ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2024
Просмотров: 150
Скачиваний: 1
Ход решения
Логические |
Ход размышлений при решении задачи |
||||||
|
операции |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
А н а л и т и ч е с к а я с т а д и я |
|
|||
|
|
|
|
■Пе рвый |
ша г |
|
|
Поставить |
зада |
Создать |
холодильный аппарат. |
|
|||
чу в общем |
виде. |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
В т о р о й |
ш а г |
|
|
Представить се |
Максимально высокая холодильная мощ |
||||||
бе |
идеальный ко |
ность. |
|
|
|
||
нечный |
результат. |
Т р е т и й |
ш а г |
|
|||
|
|
|
|
|
|||
Что |
этому |
ме |
Большой вес запасаемого холодильного ве |
||||
шает? |
|
|
щества. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ч е т в е р т ы й ш а г |
|
||
Почему? |
|
Потому |
что |
вес аппарата ограничен. Из |
|||
|
|
|
|
28 кг допустимой на человека нагрузки |
на £0- |
||
|
|
|
|
лю аппарата приходится только 9 кг. |
|
||
|
|
|
|
П я т ы й |
ш а г |
|
|
При каких усло |
Если на долю холодильного аппарата |
при |
|||||
виях |
н. |
буде |
ме |
дется не |
9 кг, а больше— 15 или 20 кг. |
|
|
шать? |
Итог: |
Надо снизить вес кислородного аппарата и |
|||||
|
|
||||||
|
|
|
|
инструментов. |
|
|
|
|
|
|
|
О п е р а т и в н а я с т а д и я |
|
||
|
|
|
|
П е р в ы й |
ша г |
|
|
Проверить из менения в самом объекте, в част ности возможность его разделения.
«Самим объектом» теперь являются кисло родный а-ппарат и инструменты, вес которых нам надо уменьшить. Путь этот чрезвычайно затруднителен, ибо инструменты и кислород ный "аппарат и так совершенствовались года-
91
Проверить изме нения в среде.
Проверить изме нения в соседних объектах.
Итог:
мл. Конструкторы боролись буквально за каж дый грамм... Нет, здесь мы многого не добь-
В т о р о й ша г
Внешняя среда — шахтный воздух. Конечно, если бы этот воздух был чист, можно было бы отказаться от кислородного аппарата (ах, как хочется выиграть 12 кг...). Но шахтный воз дух во время пожара не очистишь. Увы, это невозможно.
Т р е т и й ша г
Соседним объектом для кислородного ап парата и инструментов является третья на грузка на горноспасателя — искомый холо дильный аппарат. Заставить этот -аппарат ра ботать одновременно вместо инструментов? Бред! Льдом топор не заменишь... Заставить холодильный аппарат работать вместо кисло родного прибора? Заставить его одновременно давать кислород? Для этого нужно взять <в качестве холодильного вещества не лед, не су хой лед, а жидкий кислород. Черт побери, ка жется, это возможно. Правда, жидкий кисло род менее мощное холодильное вещество, чем, например, жидкий аммиак, но зато мы его мо жем взять много, чуть ли не 15 кг!
Намечается идея: вместо двух аппаратов — кислородного и холодильного — иметь один. В этом аппарате будет использоваться жидкий кислород. Испарение и нагревание кислорода обеспечат холодильное действие; нагретый до нормальной температуры кислород пойдет на дыхание. Весить такой прибор может 12 + + 9 = 21 кг.
|
и н т е т и ч е с к а я с т а д и я |
|
П е р в ы й ша г |
Придание новой |
Новой сущностью нашего аппарата являет |
формы. |
ся работа на сжиженном кислороде. Кислофо- |
92
да чертовски много. А раньше в кислородном аппарате его было мало 'и приходилось для экономии применять круговой цикл — выдыха емый кислород шел на очистку в патрон с из вестью и снова на дыхание. Теперь можно от казаться от сложного и громоздкого кругового цикла. Комплексный аппарат окажется проще и дешевле, чем каждый из соединяемых аппа ратов!
В т о р о й ш а г
Изменения в друЕдинственный «другой объект» — инструменгих объектах. ты. Дать и им дополнительную нагрузку? Вряд
ли это возможно.
|
|
|
|
Т р е т и й |
ша г |
|
|
|
|
|
Изменения в ме- |
Подумаем, чем будет отличаться наш аппа- |
|||||||||
тоде |
использова- |
рат в использовании. Кислород быстро Испа |
||||||||
ния. |
|
|
|
ряется... |
Ага, |
вес |
аппарата будет |
быстро |
||
|
|
|
|
уменьшаться: из 21 |
кг на кислород приходится |
|||||
|
|
|
|
15 кг. К концу |
работы |
аппарат |
весит |
всего |
||
|
|
|
|
6 кг. А утомляемость зависит от среднего ве |
||||||
|
|
|
|
са. Значит, можно сначала основательно пере |
||||||
|
|
|
|
грузить аппарат, брать побольше кислорода. |
||||||
|
|
|
|
Ч е т в е р т ы й ш а г |
|
|
|
|||
Применимость |
Где еще можно применить совмещение двух |
|||||||||
найденного |
прин |
совместно работающих аппаратов? Помнится, |
||||||||
ципа |
к |
решению |
аналогичной задача была в сварочной технике, |
|||||||
других |
задач. |
|
где применяют |
переносные бензобачки и ки |
||||||
|
|
|
|
слородные аппараты. А если?.. |
|
|
||||
Общий |
итог: |
Комплексный холодильный аппарат на жид |
||||||||
|
|
|
|
ком кислороде. Некруговая схема дыхания. |
||||||
|
|
|
|
Начальная перегрузка для увеличения мощно |
||||||
|
|
|
|
сти. |
|
|
|
|
|
|
Были |
разработаны |
(мною |
совместно |
с |
инженером |
Р. Шапиро) |
||||
два варианта конструкции комплексного холодильно-дыхательного аппарата. Оба проекта получили на конкурсе высшие премии —
первую и вторую. Основной принцип — объединение холодильного и дыхательного аппаратов — лег в основу современных газотелло-
93
защитных костюмов, впервые в |
мире созданных |
в Советском |
Союзе. |
|
|
Интересно отметить, что другие |
проекты, поданные |
на конкурс, |
предусматривали отдельные аппараты для дыхания; изобретатели находились в плену старой схемы. Комитет по делам изобретений выдал авторское свидетельство на комплексный газотеплозащит ный костюм. Второе авторское свидетельство было выдано на ком
бинированный |
сварочный аппарат, созданный с использованием то |
||||||
го |
же принципа. |
|
|
|
|
||
|
Другая |
задача, решение которой |
интересно проследить, связа |
||||
на |
с изготовлением |
предварительно |
напряженного железобетона. |
||||
|
Бетон, |
как |
известно, плохо работает на |
растяжение. |
Впрочем, |
||
«плохо» — это |
не то |
слово. Чрезвычайно, |
исключительно |
плохо — |
|||
в 15 раз хуже, чем на сжатие. В железобетоне этот недостаток ус траняется введением стальной арматуры. Однако и в этом случае
еще задолго до разрушения арматуры |
в бетоне появляются тре |
|||||||
щины. Поэтому за |
последние |
десятилетия начали широко приме |
||||||
нять предварительно напряженный железобетон. |
|
|
||||||
Идея |
предварительно |
напряженных |
конструкций |
может |
быть |
|||
выражена |
в четырех словах: |
«уничтожение |
растягивающих |
напря |
||||
жений в |
бетоне». |
При бетонировании |
укладывают |
п р е д в а р и |
||||
т е л ь н о |
р а с т я н у т у ю |
арматуру. |
Специальные |
захваты |
дер |
|||
жат арматуру в растянутом состоянии. |
Когда захваты отпускают, |
|||||||
арматура укорачивается и сжимает бетон. |
|
|
|
|||||
Если такое изделие подвергнуть растяжению, то растягивающим |
||||||||
усилиям |
придется |
сначала нейтрализовать |
предварительное |
сжа |
||||
тие. И только после этого бетон начнет испытывать растяжение.
Предварительно |
напряженные |
железобетонные |
конструкции |
легки, экономичны, |
долговечны. Но, |
чтобы создать |
предваритель |
ное напряжение, арматуру надо растянуть. Для этого используют
гидравлические домкраты. К сожалению, домхраты эти отнюдь не похожи на те простые и портатизные механизмы, которыми поль зуются шоферы. Гидравлический домкрат — сложное и громоздкое
сооружение. |
Рабочее давление в гидродомкратах достигает 300, а |
в отдельных |
случаях и 500 атмосфер. |
94
Изобретатели не раз предлагали различные механические на тяжные устройства. Однако такие устройства обладают очень невы сокой производительностью.
В последние годы начали применять новый способ натяжения — электротермический. Идея его проста. Арматуру нагревают до 300°. От нагревания металл расширяется. В таком состоянии арматуру укладывают в форму и закрепляют захватами. После бетони рования захваты открывают, и арматура, охлаждаясь, укорачивает
ся, напрягая бетон.
Остроумно? Да, остроумно, однако с первых же дней примене ния нового способа обнаружилось некое «но». Чтобы натянуть ар
матуру из низкопрочной стали, достаточно |
температуры |
в |
300°. |
|
Но в предварительно напряженных конструкциях |
выгодно |
приме |
||
нять арматуру из высокопрочной проволоки. |
Для |
натяжения |
эту |
|
проволоку потребовалось бы нагреть до 600°, а при такой темпе ратуре изменяется микроструктура стали и механические качества проволоки катастрофически падают.
Задача, на первый взгляд, неразрешимая: один и тот же
стержень нужно нагревать до 600° и в то же время нельзя нагре
вать до этой |
температуры... |
|
|
|
|
Ход решения |
|
Логические |
Ход ра мышлений при решении задачи |
||
операции |
|
||
|
|
|
|
|
А н а л и т и ч е с к а я с т а д и я |
||
|
|
П е р в ы й |
ша г |
Поставить |
зада |
Предложить |
способ электротермического на |
чу в о щем -иде. |
тяжения высокопрочной проволоки. |
||
|
|
В т о р о й |
ша г |
Представить се бе идеальный ко нечный результат.
Обеспечивается требуемое натяжение — и проволока не теряет своих механических ка честв.
95
Что этому ме шает?
Почему мешает?
При каких усло виях этого не про изойдет?
|
Т р е т и й |
ша г |
|
|
|
|
Проволоку |
нельзя |
нагревать |
свыше 300°. - |
|||
А |
нужно |
600°. |
|
|
|
|
|
Ч е т в е р т ы й ш а г |
|
|
|
||
Высокопрочная холоднонатянутая |
проволо |
|||||
ка |
меняет |
структуру |
при .высоких |
темпера |
||
турах. |
|
|
|
|
|
|
|
П я т ы й |
ш а г |
|
|
|
|
|
Если проволоку не нагревать. Или если она |
|||||
«научится» |
переносить высокую |
температуру. |
||||
О п е р а т и в н а я с т а д и я |
|
|
||||
|
П е р в ы й |
ша г |
|
|
|
|
Изменения в са мом объекте.
Разделение объ екта.
Изменения в проволоке? Теоретически мож но использовать жаропрочную сталь. Но прак тически это исключено: слишком высока будет стоимость железобетона.
В т о р о й |
ша г |
Разделение? Что ж, это типовой прием для |
|
решения' таких |
задач. Ведь с аналогичным |
противоречием столкнулся еше Уатт: стенки цилиндра надо было держать одновременно • нагретыми и охлажденными. Уатт разделил цилиндр на два отдельных сосуда. Так надо поступить и здесь.
Пусть -проволока остается холодной. А ка кая-то другая проволока, выполненная из жа ропрочного металла, будет использоваться для натяжения. Эта тяговая проволока не расхо дуется, и потому не страшно, что она из доро гого металла.
Итак, идея: тяговая проволока нагревается, сцепляется с арматурой, затем начинает осты-tf ва!ь; при остывании тяговая проволока уко рачивается и натягивает арматуру. Получает ся... электротермический домкрат.
96
