WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
-- [ Страница 1 ] --

ОЧНЕВ А. В.

КУРС ТРИЗ ДЛЯ ОРУЖЕЙНИКОВ ТУЛА 2004 2 ПРЕДИСЛОВИЕ......................................................................................................................................................3 1. ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................................................................4 1.1.Метод проб и ошибок....................................................................................................................................4 1.2 Метод мозгового штурма..............................................................................................................................7 1.3 Метод морфологического анализа...............................................................................................................8 2. ТЕОРИЯ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ (ТРИЗ)....................................................................16 2.1. Некоторые понятия ТРИЗ.......................................................................................................................... 2.2. Техническая система.................................................................................................................................. 2.3. Противоречия.............................................................................................................................................. 3. ЗАКОНЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ....................................................................................... 3.1. Возникновение технических систем......................................................................................................... 1 Закон полноты частей системы..................................................................................................................... 2.Закон энергетической проводимости технической системы...................................................................... 3. Закон согласования ритмики частей............................................................................................................ 4. Закон динамизации технических систем..................................................................................................... 5. Закон увеличения степени вепольности системы....................................................................................... 6. Закон неравномерности развития подсистем.............................................................................................. 7. Закон перехода с макро- на микроуровень.................................................................................................. Развитие систем охлаждения ствола................................................................................................................ 8. Закон перехода в надсистему........................................................................................................................ 9.Закон увеличения степени идеальности....................................................................................................... Общая схема развития ТС................................................................................................................................. 4. СТАНДАРТНЫЕ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ................................................................... Класс 1. Построение и разрушение вепольных систем.................................................................................. 1.1 Синтез веполей......................................................................................................................................... 1.2. Разрушение веполей............................................................................................................................... Класс 2. Развитие вепольных систем............................................................................................................... 2.1. Переход к сложным веполям................................................................................................................. 2.2. Форсирование веполей........................................................................................................................... 2.3. Форсирование согласования ритмики................................................................................................... 2.4. Комплексно-форсированные феполи.................................................................................................... Класс 3. Переход к надсистеме и на микроуровень........................................................................................ 3.1. Переход к бисистемам и полисистемам................................................................................................ 3.2. Переход на микроуровень...................................................................................................................... Класс 4. Стандарты на обнаружение и измерение систем............................................................................. 4.1. Обходные пути........................................................................................................................................ 4.2. Синтез измерительных систем................................................................................................................... 4.3. Форсирование измерительных веполей................................................................................................ 4.5. Направление развития измерительных систем........................................................................................ Класс 5. Стандарты на применение стандартов.............................................................................................. 5.1. Введение веществ.................................................................................................................................... 5.2 Введение полей............................................................................................................................................ 5.3. Фазовые переходы...................................................................................................................................... 5.4. Особенности применения физэффектов................................................................................................... 5. АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ........................................................................... 6. РЕШЕНИЕ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ.............................................................................................. Автоматический пистолет Стечкина (АПС).................................................................................................... Формирование ТТЗ и облика проектируемого оружия.............................................................................. Проектирование механизма замедления темпа стрельбы.......................................................................... Основные шаги АРИЗ-85В применительно к данной задаче..................................................................... Анализ вариантов конструкции замедлителя темпа................................................................................... Вариант конструкции вращающегося замедлителя.................................................................................... Штатный замедлитель пистолета АПС........................................................................................................ Исследование причин ненадежной работы переводчика в опытном образце АПС................................ Устранение причины ненадежной работы переводчика............................................................................ Проектирование магазина............................................................................................................................. Предотвращение "двойного досылания"..................................................................................................... ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................................................................................................... ПРЕДИСЛОВИЕ Новая наука о законах развития техники и решении технических задач дает возможность инженерам, работающим в самых различных отраслях техники, быстро и эффективно решать нестандартные производственные и конструкторские задачи. Ее основатель, Генрих Саулович Альтшуллер на звал новую науку "Теория решения изобретательских задач" (ТРИЗ), и она полностью оправдывает это название.

Множество замечательных книг, в которых излагаются основные по ложения Теории решения изобретательских задач написано людьми, про фессионально занимающимися вопросами развития этой науки. Для под тверждения выводов теории они выбирают наиболее яркие примеры из различных областей техники. А эти книги читают профессионалы в той или иной отрасли, и для них наиболее наглядны и убедительны примеры из их области деятельности. Именно в своей области они могут по досто инству оценить красоту и значимость предлагаемых теорией решений, а также адаптировать и дополнить положения теории применительно к своей специальности. Примеры по специальности помогут профессионалу еще и интуитивно почувствовать правильность выводов теории, более того, при вдумчивом чтении он может дополнить приведенные примеры своими, может быть, более удачными.

Цель данной книги - проиллюстрировать и подтвердить теорию реше ния изобретательских задач применительно к конструированию стрелково пушечного вооружения. Книга написана на материале курса лекций по дисциплине "Методы научно-технического творчества", который с 1985 по 2000 годы преподавался студентам специальности "Стрелковое оружие" Тульского политехнического института, что определило объем и порядок изложения а, а также подбор примеров.

Основные положения теории решения изобретательских задач изло жены на основе материалов книг серии «Техника-молодежь-творчество».

1. ВВЕДЕНИЕ 1.1.Метод проб и ошибок На протяжении веков развитие оружия, как и любого другого класса технических систем, происходило в результате последовательного ряда усовершенствований, называемых теперь изобретениями. В конструкцию вводились те или иные изменения и только в процессе эксплуатации об разцов оружия выявлялась степень полезности этого изменения. Если из менение было неудачным, то это иногда стоило жизни охотнику или сол дату. Удачные изменения в дальнейшем копировались в других образцах оружия, обеспечивая прогресс оружейной техники. Таким образом, разви тие оружия шло с помощью метода проб и ошибок, причем цена ошибок была достаточно высока при разрушении или отказе оружия.

Позднее полезность нововведений стала выявляться не при эксплуа тации, а специальными испытаниями, что позволило снизить "цену" оши бок. Это стало возможным с развитием промышленности, когда при се рийном выпуске обеспечивалась повторяемость свойств и параметров оружия от образца к образцу. Первым видом испытаний стрелкового ору жия было испытание стрельбой усиленным зарядом. При этом проверялась прочность ствола.

С появлением наук пробные изменения конструкции стали вносить не в изделие, а в его графическую модель - чертеж, что позволило более точ но представить работу новых конструкций. С развитием математики, ме ханики, физики прогнозирование поведения механизмов оружия стало осу ществляться и расчетным путем. В настоящее время расчетным путем с достаточной точностью определяются: внутрибаллистические параметры выстрела, траектория полета пули или снаряда, запасы прочности ствола и узла запирания, характеристики движения исполнительных механизмов при перезаряжании и т.д.

Эти методы расчета предназначены лишь для определения формы и размеров деталей и узлов при уже готовом конструктивном решении ис полнительных механизмов оружия. Но для создания принципиально новой конструкции расчетные методы не пригодны. Обычно при создании нового образца оружия конструктор поступает так. На основании своего опыта и опыта эксплуатации оружия он мысленно вносит в конструкцию какие либо изменения и проводит мысленные эксперименты по функционирова нию измененной конструкции. Если мысленный опыт на первый взгляд подтверждает полезность изменения - оно остается и изготавливается опытный образец для всесторонних испытаний. Если мысленный опыт не подтверждает полезность изменения, оно отбрасывается и выдвигается следующий вариант усовершенствования, цикл повторяется иногда десят ки, сотни раз. То есть изобретатель решает задачу методом проб и оши бок, а цена ошибки теперь - потраченное впустую время конструктора и деньги, а также – впоследствии - затраченные на изготовление и испыта ния опытного образца.

Как видим, с прогрессом науки метод проб и ошибок был вытеснен из областей эксплуатации, подбора форм и размеров наиболее ответственных узлов и деталей известных конструктивных схем оружия, однако он остал ся до последнего времени в процессе синтеза новых конструктивных схем механизмов оружия.

Создавая новую конструкцию оружия, инженер для того, чтобы уменьшить количество пустых проб изучает опыт своих предшественни ков. Это позволяет не делать явных ошибок, но с другой стороны форми рует определенный стереотип мышления, который иногда называют “век тором психологической инерции”. Конструктор делает пробы преимущест венно в том направлении, которое ему подсказывает опыт, а, значит, ка жется правильным, хотя это направление при решении сложных конструк торских задач нередко заводит в тупик. И уже наверняка конструктор не сделает пробы в направлении, которое ему кажется запретным, "безум ным". Так поколения оружейников проходили мимо казалось бы очевид ных решений.

Первые образцы автоматических винтовок (автоматов) появились в начале века еще до первой мировой войны, и на протяжении почти 40 лет до середины сороковых годов они своим внешним обликом и расположе нием органов управления были похожи на неавтоматические винтовки.

Рукоятка перезаряжания Неавтоматическая винтовка Рукоятка перезаряжания Автомат Рис. 1. Рис. В них приклад располагался сзади коробки автоматики. В неавтома тических винтовках такое взаимное расположение приклада и ствольной коробки было обусловлено эргономическими требованиями, т.к. в этом случае удобно располагалась рукоятка перезаряжания, перемещая которую после каждого выстрела, стрелок перезаряжал оружие (Рис.1 и 2).

При стрельбе из автоматической винтовки стрелок пользуется руко яткой перезаряжания только после смены магазина или при осечке. Еще реже используется рукоятка перезаряжания в оружии, имеющем затворную задержку (например, в винтовке М16А1), останавливающую затвор в зад нем положении при израсходовании патронов из магазина. После поста новки в оружие нового снаряженного магазина затворная задержка вы ключается и затвор, двигаясь вперед, досылает первый патрон из снаря женного магазина.

Редкость использования рукоятки перезаряжания в автоматических винтовках означает, что ее местоположение на оружие уже не влияет на удобство стрельбы и скорострельность, поэтому причина, обуславливав шая взаимное расположение приклада и коробки автоматики, исчезает.

Интересную подробность описывает В.Г.Федоров в книге "Оружейное дело на грани двух эпох". Чтобы уложиться в заданный вес при проекти ровании новой автоматической винтовки, он просил рабочего-осадчика выбирать из многих десятков заготовок прикладов самые легкие. Но ведь за счет приклада можно сократить не только вес, но и габариты оружия, если упирать в плечо непосредственно заднюю стенку коробки автомати ки, снабдив ее небольшим затыльником. Такая компоновка стрелкового оружия получила название “Буллпап" (Рис. 3).

Рис. 3. Автомат булпапп.

Этот пример показывает действие “вектора психологической инер ции” конструкторов. Ограничение на "не классическую" компоновку ору жия исчезло в начале века, идея сокращения веса и габаритов оружия за счет отказа от приклада появилась в середине века, а на вооружении такие системы появились в конце семидесятых годов (AUG-в Австрии в 1978 г., FA MAS - во Франции в 1978 г.).

Другой пример - развитие пистолетов-пулеметов. Первый пистолет пулемет был сконструирован в 1915 году. В 30-40-х годах они получили широкое распространение и вплоть до 50-х годов пистолеты-пулеметы имели отдельно пистолетную рукоятку и приемное окно магазина. (Рис. 4).

То есть фактически компоновка пистолетов-пулеметов повторяла компо новку неавтоматической винтовки. Требование уменьшения габаритов пистолетов-пулеметов вылилось в широкое применение складных прикла дов без изменения длины ствольной коробки.

Рис. 4. Пистолет-пулемет классической компоновки.

Затем в 1954 году на вооружении в Израиле был принят пистолет пулемет "Узи", характерной особенностью которого была компоновка с затвором на 2\3 длины надвигающимся на ствол, что позволило совмес тить приемную горловину магазина с пистолетной рукояткой. Это позво лило значительно уменьшить длину ствольной коробки, а, значит, и длину всего образца.

Рис. 5. Пистолет-пулемет с магазином в рукоятке.

Самое интересное, что для другого класса оружия - пистолетов это решение хорошо известно с начала века. Более того, в 1912 году был скон струирован пистолет Штейера с магазином в рукоятке, затвором, надви гающимся на ствол и возможностью ведения автоматического огня. Но, не имея объективных критериев для оценки выдвигаемых решений в методе проб и ошибок, специалисты вынуждены оценивать конструкции субъек тивно, часто выступая против перспективных изобретений, способных зна чительно увеличить эффективность конструкции. Так В. Г. Федоров в пер вую мировую войну создал автомат калибра 6 мм. А автомат, как массовое оружие, был применен только в конце второй мировой войны немцами.

(Образцы МП-43, МП-44).

Приведенные примеры показывают, что при создании новых образцов оружия необходимо иметь методы борьбы с психологической инерцией конструкторов, а также объективные критерии оценки выдвинутых идей.

1.2 Метод мозгового штурма Успешной попыткой справиться с психологической инерцией мышле ния специалистов является метод мозгового штурма. В основе метода моз гового штурма лежит прием разделения во времени процессов генерирова ния идей и их оценки. В этом случае, согласно Фрейду, высвобождается подсознательный процесс генерации идей, не сдерживаемый запретами сознательной логики, технического опыта и т.д., которые формируют пси хологическую инерцию.

Высвобождение подсознательного в процессе генерирования достига ется следующими организационными мерами:

-в группу генераторов идей набираются люди с развитым творческим воображением, разных специальностей, то есть с разными "направления ми" векторов психологической инерции;

-запрещается всякая критика высказываемых идей;

-запрещается доказательство высказываемых идей, так как это явля ется ответом на возможную критику, а также на внутреннюю самокритику;

-процесс выдвижения идей должен идти непрерывно, приветствуется развитие ранее высказанных чужих идей и смутных догадок;

-допускается высказывание фантастических, явно нереализуемых, шутливых идей для раскрепощения мышления.

Анализ высказанных в процессе мозгового штурма идей ведет другая группа людей, которые анализируют реализуемость высказанных идей.

Практика применения метода мозгового штурма показала, что он при меним для решения несложных технических задач, задач рекламного ха рактера, выявления недостатков оружия, причин брака и т.д. Но объектив ной оценки идей этот метод не дает, так как они оцениваются экспертами - специалистами, имеющими свои векторы психологической инерции.

Замечательным примером преодоления психологической инерции, на наш взгляд, является подствольный гранатомет ГП-25. Бурный прогресс в развитии оружия связан с введением заряжания с казенной части ствола.

Именно заряжание с казенной части позволило разрешить давнее противо речие между скоростью заряжания (для чего ствол должен быть коротким) и дальностью и меткостью стрельбы (для чего ствол должен быть длин ным). В однозарядном гранатомете ГП-25 длина ствола примерно равна длине гранаты, поэтому данное противоречие не возникает.

ГРАНАТА Рис. 6. Схема подствольного гранатомета ГП-25.

Значит скорости заряжания с казенной и дульной части ствола при близительно равны, но второй вариант заряжания реализуется в более про стой конструкции. Именно возвращение к дульнозарядной конструкции гранатомета резко упростило его конструкцию. Но следствием простоты конструкции гранатомета явилась необходимость выполнения "нарезов" на гранате и неотъемной от гранаты гильзы, которая выстреливается вместе с гранатой.

Как видно, целью мозгового штурма является получение как можно большего количества идей. Идеально было бы иметь способ получения всех возможных решений задачи.

1.3 Метод морфологического анализа Для некоторых классов задач получение всех возможных решений достигается методом морфологического анализа. Например, пусть необхо димо выбрать способ принудительного запирания канала ствола оружия.

Предварительно сформулируем, что такое запирание оружия, напри мер, так.

Принудительное запирание заключается в предотвращении движения назад гильзы и затвора в момент выстрела. Геометрически это означает, что при запирании касательная к траектории движения либо ствола, ли бо затвора, либо третьей детали, замыкающей затвор, лежит в плоско сти перпендикулярной оси канала ствола (точнее - в плоскости перпенди кулярной направлению действия силы давления пороховых газов на дно гильзы).

При таком движении боевые выступы перечисленных выше деталей имеют возможность зайти за неподвижные опорные поверхности, перпен дикулярные направлению действия силы пороховых газов, что обеспечит принудительное запирание.

Согласно методу морфологического анализа сначала необходимо сформулировать морфологические признаки. Морфологическим признаком назовем некоторый общий для многих вариантов рассматриваемой конст рукции объект или его свойство.

В качестве морфологических признаков узла запирания выберем два морфологических признака:

А) деталь, осуществляющую запирание;

В) вид траектории движения детали при запирании.

Затем, для каждого морфологического признака перечисляют возмож ные варианты его реализации или исполнения.

В качестве детали, обеспечивающей запирание можно использовать:

А1 - затвор;

А2 - ствол;

А3-специальную запирающую деталь.

Согласно данному выше определению движение детали, обеспечи вающее запирание, может происходить по следующим наиболее простым видам траекторий:

Б1 - неподвижная, Б2 - вращение вокруг оси, совпадающей с осью ка нала ствола, Б3 - вращение вокруг оси, перпендикулярной оси канала ство ла, Б4 - поступательное движение в плоскости перпендикулярной оси ка нала ствола, Б5 - вращение вокруг оси параллельной оси канала ствола, Б - более сложные траектории.

Комбинируя альтернативные варианты морфологических признаков, можно получить множество различных решений узла запирания. Все эти решения сведем в морфологическую таблицу 1 (Приложение 1).

Теперь конкретное решение узла запирания выражается формулой Аi Бj, i =1,2,3, j =1,2,3,4, При условии, что запирание осуществляется движением только одной детали, имеется 15 возможных типов запирания. Каждая клетка морфоло гической таблицы соответствует определенному типу запирания.

Например, оружие с формулой запирания А1Б1 - соответствует ору жию, заряжаемому с дула, где нет подвижных частей;

А1Б2 - запирание поворотом затвора (Рис. 7), которое используется в автоматах Калашникова, винтовке М16А1, пушке 2А42. Это наиболее предпочтительный и распространенный в настоящее время тип запирания;

з Vз Рис. 7 Схема (А1Б2) запирания поворотом затвора вокруг продольной оси.

А1Б3 - запирание перекосом затвора (Рис. 8). Этот тип запирания при менен в кабине СКС, пулеметах ZB-29, ZB-53, винтовке Токарева;

Vз р з Центр вращения затвора Рис. 8 Схема (А1Б3) запирания «перекосом» затвора.

А1Б4 - клиновое запирание затвором (Рис. 9), которое используется в Vз.р.

Vз пушках 9А-4071("Балеринка"), ГШ-30,АМ-23, пулеметах А-127, НСВ;

Рис. 9 Схема (А1Б4) клинового запирания затвора.

А1Б5 - примером служит запирание в старых неавтоматических вин товках Крнка (1869 г), карабине Верндля. Это так называемое крановое запирание (Рис. 10);

Ствол Рис. 10 Схема (А1Б5) кранового запирания затвора А2Б2 - запирание поворотом ствола (Рис. 11). Применено в пистолетах "Рот-Штейер" образца 1907 года, "Штейер" образца 1912 года.

А2Б3 - запирание перекосом ствола (Рис. 12). Этот тип запирания при менен в пистолетах Браунинга, Кольта, ТТ.

А2Б4 - клиновое запирание стволом использовано в пистолете "Кольт Браунинг" (Рис. 13).

Vз с Рис. 11 Схема (А2Б4) запирания поворотом ствола.

Vз Ось враще серьги.

ств. ния Рис. 12 Схема (А2Б3) запирания перекосом ствола.

Vз Рис. 13 Схема (А2Б4) запирания поперечным движением ствола.

А2Б5 - этот принцип запирания (Рис. 14) используется в револьверном оружии, так как барабан представляет собой блок патронников, то есть частей ствола;

Ствол Рис. 14 Схема (А2Б5).

А3Б2 -запирание поворотом муфты (Рис. 15) применено в пулеметах МГ 131, МГ-15, МГ-17;

муф.

V Рис. 15 Схема (А2Б3) запирания поворотом ствольной муфты.

А3 Б3 - запирание разведением боевых упоров (Рис. 16) или одного бое вого упора. Запирание разведением двух боевых упоров применялось в системах Дегтярева (пулеметы ДШК, РПД, ДП и т.д.), а также в автомате Федорова, винтовке Вальтера G-41. Запирание "разведением" одного бое вого упора использовано в пистолете Вальтер (Р-38), пулемете "Миниган";

б.у.

Vз.р.

б.у.

Рис. 16 Схема (А3Б3) запирания разведением боевых упоров.

А3Б4 - запирание клином (Рис. 17) используется в охотничьих самоза рядных ружьях Браунинга, МЦ 21-12,ТОЗ-87, винтовке Симонова (АВС);

Vкл.

Vз.р.

Рис. 17 Схема (А3Б4) клинового запирания.

А3Б5 - запирание вращением ствола вокруг продольной оси. Запира ния такого типа применено в капсюльной винтовке Грина.

При использовании формулы АiБj, выделив другие кроме перечислен ных в таблице виды движения запирающего элемента, можно получить не сколько новых патентоспособных типов запирания.

Надо заметить, что запирающую деталь для надежности тоже "запи рают", то есть, предотвращают возможность ее движения при выстреле.

Возможные способы запирания "запирающей" детали можно синтезиро вать, построив соответствующую морфологическую таблицу, причем в от личие от типов запирания затвора реально воплощенных вариантов в кон струкциях оружия немного. Например, чаще всего "запирание" запираю щей детали производится затворной рамой (АК, ПК, АМ-23, ZВ-53, МГ 42);

серьгой (ТТ, Кольт), запирающим рычагом ("Балеринка"), клином (не автоматические охотничьи ружья). При этом запирание "запирающего эле мента” происходит на участке свободного хода ведущего звена автомати ки.

Аналогичные морфологические таблицы можно составить для других исполнительных механизмов оружия и получить с одной стороны их клас сификацию, а с другой - выявить новые патентоспособные типы этих ме ханизмов.

Но, как и в методе мозгового штурма в морфологическом анализе нет объективных критериев для выбора наилучшего решения. Объективность такого выбора предполагает наличие некоторых правил или критериев, по зволяющих сравнивать решения между собой. Наиболее общие из таких критериев сформулированы в теории решения изобретательских задач как законы развития технических систем.

2. ТЕОРИЯ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ (ТРИЗ) Основным постулатом ТРИЗ является утверждение, что существуют объективные, не зависящие от воли людей, законы развития технических систем, которые познаваемы. Они могут быть сформулированы путем про ведения анализа развития техники. Наиболее полным информационным фондом, который может служить основой для такого анализа, является па тентный фонд и история развития техники.

Например, обратимся к одному из классов стрелкового оружия - к пистолетам-пулеметам и посмотрим, как с течением времени изменялся их облик. Сначала они имели жесткий, часто деревянный приклад (пистоле ты-пулеметы Томпсона, Токарева, ППД, ППШ). Такое оружие удобно при стрельбе, но не удобно при транспортировке войск в машинах, при десан тировании, а также при переноске образцов. Тем более, непригодны они для скрытого ношения. Чтобы повысить удобство транспортировки пере шли к использованию складывающегося приклада (пистолеты-пулеметы МП-40, ППС, все современные образцы), а затем для еще большего умень шения габаритов при транспортировке применили складывающийся под ствол магазин (пистолеты-пулеметы МГД-Франция;

39М-Венгрия, МП-46, МП-310-Швейцария), и, наконец, пистолеты-пулеметы со складывающейся коробкой автоматики (ПП-90).

Выявленная тенденция в развитии пистолетов-пулеметов наталкивает на предположение. Не является ли общей закономерностью переход от же сткой технической системы к гибкой, имеющей один или несколько шар ниров, с целью приспособления к изменяющимся условиям эксплуатации?

В дальнейшем складывающиеся приклады появились на автоматах, ручных пулеметах, винтовках. В конце концов, от приклада как отдельной детали в некоторых образцах отказались совсем, передав функции прикла да задней стенке коробки автоматики, установив на нее небольшой за тыльник. Еще одно предположение. Всегда ли в процессе развития прояв ляется тенденция передавать функции какой-либо детали другой детали или механизму, имеющейся в оружии, а ее саму вообще исключить из кон струкции?

Технико-исторические и патентные исследования во многих отраслях техники позволили подтвердить высказанные предположения и сформули ровать ряд общих законов развития технических систем. Законы развития позволяют предсказать некоторые тенденции в совершенствовании как об разцов оружия в целом, так и отдельных исполнительных механизмов, а также выработать объективные критерии оценки полученных конструк тивных решений.

Одним из разделов ТРИЗ, позволяющим эффективно решать техниче ские задачи является алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ).

АРИЗ представляет собой последовательность шагов по преобразованию исходной формулировки задачи в наиболее точную ее постановку, а также набор правил для ее решения. Эти правила позволяют получать решения задачи, соответствующие законам развития технических систем, почти без перебора вариантов.

Опыт решения технических задач с помощью АРИЗ позволил сформу лировать типичные преобразования исходных технических систем в сис темы без выявленных при постановке задачи недостатков. Такая система типичных преобразований в соответствии с законами развития получила название стандартов на решения изобретательских задач. В настоящее время официально принято 76 стандартов, с помощью которых можно по лучить решения большинства технических задач.

2.1. Некоторые понятия ТРИЗ Как в любой науке в теории решения изобретательских задач вырабо таны некоторые специфические, отличные от общепринятых значений тер мины и понятия, которые позволяют более точно описать изучаемые тео рией объекты и процессы.

2.2. Техническая система Чем отличается пулемет в собранном виде от того же пулемета, но в разобранном виде? Во-первых, собранный пулемет может стрелять, то есть он способен выполнять главную функцию, для выполнения которой пуле мет и создавался. Разобранный пулемет стрелять, естественно, не может, так как надлежащее взаимодействие между его частями отсутствует. Так вот собранный пулемет является технической системой, а разобранный - нет.

Значит, технической системой (ТС) можно назвать совокупность взаи модействующих между собой элементов, при этом техническая система обладает дополнительными свойствами, которыми не обладает ни один из составляющих ее элементов. Основными свойствами ТС является способ ность выполнять главную полезную функцию (ГПФ), ради чего собственно и создается ТС. Взаимодействия между элементами, которые иногда назы вают связями, могут быть пространственными, временными, функцио нальными.

Например, пространственными связями являются: взаимодействие за творной рамы и затвора при отпирании и запирании поворотом затвора, взаимодействие затворной рамы с курком при его взведении.

Примерами временных связей являются:

- связь затвора и верхнего патрона в магазине (Рис. 18). За время забега затвора за патрон последний должен успеть подняться на линию досыла ния. В противном случае затвор не сможет дослать в ствол этот патрон;

ПОДАВАТЕЛЬ МАГАЗИН ПРУЖИНА Забег Перемещение патрона Рис. 18 Временные связи при подаче патрона.

- связь между отражаемой гильзой и затвором в винтовке М16 А1 (Рис.

19), в газовом пистолете "RECK".

гильзы Рис. 19 Временные связи при отражении гильзы.

В них отражение происходит с помощью подпружиненного стержня (автоматическая винтовка М16А1) или ударника (газовый пистолет RECK), которые упираются в дно гильзы. После выхода стреляной гильзы из патронника, подпружиненный стержень или ударник толкает гильзу, и она, вращаясь вокруг зацепа извлекателя, отражается. При этом время процесса отражения должно быть меньше времени забега затвора, иначе отражаемая гильза защемится между накатывающимся затвором и пеньком ствола;

- связь между временем выстрела и временем выстоя затвора до отпи рания в многоствольном оружии с вращающимся блоком стволов. Время выстрела должно быть меньше времени выстоя затвора до начала отпира ния.

- связь между досылаемым патроном, отражаемой гильзой и положе нием поршня двигателя автоматики в пушке Р-23. Досылание очередного патрона в барабан пушки и отражение стреляной гильзы должны произой ти до начала поворота барабана.

Функциональные связи имеются в системах наведения оружия, на пример, обратные связи по координате, скорости.

Кроме понятия технической системы в ТРИЗ введены понятия надсис темы и подсистемы. Техническая система "пулемет" может входить в сис тему вооружения, например, вертолета, где он устанавливается на под вижной установке, наведением его на цель управляет система наведения и т.д. Как видим, система вооружения вертолета также может быть названа технической системой, в которую пулемет входит в качестве одного из элементов. По отношению к пулемету система вооружения вертолета явля ется технической системой более высокого уровня и называется надсисте мой.

С другой стороны в состав пулемета входит механизм запирания ка нала ствола. Это тоже техническая система, но по отношению к пулемету она имеет низший уровень, и поэтому называется подсистемой. Подсис темой называется техническая система, которая является элементом технической системы высшего уровня сложности. В оружии подсисте мами являются исполнительные механизмы. В ТРИЗ элементы системы то есть подсистемы, независимо от их сложности еще принято называть "ве ществами", а связи между ними - "полями".

В общем случае основными свойствами "вещества" является спо собность быть источником и носителем поля, взаимодействовать с по лем, преобразуя энергию поля одного вида в энергию поля другого ви да. В ТРИЗ, при описании взаимодействия "веществ", целесообразно рас ширить понятие "поле" на все виды энергии. "Полями" являются силы дав ления пороховых газов, кинетическая энергия движущейся детали, потен циальная энергия деформации пружины, поле скоростей жидкости, поле температур и т.д.

Основными свойствами "поля" являются:

- способность содержать и переносить один из видов энергии;

- способность изменять количество переносимой энергии путем взаи модействия с "веществом".

Таким образом, "вещество" служит посредником в энергообмене "по лей", а "поле" - посредником во взаимодействии "веществ".

Договорившись о терминах "вещество"(В) и "поле"(П), можно любую техническую систему представить в виде совокупности трехкомпонентных подсистем, каждая из которых состоит из вещества (В), поля (П) и третье го компонента, который может быть как веществом, так и полем. Такая простейшая трехкомпонентная модель называется ВЕПОЛЕМ. В зависимо сти от поставленной задачи техническая система может быть представлена вепольными формулами с требуемой степенью детализации. Например, вепольная формула лазерного целеуказателя в простейшем случае имеет вид:

В1 В П1 П2 П где П1 - химическая энергия батареи, В1 - батарея, П2 - электромагнитное поле (электрический ток), В2 - лазер, П3 - электромагнитное поле (луч света).

Вепольная формула работы узла запирания автомата АК может быть записана так:

Псв.

Псв.

Вк.а. Вств.

Пв.д.

Пп.д. Псв.

Вз.р. Взатв. Впатр.

Пп.д.

где ВЗ. Р. - "вещество" - затворная рама;

ПСВ - "поле" связи между веществами, обусловленное их контактами друг с другом;

ВЗАТВ - "вещество" - затвор;

ВСТВ - ствол с боевыми упорами;

ВК. А - коробка автоматики;

ВПАТР - патрон;

ПП. Д. - кинетическое поле поступательного движения;

ПВ. Д - кинетическое поле вращательного движения.

Вепольное изображение работы технической системы позволяет:

-выявить ту часть технической системы, в которой возникает неудов летворительное взаимодействие элементов, и направить решение на со вершенствование именно этой подсистемы;

-разработать правила структурного преобразования веполя с неудов летворительными взаимодействиями для их устранения.

Именно в виде вепольных преобразований сформулирована большая часть правил для решения задач, получивших названия стандартов на ре шения изобретательских задач.

Вепольное представление ТС позволяет правильно сформулировать техническую задачу. Примером, когда неудовлетворительно работала одна подсистема, а совершенствовать пытались совершенно другую подсисте му, может служить история развития истребителей 30-х годов.

В то время скорость истребителей ограничивалась большим лобовым сопротивлением воздуха, значительный вклад в которое создавало жесткое шасси. Появление обтекателей на шасси не решало проблемы. Это было известно, однако конструкторы пытались увеличить скорость повышением мощности двигателя вместо того, чтобы усовершенствовать шасси - сде лать его убирающимся. В последствии, когда выяснилось, что увеличение мощности двигателя почти не давало прироста скорости, сделали убираю щееся шасси.

2.3. Противоречия Изобретательские задачи бывают двух типов. К первому типу отно сятся задачи на построение новых технических систем, когда необходимо, например, обработать изделие, а как это сделать - неясно. Ко второму ти пу относятся задачи, при решении которых изобретатель наталкивается на некоторые противоречия между отдельными свойствами, характеристика ми технической системы. То есть при улучшении одних характеристик, параметров ТС с помощью известных методов, недопустимо ухудшаются другие. Например, если в пистолете-пулемете для повышения кучности стрельбы и уменьшения темпа предотвратить удар затвора в крайнем зад нем положении, то это приведет к увеличению хода затвора, а, следова тельно, габаритов коробки автоматики. При увеличении темпа и ужесто чении режима стрельбы из авиационной пушки, ее эффективность увели чивается, но резко снижается живучесть ствола.

Еще пример. При снижении массы стрелкового оружия увеличивается кинетическая энергия отдачи при выстреле, что отрицательно сказывается на кучности при стрельбе очередью.

Такие противоречия имеют двойственную природу. Их можно сфор мулировать и в противоположной форме. Например, если в пистолете пулемете сократить габариты коробки автоматики, что увеличит компакт ность оружия, то возрастет темп стрельбы и усилится удар затвора о за тыльник коробки автоматики в крайнем заднем положении, что ухудшит кучность.

Такие противоречия называются техническими противоречиями. Тех ническое противоречие - это противоречие, возникающее между отдель ными подсистемами ТС или их параметрами. Если известными способами улучшить одну из подсистем, то недопустимо ухудшается другая подсис тема или ее параметры. Ясная формулировка технического противоречия уже может подсказать направления поиска решения, по крайней мере, по может выделить конфликтующие между собой подсистемы или их свойст ва. Затем в вепольной формуле работы ТС уже можно выделить элемен тарный веполь, включающий конфликтующие подсистемы. Такой веполь называется конфликтным, и поиск решения может быть сосредоточен на изменении всего трех элементов этого веполя.

При поиске решения очень часто оказывается, что для нормального функционирования ТС, устраняющего техническое противоречие, к одной из подсистем необходимо предъявить взаимно противоположные требова ния.

Например, в дульнозарядном оружии для ускорения заряжания диа метр пули должен быть меньше диаметра канала ствола, но диаметр пули должен быть в точности равен диаметру канала ствола, чтобы при выстре ле не было прорыва пороховых газов между пулей и стенкой ствола. Ору жие будет функционировать нормально, если оба эти требования будут реализованы.

Приведенные выше противоречивые требования называют физическим противоречием. Физическим противоречием называется физически (хими чески, геометрически) противоречивые требования, предъявленные к од ному из элементов конфликтного веполя. Как правило, стремление разре шить физическое противоречие приводит к изменению только одного эле мента конфликтного веполя, что предельно конкретизирует задачу и резко уменьшает количество вариантов решений.

Чтобы проводить изменения подсистемы, к которой предъявлены фи зически противоречивые требования, в нужном направлении надо знать законы развития технических систем. Далее они излагаются в формули ровке, приведенной в статье Ю. Саламатова "Система законов развития техники" в сборнике "Шанс на приключение".

3. ЗАКОНЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ 3.1. Возникновение технических систем Техника возникла для удовлетворения потребностей людей. Для охо ты, обороны, нападения возникло оружие. Главная функция оружия - по ражение цели с помощью доставляемой к ней энергии. Носителем энергии является рабочий орган оружия, именно он является единственной функ ционально полезной частью технической системы. Рабочими органами "стрелкового" оружия были камень (в руке или в праще), копье, дротик, стрела, пуля, снаряд, которые являлись носителями энергии. Теперь пер спективным рабочим органом может стать электромагнитное поле лазер ных систем.

В приведенном выше списке рабочих органов оружия отношение ко личества доставляемой к цели энергии к массе носителя увеличивается и достигает бесконечности у потока фотонов.

Все остальные части и исполнительные механизмы оружия (лук, ар балет, ружье, пушка) являются вспомогательными, и они возникли на пер вых этапах взамен или в дополнение к рукам и глазам человека. Например, праща удлиняла руку человека и позволяла увеличить скорость метания камня. Магазины винтовок появились взамен руки человека, вставлявшего очередной патрон в оружие, что увеличило скорострельность.

В дальнейшем, как и все остальные технические системы, оружие воз никало и развивалось в соответствии со следующими законами.

1 Закон полноты частей системы Формулировка закона.

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности техниче ской системы (ТС) является наличие и минимальная работоспособность основных частей системы.

По определению каждая ТС должна включать в себя как минимум че тыре части: двигатель, трансмиссию, рабочий орган и орган управления.

Двигатель предназначен для преобразования какого-либо вида энер гии в тот ее вид, который необходим для функционирования ТС. Транс миссия передает энергию от двигателя к рабочему органу. Органы управ ления предназначены для управления остальными элементами ТС. Рабочий орган предназначен для выполнения главной полезной функции ТС.

Для построения технической системы необходимо наличие этих четы рех частей и их минимальная пригодность к выполнению функций систе мы.

При анализе ТС не всегда возможно без затруднений определить эти части системы. Поэтому при определении частей полезно задавать сле дующие вопросы:

- Что обрабатывается? - Изделие. Для оружия это поражаемая цель.

- Куда подводится энергия и что обрабатывает изделие (цель)? - Ра бочий орган. Для оружия это пуля, дробь, снаряд.

- Через что подводится энергия? - Трансмиссия. В нашем примере это пороховые газы, разгоняющие снаряд.

- От чего подводится энергия? - Двигатель. В ствольном оружии энер гия подводится от пороховых газов, так как они преобразуют внутреннюю энергию в кинетическую энергию поступательного движения. Ствол явля ется частью двигателя, он канализирует поток газа.

- Чем осуществляется управление? - Органы управления. В ручном стрелковом оружии это спусковой механизм, прицел, переводчик режима стрельбы.

Первые ружья (Рис. 20) состояли почти только из этих основных час тей: пули - рабочего органа, пороха (источника энергии) и пороховых га зов (при выстреле) - двигателя и трансмиссии, ствола - части двигателя, спускового механизма - рычага с присоединенным к нему фитилем. До полнительной частью были приклад с ложей для удобства пользования оружием. Таким образом, схему первого ружья можно представить так:

Ложа Спусковой Фитиль Порох Пуля Ствол рычаг Рис. 20 Фитильное ружье.

Рабочий орган Двигатель Трансмиссия Орган управления Пуля Пороховые Пороховые Спусковой механизм, газы газы, ствол ложа Для того чтобы эксплуатировать такие ружья стрелок должен был вы полнять множество функций. Во-первых, он осуществлял функции управ ления: наводил оружие в цель, рассчитывал (интуитивно) упреждение, оп ределял момент выстрела, нажимал на спусковой крючок. Во-вторых, по сле каждого выстрела он осуществлял перезаряжание оружия: засыпал в ствол порцию пороха, забивал пыж, закатывал пулю. В-третьих, он гото вил оружие к стрельбе, зажигая фитиль. Естественно, что при таком числе операций, выполняемых стрелком после каждого выстрела, скорострель ность была низкой – 1-2 выстрела в минуту.

2.Закон энергетической проводимости технической системы Формулировка закона.

Необходимым условием принципиальной жизнеспособности ТС явля ется сквозной проход энергии по всем частям технической системы.

Этот закон имеет следующее следствие: чтобы часть системы была управляемой необходимо обеспечить сквозной проход энергии между этой частью и органом управления.

Многие задачи синтеза механизмов оружия сводятся к подбору вида энергии и типа передачи энергии эффективных в данных условиях. При этом рекомендуется руководствоваться тремя правилами:

Правило 1. При синтезе ТС надо стремиться к использованию одного поля (вида энергии) на процессы работы и управления в системе. При раз витии ТС любые новые механизмы должны работать на энергии, проходя щей сквозь систему или на бесплатной энергии (из внешней среды, или в виде отходов другой системы).

Например, многоствольная пушка АО-18, разработанная в России имеет для вращения блока стволов двигатель автоматики, использующий энергию пороховых газов, отводимых из каналов стволов. Поэтому она независима в этом смысле от установок и носителей, на которых она раз мещается. Зарубежные многоствольные системы (пушка GAU-8, пулемет "Миниган") часто для работы автоматики используют внешние электро- или гидро- двигатели. В этом случае требуется согласование оружия и но сителя, а рекомендуемое правило не выполняется.

Еще один пример. Для первоначальной раскрутки блока стволов у пушки АО-18 использован пневмостартер, источником энергии в котором является сжатый воздух, который должен быть размещен на носителе.

Кроме этого, для воспламенения электрокапсюлей патронов к пушке тре буется подвести электроэнергию. Таким образом, в этой пушке для работы требуется целых три вида энергии: энергия пороховых газов для вращения блока стволов при стрельбе, энергия сжатого воздуха для раскрутки блока стволов перед началом стрельбы, электроэнергия для срабатывания элек трокапсюлей в патронах. В пушке ГШ-6-23- для раскрутки блока стволов применен пиростартер, то есть источником энергии служит пороховой газ и пушка работает с использованием уже двух видов энергии: энергии по роховых газов и электроэнергии для воспламенения электрокапсюлей пи ростартера и патронов. В пулемете ЯКБ-12,7 раскрутка блока стволов про изводится пружиной, которая предварительно закручивается блоком ство лов после отстрела последнего патрона в очереди, то есть используются "отходы" энергии вращения блока стволов. Для работы пулемета исполь зуется только один вид энергии - энергия пороховых газов. Построение работы данного пулемета в наибольшей степени соответствует рекомендо ванному правилу.

Правило 2.Если техническая система состоит из веществ, менять ко торые нельзя, то используется поле, хорошо проводимое веществами.

Например, для увеличения точности стрельбы из зенитной пушки 2А38 на одном из двух стволов установлен датчик скорости, изменяющий действительную дульную скорость снарядов с целью внесения соответст вующих поправок в систему наведения. Естественно, в этом случае снаряд изменять для целей измерения скорости нельзя, поэтому в датчике скоро сти для целей измерения скорости используют электромагнитное поле, хо рошо проводимое металлическим корпусом снаряда. Снаряд при прохож дении последовательно через две катушки проводов с током вызывает из менение их индуктивности, что позволяет вычислить его скорость.

Правило 3.Если вещества частей системы можно менять, то плохо управляемое поле заменяют на хорошо управляемое по цепочке:

гравитационное---механическое---тепловое---магнитное-- электрическое---электромагнитное.

Одновременно заменяют вещества или вводят в них добавки, обеспе чивающие хорошую проводимость энергии.

Продемонстрируем действие этого правила на примере развития удар ных механизмов. В малогабаритных минометах (Рис. 21) для накола капсю ля используют энергию гравитационного поля, превращенную в кинетиче скую энергию падающей по стволу мины. В конце падения капсюль, рас положенный в мине накалывается неподвижным бойком, размещенным в казенной части ствола. При этом заряжание производится с дула ствола.

Для небольших минометов такая конструкция ударного механизма идеаль на, так как этот механизм состоит всего из одной неподвижной детали бойка.

V мины Капсюль Боек Рис. 21 Ударный механизм, использующий силу тяжести.

Но в крупнокалиберных минометах заряжание с дульной части за труднительно, поэтому они заряжаются с казны, как правило, при гори зонтальном положении ствола. В этом случае использовать энергию гра витации в качестве источника энергии для работы ударного механизма не возможно. В таких минометах используются ударные механизмы с меха ническим полем сжатой боевой пружины в качестве источника энергии.

Использование теплового поля в качестве источника энергии для вос пламенения порохового заряда распространения не получили, хотя такие попытки имелись. Например, пытались поджечь безгильзовый патрон, рез ко сжимая воздух в запатронном пространстве. Прессованный порох па трона воспламенялся за счет повышения температуры воздуха при сжатии.

В пушках все большее распространение получают боеприпасы с элек трокапсюльным воспламенением из-за их надежности и быстродействия.

Для воспламенения таких боеприпасов используется электроэнергия. Не достатком такого способа воспламенения является необходимость наличия хороших контактов в загрязненном оружии.

Электромагнитное "воспламеняющееся" устройство, не требующее наличие контактов использовано в турбореактивных осколочно-фугасных снарядах (ТРОФС). В ТРОФС имелась проволочная спираль для воспламе нения, соединенная с одной из обмоток трансформатора. Другая обмотка трансформатора располагалась на пусковой направляющей. При подаче переменного тока на эту обмотку, ток возбуждается в обмотке снаряда, спираль нагревается и воспламеняет пороховой состав основного воспла менителя двигателя.

В печати появилось сообщение о воспламенении порохового заряда в пушках с помощью лазерного луча, подводимого в ствол по световоду.

Таким образом, все рекомендованные выше источники энергии, кроме магнитной, использовались в различных конструкциях воспламеняющих порох устройств.

При анализе конструкции на соответствие закону энергетической про водимости рекомендуется ответить на следующие вопросы:

- Есть ли в ТС сквозной проход энергии?

- Существует ли хорошая проводимость энергии между частями ТС и органом управления?

- Какое поле лучше всего проводят вещества в ТС?

- Можно ли применить более управляемое поле?

- Какое поле лучше всего применить для новой части ТС - имеющееся или даровое?

Попробуйте на основе закона энергетической проводимости решить простую задачу. Для охлаждения ствола надо прокачать охлаждающую жидкость в зазор между резервуаром, охватывающим ствол и наружной стенкой ствола. Какую энергию надо использовать для этого?

3. Закон согласования ритмики частей Формулировка закона.

Необходимым условием принципиальной работоспособности ТС явля ется согласование или сознательное рассогласование частоты колебаний или периодичности работы всех частей системы.

Хорошо работают, а, значит, и жизнеспособны только системы, в ко торых вид колебаний (или периодичность работы) подобран так, что части системы не мешают друг другу и наилучшим образом выполняют полез ную функцию.

При проектировании стрелково-пушечного вооружения закон согла сования работы частей изображается в виде циклограммы работы автома тики. Элементом, согласующим работу исполнительных механизмов, явля ется, как правило, ведущее звено автоматики, которое в нужные моменты цикла работы автоматики обеспечивает сквозной проход энергии к испол нительным механизмам.

Различают два вида колебаний - собственные и вынужденные. Частота собственных колебаний системы определяется только внутренними ее ха рактеристиками, вынужденные колебания происходят под действием внешних сил и частотой воздействия этих сил. При сближении частот соб ственных и вынужденных колебаний возрастает амплитуда вынужденных колебаний при неизменном значении амплитуды внешней силы и возника ет резонанс.

Резонанс может быть и полезным и вредным явлением. Использование резонанса или предотвращение его позволяет улучшить работу техниче ской системы простым изменением формы, размеров, массы колеблющихся элементов без введения новых.

При стрельбе из автоматического оружия очередями на все механиз мы и детали оружия воздействуют периодические силы с частотой равной темпу стрельбы, поэтому для увеличения живучести механизмов оружия необходимо, чтобы никаких резонансных явлений в оружии не возникало.

Между тем закон согласования ритмики иногда нарушается - есть образцы оружия, в которых ритмика "согласована" во вредном сочетании. Напри мер, в пушке 2А42 собственная частота колебаний ствола-14-17 гц (а с учетом зазоров в соединении между стволом и коробкой автоматики еще меньше) близка к максимальному темпу стрельбы приблизительно 600 вы стрелов в минуту -(10 гц), что приводит к большим колебаниям ствола при стрельбе очередью, а, следовательно, к большому рассеиванию снарядов.

При стрельбе из этой пушки с темпом 200 выстрелов в минуту рассеива ние значительно меньше.

Из закона согласования ритмики вытекают ряд правил:

1. В технической системе действие сил должно быть согласовано или сознательно рассогласовано с собственной частотой колебаний изделия или инструмента.

2. В ТС должны быть согласованы или сознательно рассогласованы частоты используемых полей.

Иногда при постановке работоспособных образцов оружия с продоль ным относительно ствола движением ведущего звена на установку, имею щую амортизаторы, оружие начинало давать задержки при стрельбе. Вы яснилось, что при некоторых выстрелах в очереди ведущее звено автома тики имело слишком большую скорость отката, и это снижало живучесть деталей, а при некоторых выстрелах - оно имело слишком малую скорость отката и не доходило до заднего положения, с которого начиналась подача очередного патрона. Причиной этого являлась несогласованность движе ния самого оружия относительно установки и движения ведущего звена в оружии. Соответствующим подбором характеристик пружины амортизато ров установки это явление устраняется.

3. Если два действия несовместимы, то одно действие осуществляют в паузах другого.

Например, в револьверной пушке НН-30 охлаждение ствола произво дится впрыском охлаждающей жидкости в канал ствола между выстрелами при промежуточном положении барабана во время его поворота.

4. Любые паузы в одном действии должны быть заполнены другими действиями.

5. Если требуется измерять характеристики системы, изменение кото рых влияет на изменение собственных колебаний, то действие внешнего поля согласовывают с собственной частотой системы и по наступлению резонанса судят об изменениях контролируемых характеристик.

В оружии и установках под него требуется подавлять все виды резо нансов. Существует несколько способов подавления резонанса:

1. Уклонение от резонанса путем изменения частоты собственных ко лебаний.

Например, для рассогласования собственной частоты колебаний ство ла и темпа стрельбы можно:

а) перераспределить массу ствола по его длине, не меняя массу ство ла;

б) ввести продольные ребра на стволе, которые увеличат его жест кость, в) закрепить дульную часть ствола.

Так в БМП-3 дульная часть ствола 30-мм пушки скреплена со стволом 100-мм пушки, что увеличило жесткость 30-мм ствола, а значит и собст венную частоту его колебаний;

2. Организация взаимонейтрализации двух действий.

В оружии со свободным затвором и задним шепталом существует два вредных фактора, приводящих к колебаниям оружия при стрельбе и ухуд шающих кучность стрельбы. Это удар затвора в крайнем переднем поло жении и большая начальная скорость отката затвора, приводящая, как правило, к удару затвора в заднем положении.

Организация раннего разбития капсюля, когда накат затвора тормо зится силой давления пороховых газов, предотвращает удар в крайнем пе реднем положении и снижает начальную скорость отката затвора, предот вращая удар в крайнем заднем положении (Рис. 22).

Рис. 22. Взаимонейтрализация вредных факторов на примере использования выката затвора.

3. Введение второго внешнего действия в противофазе к вредному.

Для компенсации опрокидывающего оружие момента, возникающего при выстреле, на дульную часть ствола устанавливаются компенсаторы опрокидывающего момента. Пороховые газы, выходящие из ствола, воз действуют на нижнюю поверхность компенсатора, создавая стабилизи рующий момент (Рис. 23).

Равнодействующая сила от давления пороховых газов Пороховые газы Рис. 23. Полезное использование отходов на примере дульного компенсатора опрокидывающего момента.

В спортивном пистолете конструкции Хайдурова компенсация опро кидывающего момента производится отводимыми вверх пороховыми газа ми из средней части ствола.

4. Самонейтрализация вредного действия путем его разделения на два, сдвиг одного из них по фазе и столкновение.

Для предотвращения отскока затворной рамы после ее прихода в крайнее переднее положение в пулемете MG-45 предусмотрен противоот скок (Рис. 24). Он выполнен по следующему принципу: внутри затворной рамы помещена масса с возможностью ее перемещения в продольном на правлении. На затворную раму воздействует возвратная пружина. Перед ударом в крайнем переднем положении противоотскок находится у стенки полости в затворной раме. После удара затворной рамы она отскакивает, но тут же ее ударяет продолжающий движение вперед противоотскок, пре дотвращая дальнейший отскок затворной рамы.

Vз.р.

Vпротивоотскока кVз.р.

Vпротивоотскока Рис. 24. Разделение вредного фактора на две части и их столкновение на примере рабо ты противоотскока 5. Самоликвидация вредного действия путем введения дополнитель ных грузов со смещающимся центром тяжести.

Для того, чтобы шашкой удобно и эффективно можно было нанести колющий удар, ее центр тяжести должен находиться близко к рукоятке, а для рубящего удара необходимо, чтобы центр тяжести находился далеко от рукоятки. Для устранения этого противоречия предложено внутри ру коятки и части клинка сделать отверстие и частично залить его ртутью.

6. Ликвидация источника вредного действия.

4. Закон динамизации технических систем Формулировка закона.

Жесткие системы для повышения их эффективности должны стано виться динамичными, то есть переходить к более гибкой, быстро ме няющейся структуре и к режиму работы, подстраивающемуся под изме нение внешней среды.

С момента синтеза и на первых этапах развития ТС имеют обычно же сткие связи и в них отсутствуют механизмы для изменения режима работы в зависимости от изменения внешних условий.

Для оружия изменение внешних условий прежде всего означает:

- изменение характера поражаемых целей;

- изменение режима стрельбы;

- изменение требований к оружию при стрельбе и при транспортиров ке.

Пушки, размещаемые на вертолетах, БМП применяются для пораже ния как бронированных целей, так и живой силы противника и других не бронированных целей. В первом случае необходимо стрелять бронебой ными снарядами, во втором - осколочно-фугасными снарядами. Во время второй мировой войны универсальность огня авиапушек по любым видам целей достигалась тем, что ленту снаряжали поочередно патронами с бро небойными и осколочно-фугасными снарядами, что почти в 2 раза снижа ло возможную эффективность стрельбы по конкретным видам целей.

В современных автоматических малокалиберных пушках для БМП и вертолетов предусмотрена возможность питания патронов из двух лент (пушки 2А42, 2А72), одна из которых снаряжается бронебойными боепри пасами, а другая - осколочно-фугасными. Пушки имеют сдвоенные патро ноподающие механизмы.

В зенитной артиллерии давно применяются "динамичные" снаряды, в которых устанавливают время задержки разрыва в зависимости от дально сти до цели.

Пулеметы сухопутных войск преимущественно ведут огонь по назем ным целям, где высокий темп стрельбы не нужен, но иногда они применя ются и для стрельбы по зенитным целям, где нужен высокий темп стрель бы. Для адаптации к этим видам стрельбы в пулемете ZB-53 предусмотре но 2 темпа стрельбы - высокий и низкий, что достигается за счет измене ния величины хода ведущего звена и применения буферного устройства с высоким коэффициентом восстановления скорости затворной рамы после удара в заднем положении (Рис. 25).

Буфер Затворная ра ма Разность ходов затворной рамы Рис. 25. Пример динамизации системы Изменение режима стрельбы в зависимости от боевой обстановки пре дусмотрено в пистолетах-пулеметах, автоматах, ручных пулеметах и авто матических пушках. В них предусмотрено ведение одиночной, автомати ческой стрельбы и стрельбы очередями фиксированной длины. В пушке 2А42 имеется устройство для изменения темпа стрельбы.

В боевой обстановке оружие должно обеспечивать эргономическое удобство стрельбы, а при транспортировке оно должно быть как можно более компактным (Рис. 26).

Рис. 26. Пример динамизации. Пистолет-пулемет ПП-90 в сложенном и разложенном виде.

Можно выделить следующие виды динамизации.

1. Динамизация элементов системы.

Динамизация начинается с разделения жесткого элемента на две шар нирно соединенные части, а дальше развитие идет по линии:

один шарнир — много шарниров — гибкое вещество — жидкость — газ — поле.

Примером перехода от жесткой системы к гибкой системе со многими шарнирами может служить эволюция пистолетов-пулеметов, изложенная во введении (Рис. 27).

Жесткий приклад Складной жесткий приклад (один шарнир) Складной жесткий приклад (два шарнира) Выдвижной гибкий приклад.

Рис. 27. Пример динамизации приклада.

Другим примером может служить динамизация буферных устройств.

Как правило, в конце отката затворная рама ударяется в заднюю жесткую стенку коробки автоматики, что вынуждает дополнительно упрочнять по следнюю. Для смягчения удара стали использовать пружинные буферы, затем появились гидравлические откатные устройства, уменьшающие ско рость прихода подвижных частей в заднее положение. Например, откатни ки во всех крупнокалиберных пушках или в гранатомете АГС-17. И, нако нец, появилось пневматическое буферное устройство в пушке АМ-23. В нем функции буферной пружины выполняет пороховой газ, отводимый из канала ствола. Преимуществом такого буферного устройства являются вы сокие коэффициент восстановления скорости и надежность.

2.Динамизация используемых полей.

Динамизация полей осуществляется по следующей линии:

постоянное — импульсное — переменное — серия колебаний — пере менное поле с изменением частоты, фазы, амплитуды, формы колебаний — переменное поле с использованием физических, химических эффектов — нелинейное поле с пространственной структурой.

3. Динамизация функций и параметров технической системы.

Развитие идет от однофункциональных систем с неизменными пара метрами к многофункциональным с изменяющимися параметрами. Основ ные направления динамизации функций и параметров:

- использование ТС со сменными рабочими органами, или другими механизмами;

- изменение параметров рабочего органа под действием поля вплоть до смены функций (пример: сварка-резка).

В настоящее время на вооружении Австрии имеется система AUG со сменными стволами, которая в зависимости от длины и массы ствола мо жет быть укомплектована как пистолет-пулемет, автоматическая винтовка, ручной пулемет.

Современные пистолеты проектируются так, чтобы после замены ми нимального количества деталей, они могли бы использовать различные даже по калибру патроны.

Попытки динамизировать в этом направлении неавтоматическую вин товку предпринимались уже с начала века. В винтовку вместо затвора вставлялось приспособление для стрельбы очередями пистолетными па тронами. Таким образом, в одном оружии стремились объединить винтов ку и пистолет-пулемет.

4. Динамизация управляемости технической системы.

Развитие технических систем идет от неуправляемых к управляемым и далее к самоуправляемым. При этом программы работы технических систем изменяются от жестких, заданных самой конструкцией системы, к ТС со сменными программами и далее к самопрограммируемым, самообу чающимся.

Если раньше управление артиллерийскими системами осуществлялось расчетом, состоящим из нескольких бойцов, то теперь существуют зенит ные ракетно-пушечные противоракетные комплексы (например «Каштан»), которые выполняют функцию защиты кораблей от противокорабельных ракет без участия человека в этом процессе. Система управления комплек сом сама выполняет следующие функции:

- обнаружение цели;

- определение вида цели, выбор первоочередной цели;

- решение задачи встречи снаряда с целью и выбор необходимого уп реждения;

- открытие стрельбы;

- окончание стрельбы в случае попадания. Попадание фиксируется по резкому изменению характеристик траектории цели.

5. Закон увеличения степени вепольности системы Формулировка закона.

Развитие технических систем идет в направлении увеличения степе ни вепольности: невепольные системы стремятся стать вепольными, а в вепольных системах развитие идет путем увеличения числа связей между элементами, увеличения количества подсистем.

Закон справедлив для периода развертывания технических систем, то есть для периода, когда для придания системе новых свойств (для увели чения главной полезной функции системы) в нее вводится новая подсис тема.

Технические системы возникают в основном так. Появившаяся по требность обеспечивается сначала простым "веполем": изделие, обрабаты вающее его орудие труда плюс сила и разум человека. Но при функциони ровании такого веполя постепенно выявляются его недостатки, а также новые потребности в увеличении полезной функции, в наделении ТС но выми полезными функциями, все в большей степени устраняющими уча стие человека в работе ТС, в устранении побочных вредных функций или свойств. Эти потребности поочередно воплощаются в дополнительные подсистемы, у которых в свою очередь выявляются недостатки и т.д.

Как правило, развертывается (усложняется) та часть веполя, которая испытывает наибольшие затруднения при выполнении главной функции системы. Вся история развития винтовки это - пример действия закона увеличения степени вепольности. Первые кремневые ружья состояли из ствола, ложи и ударно-спускового механизма. Но они имели малую скоро стрельность и в ближнем бою были бесполезны. Поэтому пехотные войска того времени состояли из стрелков, поражавших противника на расстоя нии до 300 шагов и пикейщиков, вооруженных пиками и другим холодным оружием для ведения ближнего боя. С появлением штыка - дополнитель ной подсистемы, который сначала вставлялся в дульную часть ствола, ру жье и в ближнем бою стало грозным оружием.

Для увеличения надежности воспламенения пороха в стволе стали использовать капсюль. Вепольные формулы работы кремневого ударного механизма (Рис. 28.) и капсюльного имеют вид:

Кремень Пластина Курок Затравочное отверстие Порох ПУД ПТЕПЛ ВК ВПЛ ВПОР Рис. 28. Кремневый ударный механизм и его вепольная модель.

ПУД ПХИМ ПТЕПЛ ВК ВУДС ВГАЗ ВПОР Вепольная модель капсюльного ударного механизма.

Обозначения:

ВК - курок, ВПЛ - пластина, ВПОР - порох, ПУД -кинетическая энергия удара курка, ПТЕПЛ - тепловое поле, ВУДС - вещество ударного состава, ПХИМ - энергия химических связей ударного состава, ВГАЗ- продукты раз ложения ударного состава.

В этом примере вещество развертывается в самостоятельный веполь, который выделен пунктиром.

Для того чтобы стабилизировать продолговатую пулю на траектории ей придают вращательное движение, с помощью винтовых нарезов. Ве польные формулы взаимодействия пули и ствола в нарезном и гладкост вольном оружии имеют вид:

ПСВП ПСВП ВСТВ ВСТВ ВСТВ ВСТВ ПСВВР Нарезной ствол Гладкий ствол где ВСТВ - ствол, ВП - пуля, ПСВП - поле связи ствола и пули, направ ляющее последнюю при ее поступательном движении, Псввр - поле связи ствола и пули, придающее пуле вращение.

В данном примере совершенствование идет в направлении разверты вания связей в веполе с образованием двойного веполя.

Для повышения скорострельности дульнозарядных ружей ствол необ ходимо было делать коротким, а чтобы повысить дальность стрельбы, уве личивая начальную скорость пули, и удобство ружья в штыковом бою, ствол необходимо делать длинным. Для разрешения этого противоречия ствол был развернут в самостоятельный веполь, то есть от ствола была отсоединена задняя стенка, которая затем преобразовалась в затвор. Такие системы заряжались с казенной части, а затем закрывался и запирался за твор. Вепольная формула в данном случае имеет вид (Рис. 29):

Казнозарядное ружье Дульнозарядное ружье ПСВ ВСТВ ВСТВ ВЗАТВ Рис. 29.

На рис. 29 обозначены: ВСТВ - ствол, ВЗАТВ - затвор, ПСВ - поле связи ствола и затвора при запирании.

При переходе к казнозарядному оружию была повышена скорострель ность за счет:

а) меньшего пути заряда и пули при досылании в ствол;

б) исчезновения необходимости разрывать бумажный мешочек с по рохом и пулей для засыпки пороха в ствол и изготовления из пустого ме шочка пыжа, так как проблема обтюрации зазора между стволом и пулей в казнозарядном оружии решена подбором их диаметров.

Но бумажный мешочек, объединявший порох и пулю в процессе вы стрела из казнозарядного оружия не мог предотвратить прорыва порохово го газа между затвором и стволом, что являлось большим недостатком.

Эту проблему решили, введя металлическую гильзу, объединявшую капсюль, порох и пулю. С точки зрения закона увеличения вепольности гильза появилась в результате повторного развертывания вещества "ствол" в самостоятельный веполь (Рис. 30):

Рис. 30.

На рис. 30 обозначены ВСТВ - ствол казнозарядного ружья, ВСТВ - ствол дульнозарядного ружья, ВГ - гильза, ПСВ - поле связи между стволом и находящейся в нем гильзе.

С введением унитарных патронов сформировался облик однозарядной винтовки. В ней были решены вопросы скорости перезаряжания за счет применения унитарного патрона и заряжания с казны, дальности и метко сти стрельбы за счет применения стабилизируемой вращением продолго ватой пули с большой поперечной нагрузкой, а также за счет исключения прорыва пороховых газов между пулей и стволом. Т.е. цели, которые ста вили перед собой оружейники того времени были в основном достигнуты.

Но с введением заряжания с казны и унитарного патрона стрелок дол жен был выполнять значительно большее число действий при перезаряжа нии оружия, а именно:

1 - отпереть канал ствола;

2 - открыть канал ствола;

3 - извлечь стреляную гильзу из патронника;

4 - удалить гильзу из оружия;

5 - вставить новый патрон в оружие;

6 - дослать патрон в канал ствола;

7 - закрыть канал ствола затвором.

8 - запереть канал ствола, обеспечив неподвижность затвора при вы стреле;

9 - взвести ударный механизм.

В связи с этим следующим приоритетным направлением в совершен ствовании винтовки явилось освобождение стрелка от возможно большего числа функций при перезаряжании оружия введением дополнительных ме ханизмов, выполняющими эти функции быстрее и надежнее человека.

Сначала большую часть операций с патроном стрелок выполнял непо средственно рукой, затем появились механизмы-подсистемы, отражающие стреляную гильзу, досылающие вложенный в ствольную коробку патрон в патронник, магазины, автоматически подающие патрон на линию досыла ния, механизмы, взводящие курок или ударник при открывании затвора и т.д. При отработке этих механизмов выяснилось, что наиболее просто они могут быть скомпонованы при продольноскользящем затворе, запираю щимся поворотом вокруг своей продольной оси.

Так сформировался структурный облик неавтоматической магазинной винтовки, где все операции по перезаряжанию выполнялись соответст вующими исполнительными механизмами, а источником энергии для их работы была сила стрелка. Закончился второй этап совершенствования винтовок и начался третий - создание самозарядных винтовок.

6. Закон неравномерности развития подсистем Формулировка закона.

Развитие частей системы идет неравномерно: чем сложнее система, тем неравномернее развитие ее частей.

Неравномерность развития подсистем является причиной возникнове ния технических и физических противоречий. Изменение одной части ТС для повышения функциональных возможностей ТС в целом приводит, как правило, к ухудшению условий работы или характеристик других подсис тем.

Например, переход к бездымному пороху позволил значительно уве личить начальную скорость пули, в результате чего появилась возмож ность уменьшить калибр и вес пули, облегчить оружие, но свинцовая пуля прежнего типа при новой баллистике срывалась с надрезов, резко дефор мировалась и даже плавилась во время выстрела.

Закон справедлив на всем протяжении развития ТС. В период услож нения ТС, возникающие из-за неравномерности развития подсистем про тиворечия разрешаются путем создания новых полезно-функциональных подсистем, и система постоянно обрастает множеством подсистем, ее функциональные возможности расширяются.

При переходе к автоматическому ручному стрелковому оружию воз никла необходимость в обеспечении безопасности обращения с ним. Для этого были введены новые подсистемы-предохранители от случайного вы стрела и от выстрела при не полностью запертом канале ствола.

В период свертывания (упрощения) технической системы разрешают ся путем исчезновения подсистем, причем их функции передаются сосед ним подсистемам или их заменяет "умное" вещество.

Например, с точки зрения запирания канала ствола при выстреле, "умным" веществом является свободный затвор. Он использует свою мас су для предотвращения недопустимо большого выхода гильзы из патрон ника при выстреле. Потребность в специальных механизмах как при жест ком запирании отсутствует.

Неравномерность в развитии подсистем возникает следующим обра зом:

- возникает потребность в увеличении главной функции системы (на пример, требуется повысить темп стрельбы авиапушки);

- для увеличения главной функции требуется усилить (выделить) ка кое-либо свойство элемента системы - это начало специализации элемен та. (Например, требуется уменьшить время движения затворной рамы при ограничении на величину ее скорости за счет уменьшения хода затворной рамы);

- при усилении одних свойств элемента нарушается взаимодействие (согласованность) с другими элементами, возникает техническое противо речие. (Например, при длине хода затворной рамы и затвора, меньшей, чем длина патрона, последний нельзя дослать в патронник продольным движением затвора);

- противоречие разрешается появлением новых полей, веществ, под систем, чем достигается новый уровень согласования между элементами.

Например, противоречие разрешается или введением новой подсисте мы - подавателя-извлекателя с требуемым ходом, что реализовано в пуле мете А12,7, авиапушке АМ-23 (Рис. 31), или введением дополнительного движения ствола вперед, как в пулемете Савина-Норова (Рис. 32).

Длина патрона Ход затвора Ход затвора меньше, чем длина патрона, поэтому досылание патрона невозможно.

Введена новая подсистема - подаватель-извлекатель Рис. 31. Пример введения новой подсистемы – подавателя-извлекателя в пушке АМ-23.

Vств.

Vзатв.

шестерни Рис. 32. Пример развития связей между элементами системы стволом и затворной рамой в пулемете Савина-Норова.

Иногда в процессе совершенствования ТС некоторые подсистемы дос тигают предела своего развития и сдерживают развитие системы в целом.

Существуют схемы автоматики одноствольного оружия, например, револьверные системы, позволяющие получить темп стрельбы 2-3,5 тыс.

выстрелов в минуту. Однако для используемых режимов стрельбы в этом случае живучесть подсистемы "ствол" недопустимо снижается. Признано, что при принятых материалах, из которых изготовляются стволы, и режи мах стрельбы для обеспечения приемлемой живучести темп стрельбы не должен превышать 1500-1800 выстрелов в минуту.

Поэтому вынуждены были перейти к многоствольным схемам автома тики. Однако при темпе стрельбы 9-10 тыс. выстрелов в минуту, в много ствольных системах уже другая подсистема - патронная лента исчерпывает резервы своего развития. Поэтому вынуждены были перейти к беззвенье вому питанию, в котором патроны подаются не из ленты, а из специально го барабана.

7. Закон перехода с макро- на микроуровень Формулировка закона.

Развитие рабочих органов идет сначала на макро- а затем на микро уровне. То есть вместо колес, валов, резцов, должны работать молекулы, атомы, ионы, электроны (и т.д.), которые легко управляются полями с помощью физико-химических эффектов.

Закон действует на всей линии развития ТС. Выделены три направле ния перехода с макро- на микроуровень:

- увеличение степени дробления вещества и объединение дробных частей в новую систему;

- увеличение степени дробления "смеси" вещества с пустотой (пере ход к капиллярно-пористым материалам - КПВ);

- замена вещественной части системы на полевую (переход к дейст вию "поле плюс вещество" или только полю).

Первое направление развития рабочих органов ТС можно проиллюст рировать следующей линией на примере рабочих органов оружия, то есть поражающих элементов (Таблица 2).

Таблица 2.

Сплошное Слоистое, Мелкие части- Агрегаты Молекулы, ато- Элементарные час вещество волокнистое цы молекул мы, тицы вещество ионы Свинцо- Пуля с обо- Дробь, кар- Бактерио- Фугасные снаря- Излучение при вая пуля лочкой из пла- течь, пучок логиче- ды, химические ядерном взрыве, кированной стреловидных ское ору- отравляющие, электромагнитные стали, свинцо- поражающих жие слезоточивые волны в системах вой рубашкой элементов, вещества радиоэлектронной и сердечником осколочные борьбы, лучи лазера снаряды Второе направление-увеличение степени дробления "смеси" вещества с пустотой проиллюстрируем развитием системы охлаждения ствола. По отношению к твердому веществу пустотой могут считаться жидкость или газ.

Таблица 3.

Сплошное Вещество с Перфорирован- Капиллярно КПВ, в порах которого рас вещество одной поло- ное вещество пористое ве- положено другое вещество стью щество (КПВ) со структурой Сплошной Кожух на Ствол с кожу- Проект: наружная часть ствол стволе в хом и множест- ствола из КПВ, а в порах большой пулеметах вом каналов находится охлаждающая теплоем- "Максим", между стволом и жидкость. В ракетах так кости Браунинга кожухом в пуш- осуществляется охлаждение ке А7041 критического сечения сопла Развитие систем охлаждения ствола Вещество с одной полостью. Кожух пулемета Браунинга Поток воздуха Ствол с ребрами охлаждения Кожух ствола Поток воздуха Вещество с несколькими полостями Кожух и ствол пулемета Льюиса.

Пар Ствол Перфорированное вещество. Ствол с кожухом и множеством каналов меж ду стволом и кожухом в пушке А Поры заполнены легкоплавким материалом, на пример, алюминием Рис. 33. Пример развития вещества в системе охлаждения ствола.

Направление увеличения степени дробления "смеси" вещества с пус тотой и переход к капиллярно-пористым материалам позволяет определить один из путей дальнейшего совершенствования систем охлаждения ство лов. Для предотвращения перегрева ствола во время стрельбы при переда че тепла от пороховых газов к стволу температура ствола не должна уве личиваться, чтобы не снижать его прочностных свойств.

Автор прелагает сделать ствол двухслойным, причем внутренняя часть ствола изготавливается из обычной ствольной стали, а наруж ная – из капиллярно пористого вещества, в порах которого находится либо охлаждающая жидкость (открытые поры), либо легкоплавкий ме талл, например, алюминий (закрытые поры). В последнем случае теп ло, поступающее в ствол, будет расходоваться на нагрев, а затем и на и плавление алюминия, имеющего большую теплоемкость и теплоту плавления. Таким образом, будет осуществляться интенсивный тепло отвод от внутренней части ствола и его температура не превысит до пустимую.

На любом этапе дробления вещества может возникнуть препятствие для совершения следующего шага развития, так как нет нужного вещества или при этом резко ухудшаются другие свойства системы. В этом случае используется третий путь перехода с макро- на микроуровень путем заме ны части системы "умным" веществом, способным при взаимодействии с полем выполнять требуемые действия, или самим полем. Причем источни ком или носителем поля могут быть "по совместительству" уже имеющие ся в системе или во внешней среде вещества.

При подрыве боеприпаса фугасного действия носителем энергии, воз действующей на цель, является внешняя среда - воздух, вода, грунт. При применении бинарных боеприпасов, когда вещество-горючее перед подры вом смешивается с воздухом, окружающая среда частично (кислород воз духа) является не только носителем, но и источником энергии.

Примером прямого действия закона перехода с макро- на микроуро вень является переход от дымного пороха, который является смесью ка лиевой селитры (окислитель), угля и серы (горючее), к бездымному, у ко торого "горючее" и "окислитель" находятся в одной молекуле.

8. Закон перехода в надсистему Формулировка закона.

Развитие системы может быть продолжено на уровне надсистемы.

В соответствии с законом исходная единичная система - моносистема удваивается с образованием бисистемы или при объединении нескольких систем образуется полисистема. При образовании би- и полисистемы про исходят качественные изменения по трем направлениям:

- появление новых свойств;

- образование новых связей между элементами разных исходных мо носистем;

- образование внутренней среды новой ТС.

Поэтому объединение систем оправдано только в случае появления новых качеств. Например, новое свойство - резать проволоку, образуется у бисистемы "штык-нож плюс ножны" при их шарнирном соединении, при чем для этого на ножнах выполняется режущая кромка (Рис. 34).

Рис. 34. Пример появления новых свойств при объединении в надсистему.

Образование новых связей между элементами разных исходных моно систем происходит в револьверных пушках, когда часть пороховых газов, образовавшаяся при выстреле из одного патронника, используется для от ражения стреляной гильзы из другого патронника (элемента другой ис ходной моносистемы) и для досылания очередного патрона в третий па тронник (Рис. 35.).

Развертка борабана пушки Р-23 Барабан 3 Досылание патрона 2 1 Выстрел Ствол 2 Извлечение гильзы Рис. 35. Пример одновременного выполнения операций по перезаряжанию.

Образование внутренней среды происходит при использовании мно гослойной или разнесенной брони на танках, БМП. Такая броня является полисистемой. За счет наличия в ней границ раздела между слоями и сло ев с различными физическими свойствами происходит искажение, частич ное отражение волн деформации, что приводит к повышению стойкости брони, уменьшению заброневого эффекта (Рис. 36.).

Отраженные волны Рис. 36. Ослабление волн напряжений за счет их частичного отражения от поверхностей разделов слоев брони.

Полисистемы бывают однофункциональные и многофункциональные.

Однофункциональные полисистемы развиваются по линии:

- полиситемы, образованные из одинаковых моносистем;

- полисистемы, образованные из моносистем со сдвинутыми характе ристиками;

- частично свернутые полисистемы.

Свертыванием системы называется передача функций одной из под систем другой подсистеме, после чего первая подсистема исчезает из ТС.

Например, из двух одинаковых охотничьих ружей при их объедине нии получается однородная бисистема - двуствольное охотничье ружье.

При этом частичное свертывание выражается в применении одного при клада вместо двух в исходных моносистемах, одного прицельного приспо собления, одного механизма запирания каналов стволов. Двуствольное ружье является бисистемой со сдвинутыми характеристиками, если в нем использованы стволы с различными дульными сужениями, различного ка либра, с нарезным и гладким каналами. Трехствольное охотничье ружье является полисистемой со сдвинутыми характеристиками, в них обычно два ствола гладких и один нарезной (Рис. 37).

Варианты дульных частей двуствольных ружей.

.

Нарезной ствол Рис. 37 Охотничьи ружья – полисистемы со сдвинутыми характеристиками.

Многофункциональные полисистемы бывают разнородными и инверс ными. Примером разнородной бисистемы является автомат АК-74 с под ствольным гранатометом ГП-25. Эта бисистема позволяет вести стрельбу, как пулями, так и гранатами. Свертывания в данной бисистеме нет. За ру бежом существуют винтовочные гранаты, которые надеваются на ствол и метаются либо холостым, либо боевым патроном. В этом случае автомати ческая винтовка одновременно является и гранатометом. Свертывание двух систем - винтовки и гранатомета почти полное, от гранатомета на системе остались только посадочные места на стволе под гранату. Это оружие уже можно рассматривать, как новую моносистему, образованную в результате полного свертывания двух систем (Рис. 38).

Рис. 38. Результат свертывания двух систем: винтовки и гранатомета.

Совершенствование образцов оружия переходом к полисистеме про исходило на всем протяжении истории его развития. Много стволов ком поновалось в один блок, для последовательной стрельбы из каждого ство ла. Так выполнялись пушки - "сорока", "орган";

пистолеты, ружья. Исто рическим примером в высшей степени свернутой полисистемы являются пушки и ружья, выполненные по схеме "эспиньоль", когда в один ствол помещалось несколько зарядов, которые затем последовательно воспламе нялись (Рис. 39).

Пороховой заряд Ядра Рис. 39.Эспиньоль - результат свертывания нескольких пушек.

Современным направлением развития зенитных и авиационных пушек также является переход к полисистемам - многоствольным и револьверным образцам.

В многоствольных пушках при объединении исходных моносистем свертываются и исчезают все кроме одного двигатели автоматики, патро ноподающие механизмы, механизмы остановки стрельбы и предваритель ной раскрутки блока стволов. Затворы, ударные механизмы, затворные рамы, стволы не свертываются.

Многоствольные полисистемы приобретают принципиально новые свойства: нечувствительность к осечкам по вине патрона и чувствитель ность к затяжным выстрелам.

Более свернутыми, а значит и более совершенными с точки зрения ТРИЗ, являются конструкции револьверных пушек - полисистем, в кото рых от исходных моносистем остаются несвернутыми только патронники стволов, все остальные исполнительные механизмы присутствуют в одном экземпляре.

9.Закон увеличения степени идеальности Формулировка закона.

Развитие всех систем идет в направлении увеличения степени иде альности.

Идеальной можно назвать ТС, масса, габариты, энергоемкость ко торой стремятся к нулю, а ее способность выполнять свою главную по лезную функцию не уменьшается.

Поскольку для выполнения функций требуется только материальный объект, то за исчезнувшую (идеализированную, свернутую) систему ее функцию должны выполнять другие системы, соседние ТС, подсистемы, надсистемы. То есть остающаяся часть системы преобразуется так, чтобы выполнять еще и дополнительные функции - функции исчезнувшей систе мы. Принимаемая к выполнению "чужая" функция может быть аналогична собственной, тогда происходит простое увеличение главной полезной функцией данной системы. Если же функции не совпадают - происходит увеличение количества функций системы.

Исчезновение систем и увеличение главной полезной функции (ГПФ) или количества выполняемых функций - две стороны общего процесса идеализации. Поэтому различают два вида идеализации систем.

Идеализация первого вида происходит, когда масса, габариты, энер гоемкость ТС стремятся к нулю, а ГПФ или количество выполняемых функций остается неизменным.

Например, на всем протяжении развития оружия масса, калибр пули уменьшались, а кинетическая энергия пули, которая в данном случае явля ется мерой выполнения ГПФ, не уменьшалась. Идеализация второго вида происходит, когда ГПФ или количество функций увеличиваются, а масса, габариты, энергоемкость остаются неизменными или растут непропорцио нально мало по сравнению с ростом ГПФ. Для оружия типа автоматиче ских винтовок, пистолетов характерен именно такой тип идеализации.

Старое дульнозарядное ружье не очень отличается по массе и габаритам от современных автоматических винтовок, но их функциональные возмож ности очень сильно различаются. Скорострельность дульнозарядного ору жия составляет около одного выстрела в минуту, а скорострельность ав томатической винтовки может достигать 1000 выстрелов в минуту.

Если проследить во времени развитие ТС, то, как правило, развитие начинается с процесса идеализации второго вида, который иногда называ ют развертыванием ТС. На этом этапе повышается число функций ТС и соответственно в ее составе появляются подсистемы, реализующие допол нительные функции. Описанный выше процесс совершенствования казно зарядной винтовки наглядно демонстрирует процесс развертывания ТС.

Далее число функций, выполняемых ТС, стабилизируется и в ТС пре имущественно идет процесс идеализации первого вида - свертывание ТС.

Часто оба процесса идеализации идут одновременно, причем на уров не системы идет процесс развертывания, то есть идеализации второго ви да, а на уровне подсистем - процесс свертывания, то есть идеализация первого вида.

Процесс развертывания ТС всегда начинается с вещества. Именно на уровне вещества сильно проявляется действие факторов, сдерживающих увеличение главной полезной функции.

Можно выделить несколько стадий в эволюции вещества.

1.Улучшение нужного свойства вещества. Одним из направлений по вышения дульной скорости пули является повышение давления в канале ствола при выстреле, при этом максимальное давление также растет.

Французский ученый Ляме показал, что в трубе, нагруженной внутренним давлением, основную нагрузку несут внутренние слои, а наружные почти не нагружены. Даже если увеличить до бесконечности толщину стенок трубы, то максимальное давление, которое выдержит такая труба без пла стических деформаций, равно 0,75 от предела упругости материала. По этому для того, чтобы ствол выдерживал повышенное давление, лучше по добрать сталь с повышенным пределом прочности, а не увеличивать тол щину стенок ствола. Такая специальная ствольная сталь была получена в Германии в прошлом веке на заводе Круппа.

2. Разделение однородного вещества на функциональные зоны.

Процесс развития обычно приводит к разделению моновещества на зоны, слои, части. Причиной этого является то, что при очередной попыт ке увеличения главной полезной функции выявляется, что свойством, от которого зависит это увеличение, должно обладать не все вещество, а лишь его часть.

График распределения максимального давления, действующего в раз личных сечениях канала ствола при выстреле показывает, что наиболее нагружена казенная часть ствола в районе патронника, следовательно, именно она должна быть наиболее прочной. Повышение предела упруго сти материала в казенной части ствола достигается закалкой этой части ствола (Рис. 40).

Р, Кг/мм Предел упругости материа ла ствола Давление пороховых га зов Зона закалки казенной части ствола Рис. 40 Разделение однородного вещества на функциональные зоны..

3. Специализация зон по функциям, переход к неоднородному веще ству. После разделения вещества на функциональные зоны начинается процесс их специализации - каждая зона выполняет только одну функцию.

Материал ствола должен обладать как высоким пределом упругости, чтобы выдерживать давление газов при выстреле, так и высокой износо стойкостью, чтобы обеспечить высокую живучесть ствола. Совмещение этих свойств в одном материале привело бы к его резкому удорожанию, поэтому оружейники избрали другой путь - переход к неоднородному ве ществу, так как износостойкость необходимо обеспечить только во внут реннем слое ствола. Для обеспечения износостойкости канала ствола его хромируют.

4. Переход к составному веществу из специализированных веществ с высокими значениями полезной функции. Специализация зон по выпол няемым функциям приводит в конечном итоге к разделению неоднородно го вещества на составные части, к замене отдельных частей на вещества с высоким значением полезной функции.

Наиболее интенсивный износ, вплоть до исчезновения нарезов проис ходит в казенной части ствола, поэтому туда помещается лейнер (Рис. 41), сделанный из жаропрочного сплава, например, КВН (кобальт, вольфрам, никель), что значительно повышает живучесть ствола.

Лейнер в казенной части ствола Рис. 41 Лейнирование ствола – переход к составному веществу.

В пуле стальной сердечник обеспечивает высокую бронепробивае мость, так как он прочный и не деформируется при встрече с преградой, оболочка из мягкой стали обеспечивает как заполнение нарезов, так и пе редачу вращательного движения сердечнику, свинцовая рубашка способ ствует хорошему заполнению нарезов, при выстреле она ведет себя как жидкость.

5. Развертывание составных частей в подсистемы. В пятидесятых го дах прошлого века инженер Гадолин предложил способ увеличения проч ности ствола без его утяжеления, заключающийся в том, что на ствол на деваются в горячем состоянии обручи или муфты, которые после охлажде ния стягивали внутренние слои ствола, создавая в них сжимающее напря жение. В настоящее время применяют скрепление стволакольцами, муфта ми, намотку проволоки (Рис. 42).

6. Свертывание составного вещества или подсистемы в идеальное ве щество. Рано или поздно подсистемы или составные вещества должны сво рачиваться в вещество. Такое вещество, прошедшее один цикл разверты вания-свертывания и приобретшее новое качество, обеспечивающее высо кое значение главной производственной функции в конкретной ТС, можно назвать идеальным веществом первого порядка.

Муфта Величина натяга Участок ствола со сжимаю щими напряжениями Навивка проволоки с натягом Рис. 42 Замена однородного вещества на составное вещество.

Примером идеального вещества 1-го порядка может служить само- или автоскрепленный ствол. Самоскрепление ствола осуществляется сле дующим образом: ствол подвергается внутреннему давлению, значительно большему (примерно в 2 раза ), чем при выстреле. При этом внутренние слои получают, кроме упругой, еще и пластическую деформацию.

В автоскрепленном В автоскрепленном стволе стволе Распределение Распределение радиальных на- тангенциальных пряжений напряжений В обычном стволе В обычном стволе Рис. 43 Распределение напряжений в сечении автоскрепленного ствола при выстреле.

После снятия давления слои металла ствола стремятся принять свои первоначальные размеры, при этом внутренние слои, имеющие остаточные деформации будут сжаты наружными слоями. Таким образом, стенки ство ла будут состоять как бы из бесконечного множества бесконечно тонких скрепленных слоев. При этом каждый вышележащий слой будет стягивать соседний нижележащий.

После периода развертывания ТС вступает в новый этап преобразова ний, который захватывает структуру, организацию и системные свойства ТС. ТС уменьшает свою массу, габариты, энергоемкость при одновремен ном увеличении главной полезной функции. Для ТС, достигшей точки максимального развертывания возможны несколько путей свертывания:

1 - вытеснение части подсистем в надсистему;

2 - развитие подсистем в составе ТС;

3 - свертывание ТС в одну из подсистем;

4 - свертывание ТС или подсистемы в идеальное вещество.

В развитии реальных ТС чаще всего идут смешанные процессы свер тывания: развивается и идеализируется то одна, то другая часть системы.

Первый путь свертывавния - вытеснение части подсистемы за преде лы ТС и их объединение в специализированные системы в составе надсис темы - характеризуется следующими особенностями:

- в ТС уменьшается количество элементов;

- уменьшаются масса, габариты, энергоемкость данной системы;

- увеличивается главная производственная функция данной ТС за счет действия двух факторов:

1 - система "облегчается", упрощается структура и организация, улучшается функционирование;

2 - взамен функции вытесненной подсистемы поступает из надсисте мы та же функция более высокого качества, так как бывшая подсистема становится в надсистеме специализированной системой. Эта система ста новится системой коллективного пользования, к которой периодически обращаются все технические системы. Функции таких ТС: коммутация, слежение, контроль и т.д. Вытесненные в надсистему подсистемы сначала выполняют те же функции, что и в ТС, но со временем система принимает на себя выполнение других функций.

Сначала система прицеливания в зенитных пулеметах - ракурсный прицел, была подсистемой, входившей в пулемет. Затем она была выделе на в отдельную ТС, входящую в надсистему "зенитная установка". Такая система прицеливания установленная на зенитной установке ЗУ-2 обслу живает два 14,5-мм пулемета КПВ (Рис. 44). При этом ее функции расшири лись, при стрельбе система прицеливания учитывает поправки на даль ность, скорость цели. В функции современной системы наведения входит еще и направление оружия с помощью электромеханической системы при вода.

В стадии превращения в отдельную ТС находится система беззвенье вого питания многоствольных пушек и пулеметов. Кстати, в морских крупнокалиберных пушках система подачи боеприпасов всегда являлась самостоятельной ТС.

Рис. 44 Прицельное приспособление – подсистема в составе пулемета и отдельная сис тема по отношению к пулемету в составе пулеметной установки (Зу-2).

Второй путь свертывания - развитие, преимущественно миниатюриза ция всех подсистем в составе данной ТС - имеет следующие особенности идеализации:

- уменьшение массы, габаритов, энергоемкости за счет миниатюриза ции;

- увеличение главной полезной функции подсистемы за счет повыше ния точности функционирования, так как уменьшается длина связей, тре буемая мощность, исчезает часть вредных факторов;

- количество элементов остается неизменным вплоть до самого по следнего момента - слияния подсистем.

Наиболее характерный пример миниатюризации - развитие радио электроники.

В оружейной практике - это переход к узлам запирания малой длины:

от запирания перекосом затвора и разведения боевых упоров к запиранию поворотом затвора и клиновому запиранию. Это позволяет увеличить до пуск на зеркальный зазор, делает систему запирания менее чувствитель ной к износу запирающих поверхностей.

Примером миниатюризации может служить затвор пушки ГШ-23 ка либра 23 мм, который более чем в 10 раз легче затвора пушки НР-23 тако го же калибра.

Третий путь - свертывание ТС в одну из подсистем, главным образом в рабочий орган, характеризуется следующими направлениями:

1. Подсистема принимает на себя функции какого-либо вещества ТС и это вещество исчезает из ТС.

В охотничьем ружье ТОЗ-87 с газоотводной системой автоматики и подствольным магазином функции штока поршня газоотводного двигателя выполняет подвижный корпус подствольного магазина (Рис. 45).

Патроны Подвижный магазин Боковое газоотводное устройство Рис. 45 Использование в ТТОЗ-87 подвижного магазина в качестве штока поршня.

Зачастую подсистема уже обладает свойствами, аналогичными свой ствам веществ, используемых в другой части ТС, остается только вытес нить это вещество, "поручив" выполнение его функций подсистеме. Если же какая-либо подсистема не обладает нужным свойством, ее следует из менить в требуемом направлении. В ТОЗ-87 такое изменение заключалось в обеспечении подвижности корпуса магазина.

2. Совмещение двух подсистем в одной, причем вторая подсистема исчезает. При совмещении подсистем какая-то подсистема становится главной и принимает на себя выполнение дополнительной функции от вто рой подсистемы. Если одна из подсистем является рабочим органом, то остается именно она.

В настоящее время практически во всех образцах стрелкового оружия переводчики режима стрельбы выполняют функции предохранителя от случайного выстрела. В газовых пистолетах "RECK" функции отражателя стреляной гильзы выполняет ударник. В автомате АС для бесшумной стрельбы ударник имеет чрезвычайно большой ход после спуска с шепта ла, поэтому он выполняет функции замедлителя темпа стрельбы (Рис. 46).

Затвор Ударник Шептало Ход ударника до разбития капсюля Рис. 46 Использование ударника в качестве замедлителя темпа стрельбы за счет его большого хода.

В системах, стреляющих с заднего шептала, функции ударного меха низма выполняют затвор или затворная рама и возвратно-боевая пружина.

В винтовке М16А1 затворная рама является цилиндром газоотводного дви гателя автоматики, а затвор - поршнем, как отдельные элементы поршень и цилиндр двигателя автоматики отсутствуют (Рис. 47).

Боковое газоотводное устройство Затворная рама Газоотводная трубка Штифт Поршень затвора Затвор Рис. 47. Использование затвора в качестве поршня, а затворной рамы – в качестве ци линдра газоотводного устройства.

3. Замена одним веществом функций двух или нескольких веществ.

Например, в существующих глушителях звука при выстреле газ отводится в специальный объем, заполненный путаной проволокой. Проходя сквозь пространство между проволокой, газ дросселируется. Та часть газа, кото рая следует непосредственно за пулей, отсекается резиновыми шайбами, которые простреливаются пулей, а затем схлопываются за ней. То есть проволока служит для дросселирования газа, а резиновые шайбы - для от сечки газа. Предложено использовать одно вещество, выполняющее эти функции. Таким веществом является пористая резина типа поролона. Оно смыкается за пулей и через него же дросселируется газ.

4.Замена нескольких подсистем одним универсальным веществом. В морской шестиствольной 30-мм пушке АО-18 охлаждение стволов осуще ствляется циркулирующей между кожухом и стволами водой. В состав системы охлаждения входят: вода, водяной насос, система управления на сосом, резервуар для воды. Кроме этого энергия для работы насоса берет ся от бортовой электросети.

В системе охлаждения пушки 9А-4071 (Рис. 33) имеются бак для во ды, размещенный вокруг ствола и вода, которая при стрельбе сначала на гревается в баке, затем частично испаряется и давление пара прогоняет пароводяную смесь между стенкой бака и наружной поверхностью, ствола по специальным канавкам. После окончания стрельбы испарение воды прекращается и система автоматически перестает работать. В данной сис теме вода - "умное" вещество, кроме своей основной функции, она выпол няет функции насоса и системы управления насосом.

5. Замена ТС идеальным веществом.

К основным свойствам идеального вещества относятся: высокие зна чения выполняемой ГПФ, самоорганизацию, самостоятельность отклика на изменения во внешней среде (не требуется внешнее управляющее воздей ствие).

Общая схема развития ТС Схема развития системы на любом уровне иерархии: веществ, подсис тем, ТС, надсистемы и т.д. может быть наглядно представлены таким об разом.

Сначала после появления новой ТС идет процесс ее развертывания, на котором увеличение главной полезной функции ТС сопровождается неко торым увеличением ее массовых, габаритных и энергетических характери стик. На этапе развертывания действуют преимущественно законы полно ты частей, согласования ритмики работы частей, энергетической проводи мости, динамизации, повышения степени вепольности. Система "набирает" необходимое количество подсистем, реализующих те или иные ее функ ции.

Затем начинается этап свертывания системы, на котором увеличение главной полезной функции сопровождается снижением массовых, габарит ных и энергетических характеристик ТС. На этапе свертывания действуют преимущественно законы перехода с макро- на микро-уровень, перехода в надсистему, повышения степени идеальности. На этой стадии наблюдается специализация системы - антидинамизация, но те функции, которые сис тема перестает выполнять, передаются другой системе.

Например, если в первую мировую войну станковые пулеметы пред назначались для стрельбы по живой силе противника на дистанциях до 2500-3000 м, то во вторую мировую войну предельная дистанция сократи лась до 1000м, а на больших дистанциях данная задача была передана ми нометам и артиллерии, с чем они справлялись эффективнее.

Развитие ТС в целом является результатом совершенствования под систем на каждом иерархическом уровне. Так как каждая подсистема вследствие закона неравномерности развития ПС находится на различной стадии развития, то первоначально может показаться, что ТС развивается хаотично: то за счет развертывания, то за счет свертывания, то действует одна группа законов, то другая. Однако если рассматривать развитие каж дой подсистемы в составе данной ТС, то ПС строго подчиняются общей схеме.

Кроме того, одно техническое решение может отражать действие сра зу нескольких законов развития. Например, использование в глушителях звука выстрела вместо спутанной проволоки для дросселирования газа и резины для отсечки газа, следующего за пулей, пористого материала типа поролона есть проявление действия двух законов. Пористый поролон - од но вещество выполняет две функции: дросселирование и отсечку газов, поэтому по отношению к пористым материалам это решение есть проявле ние закона перехода с макро- на микроуровень.

Зная законы развития технических систем, и определив положение конкретной ТС или подсистемы на линии развития, соответствующей каж дому из законов развития, можно:

- объективно оценить полученное техническое решение конкретной задачи, а также сразу же сделать несколько модификаций этого решения в направлении действия законов развития;

- спрогнозировать дальнейшее развитие ТС и точнее сформулировать технические противоречия, препятствующие этому развитию.

На знании законов развития основана методика решения конкретных изобретательских задач, а стандарты на решение таких задач в большинст ве своем являются их прямым следствием.

4. СТАНДАРТНЫЕ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ Стандарты на решения изобретательских задач - это правила синтеза и преобразования технических систем, непосредственно вытекающие из законов развития этих систем.

Можно утверждать, что стандарты - это конкретные способы реализа ции законов развития применительно к различным типам физических про тиворечий. Поэтому многие примеры, иллюстрирующие действие законов развития ТС можно использовать в качестве примеров реализации стан дартов.

По современным представлениям развитие систем идет по линии:

неполные вепольные системы - полные веполи - сложные веполи - форсированные веполи.

В любом звене этой цепи возможен переход как "вниз" на более низ кий системный уровень, так и "вверх" - на уровень надсистемы.

Ниже дан обзор системы 76 стандартов, где в скобках приведены но мера стандартов по классификации Г.С.Альтшуллера. Стандарты сгруппи рованы в 5 классов.

Класс 1. Построение и разрушение вепольных систем 1.1 Синтез веполей Главная идея этого подкласса - использование закона полноты частей, т.е. для синтеза работоспособности ТС необходимо, в простейшем случае, перейти от невеполя к веполю, введя недостающее его элементам вещест во и (или) поле (1.1.1). Нередко построение веполя наталкивается на трудности, обусловленные различными ограничениями на введение ве ществ и полей. Стандарты 1.1.2 - 1.1.8 показывают типичные обходные пути в таких случаях.

Общая схема формулировок стандартов 1.1.2 - 1.1.5 следующая:

Если дан веполь, плохо поддающийся нужным изменениям, то задачу решают переходом к комплексному веполю;

а) вводят внутренние добавки (постоянные или временные) в одно из веществ (1.1.2);

б) если а) запрещено, то вводят наружные добавки, присоединяя их к одному из веществ (1.1.3);

в) если и б) запрещено, то в качестве вводимого в веполь вещества используют внешнюю среду (1.1.4);

г) если среда не содержит нужных веществ, то эти вещества могут быть получены:

- введением в среду добавок;

- заменой внешней среды (100% добавки);

(1.1.5) - ее разложением.

Примеры:

1.1. При охоте на крупного зверя применяют крупную дробь - картечь.

При этом, чем больше дробин попадет в зверя, тем надежнее поражение.

Для уменьшения разлета дробин охотники перед снаряжением патрона надсекают их, вкладывают в разрез веревку, а затем зажимают надрез. По лучаются своего рода "бусы", которыми и снаряжают патрон.

1.1. Для уменьшения разлета мелкой дроби приведенный выше способ за труднителен, так как требуется слишком тонкая работа. Предложено наде лить дробины способностью притягиваться друг к другу. Этого можно достичь, либо вводя в свинец, из которого изготавливается дробь, внут реннюю добавку в виде намагниченного ферропорошка, либо заменой свинцовой дроби ферромагнитной (т.е. 100% добавки).

1.1. Если введение ферромагнитной добавки считается неэффективным или недопустимым, например, из-за уменьшения плотности материала дроби, что снизит эффективную дальность стрельбы, то можно применить наружную добавку в виде пластмассового стаканчика, в который помеща ется дробь. Основной вклад в рассеивание дроби вносят выходящие из ствола вслед за дробью пороховые газы, а пластмассовый стаканчик пре дохраняет дробь от действия пороховых газов, а затем в 0,5-1м от дульно го среза ствола отстает от дробин.

1.1. Практически все пули и снаряды, предназначенные для выстрелива ния из гладкоствольного оружия стабилизируются при взаимодействии с внешней средой - воздухом. При этом для стабилизации центр давления должен быть как можно удален назад от центра тяжести снаряда. Это дос тигается или постановкой оперения на заднюю часть снаряда (подкали берные бронебойные снаряды, “стрелка” для пневматического оружия) или выполнением передней части пули из свинца, а задней - из войлока или пластика.

1.1. В автомате для подводной стрельбы применяется боеприпас с пулей, имеющей форму заостренного стержня. Стабилизация стержня в воде про исходит заменой внешней среды, т.к. стержень движется в каверне (Рис.48).

КАВЕРНА Рис. Стандарт 1.1.6. Если нужен заданный режим действия, а обеспечить его по условиям задачи невозможно, то надо использовать максимальный режим, а избыток убрать. При этом избыток поля убирают веществом, а избыток вещества - полем.

Пример.

Для обеспечения стабильности работы автоматики в различных усло виях эксплуатации, например, в чистом и смазанном оружии, в запылен ном и загрязненном оружии, необходимо изменять импульс бокового газо отводного устройства. Это достигается или изменением минимального се чения газопровода (пулемет СГМ) или в соответствии со стандартом 1.1.6.

То есть отверстие газопровода выполняют максимального сечения, рас считанного на самые трудные условия эксплуатации, при этом боковое га зоотводное устройство обеспечивает максимальный импульс, в боковой поверхности газовой камеры выполняют отверстия для сброса газов. В нормальных условиях эксплуатации отверстия частично или полностью открываются для сброса газов, уменьшая импульс ведущего звена.

Стандарт 1.1.7. Если нужно обеспечить максимальный режим дейст вия на вещество, а это недопустимо, максимальное действие следует со хранить, но направить его на другое вещество, связанное с первым.

Пример.

С переходом на более высокоэнергетический бездымный порох, при менявшиеся ранее свинцовые пули стали срываться с нарезов и даже пла виться. То есть максимальный режим действия на вещество (пулю) приво дил к нарушению ее работоспособности. Для предотвращения этого на свинцовую пулю стали одевать оболочку из более прочного материала, который теперь взаимодействует с нарезами, не срываясь с них и закручи вает свинцовую пулю. Так сейчас изготавливают пули для охотничьего нарезного оружия.

Стандарт 1.1.8. Если нужен избирательно-максимальный режим (мак симальный режим в определенных зонах при сохранении минимального в других), поле должно быть максимальным, либо минимальным.

В первом случае, в местах, где необходимо минимальное воздействие, вводят защитное вещество (1.1.8.1).

Во втором - в местах, где необходимо максимальное воздействие, вводят вещество, дающее локальное поле, например, термитные, взрывча тые составы.

1.2. Разрушение веполей Общая схема формулировок стандартов 1.2.1, 1.2.2, 1.2.3 этого под класса следующая:

Если между двумя веществами в веполе возникают сопряженные - по лезное и вредное действия, то:

а) в случае, если непосредственное соприкосновение веществ сохра нять необязательно, задачу решают:

1 - введением между двумя веществами постороннего дешевого третьего вещества. При этом вещество должно быть "прозрачно" для по лезного и "непрозрачно" для вредного поля (1.2.1);

2 - если использование посторонних веществ запрещено, то вводят вещество, являющееся видоизменением имеющихся в веполе веществ (1.2.2);

б) в случае, если непосредственное соприкосновение веществ обяза тельно, то задачу решают переходом к двойному веполю, в котором по лезное действие остается за полем П1, а нейтрализация вредного действия осуществляется полем П2 (1.2.4).

Примеры.

1.2. При ударе подвижных частей в конце отката о заднюю стенку коробки автоматики в последней возникают большие напряжения, что вынуждает конструкторов упрочнять, а следовательно, утяжелять коробку автомати ки. Для смягчения удара между задней стенкой коробки автоматики и под вижными частями помещают буферную пружину (пулеметы ДШК, НСВ), или фибровую прокладку (пистолет-пулемет ППШ).

1.2. Современные бронебойные пули, как правило, состоят из бронебой ного сердечника из закаленной стали, свинцовой рубашки и плакирован ной медью оболочки из мягкой стали (Рис.48). Изготовить такую пулю сложно. Наиболее простая пуля - это один бронебойный сердечник, но при выстреле такой пулей произойдет взаимное смятие наружных слоев сер дечника и нарезов ствола. Для предотвращения этого между пулей сердечником и стволом должно присутствовать третье "мягкое" вещество, являющееся видоизменением имеющихся.

Предлагается сделать наружный слой пули-сердечника "мягким" обез углероженным или незакаленным (отпущенным после закалки).

Сердечник Рубашка Оболочка Рис. 48 Бронебойная пуля Стандарт 1.2.3. Если необходимо устранить вредное действие поля на вещество, задача решается введением третьего вещества, оттягивающе го на себя вредное действие поля.

Пример.

Звено типичной патронной ленты с открытым звеном представлено на рисунке 49.

F F Рис. При работе патроноподающего механизма лента растягивается, крепление патронов в ней ослабевает и они могут выпасть. Чтобы растяжение ленты не влияло на закрепление патрона в ней на звене делают прорези а) (Рис.50). Теперь участки звена б) удерживают патрон вне зависимости от растяжения звена между этими участками.

б) F F Прорези а) Рис. Стандарт 1.2.5. Если надо разрушить веполь с магнитным полем, за дача может быть решена применением физэффектов, "отключающих" фер ромагнитные свойства веществ, например, размагничивание при ударе или при нагреве выше точки Кюри.

Пример.

В процессе хранения оружие, в том числе и ствол, намагничивается, магнитным полем Земли. При выстреле вследствие действия высокой тем пературы внутренний слой ствола нагревается выше точки Кюри и размаг ничивается. Регистрируя степень этого размагничивания можно сделать вывод о том, сколько времени прошло после стрельбы. Ответ на этот во прос важен в криминалистике.

Класс 2. Развитие вепольных систем 2.1. Переход к сложным веполям Повышение эффективности веполей может быть достигнуто прежде всего переходом от простых веполей к сложным - цепным и двойным. Под класс конкретизирует механизм действия закона повышения вепольности ТС.

Общая схема формулировок стандартов 2.1.1, 2.1.2 этого подкласса следующая:

Если нужно повысить эффективность вепольной системы:

а) задачу решают превращением одной из частей веполя в независимо управляемый веполь с образованием цепного веполя (2.1.1);

б) если замена элементов веполя недопустима, задачу решают по стройкой двойного веполя путем введения второго поля, хорошо поддаю щегося управлению (2.1.2).

Примеры.

2.1. В револьверной пушке Р-23 для предотвращения прорыва пороховых газов между торцами барабана и ствола в ствол помещается обтюратор, изображенный на рисунке 51:

Обтюратор Ствол Барабан Рис. Во время выстрела обтюратор прижимается своим задним торцом к барабану под действием силы давления пороховых газов на передний то рец обтюратора.

2.1. Регулировать начальный импульс откатывающихся частей в откатных системах с коротким ходом ствола затруднительно, поэтому в систему вводят либо хорошо регулируемый дополнительный газоотводный двига тель, либо регулируемый дульный усилитель отдачи.

2.2. Форсирование веполей Представленные стандарты позволяют увеличить эффективность ве полей без введения новых полей и веществ. Достигается это форсирован ным использованием имеющихся вещественно-полевых ресурсов.

Общая схема формулировок стандартов 2.2.1, 2.2.6 этого подкласса следующая:

Если дана вепольная система, ее эффективность может быть повыше на:

а) заменой неуправляемого рабочего поля управляемым (2.2.1);

б) увеличением степени дисперсности вещества, играющего роль ин струмента (2.2.2);

Особый случай дробления - переход от сплошных веществ к капил лярно-пористым. Переход этот осуществляется по линии:

сплошное вещество - вещество с одной полостью - вещество со мно гими полостями - капиллярно-пористое вещество - капиллярно-пористое вещество с определенной структурой (2.2.3);

в) увеличения степени динамизации, т.е. перехода к более гибкой структуре (2.2.4);

г) переходом от однородных полей к полям, имеющим определенную пространственно-временную структуру (2.2.5);

д) переходом от веществ однородных к веществам неоднородным, имеющим определенную структуру (2.2.6).

Примеры:

2.2. Одной из задач при проектировании патронов является наполнение кривой давления.

Р(t) 2 t Рис. 52. Кривые давления.

На рисунке 52 зависимости давления пороховых газов от времени с начала выстрела показаны два графика. График 1 изображает зависимость P(t) при использовании простого зернистого пороха, который создает не управляемое рабочее поле. График 2 изображает зависимость P(t) при ис пользовании пороха с семиканальными зернами, либо подпрессованного пороха, чем создается управляемое рабочее поле.

Из сравнения графиков 1 и 2 видно, что площадь под кривой графика 2 больше, чем у графика 1 при одинаковом максимальном давлении. Это означает, что при одинаковом максимальном давлении импульс патрона во втором случае больше.

2.2. Как уже было сказано выше рабочие органы пушек - поражаемые эле менты развивались по направлению:

чугунные ядра - бомбы - картечь - фугас - химические боеприпасы.

2.2. Глушители звука выстрела развиваются в направлении:

- цилиндр с перегородками (много полостей);

- цилиндр с перегородками и спутанной проволокой для охлаждения и дросселирования пороховых газов (начало перехода к капиллярно пористым веществам);

- цилиндр с поролоновыми перегородками (капиллярно-пористое ве щество);

- цилиндр с поролоновыми перегородками, причем поролон пропитан легко испаряющейся жидкостью для охлаждения пороховых газов и самого глушителя.

2.2. Действие этого стандарта на примере развития пистолетов-пулеметов продемонстрировано ранее.

2.2. В высокотемпных авиапушках досылающий удар досылателя ("одно родное" поле) может привести к недопустимой деформации патрона, по этому в пушке АМ-23 досылатель в процессе досылания патрона наносит ему последовательно три меньших по силе удара.

В многоствольном оружии закон изменения скорости досылаемого па трона задается профилем копира (поле скоростей с определенной про странственной структурой).

2.2. Для повышения эффективности в 5,54 мм пуле патрона НАТО, ее зад няя часть выполнена из свинца, а в передней части расположен стальной сердечник (неоднородное вещество).

При прохождении такой пулей преграды она поворачивается и пере ламывается на части, создавая множество свинцовых осколков.

2.3. Форсирование согласования ритмики Подкласс 2.3 включает стандарты по форсированию веполей особенно экономичным способом. Вместо введения или существенного изменения веществ и полей стандарты подкласса предусматривают чисто количест венные изменения - частот, размеров, массы. Таким образом, значитель ный новый эффект достигается при минимальных изменениях системы.

Стандарт 2.3.1. В вепольных системах действие поля должно быть согласовано по частоте (или сознательно рассогласовано) с собственной частотой изделия или инструмента.

Пример.

Удаление зуба вибрирующими захватами, причем частота вибрации захватов равна собственной частоте колебаний зуба или близка к ней.

Стандарт 2.3.2. В сложных вепольных системах должны быть согла сованы (или сознательно рассогласованы) частоты используемых полей.

Пример.

Должны быть рассогласованы: а) темп стрельбы и частота собствен ных колебаний ствола;

б) темп и частота собственных колебаний оружия на амортизаторах.

Стандарт 2.3.3. Если два действия, например, изменение и измере ние, несовместимы, одно действие осуществляется в паузах другого.

Пример.

Примеры применения стандартов этого раздела приведены выше при изложении закона согласования ритмики.

2.4. Комплексно-форсированные феполи Форсирование феполей проводится аналогично подклассам 2.1-2.3, однако, имеются следующие особенности. Эффективность феполей повы шается при использовании:

а) магнитных жидкостей - коллоидных феррочастиц, взвешенных в керосине, силиконе или воде;

б) капиллярно-пористой структуры вещества, которое может быть пропитано магнитной жидкостью.

Класс 3. Переход к надсистеме и на микроуровень 3.1. Переход к бисистемам и полисистемам Наряду с "внутрисистемным" совершенствованием (линия стандартов 2-го класса) существует линия "внешнесистемного" развития: на любом этапе внутреннего развития система может быть объединена с другими системами в надсистему с новыми качествами.

Эффективность системы - на любом этапе развития - может быть по вышена:

системным переходом - объединением системы с другой системой (или системами) в более сложную би- или полиситему (3.1.1).

Повышение эффективности полисистем достигается:

- за счет развития связей элементов в этих системах, их динамизации (3.1.2);

- за счет увеличения различий между элементами системы (от одина ковых элементов к элементам со сдвинутыми характеристиками и далее к разнородным элементам) (3.1.3);

- за счет свертывания, т.е. сокращения вспомогательных частей (ПС), причем полностью свернутые подсистемы снова становятся моносистема ми (3.1.4);

- за счет распределения несовместимых свойств между полисистемой и её элементами, когда вся система обладает свойством С, а её части - свойством анти-С (3.1.5).

Примеры применения стандартов этого раздела приведены выше при изложении закона перехода в надсистему.

3.2. Переход на микроуровень Есть два пути перехода к принципиально новым системам: переход к надсистеме и переход к использованию "глубинных" свойств подсистем.

Эффективность системы может быть повышена переходом с макро уровня на микроуровень, когда систему или её часть заменяют веществом, способным при взаимодействии с полем выполнять требуемое действие (3.2.1).

Пример.

Переход на микроуровень был осуществлен, когда на смену дымного пороха, состоящего из механической смеси угля, серы, калиевой селитры пришел бездымный порох, в котором горючее и окислитель размещены в одной молекуле.

Переход поражающих элементов боеприпасов на микроуровень начал ся с применения фугасных, химических, атомных боеприпасов.

Класс 4. Стандарты на обнаружение и измерение систем 4.1. Обходные пути Измерения и обнаружения в системах обслуживают главное - "изме нительное" действие. Поэтому желательно так перестроить главное дейст вие, чтобы оно исключало необходимость (или сводило к минимуму) из мерительно-обнаружительные действия.

Если дана задача на обнаружение или измерение, целесообразно так изменить систему, чтобы вообще отпала необходимость в решении этой задачи (4.1.1).

Пример.

Раньше при использовании зенитных ракет с командной системой на ведения необходимо было измерять координаты и скорость целей с помо щью наземного радиолокатора и посылать управляющие команды ракете.

С началом использования самонаводящихся ракет, например, с инфракрас ной головкой самонаведения, необходимость в измерениях отпала.

Если предыдущий стандарт нельзя применить, то целесообразно за менить непосредственные операции над объектом операциями над его ко пией (фото-, кино-, звуко-, запахокопии) (4.1.2). Если нужно сравнить объект с эталоном с целью выявления отличий, то задачу решают совме щением изображений объекта и эталона.

Пример.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.