли­руем иде­аль­ный ко­неч­ный ре­зуль­тат (ИКР): ко­рабль сам идет сквозь лед с боль­шой ско­рос­тью и с нор­маль­ным {как на чис­той во­де) рас­хо­дом энер­гии.

3-2. На рис. 23: «Бы­ло» - ко­рабль до­шел до льда и ос­та­но­вил­ся; «Ста­ло» - тот же ко­рабль ка­ким-то об­ра­зом дви­жет­ся сквозь лед.

3-3. Не мо­жет вы­пол­нить тре­бу­емо­го дей­с­т­вия учас­ток АБ но­со­вой час­ти ко­раб­ля, упи­ра­ющий­ся в лед. Мож­но от­ве­тить и по-дру­го­му: не мо­жет вы­пол­нить тре­бу­емо­го дей­с­т­вия объ­ем кор­пу­са меж­ду АБ и ВГ.

3-4. а) Мы хо­тим, что­бы эта часть не упи­ра­лась в лед.

б) Она жес­т­кая, твер­дая, сплош­ная - по­это­му она и упи­ра­ет­ся.

в) Эта часть нуж­на для сох­ра­не­ния це­лос­т­нос­ти кор­пу­са и не нуж­на, что­бы не упи­рать­ся в лед.

3-5. Пос­коль­ку эта часть нуж­на, при­дет­ся сох­ра­нить ее. А пос­коль­ку она нам ме­ша­ет, при­дет­ся умень­шить ее до ми­ни­му­ма.

3-6. Раз­ме­ры этой час­ти оп­ре­де­ля­ют­ся тол­щи­ной льда и ши­ри­ной ко­раб­ля. Умень­шить тол­щи­ну льда мы не мо­жем. Ос­та­ет­ся умень­шать ши­ри­ну ко­раб­ля. Нам не на­до,л­то­бы ко­рабль был во­об­ще плос­ким (рис. 24, а). Мы рас­смат­ри­ва­ем из­ме­не­ния той час­ти кор­пу­са, ко­то-

Рис. 24 Чем уже по­ло­са раз­ру­ша­емо­го льда, тем мень­ше рас­ход энер­гии.

рая сов­па­да­ет со сло­ем льда. Пусть эта часть бу­дет плос­кой (24,6).

3-7 и 3-8. По­лу­ча­ет­ся не­ус­той­чи­вая фор­ма. Что­бы ко­рабль был ус­той­чи­вым и плос­ким, нуж­ны две плос­кос­ти, со­еди­ня­ющие вер­х­нюю и ниж­нюю час­ти кор­пу­са (рис. 24, в).

Часть 4

4-1. Об­щая ши­ри­на сте­нок-лез­вий в 20-25 раз мень­ше обыч­ной ши­ри­ны ле­до­ко­ла. Сле­до­ва­тель­но, мож­но рас­счи­ты­вать на су­щес­т­вен­ное умень­ше­ние рас­хо­да энер­гии при дви­же­нии во льдах. Кон­с­т­рук­ция ко­раб­ля в це­лом уп­ро­ща­ет­ся (вслед­с­т­вие рез­ко­го сни­же­ния мощ­нос­ти дви­га­те­лей). Ус­лож­ня­ет­ся ре­ше­ние вто­рос­те­пен­ных воп­ро­сов, нап­ри­мер, пе­ред­ви­же­ния лю­дей меж­ду вер­х­ней и ниж­ней час­тя­ми при пла­ва­нии во льдах.

4-2. Та­ко­го ро­да труд­нос­ти мо­гут быть сня­ты, ес­ли ниж­няя часть бу­дет толь­ко гру­зо­вой. Нап­ри­мер, тан­кер­ной.

4-3. Те­перь в идее ре­ше­ния нет не­дос­тат­ков, при ус­ло­вии, что наш ко­рабль бу­дет хо­ро­шо дви­гать­ся и в чис­той во­де. Ин­те­рес­но от­ме­тить, что в обыч­ном ко­раб­ле-ст­ро­ении за пос­лед­ние го­ды то­же на­ме­ти­лась тен­ден­ция под­нять вер­х­нюю часть ко­раб­ля над вол­на­ми, а ниж­нюю часть (с дви­га­те­ля­ми) опус­тить вниз.

4-4. Сов­ре­мен­ные ле­до­ко­лы пол­нос­тью ис­чер­па­ли воз­мож­нос­ти сво­его раз­ви­тия: нель­зя пос­та­вить на ле­до­кол бо­лее мощ­ные дви­га­те­ли, чем те, ка­кие уже сто­ят. Но­вая схе­ма, по ко­то­рой нуж­но раз­ру­шать как мож­но мень­ше льда, име­ет толь­ко пре­иму­щес­т­ва. Хо­тя нель­зя не учи­ты­вать и не­ко­то­рые мо­раль­ные сто­ро­ны пе­ре­хо­да к но­вой схе­ме: пси­хо­ло­ги­чес­кую инер­цию, при­вер­жен­ность спе­ци­алис­тов к при­выч­но­му прин­ци­пу «ло­май по* боль­ше» (кор­пу­сом ле­до­ко­ла, фре­за­ми, во­до­ме­та­ми и т. п.).

Часть 5

Хотя идея ре­ше­ния и най­де­на, об­ра­тим­ся ра­ди кон­т­ро­ля к таб­ли­це ус­т­ра­не­ния тех­ни­чес­ких про­ти­во­ре­чий.

5-1. Нам на­до уве­ли­чить ско­рость (стро­ка 9). Или про­из­во­ди­тель­ность (стро­ка 39), ес­ли рас­смат­ри­вать ко­рабль как ма­ши­ну для тран­с­пор­ти­ров­ки гру­за.

5-2. Из­вес­т­ный путь уве­ли­че­ния ско­рос­ти (про­из­во­ди­тель­нос­ти) дви­же­ния во льдах - уве­ли­че­ние мощ­нос­ти дви­га­те­лей.

5-3. Вы­би­ра­ем ко­лон­ку 21.

5-4. Про­ти­во­ре­чие ти­па 9-21, при­емы: 19, 35, 38, 2. Про­ти­во­ре­чие ти­па 39-21, при­емы: 35, 20, 10.

5-5. При­ем 35(a)-изменение аг­ре­гат­но­го сос­то­яния объ­ек­та - со­от­вет­с­т­ву­ет най­ден­но­му ре­ше­нию.

Мы мог­ли бы и сра­зу - без ана­ли­за - об­ра­тить­ся к таб­ли­це. Но в этом слу­чае от­вет был бы не­ожи­дан­ным: «Сде­лать ко­рабль жид­ким или га­зо­об­раз­ным». Пос­ле ша­га 3-3, да­же ес­ли у нас и нет идеи ре­ше­ния, мы зна­ем часть объ­ек­та, к ко­то­рой на­до при­ло­жить при­ем, под­с­ка­зан­ный таб­ли­цей. Нет не­об­хо­ди­мос­ти де­лать ко­рабль жид­ким или га­зо­об­раз­ным, дос­та­точ­но из­ме­нить аг­ре­гат­ное сос­то­яние той его час­ти, ко­то­рая на­хо­дит­ся на уров­не льда.

Часть 6

6- 1. Рань­ше ко­рабль вхо­дил в сис­те­му «ле­до­кол - тран­с­пор­т­ные су­да, сле­ду­ющие за ним». Коль ско­ро на­ше тран­с­пор­т­ное суд­но са­мо дви­жет­ся во льдах, от­па­да­ет

надобность в ле­до­ко­ле. Мож­но рас­суж­дать по-дру­го­му: ле­до­кол, ос­во­бож­ден­ный от из­лиш­них дви­га­тель­ных ус­та­но­вок, сам мо­жет во­зить груз.

6-2. Пос­коль­ку раз­ру­ше­ние льда ве­дет­ся те­перь уз­ки­ми лез­ви­ями, мож­но ис­поль­зо­вать та­кие при­емы раз­ру­ше­ния льда, ко­то­рые рань­ше бы­ли не­эко­но­мич­ны­ми, нап­ри­мер, раз­лич­ные элек­т­ро­фи­зи­чес­кие спо­со­бы.

6-3. Смысл най­ден­ной идеи: не ид­ти нап­ро­лом по все­му фрон­ту, а прод­ви­гать­ся уз­ки­ми лез­ви­ями. Ве­ро­ят­но, эта идея мо­жет быть при­ме­не­на в тех­ни­ке зем­ля­ных ра­бот, где поч­ти всег­да идут нап­ро­лом…

 


НЕСКОЛЬКО УЧЕБНЫХ ЗАДАЧ

 

Задачу о ле­до­ко­ле мы ре­ши­ли «в об­ход»: на пер­вой же ста­дии ре­ше­ния цель бы­ла из­ме­не­на. Возь­мем те­перь за­да­чу о дож­де­ва­те­ле и рас­смот­рим та­кой слу­чай, ког­да цель не ме­ня­ет­ся.

Чтобы не бы­ло соб­лаз­на ид­ти об­ход­ны­ми пу­тя­ми, нач­нем с ша­га 2-3, а все пред­шес­т­ву­ющие ша­ги за­ме­ним крат­кой па­тен­т­ной ин­фор­ма­ци­ей.

Решение за­да­чи 2

Основная тен­ден­ция в раз­ви­тии са­мо­ход­ных дож­де­валь­ных аг­ре­га­тов - уве­ли­чи­вать дли­ну крыль­ев1. Что­бы нес­коль­ко умень­шить кон­соль­ную наг­руз­ку на крылья, их снаб­жа­ют опор­ны­ми те­леж­ка­ми с ко­ле­са­ми. Так, нап­ри­мер, ус­т­ро­ен аг­ре­гат по па­тен­ту ФРГ № 1068940 (рис. 25, а). В ан­г­лий­с­ком па­тен­те № 778716 крылья вы­пол­не­ны в ви­де шпрен­гель­ных (прин­цип дроб­ле­ния!) ферм (рис. 25, б). К со­жа­ле­нию, опор­ные те­леж­ки не из­бав­ля­ют от не­об­хо­ди­мос­ти де­лать крылья жес­т­ки­ми и, сле­до­ва­тель­но, тя­же­лы­ми. Не слу­чай­но па­тент АРЕ № 2698 пре­дус­мат­ри­ва­ет са­мо­ход­ные опор­ные те­леж­ки. Круг, та­ким об­ра­зом, за­мы­ка­ет­ся: кон­с­т­рук­ция вновь ус­лож­ня­ет­ся.

Попробуем най­ти луч­шее ре­ше­ние.

2-3. Да­на сис­те­ма, сос­то­ящая из те­леж­ки, крыль­ев и рас­по­ло­жен­ных на них рас­пы­ли­те­лей во­ды. Уве­ли­че­ние дли­ны крыль­ев силь­но утя­же­ля­ет сис­те­му.

2-4. В прин­ци­пе мож­но ме­нять все эле­мен­ты* те­леж­ку, крылья и рас­пы­ли­те­ли. Но ес­ли мы ре­ша­ем пря­мую за­да­чу (уве­ли­че­ние раз­ма­ха крыль­ев), те­леж­ка и рас­пы­ли­те­ли дол­ж­ны ос­тать­ся не­из­мен­ны­ми По­это­му

а - крылья.

Рис. 25. Ос­нов­ная тен­ден­ция раз­ви­тия са­мо­ход­ных дож­де­валь­ных аг­ре­га­тов - уве­ли­че­ние дли­ны крыль­ев: а - аг­ре­гат по па­тен­ту ФРГ № 1068940; б - в ан­г­лий­с­ком па­тен­те № 778716 крылья сде­ла­ны в ви­де шпрен­гель­ных шар­нир­ных ферм.

б) -те­леж­ка и рас­пы­ли­те­ли.

2-5. Крылья.

3-1. Крылья при по­ли­ве са­ми дер­жат­ся над по­лем (при раз­ма­хе в 200-300 м).

3-2. См. рис. 26.

3-3. Не вы­пол­ня­ют тре­бу­емо­го дей­с­т­вия «лиш­ние» учас­т­ки крыль­ев АБ и ВГ.

3-4. а) Нам на­до, что­бы АБ и ВГ са­ми дер­жа­лись над зем­лей.

б) Ме­ша­ет вес этих час­тей.

в) Час­ти АБ и ВГ дол­ж­ны что-то ве­сить (это час­ти кон­с­т­рук­ции) и в то же вре­мя ве­са у них не дол­ж­но быть.

3-5. Час­ти АБ и ВГ бу­дут дер­жать­ся над зем­лей, ес­ли мы пре­дель­но умень­шим их вес (как в за­да­че о ле­до­ко­ле пре­дель­но умень­ша­ли ши­ри­ну вза­имо­дей­с­т­ву­ющей со льдом час­ти) или как-то урав­но­ве­сим крылья.

3-6. Об­лег­че­ние крыль­ев - путь, ве­ду­щий к на­дув­ным кон­с­т­рук­ци­ям. Этот путь рас­смот­рен в ус­ло­ви­ях за­да­чи. Ос­та­ет­ся урав­но­ве­ши­ва­ние: к час­тям АБ и ВГна­до при­ло­жить си­лы, рав­ные по ве­ли­чи­не си­ле ве­са этих час­тей и про­ти­во­по­лож­ные по нап­рав­ле­нию. Си­лы мо­гут быть аэро­ди­на­ми­чес­кие (у нас крылья), гид­ро­ди­на­ми­чес­кие и т. д.

Рис. 26. К за­да­че 2, шаг 3-2: крылья са­ми се­бя дер­жат гид­ро­ре­ак­тив­ной си­лой по­да­ва­емой в рас­пы­ли­те­ли во­ды.

3-7. Аэро­ди­на­ми­чес­кие си­лы в дан­ном слу­чае ма­лы.

Чтобы крылья са­ми се­бя дер­жа­ли, це­ле­со­об­раз­но ис­поль­зо­вать гид­ро­ре­ак­тив­ную си­лу по­да­ва­емой в рас­пы­ли­те­ли во­ды.

Напор во­ды в гид­ро­сис­те­ме (23 м на кон­цах крыль­ев) дос­та­то­чен для са­мо­под­дер­жа­ния ле­ек. Рас­чет по­ка­зы­ва­ет, что лег­кая гид­ро­сис­те­ма мо­жет са­ма се­бя под­дер­жи­вать и пе­ред­ви­гать. Но да­же ес­ли гид­ро­ре­ак­тив­ной си­лы бы­ло бы не­дос­та­точ­но, сле­до­ва­ло хо­тя бы час­тич­но об­лег­чить крылья. Пусть в не­ра­бо­чем по­ло­же­нии эти лег­кие крылья бу­дут опу­ще­ны вниз. При по­ли­ве гид­ро­ре­ак­тив­ная си­ла под­ни­мет кон­цы крыль­ев.

* * *

Алгоритм не из­бав­ля­ет изоб­ре­та­те­ля от не­об­хо­ди­мос­ти ду­мать. Од­на и та же за­да­ча мо­жет быть ре­ше­на на раз­ных уров­нях - в за­ви­си­мос­ти от ин­ди­ви­ду­аль­ных ка­честв изоб­ре­та­те­ля. Прос­ле­дим это на при­ме­ре.

Задача 6

При гор­ных ра­бо­тах рань­ше про­из­во­ди­ли пос­ле­до­ва­тель­ные взры­вы де­ся­ти за­ря­дов в те­че­ние двух ми­нут. Опе­ра­тор ус­пе­вал за­мы­кать кон­так­ты це­пи с элек­т­ро­де­то­на­то­ра­ми вруч­ную. Но при но­вой ор­га­ни­за­ции гор­ных ра­бот не­об­хо­ди­мо за 0,6 сек. пос­ле­до­ва­тель­но вклю­чить 40 кон­так­тов, при­чем про­ме­жут­ки меж­ду взры­ва­ми не­рав­ны и каж­дый раз ме­ня­ют­ся. Нап­ри­мер, взрыв № 2 дол­жен сле­до­вать че­рез 0,01 сек. пос­ле взры­ва № 1; взрыв № 3 - че­рез 0,02 сек. пос­ле взры­ва № 2 и т. д. В дру­гой раз взрыв № 2 дол­жен про­изой­ти че­рез 0,03 сек. пос­ле взры­ва № 1 и т. д. Гра­фик вклю­че­ния же­ла­тель­но вы­дер­жать с точ­нос­тью до 0,001 сек.

Нужен пре­дель­но прос­той, на­деж­ный и точ­ный спо­соб вклю­че­ния.

Решение за­да­чи 6

3-3. Да­на сис­те­ма из 40 пар про­во­дов (кон­так­тов) и 40 «за­мы­ка­лок» (или од­ной под­виж­ной «за­мы­кал­ки»). Труд­но за­мы­кать кон­так­ты по гра­фи­ку.

(Электродетонаторы не вхо­дят в рас­смат­ри­ва­емую сис­те­му На­до за­мы­кать кон­так­ты, а ку­да идет ток - без­раз­лич­но.)

2-4. а) «За­мы­кал­ка». б) Кон­так­ты. (В ус­ло­ви­ях дан­ной за­да­чи кон­так­ты - это прос­то кон­цы про­во­дов, ко­то­рые на­до зам­к­нуть. Ме­нять про­во­да мы не мо­жем: все рав­но бу­дет что-то, про­во­дя­щее ток А вот «за­мы-кал­ку» мож­но ме­нять как угод­но. Ес­ли мы от­не­сем к «б» оба эле­мен­та - кон­так­ты и «за-мы­кал­ку»,- объ­ек­том ста­нет внеш­няя сре­да. На ша­ге 3-3 вы­де­лит­ся часть этой сре­ды то, что на­хо­дит­ся меж­ду кон­так­та­ми. И даль­ней­шее ре­ше­ние сов­па­дет с тем слу­ча­ем, ког­да выб­ра­на «за­мы­кал­ка».) 2-5. «За­мы­кал­ка».

3-1. «За­мы­кал­ка» са­ма со­еди­ня­ет кон­так­ты точ­но по гра­фи­ку.

3-2. См. рис. 27.

3-3. Не мо­жет осу­щес­т­в­лять тре­бу­емо­го дей­с­т­вия под­виж­ная часть «за­мы­кал­ки».

3-4. а) Нам на­до, что­бы «за­мы­кал­ка» са­ма пе­ред­ви­га­лась по гра­фи­ку.

б) «За­мы­кал­ка» не мо­жет пе­ред­ви­гать­ся без при­ме­не­ния ка­ких-то сил.

в) Для пе­ред­ви­же­ния «за­мы­кал­ки» нуж­ны си­лы, а мы хо­тим, что­бы «за­мы­кал­ка» дви­га­лась са­ма, т. е. без на­ших уси­лий.

3-5. «За­мы­кал­ка» бу­дет дви­гать­ся са­ма, ес­ли в ней са­мой по­явят­ся си­лы.

3-6 Ес­ли си­лы по­яв­ля­ют­ся са­ми - это ес­тес­т­вен­ные си­лы.

3-7. Прос­тей­ший слу­чай дви­же­ния под дей­с­т­ви­ем ес­тес­т­вен­ных сил - па­де­ние. «За­мы­кал­ка» дол­ж­на дви­гать­ся под дей­с­т­ви­ем си­лы тя­жес­ти. Это обес­пе­чит дви­же­ние по оп­ре­де­лен­но­му за­ко­ну, т. е. по гра­фи­ку.

3-8 В труб­ке соз­дан ва­ку­ум. Па­да­ет груз и за­мы­ка­ет кон­так­ты. Пе­ре­на­ла­жи­ва­ние лег­ко осу­щес­т­в­ля­ет­ся, ес­ли в труб­ке мно­го кон­так­тов и мож­но под­к­лю­чать­ся к тем, ко­то­рые нуж­ны.

Рис 27 К за­да­че б, шаг 3-2 «за­мы­кал­ка» дол­ж­на дви­гать­ся са­ма, без учас­тия че­ло­ве­ка

Сопоставим это с ре­ше­ни­ем по ав­тор­с­ко­му сви­де­тель­с­т­ву № 189597: «Устрой­с­т­во для ус­та­нов­ле­ния за­дан­ных про­ме­жут­ков вре­ме­ни, от­ли­ча­юще­еся тем, что с целью по­вы­ше­ния точ­нос­ти из­ме­ре­ний при за­пи­си сей­с­мог­рам­мы оно вы­пол­не­но в ви­де стер­ж­ня с рас­по­ло­жен­ным на нем гру­зом, за­мы­ка­ющим во вре­мя па­де­ния кон­так­ты, со­еди­нен­ные с элек­т­ро­де­то­на­то­ра­ми».

Такие от­ве­ты учеб­ных за­дач, за­щи­щен­ные ав­тор­с­ки­ми сви­де­тель­с­т­ва­ми и от­ра­жа­ющие сов­ре­мен­ный уро­вень твор­чес­кой мыс­ли в дан­ной об­лас­ти, мы бу­дем на­зы­вать кон­т­роль­ны­ми от­ве­та­ми.

Смысл изу­че­ния АРИЗ, ко­неч­но, не в том, что­бы на­учить­ся на­хо­дить кон­т­роль­ный от­вет. Ре­шить учеб­ную изоб­ре­та­тель­с­кую за­да­чу - зна­чит, дать от­вет, не очень от­лич­ный от кон­т­роль­но­го (на пер­вых эта­пах обу­че­ния), сход­ный с ним или пре­вос­хо­дя­щий его (на за­вер­ша­ющих эта­пах обу­че­ния)

Задачу 6 мож­но бы­ло ре­шить чис­то кон­с­т­рук­тор­с­ким пу­тем (нап­ри­мер, ис­поль­зуя це­пи с ли­ни­ями за­дер­ж­ки), но при этом не уда­лось бы сов­мес­тить пре­дель­ную прос­то­ту с тре­бу­емой точ­нос­тью Кон­т­роль­ный от­вет со­от­вет­с­т­ву­ет вто­ро­му уров­ню пе­реб­рав нес­коль­ко де­сят­ков ва­ри­ан­тов, к не­му мож­но бы­ло прий­ти и без АРИЗ.

Попробуем те­перь ус­лож­нить за­да­чу. Это даст нам воз­мож­ность в боль­шей ме­ре ис­поль­зо­вать АРИЗ.

Задача 7

Возьмем в ка­чес­т­ве про­то­ти­па от­вет 3-8 на за­да­чу 6. Име­ет­ся стек­лян­ная труб­ка с ва­ку­умом; па­да­ет ме­тал­ли­чес­кий ша­рик, за­мы­ка­ет вве­ден­ные в труб­ку кон­так­ты. Не­дос­та­ток про­то­ти­па - нет сво­бод­но­го па­де­ния «за­мы-кал­ки»: ша­рик все-та­ки ка­са­ет­ся кон­так­тов и, сле­до­ва­тель­но, при­тор­ма­жи­ва­ет­ся.

Как быть?

Если взять 40 тру­бок раз­ной дли­ны, мы из­ба­вим­ся от тре­ния (кон­так­ты бу­дут толь­ко на дне), но ус­лож­ним при­бор. За­ме­нить кон­так­ты мик­ро­ка­туш­ка­ми, а ша­рик- маг­ни­том? Ос­та­нет­ся тре­ние маг­ни­та о си­ло­вые ли­нии то­ка в ка­туш­ках. К то­му же схе­ма силь­но ус­лож­нит­ся вве­де­ни­ем уси­ли­те­ля. Ввес­ти све­то­вое за­мы­ка­ние? Пло­хо. Мы сно­ва ус­лож­ня­ем схе­му…

Прибор дол­жен ос­тать­ся прос­тым, а точ­ность его по срав­не­нию с про­то­ти­пом дол­ж­на быть по­вы­ше­на. За­да­ча учеб­ная, по­это­му ме­нять ее нель­зя; на­до обя­за­тель­но сох­ра­нить ис­ход­ную схе­му (кон­так­ты и па­да­ющая «за­мы-кал­ка»).

Решение за­да­чи 7

2-3. Да­на сис­те­ма из ва­ку­ум­ной труб­ки, кон­так­тов и «за­мы­кал­ки». При па­де­нии «за­мы­кал­ка» трет­ся о кон­так­ты.

2-4. а) «За­мы­кал­ка», кон­так­ты, б) Труб­ка. (Сей­час, ког­да мы рас­смат­ри­ва­ем тре­ние «за-мы­кал­ки» о кон­так­ты, оба эти эле­мен­та в рав­ной ме­ре мо­гут быть от­не­се­ны к «а». Труб­ку то­же мож­но ме­нять, но в мень­шей сте­пе­ни; у труб­ки своя фун­к­ция - дер­жать ва­ку­ум.) 2-5. «За­мы­кал­ка».

(Можно взять кон­так­ты, мож­но взять «за­мы-кал­ку-кон­так­ты»- в дан­ном слу­чае это без­раз­лич­но, так как все рав­но при­дет­ся рас­смат­ри­вать вза­имо­дей­с­т­вие тру­щих­ся час­тей.) 3-1. «За­мы­кал­ка» при па­де­нии са­ма за­мы­ка­ет кон­так­ты без тре­ния.

Для за­мы­ка­ния нуж­но соп­ри­кос­но­ве­ние, т. е. тре­ние. ИКР го­во­рит: пусть тре­ние бу­дет без тре­ния! Ди­кая идея, не так ли?

Здесь воз­ни­ка­ет силь­ный пси­хо­ло­ги­чес­кий барь­ер, и даль­ней­ший ход ре­ше­ния во мно­гом за­ви­сит от ин­ди­ви­ду­аль­ных ка­честв изоб­ре­та­те­ля, преж­де все­го - от сме­лос­ти и ор­га­ни­зо­ван­нос­ти мыш­ле­ния. Нуж­но уметь не ос­та­нав­ли­вать­ся пе­ред барь­ером, не от­с­ту­пать, не ухо­дить в сто­ро­ну.

3-2. Итак, ша­рик дол­жен про­хо­дить сквозь кон­так­ты без тре­ния! Тут мо­жет по­явить­ся идея жид­ко­го ша­ри­ка. Но это ре­ше­ние не го­дит­ся: жид­кость бу­дет ис­па­рять­ся, ис­чез­нет ва­ку­ум, на­ру­шит­ся сво­бод­ное па­де­ние.

3-3. Не мо­жет вы­пол­нить тре­бу­емо­го дей­с­т­вия на­ибо­лее ши­ро­кая часть ша­ри­ка. Его, так ска­зать, ан­ти­та­лия…

3-4. а)Нам на­до, что­бы ша­рик дви­гал­ся без тре­ния, т. е. не ка­са­ясь кон­так­тов.

б) Для за­мы­ка­ния ан­ти­та­лия дол­ж­на плот­но при­ка­сать­ся к кон­так­там.

в) Для «а» нуж­но, что­бы ша­рик дви­гал­ся; для «б» - что­бы он не дви­гал­ся…



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-10-12 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: