Владимир Петров - Решение нестандартных задач

Рис. 5.20. Схема сдвоенных двигателей

Однако полученное решение привело к новой проблеме.

Описание ситуации 2

Необходимо было обеспечить преобразование полной мощности в 12 000 л. с. в полезную тягу, то есть создать поток воздуха от одного винта, эквивалентного потоку двух винтов, рассчитанных на меньшую мощность, для чего пришлось увеличить диаметр винта, который превысил 7 м. Это привело к необходимости поднять фюзеляж над поверхностью земли на 5 м (рис. 5.21) и к увеличению размеров стоек шасси. Возникли новые проблемы с установкой крыльев, уборкой шасси, увеличением их веса и усложнением обслуживания самолета.

Как быть?

Рис. 5.21. Фюзеляж высоко поднят

ПП 2: анти-Б 2

ПП 2: Фюзеляж самолета слишком высоко поднят( анти-Б 2) над землей. Нежелательный эффект — излишнее поднятие( анти-Б 2) фюзеляжа над землей.

ПТ 2: А 2— анти-Б 2

ПТ 2: Обеспечение необходимой мощности( А 2) самолета приводит к излишнему поднятию( анти-Б 2) фюзеляжа над землей.

ИКР: А 2, Б 2

ИКР: Обеспечивается необходимая общая мощность( А 2) двигателей самолета и не увеличивается высота( Б 2) самолета.

ПС 2: C 2→ А 2, анти-С 2→ Б 2

ПС 2: Диаметр воздушного винта должен быть большой ( С 2), чтобы обеспечить необходимую мощность( А 2) двигателей самолета (создавать необходимый поток воздуха), и должен быть маленький ( анти-С 2) , чтобы не увеличивать высоту( Б 2) самолета.

Разрешение ПС 2

Первоначально проведем анализ на возможность изменений свойств ПС.

Невозможно делать винт большого диаметра, так как нельзя поднимать фюзеляж так высоко над землей.

Такой вид ПС может быть разрешен в структуре, в частности, используя прием « дробление».

Решение 2

Один винт большого диаметра разделили на два винта меньшего диаметра, что позволило не поднимать фюзеляж высоко над землей.

Каждый из винтов вращается от своего вала, расположенный соосно один внутри другого (рис. 5.22б).

Рис. 5.22. Создание самолета

Однако и это решение привело к новой проблеме.

Описание ситуации 3

Замена одиночного воздушного винта большого диаметра двумя винтами меньшего диаметра, вращающимися на одной оси, привело к уменьшению КПД движителя.

Как быть?

ПП 3: анти-Б 3

ПП 3: Как повысить КПДдвижителя. Нежелательный эффект — уменьшение КПД( анти-Б 3) движителя.

ПТ 3: А 3 — анти-Б 3

ПТ 3: Уменьшение диаметра воздушного винта за счет применения двух винтов( А 3) меньшего диаметра, вращающихся на одной оси, привело к ухудшению КПД( анти-Б 3) движителя.

ИКР: А 3, Б 3

ИКР 3: Использование двух винтов( А 3) меньшего диаметра не ухудшает КПД( Б 2) движителя.

Данная ситуация достаточно проста, поэтому не будем формулировать ПС, а сразу выполним анализ возможности условий существования ПТ:

— использование двух винтов меньшего диаметра — условие обязательное;

— оба винта установлены на одной оси — условие обязательное;

— оба винта вращаются вместе как один винт — условие необязательное, его можно подвергнуть изменению, вплоть до инверсии (сделать «наоборот»).

Решение 3

Винты должны вращаться в противоположные стороны.

Технически это обеспечить достаточно просто, поскольку в силовой агрегат входит планетарный редуктор между двигателем (двигателями) и винтом (винтами). При такой схеме вращения задний воздушный винт будет раскручивать поток воздуха, закрученный передним винтом, потери мощности на закручивание воздуха будут уменьшаться, и КПД движителя будет даже больше, чем у одиночного воздушного винта большого диаметра.

Чтобы понять, как организовано вращение винтов в противоположные направления, напомним устройство и принцип работы планетарного редуктора. В рамках одной планетарной передачи можно получать разные передаточные числа и направления вращения. На рис. 5.23 изображена одна из возможных схем планетарного редуктора.

В рассматриваемом случае одна из осей винта, например, связана с солнечной шестерней, а другая с эпициклом.

Рис. 5.23. Планетарный редуктор

Именно путем решения такой цепочки задач был создан турбовинтовой агрегат 2ТВ-2Ф суммарной мощностью 12 тыс. л. с. с соосными воздушными винтами диаметром 5,6 м, вращающимися в разные стороны. Этот агрегат был установлен на первые образцы самолета Ту-95. Впоследствии вместо двух двигателей ТВ-2Ф в агрегат включили один двигатель ТВ-12 (НК-12) с сохранением мощности и параметров воздушных винтов. Силовые агрегаты на базе двигателя ТВ-12 устанавливались не только на Ту-95, но и на другие самолеты, в том числе и на пассажирский самолет Ту-114.

Можно отметить, что преобразования системы двигателя и воздушного винта, показанные в этом примере, полностью соответствуют одному из наиболее практичных законов развития технических систем — закону перехода в надсистему. Двигатель прошел по цепочке преобразований «Моносистема» (один двигатель ТВ-2) — «Бисистема» (два двигателя в агрегате 2ТВ-2Ф) — «Новая моносистема» (двигатель ТВ-12). А для воздушного винта реализовалась цепочка «Моносистема» (одиночный винт) — «Би-система» (два винта, вращающихся вместе) — «Бисистема со сдвинутыми характеристиками» (два винта, вращающихся в разные стороны).

Задача 5.16. Увеличение скорости судна

Необходимо увеличить скорость судна, а как — неизвестно. Это типичное ПП.

Увеличение скорости хода судна приводит к росту мощности двигателей, увеличению затрат энергии, что требует увеличения веса, габаритов силовой установки и запасов топлива. Чрезмерное их увеличение может привести к тому, что негде будет размещать полезный груз.

ПТ: А — анти-Б

В данном примере выявлены следующие технические противоречия ( ПТ):

СКОРОСТЬ (А) — МОЩНОСТЬ (анти-Б),

Можно продолжить цепочку технических противоречий:

МОЩНОСТЬ — ЭНЕРГОЗАТРАТЫ

ЭНЕРГОЗАТРАТЫ — ВЕСи т. д.

ИКР: А, Б

ИКР:Обеспечивается увеличение скорости( А) хода судна без увеличения мощности ( Б).

ПС: C → А, анти-С → Б

Увеличение скоростихода судна приводит к росту сопротивления движению, поэтому приходится увеличивать мощностьдвигателей.