Владимир Петров - Стандарты изобретательства

Если в систему необходимо ввести поле, а это нельзя сделать по стандарту 5.2.1 и 5.2.2, то следует использовать поля, носителями или источниками которых могут «по совместительству» стать вещества, имеющиеся в системе или во внешней среде.

Пример 7.24. Перемещение космических средств

Перемещение космических средств осуществляется с помощью взаимодействия электрического и магнитного полей. Источник электрического поля выполняют в виде металлических обкладок, установленных на двух противоположных сторонах сердечника из магнитного диэлектрического материала. К нему прикрепляют источник магнитного поля и синфазно или в противофазе изменяют величину магнитного поля и скорость изменения электрического поля. Изобретение обеспечивает уменьшение габаритов, экономию энергоресурсов (рис. 7.2) 113 113 Патент РФ 2 172 865. .

Рис. 7.2. Перемещение космических средств

1 — сердечник; 2 — металлические обкладки; 3 — источник питания; 4 — солиноид; 5 — источник питания.

Противоречивые требования к вводимым веществам и полям могут быть удовлетворены использованием фазовых переходов.

Стандарт 5.3.1. Фазовый переход 1: замена фаз

Эффективность применения вещества — без введения других веществ — может быть повышена фазовым переходом 1, то есть заменой фазового состояния имеющегося вещества.

Задача 7.4. Порошковая металлургия

Условие задачи

Порошковая металлургия позволяет получать изделия любой формы без дополнительной обработки с необходимыми свойствами материала.

Основные этапы:

1. Изготовление порошков и приготовление смеси.

2. Формирование изделия.

3. Спекание.

Формирование изделие осуществляется прессованием с использованием пресс-форм. Такой метод прост, но такие изделия получаются с неравномерной плотностью.

Как быть?

Разбор задачи

Воспользуемся стандартом 5.3.1

Решение

1. Использование изостатического прессования, обеспечивающее всестороннее сжатие прессуемого изделия и наиболее равномерное распределение плотности по всему объему изделия.

Оно заключается с том, что порошок помещают в эластичную оболочку и проводят прессование в гидростате высоким давлением жидкости.

2. Использование импульсных давлений.

Могут использоваться:

— штамповка взрывом;

— электрогидравлический удар (эффект Юткина);

— электроимпульсная технология.

В качестве среды используется жидкость.

Пример 7.25. Вода — резак

Обычная вода не вызывает никаких разрушений. Струя воды под давлением нескольких атмосфер разрушает земляной покров, может использоваться для землеройных работ. Для резки угля необходимо увеличить давление струи воды до нескольких десятков или даже сотен атмосфер. Тонкая струя воды под давлением более 6000 атмосфер может резать самые твердые материалы.

Таким образом, вещество заменяется полем. Твердый материал заменяется жидкостью, движущейся с высокой скоростью под большим давлением.

Стандарт 5.3.2. Фазовый переход 2: двойственное фазовое состояние

«Двойственные» свойства могут быть обеспечены фазовым переходом 2, то есть использованием веществ, способных переходить из одного фазового состояния в другое в зависимости от условий работы.

Пример 7.26. Двухфазные теплоаккумулирующие материалы

Материалы, аккумулирующие тепло при плавлении, неудобны в использовании. Более практичным является использование материалов, состоящих из плавящейся термоаккумулирующей фазы и транспортной фазы, удерживающей первую фазу в жидком и твердом состоянии.

Создан микрокапсулированный термоаккумулирующий материал с фазовыми переходами для «ляехо тканейд, обеспечивающих тепловой комфорт 114 114 Nihal Sarier, Emel Onder, The manufacture of microencapsulated phase change materials suitable for the design of thermally enhanced fabrics, Thermochimica Acta 452 (2007) 149—160 .

Пример 7.27. Конденсатор

Конденсатор переменной емкости содержит две обкладки с расположенными между ними диэлектриком и узлом регулирования температуры диэлектрика. Диэлектрик состоит из двух слоев: один выполнен из материала с диэлектрической проницаемостью, не зависящей от температуры, а другой — из материала с фазовым переходом металл-диэлектрик 115 115 А. с. 1 003 163. .

Стандарт 5.3.3. Фазовый переход 3: использование сопутствующих явлений

Эффективность системы может быть повышена за счет фазового перехода 3, то есть использования явлений, сопутствующих фазовому переходу.

Пример 7.28. Резка металла ударной волны разрежения

Для резки массивных стальных конструкций (толщиной 100 мм и более) применяется способ, основанный на взаимодействии так называемых ударных волн разрежения (УВР). Эти ударные волны возникают в железе и стали, нагруженных ударной волной с давлением, превышающим давление фазового перехода в железе. При давлении ~ 130 ГПа происходит мгновенная перестройка кристаллической решетки железа из кубической в гексагональную, что приводит к значительному изменению плотности железа. При снятии давления в волне разрежения происходит, соответственно, обратный фазовый переход. При этом профиль давления в ударной волне значительно изменяется. Образуется область скачкообразного уменьшения давления, то есть формируется ударная волна разрежения (открытие №321).

При взаимодействии УВР в очень узкой зоне шириной несколько ангстрем возникают растягивающие напряжения, значительно превышающие прочность железа и стали. Происходит разрушение стальной конструкции на две части с очень ровными поверхностями разрушения. Такой способ практически не имеет ограничений по толщине металла и требует существенно (иногда в десятки раз) меньшего количества ВВ по сравнению с обычным методом, что особенно существенно при подводных взрывах. На этом принципе разработан метод фрагментации морских и океанических нефтяных платформ.

Пример 7.29. Оптически индуцированный фазовый переход

Привод на основе оптически индуцированного фазового перехода, позволяет осуществлять микроперемещения в диапазоне единиц микрометров. В качестве активной среды использован монокристалл из полидиацителена (polydiacetylene). Под действием лазерного облучения происходит фазовый переход, приводящий к изменению формы монокристалла 116 116 Tsuyoshi Ikehara, Makoto Tanaka, Satoru Shimada, Hiro Matsuda. Optically driven actuator using photo-induced phase-transition polymer, Sensors and Actuators A 96 (2002) 239—243 .

Стандарт 5.3.4. Фазовый переход 4: переход к двухфазному состоянию

«Двойственные» свойства системы могут быть обеспечены фазовым переходом 4 — замена однофазового состояния двухфазным.