Г. АЛЬТШУЛЛЕР - АЛГОРИТМ ИЗОБРЕТЕНИЯ
40. Применение композиционных материалов Перейти от однородных материалов к композиционным.
Пример. Патент США № 3553820. Легкие прочные тугоплавкие изделия выполнены на основе алюминия и упрочнены множеством покрытых танталом волокон углерода. Такие изделия характеризуются высоким модулем упругости и используются в качестве материалов для конструирования кораблей воздушного и морского флотов.
Авторское свидетельство № 147225. Способ записи, при котором используют чернила, содержащие мелкие магнитные частицы. В отличие от обычных, магнитные чернила управляются магнитным полем.
Композиционные материалы - составные материалы, которые обладают свойствами, не присущими их частям. Например, пористые материалы, о которых шла речь в приеме № 31, представляют собой композицию из твердого вещества и воздуха; ни твердое вещество, ни воздух порознь не обладают теми свойствами, которые есть у пористых веществ.
Композиционные материалы изобретены природой и широко ею используются. Так, древесина представляет собой композицию целлюлозы с лигнином. Волокна целлюлозы обладают высокой прочностью на разрыв, но легко изгибаются. Лигнин связывает их в единое целое и сообщает материалу жесткость.
Интересный композиционный материал представляет сочетание легкоплавкого вещества (например, сплава Вуда) с волокнами тугоплавкого материала (например, стали). Такой материал легко плавится, а застыв, обладает высокой прочностью. Постепенно происходит взаимная диффузия частиц припоя и волокон, в резуль^ тате чего образуется сплав с высокой температурой плавления.
Другой композиционный материал- взвесь частиц
кремния в масле - способен твердеть в электрическом поле .
* * *
В статье Э. Долота и И. Клямкина «Обыкновенные эдисоны» приведено любопытное высказывание актера Московского театра сатиры Лепко. Штампы, говорил Лепко, вовсе не помеха в творчестве, наоборот, это рабочее орудие артиста. Весь вопрос в том, насколько широк набор этих штампов. Слабый актер -три или четыре штампа, про него говорят, что он в каждой роли повторяет себя. Сильный, талантливый актер - пятьдесят штампов, сто, может быть…
Знание типовых приемов, этих «штампов» изобретательства, резко повышает эффективность творчества. Возьмем, например, конкретную задачу. Нужно, чтобы при стрельбе дробью заряд не разлетался в стороны, а шел узким конусом. Обычный путь повышения кучности боя - увеличение длины ствола. Но тут очевидное техническое противоречие: выиграешь в форме конуса разлета дроби, проиграешь в длине ствола. Как быть?
Если трудно догадаться сразу, давайте уберем термины «ствол» и «дробь». Какие-то частицы движутся по трубе, и пока стенки направляют движение частиц - все в порядке. Но трубу нельзя сделать слишком длинной, как же направлять полет частиц?
В этой задаче такое же техническое противоречие, как и при сооружений дымовых труб. Следовательно, здесь можно применить тот же прием (№ 29), что и в авторском свидетельстве № 243809: использовать вместо «твердой» конструкции пневмоконструкцию. Пусть частицы движутся в газовых «стенках». Именно так решена эта задача по японскому патенту № 44-20959. В коротком стволе имеются газовыпускные отверстия. На ствол надет кожух, обрез которого совпадает с обрезом ствола. При выстреле пороховые газы выходят в кольцевой канал между стволом и кожухом и выбрасываются в виде кольца, которое охватывает дробовой заряд.
Еще одна задача: как изготовлять волочением трубки из нихрома с толщиной стенок около 0,01 мм при допуске в 0,003 мм? Для изобретателя, незнакомого с типовыми приемами, это задача примерно третьего уровня. Если же изобретатель овладел типовыми приемами, задача покажется ему очень легкой - никак не выше первого уровня. Прием № 34: «Изготавливай объект А на оправке Б, которою можно удалить растворением, испарением, плавлением, химической реакцией и т. д.». И вот авторское свидетельство № 182661: «Способ изготовления тонкостенных трубок из нихрома, отличающийся тем, что… волочение… осуществляют на деформируемом алюминиевом стержне, удаляемом после обработки вытравливанием щелочью».
Современный изобретатель должен хорошо знать типовые приемы устранения технических противоречий. Без этого немыслима научная организация творческого процесса.
КАК РАБОТАЕТ АЛГОРИТМ
Изучение АРИЗ-71 мы еще продолжим в следующих главах, а пока проследим действие алгоритма на конкретной задаче.
Задача 5
Ледокол продвигается во льдах по принципу клина. Поэтому скорость продвижения и толщина доступных преодолению льдов зависят в основном от мощности энергетических установок ледокола. Путь развития ледоколов - это увеличение мощности их двигателей. У современного лайнера на 1 т водоизмещения приходится 0,5 л. с; у ледоколов это отношение в 6 раз больше. До 70% длины корпуса ледокола занято двигательными установками, топливными емкостями (танками) и различными обслуживающими системами. Ледокол буквально заполнен «двигательной частью», охлаждение двигателей - сложная проблема,
«Периодическое нарушение работы охлаждающей системы в тяжелых ледовых условиях наблюдается на всех ледоколах, и эффективное решение этой проблемы пока не найдено. Например, из опыта американских ледоколов известно, что в ряде случаев не прочность льда, а прекращение подачи охлаждающей забортной воды ограничивает продвижение судна» (Юдовин Б. С. Энергетические установки ледоколов. М., «Судостроение», 1967, стр. 182).
«Двигательная часть» современных ледоколов настолько гипертрофирована, что на судне не остается места для размещения сколько-нибудь значительного количества грузов. Поэтому за ледоколом идет караван из трех-четырех транспортных судов. «Начало и продолжительность навигации в Арктике и в замерзающих портах определяет ледовая обстановка. Ведь принцип действия ледокола, стоит ли на нем паровая машина, как сто лет
назад, или новейший атомный реактор, почти не изменился. С разбега вползает он на преградившее путь ледяное поле и своим весом ломает его. Снова разбег, и снова несколько метров вперед. Надсадно ревут двигатели, скрежещет лед об обшивку. На почтительном расстоянии сзади стоит караван обычных судов, ждет, когда ледокол проложит путь. Но льды становятся толще и толще. Полтора, два, два с половиной метра! Ледокол застревает. Механики пускают машины «враздрай» - в разные стороны. Судно начинает «мотать носом», пытаясь освободиться от ледяного плена. Насосы перекачивают сотни тонн воды из носовых цистерн в кормовые, из левых цистерн - в правые. Ледокол качается с носа на корму, переваливается с боку на бок, разжимая, как клин, льдины… Дорога за ледоколом слишком тяжела для обычных судов. С трудом увертываются они от плавающих ледяных глыб, грозящих распороть им бока. Пространство перед причалами, а иногда и вся акватория порта превращаются в сплошную массу битого льда. Каждый день ледоколы добавляют новые порции. В результате лед смерзается, и вскоре толщина его становится в 2-3 раза больше первоначальной. Теперь уж и сам ледокол не в силах одолеть эту преграду. Такие случаи неоднократно наблюдали в Архангельском, в Ленинградском портах. Короче говоря, мечта капитанов - иметь ледокол, способный преодолевать льды любой толщины и, главное, оставляющий за собой не ледяное крошево, а чистый канал» (Муслин Е. Пушки и лед. «Знание - сила», 1968, №5).
Известны различные способы облегчения продвижения сквозь льды. Издавна, например, применяется разрушение льда с помощью взрывчатых веществ. Недостатки этого способа - большой расход ВВ, низкая производительность, крайняя неэкономичность.
На небольших речных ледоколах устанавливают вибрационные установки. «Многотонные чугунные диски закрепляют на валах специальных машин, которые намертво привинчивают к носовой палубе. Едва только эта машина заработает, ледокол начинает трясти и раскачивать, его нос ходит ходуном, так что не только находиться там - со стороны глядеть страшно! Кажется, что вот-вот виброустройство вырвет «с мясом». Судно бьется о лед, словно в лихорадке,- лед в конце концов не выдер-
живает ударов, поддается» (Каневгский 3. Ледовая пахота, «Знание - сила», 1969, № 8).
Применение ВВ, вибрация - все это не дает существенного эффекта.
Нужно придумать способ, обеспечивающий быстрое продвижение ледоколов во льдах толщиною до 3 м. Способ должен быть экономичен и осуществим при современном уровне техники.
Сейчас мы не будем уточнять задачу - это входит в процесс решения по АРИЗ, введем лишь некоторые обязательные ограничения.
1. По условиям задачи транспортировку грузов по морю нельзя заменять; переброска их авиацией или железнодорожным транспортом отвергается.
2. Нельзя заменять корабль подводной лодкой. Подводные лодки имеют очень большую осадку в надводном положении. В Англии, например, спроектирован подводный танкер с осадкой в 18 м, его придется загружать и разгружать в открытом море.
