Владимир Петров - Решение нестандартных задач

Задача 2.5. Реактивный самолет

Условие задачи

Прямое крыло самолета создает большое лобовое сопротивление при околозвуковых и сверхзвуковых скоростях полета. Как быть?

Разбор задачи

ПП: Как уменьшить лобовое сопротивление движению самолета при сверхзвуковых скоростях полета?

ПТ: Противоречие между устойчивостью полета на малых скоростях и сопротивлением движению полета на больших скоростях полета .

ПС: Крыло должно быть стреловидное , чтобы не создавать сопротивление движению полета при больших скоростях , и должно быть не стреловидное , чтобы придать устойчивость полета на малых скоростях (при взлете и посадке).

Решение задачи

Разрешим ПС, разделяя противоположные свойства:

В структуреи по условию.

Создали самолет с изменяемой стреловидностью (геометрией) крыла (рис. 2.5). На малых скоростях крылья раздвинуты (прямое крыло), а при больших скоростях прижаты к фюзеляжу (стреловидное крыло).

Условиев данном случае скорость полета (большая или маленькая).

Рис. 2.5. Самолет с изменяемой стреловидностью крыла

Задача 2.6. Компьютер

Условие задачи

Компьютер тратит лишнюю энергию, когда не работает. Как быть?

Разбор задачи

ПП: Как уменьшить потери энергии?

ПТ: Противоречие между необходимостью работы компьютера и потерями лишней энергии.

ПС: Компьютер должен быть выключенным , чтобы не расходовать лишнюю энергию, когда он не работает , и должен быть включенным , чтобы выполнять необходимую работу.

Решение задачи

Разрешим ПС, разделяя противоположные свойства:

Во времени.

Через установленное время, когда на компьютере не работают, он переходит в «спящий» режим ( hibernation mode ).

Задача 2.7. Рыцарские доспехи

Условие задачи

Рыцарские доспехи (латы) тяжелые и в них ограничена подвижность, поэтому неудобно вести бой. Как быть?

Рис. 2.6. Рыцарские доспехи

Разбор задачи

ПП: Как улучшить подвижность рыцаря и облегчить доспехи?

ПТ: Противоречие между защитными свойствами доспехов и их весом, и удобством движения.

ПС: Доспехи должны быть легкими и гибкими , чтобы было удобней двигаться, и должны быть не гибкими и тяжелыми , чтобы обладать хорошими защитными свойствами.

Т. е. доспехи должны быть из единого куска металла (быть не гибким ) и из многих кусков металла (быть гибким ).

Решение задачи

Разрешим ПС, разделяя противоположные свойства:

В структуре.

Придумали кольчугу. Она состоит из отдельных колечек, соединенных вместе. Каждое колечко жесткое, а все вместе гибкие. Кроме того, в середине кольца нет металла, поэтому вес значительно уменьшается.

Рис. 2.7. Кольчуга

Светофор — это пример изменения по условию. Красный цвет — движения нет. Зеленый — движение разрешается.

Задача 2.8. Автомат по разливу жидкостей

Условие задачи

При отсутствии бутылки под краном, выливается лишняя жидкость. Как быть?

Разбор задачи

ПП: Как избежать потери жидкости?

ПТ: Противоречие между необходимостью заполнения бутылки жидкостью и потерей жидкости.

ПС: Жидкость не должна выливаться , чтобы не было потерь жидкости , и должна выливаться , чтобы заполнить бутылку .

Решение задачи

Разрешим ПС, разделяя противоположные свойства:

По условию.

Жидкость выливается только при наличии бутылки под краном.

Рис. 2.8. Автомат по разливу жидкостей

Это решение для любых упаковочных автоматов.

Задача 2.9. Мощный транзистор

Условие задачи

Неидеальность ключевых свойств мощных транзисторов и диодов являются причиной потерь электрической энергии, которая разогревает полупроводниковый прибор, ухудшая тепловой режим его работы. Как быть?

Разбор задачи

ПП 1: Необходимо улучшить тепловой режим транзисторного (диодного) ключа в электроаппаратуре, в которую он устанавливается.

ПП 2: Необходимо исключить перегрев силового транзистора.

В формулировке ПП 2показывается улучшение, какое качество нужно улучшить, а в ПП 2 — нежелательный эффект (НЭ) — перегрев транзистора .

Это по существу изобретательская ситуация.

Устранение указанного административного противоречия может осуществляться путем:

— создания нового транзистора или

— применения радиатора, который улучшает тепловой режим работы транзистора, но увеличивает габариты аппаратуры.

В первом направлении необходимо проводить серьезную научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую работу (НИОКР). Это занимает много времени и средств. Поэтому из изобретательской ситуации мы выбираем второй путь — изобретательский .

ПТ: Противоречие между температурой и габаритами или потерями энергии (мощности) и габаритами .

Улучшение теплоотвода приводит к необходимости увеличения площади радиатора, а снижение габаритов радиоаппаратуры требует уменьшения площади радиатора.

ПС: Площадь радиатора должна быть маленькой, чтобы радиоаппаратура была малых габаритов, и большой, чтобы улучшить отвод тепла.

Решение задачи

Такое противоречие можно разрешить:

В структуре, например, путем ее изменения.

1. На радиаторе делают ребра. Общая площадь радиатора увеличивается (увеличивается теплообмен), а габариты аппаратуры не увеличиваются и даже могут быть уменьшены. Ребра делают игольчатыми, чтобы еще больше увеличить площадь радиатора (площадь теплообмена).

Рис. 2.9. Радиатор для транзистора

2. Лепестки радиатора делают с эффектом памяти формы — из никелида титана — нитинола (а. с. 958 837). При нормальной температуре лепестки прижаты к транзистору, а при повышении температуры за пределы допустимой, они отгибаются, увеличивая площадь теплоотвода. Это разрешение противоречивых свойств не только в структуре, но и по условию (превышение температуры) или можно считать, что это разрешение во времени (во время превышения температуры).

3. Можно присоединить к транзистору элемент Пельтье, который будет охлаждать транзистор.

В пространстве

Радиатор вместе с транзистором размещают на наружной стенке блока, как это сделано в измерительных приборах: цифровых вольтметрах и частотомерах.