Решение нестандартных задач

Заполнить баллоны твердым веществом? Твердое монолитное вещество не обладает такими свойствами. Этим мы можем испортить баллоны. Можно конечно баллоны заполнить песком или льдом. Такое состояние в принципе может решить задачу, но оно достаточно неэффективно. Остается использовать жидкость.

Решение

Если рабочие баллоны заполнить жидкостью, не смешивающейся с газом, поместить их выше транспортного баллона, и соединить баллоны трубками, то газ (полностью и без компрессора) перейдет из транспортного баллона в рабочие (рис. 5.25). Идея изобретения найдена.

Рис. 5.25. Перекачка газа (решение)

Задача 5.19.Баллоны с кислородом

Условие задачи

Для создания нормальных условий жизнедеятельности экипажа кабина самолета выполняется герметичной. На случай ее разгерметизации самолет снабжается определенным запасам кислорода, который под давлением накачивается в тяжелые стальные баллоны. Таких баллонов требуется несколько десятков. Это значительно утяжеляет самолет. Как быть?

Разбор задачи

Краткая формулировка задачи

Обеспечить самолет запасам кислорода, не утяжеляя самолет.

Сформулируем для данной задачи два ПП.

ПП₁: анти-А

ПП₁: Нужно обеспечить жизнедеятельность (А) экипажа в разгерметизированной кабине самолета. Нежелательный эффект — при разгерметизации кабины самолета не обеспечивается жизнедеятельность (анти-А). Требование А — обеспечение жизнедеятельности экипажа.

ПП₂: анти-Б

ПП₂: Стальные баллоны с запасом кислорода утяжеляют (анти-Б) самолет. Нежелательный эффект — утяжеление самолета. Требование Б — обеспечение номинальной массы самолета или уменьшение ее.

ПТ: А — анти-Б

ПТ: Баллоны с кислородом обеспечивают жизнедеятельность (А) экипажа, но утяжеляют (анти-Б) самолет.

ПТ здесь между ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ (требование А) и МАССОЙ (требование Б) самолета. Утяжеление — анти-Б.

Примечание: Начиная с противоречия требований мы можем упростить анализ, если будем дальше рассматривать только один баллон.

ИКР: А, Б

ИКР: Баллон не утяжеляет (Б) самолет, обеспечивая нормальную жизнеспособность (А) экипажа.

ПС: C → Б, анти-С → А

ПС: Масса баллона должна быть малой (С), чтобы не утяжелять (Б) самолет, и большой (анти-С), чтобы обеспечить жизнедеятельность экипажа (А).

Углубим противоречие свойств.

Сформулированное выше физическое противоречие можно еще больше обострить, выявляя первопричины. Почему баллон тяжелый? У него толстые стенки, чтобы выдержать высокое давление, под которым закачивается газ. Высокое давление должно быть, чтобы больше помещалось газа в баллон, для обеспечения жизнедеятельности экипажа.

ПС₁: C → С₁, анти-С → анти-С₁

Тогда можно сформулировать ПС₁,

ПС₁: Стенки баллона должны быть тонкие (С₁) [в пределе нулевые] — малая масса (С), чтобы не утяжелять (анти-Б) самолет. Стенки баллона должны быть толстые (анти-С₁), поэтому у баллона большая масса (анти-С). Баллон выдерживает высокое давление газа. В баллоне помещается больше газа, чтобы обеспечить жизнедеятельность (А). Т. е. стенки у баллона должны быть и не должны быть.

Углубим противоречие свойств ПС₁.

ПС₂: C₁ → С₂, анти-С₁ → анти-С₂

Сформулируем ПС для кислорода.

ПС₂: Кислород не должен быть под давлением (С₂), чтобы сделать баллон с тонкими (С₁) стенками, соответственно, легким, и должен быть под большим давлением (анти-С₂), чтобы больше поместить кислорода в баллоне, поэтому делали стенки баллона толстыми (анти-С₁).

Разрешение ПС, ПС₁ и ПС₂

Такое противоречие разрешается изменением структуры системы, например, изменением агрегатного состояния. В данном случае изменяем агрегатное состояние кислорода. Кислород должен быть жидким.

Решение

Остается только вспомнить, как хранятся жидкие газы. Конечно, в сосуде Дьюара — специальный термос. Такое решение и предложил А. Н. Туполев. Это решение позволило во много раз снизить массу и объем системы жизнеобеспечения.

Уточнение задачи

Уточним в этой задаче понятия административного, технического и физического противоречий (ПП, ПТ, ПС) и причинно-следственные связи между ними.