Устранение вредных связей введением В3

Тенденции устранения вредных связей

Устранение вредных связей

Довольно значительный класс задач связан с нежелательным эффектом, представляющим собой вредную связь вещества с веществом, поля с веществом или вредное воздействие полей. Устранение вредных связей осуществляется с помощью определенной закономерностей:

· введением третьего вещества В₃;

· введением третьего вещества В_3, которое является видоизменением имеющихся веществ В₁ и В₂ (В₃=В₁^',В₂^') или самими веществами (В₃=В₁,В₂);

· введением второго поля П₂;

· введением В₃, которое генерирует П₂.

Эти тенденции схематично изображены на рис. 2.

Устранение вредных связей в системе производится введением между веществами В₁ и В₂ постороннего третьего вещества В_3. Это описывается формулой (39):

Пример 34. Уменьшения гидродинамического сопротивления корпуса подводных лодок или подводных крыльев обычно добивались путем уменьшения шероховатостей и придания корпусу рациональных обводов, но, в конце концов, эти ресурсы были исчерпаны. Кроме того, из-за турбулентности при движении возникает кавитация, вследствие чего происходит эрозия корпуса. Как предотвратить нежелательный эффект?

Согласно данной закономерности следует ввести еще одно вещество В₃, которое разрушит вредную связь между В₁ (корпусом подводной лодки) и В₂ (водой).

В качестве такого вещества можно использовать:

1. Волоски, ламиниризирующие поток.

2. Вещества с длинными молекулами (волоски на микроуровне). В качестве этих веществ могут использоваться клеи, гели, полимеры и т.п.

Пример 36. Для снижения потерь напора при перемещении жидкости по трубопроводу и достижения жидкостью свойства псевдопластичности в нее вводят длинноцепочный полимер, например, полиакриламид, в количестве 0,01-0,2% по весу.

3. Устранение вредных связей введением В3=В1, В2 или их видоизменений

В отличие от формулы (39) в данном случае вводится В₃, являющееся видоизменением веществ В₁ или В₂ (они обозначаются В₁^', В₂^'), или вводятся дополнительно само вещество В₁ или В₂. Это описано формулой (40).

Продолжим рассмотрение примера 3 Согласно формуле (40), в качестве В₃ может быть использовано вещество корпуса лодки, вода или их видоизменения.

Пример 39. Для снижения гидродинамического сопротивления движения тел, например судов, путем уменьшения сил трения в пограничном слое, в пограничном слое создают электромагнитное поле, генерирующее комплекс молекул[9].. В этом изобретении не вводят в пограничный слой высокомолекулярный составов, а вместо него используют видоизмененную внешнюю среду В₂^', путем воздействия электромагнитным полем. Кроме того, это изобретение может использоваться для снижения сопротивления жидкости в трубопроводе.

Пример 40. Помимо указанных способов уменьшения гидродинамического сопротивления корпуса подводных лодок или подводных крыльев, можно назвать и другие:

· нагревание крыла и образование парового пузыря - паровой каверны;

· подача воздуха или жидкости через отверстия в корпусе (воздушная каверна или поток жидкости, уменьшающий турбуленцию);

· отсос части жидкости (пограничного слоя), непосредственно прилегающей к корпусу (применение отсоса позволяет повысить скорость хода примерно в 1,5 раза при неизменной мощности энергетической установки)[10].

Все указанные выше способы снижения гидродинамического сопротивления корпусу корабля, в полной мере относятся и для предупреждения кавитации, так как уменьшают или вообще убирают турбулентность потока, делая его ламинарным.

материал добавлять легирующие добавки, например, кобальт, который увеличивает в значительной мере стоимость турбины, но придает ей устойчивость к высоким температурам. Компания "Пратт энд Уитни" разработала технологию изготовления лопаток, позволяющую снизить содержание в них кобальта на 30%. Для этого лазером сверлят в лопатках мельчайшие отверстия. Воздух, проходящий через отверстия, охлаждает лопатки, и, кроме того, снижается аэродинамическое сопротивление. Таким образом, турбины можно изготовить из менее жаропрочного материала[11].

4. Устранение вредных связей введением П₂

Вредное действие устраняется переходом к двойному веполю, в котором нейтрализацию вредного действия поля П₁ осуществляет поле П_2. Это описано формулой (41).

Пример 44. Кавитация вызывает эрозию (разрушение) материала устройств, где она происходит. С кавитацией пытаются бороться, при этом достаточно важно, чтобы кавитация подавлялась равномерно. Предложено для подавления воздействовать на кавитационные пузырьки ультразвуковыми колебаниями в диапазоне частот от 1 до 50 Кгц и интенсивностью ниже порога[12].

Можно вспомнить и задачу П.Л.Капицы (Задача 1) об изучении искусственной шаровой молнии.

Устранение вредных связей введением В₃ и П₂

Вредное действие устраняется переходом к цепному веполю, в котором вводимое вещество В₃ генерирует поле П₂, нейтрализующее вредного действия поля П_1. Это описано формулой (42).

Пример 47. Не редки случаи, когда необходимо извлечь завальцованный в корпус шарик. Для этого приходится ломать конструкцию. Как вытащить шарик, не ломая конструкцию?

В вепольной форме эту задачу можно представить как левую часть формулы (42), где

В₁ - корпус,

В₂ - шарик,

П₁ - поле механических сил, удерживающее шарик в корпусе.

Согласно формуле (42) необходимо ввести В₃, которое создаст П₂, выталкивающее шарик. Один из вариантов решения введение под шарик капли жидкости В₃, которую при необходимости нагревают и испаряющаяся жидкость создает поле, выталкивающее шарик из корпуса.

магнитным полем[13].

Законы развития технических систем

Более века поршневая паровая машин? была единственным двигателем в промышленности и на транспорте. Ее боготворили, ей посвящали стихи и песни, с ней связывали будущий прогресс человечества. Но вот, выпустив последнее облачко пара, самый мощный и многочисленный представитель паровых машин — па­ровоз навеки замер на запасных путях. Почему?

Жизнь любой системы можно изобразить одной универсальной кривой, показывающей, как меняются во времени темпы ее разви­тия. Детство технической системы идет, как правило, достаточно долго. На графике это представлено линией АБ. В этот момент идет проектирование системы, ее доработка, изготовление опытного образца, подготовка к серийному выпуску.

Участок БВ показывает расцвет технической системы. Она бурно совершенствуется, становится все более мощной и произво­дительной. Наступила пора «возмужания». Машина выпускается серийно, ее качество улучшается и спрос на нее растет. Но вот с какого-то момента улучшать ее становится все труднее. Мало по­могают даже крупные увеличения ассигновании. Несмотря на усилия конструкторов, развитие системы не поспевает за все возрастающими потребностями человека. Она пробуксовывает, топчется на месте, меняет свои внешние очертания, но остается такой, какая есть, со всеми своими недостатками. Все ресурсы окончательно выбраны. Наступила «старость» – участок ВГ. Если попытаться в этот момент искусственно увеличивать количественные показа­тели системы или развивать ее габариты, оставляя прежний принцип, то сама система вступает в конфликт с окружающей средой и человеком. Она начинает больше приносить вреда, чем пользы.

Вот почему исчез паровоз, вот почему погасли газовые уличные фонари, замолчал патефон. Если бы сегодня мы надумали вернуться к тем старым паровозам и с их помощью перевозить современное количество груза, то вряд ли успевали бы добывать для них уголь, очищать пути от шлака и копоти, восстанавливать вокруг железнодорожных путей выжженную на десятки километров землю. Половина населения страны работала бы на паровоз. Малый КПД, конфликт с окружающей средой, неспособность увеличить мощность без увеличения массы — все это заставило паровоз уйти со сцены, уступив место новым транспортным системам — тепловозам, электровозам. Затем все повторится сначала и появится другая новая система. И так бесконечно. Следует отметить, что смена систем происходит не вдруг и не сразу.

Старая система, несмотря на свой дряхлеющий организм еще достаточно сильна. Она имеет развитую базу: заводы, ремонтные мастерские, конструкторские отделы, которые беспрерывно делают ей инъекции в виде мелких усовершенствований и продлевают ее жизнь. На графике этот период выглядит в виде полого или почти горизонтальной кривой, расположенной в его верхней, части. Но к этому моменту на старт уже вышла новая, долго зарождавшаяся система. Она прошла уже свой детский возраст и теперь готова к самостоятельной жизни. Но еще долго она будет пользоваться опытом и услугами старой системы.

Например, первые пароходы снабжались мачтами, чтобы при случае поставить паруса и идти по-старому, используя энергию ветра. Первые автомобили полностью позаимствовали конструкцию кузова карет и лишь позже изменили ее.

Не сразу ушел и воздушный винт из реактивной авиации. Вначале реактивный двигатель играл роль ускорителя при взлете, который сбрасывался при наборе высоты. Позже он, хотя и оста­вался на поршневых истребителях, но включался только в момент, когда необходимо было или догнать цель, или быстро уйти от преследователя. Развившись, реактивный двигатель затем полностью вытеснил поршневой.

В отличие от весьма распространенного мнения, революций в технике не бывает. Как правило, идет эволюционное развитие с постепенной передачей функций старой системы новой, при этом все положительные качества старой передаются новой. Другое дело, когда этот процесс идет стремительно, но принцип его оста­ется. Новое не возникает без старого. Такова общая диалектика развития. Можно считать, что всякая революция есть расплата за ошибки или сбои в эволюционном процессе. А если возникают не­ожиданные мутации в мире техники, то они, как правило, недол­говечны или преждевременны. Почему?

Любая система в технике связана тысячами нитей с другими системами, что позволяет им поддерживать друг друга. Резкий отрыв от этого окружения и его игнорирование обрекают систему на гибель или в лучшем случае на долгое ожидание соответствующих условий.

Для чего изобретателю нужно знать «жизненную» линию технической системы? Чтобы выяснить, на какой стадии развития находится машина и стоит ли оживлять ее дряхлеющий организм, или, быть может, уже пора заняться поисками иного, более перспективного направления.

Главный признак старения системы — резкое увеличение за ко­роткое время количества патентов на ее усовершенствование. При этом патенты, как правило, первого или максимум второго уров­ня творчества, т. е. мелкие усовершенствования, не затрагиваю­щие основные принципы. Еще один верный признак угасания системы — резкое увеличение размеров единичных экземпляров, на порядок и более превышающих прежние. При этом произво­дительность или эффективность системы остается на прежнем уровне или возрастает незначительно, и то за счет снижения других качеств.

Однако мы погрешим против истины, если не отметим, что неко­торые системы не насовсем «умирают». Они могут, как сказоч­ный феникс, вновь возрождаться из пепла, но уже в качествен­но ином виде. Этот феномен получил название спиралевидного развития техники.

Вновь выходят в море огромные парусники, возрождаются вет­ряные мельницы и другие механизмы, оставленные в далеком прошлом. Что это? Чаще всего это вызывается появлением новых требований к технической системе. Например, если раньше нас ин­тересовали только скорость и мощность какого-либо станка, машины, оборудования, то сегодня на первый план выходят их эколо­гическая чистота и экономичность.

Приходится возвращаться к истокам технической системы и задействовать те ресурсы, на которые раньше не обращали внима­ния. Происходит возврат якобы к старому, но с новым подходом и на качественно новом уровне.