Структурный анализ систем - [28]
Необходимо устранить этот недостаток наиболее простым и дешевым способом.
Приложение. Разбор примеров и задач
В данном разделе покажем наш вариант разбора некоторых примеров и задач.
Пример 9.1. Турбина реактивного двигателя
Турбины реактивных двигателей работают при высоких температурах. Чтобы сохранить прочностные свойства лопаток турбин, приходится в исходный материал добавлять легирующие добавки, например кобальт, который увеличивает в значительной мере стоимость турбины, но придает ей устойчивость к высоким температурам. Компания «Пратт энд Уитни» (Pratt & Whitney) 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 материала62.
Разбор примера
Решение можно представить в виде вепольной схемы (П.1)
Где
В>1 — воздух;
П>1 — температурное поле (высокая температура);
В>2 — лопатка;
В>2>» — лопатка с отверстиями.
Условие — прототип
Температура П>1 нагревает воздух В>1, который хорошо воздействует на лопатку (создает силу, которая вращает турбину) и плохо воздействует на лопатку (разрушает ее).
Дан веполь с полезной и вредной связью между В>1 и В>2.
Решение
Для устранения вредной связи в соответствии со схемой (П.1) между веществами В>1 и В>2 необходимо поместить вещество В>3, являющееся ими самими или их видоизменением В>1>» или В>2>». В решении выбрано видоизменение лопатки В>2>» — лопатка с отверстиями.
Пример 9.2. Борьба с кавитацией
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 кГц63.
Разбор примера
Решение можно представить в виде вепольной схемы (П.2)
Где
В>1 — кавитационный пузырь;
П>1 —поле микровзрыва, разрушающее материал устройства;
В>2 — материал устройства;
П>2 — ультразвуковое поле.
Условие — прототип
Кавитационный пузырь В>1 при схлопывании на поверхности материала устройства, создает микровзрыв П>1, вызывая эрозию.
Дан веполь с вредной связью между П>1 и В>2.
Решение
Для устранения вредной связи в соответствии со схемой (П.2) вводят второе поле П>2, которое разрушает вредное воздействие поля П>1. Необходимо подобрать вид поля П>2, которое могло бы оказать противодействие полю П>1 — микровзрывам, т. е. поле, разрушающее кавитационные пузыри В>1.
Пример 9.3. Измерение мощности
Калориметрический метод измерения мощности. Для измерения мощности, поглощаемой нагрузкой в сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазоне, определяется количество тепла, отдаваемое нагрузкой рабочему телу (воде), причем, часто само рабочее тело используется как нагрузка. С помощью измерительного узла регистрируется температура рабочего тела и по ее значению определяется значение мощности64.
Разбор примера
Рассматривается измерительная система.
Описано решение по схеме (П.3)
Где
В>1 — сверхвысокочастотный (СВЧ) генератор;
В>2 — нагрузка; в решении нагрузка — это вода;
П>1 — электромагнитное поле (сверхвысокочастотное-СВЧ поле), мощность, которого необходимо измерить;
П>2 — температура.
Прибор В>1 излучает сверхвысокочастотное (СВЧ) поле П>1, поглощаемую мощность, которого необходимо измерить. Вводят воду В>2, которая нагревается СВЧ полем, являясь нагрузкой для прибора. По температуре определяют значение мощности.
Решение может быть представлено и другой схемой (П.4)
Где
В>1 — СВЧ-генератор;
В>2 — нагрузка;
П>1 — электромагнитное поле (СВЧ-поле);
В>3 — рабочее тело (вода);
П>2 — тепловое поле;
В>4 — датчик температуры воды.
Пример 9.4. Декоративный светильник
Известны декоративные светильники, использующие оптоволокно. Такой светильник состоит из лампы, рефлектора, температурного фильтра и светофильтра, соединительной головки и оптоволоконного кабеля. В этом светильнике светофильтр был один и жестко закреплен.
Составьте вепольную схему.
Изобретен декоративный светильник, который с изменением атмосферного давления меняет цвет (рис. П.1). В данном изобретении светофильтры закреплены на гофрированной вакуумной камере, которая меняет свой объем в зависимости от атмосферного давления и передвигает разноцветные светофильтры65.
Рис. П.1. Декоративный светильник.А. с. 779 726
1 — сферический корпус из термостойкого пластика, состоящий из верхней полусферы А и нижней полусферы Б; 2 — опора; 3 — отверстие в нижней части корпуса; 4 — вентиляционное отверстие, 5 — горловина; 6 — кольцевая скобка, соединяющая половины А и Б; 7 — световоды, вмонтированные в горловину 5, 8 — основа; 9 — герметичная гофрированная вакуумная камера; 10 — стойка; 11 — отражатель; 12 — источник света; 13 — питающий электрический шнур; 14 — направляющая; 15 — рычаг; 16 — шарнир; 17 — закрепление рычага; 18 — светофильтр (светопропускающая пластина, разграниченная на отдельные цветовые секторы); 19 — светоотражающие козырьки.
Разбор примера
