Основы
теории решения изобретательских задач
3.2.3. Закон отрицания отрицания.
Суть закона отрицания отрицания заключается в том, что процесс поступательного развития происходит в относительной повторяемости, как бы по пройденным ступеням. Но повторение каждый раз происходит на более высоком уровне с применением новых элементов, материалов, технологий и т.д. Можно сказать, что процесс развития происходит по спирали. Наиболее ярко это заметно в моде.
Проиллюстрируем этот закон.
Пример 3.9. В XIX веке на парусно-винтовых судах двигатели использовались только при штиле. Чтобы гребной винт не создавал сопротивления при плавании под парусами, его делали съемным и поднимали через шахту в корме (рис. 3.14) на палубу1.
Совершенствование силовой установки позволило избавиться от парусов. Потребность в съеме винта отпала. Шахту в корме над винтом делать перестали. В ХХ веке большие гребные винты стали делать со съемными лопастями. Судно оснастили оборудованием для замены лопастей гребного винта на плаву. И снова появилась необходимость делать в корме шахты. В изобретении Великобритании, сделанном в 1968 году и запатентованном и в СССР2 предложено для улучшения условий ремонтопригодности, в навесной корме, расположенной над гребным винтом, сделать шахту, через которую поднимают и опускают ремонтируемую лопасть.
Вот еще одно решение этой проблемы для транспортных и рыболовных судов прибрежного плавания, оснащенных и двигателем и парусами. Датские инженеры создали необычный винт. Когда судно движется под парусами, винт автоматически складывается и практически не создает сопротивления. Но стоит упасть скорости судна, как лопасти винта тотчас занимают рабочее положение. Одновременно включается и двигатель. Суда с таким винтом развивают скорость на 10% выше обычных3.
Пример 3.10. С появлением пароходов роль парусного флота стала уменьшаться, и сейчас паруса используются лишь на небольших рыболовецких, спортивных или учебных судах. Однако в Гамбургском институте кораблестроения (ФРГ) разработан проект коммерческого парусного судна (рис. 3.15).
Паруса напоминают поставленные вертикально самолетные крылья. Мачты судов поворачиваются вокруг своей оси, ставя паруса под наиболее благоприятным углом к ветру. КПД новых парусов в 1,5 раза больше традиционных. Паруса ставятся и убираются по такому же принципу, как раздвижной занавес в театре.
Судно автоматизировано, и им можно было бы даже управлять на расстоянии. При среднем ветре под парусами судно может идти со скоростью 12-15 узлов, как и современные морские транспортные суда; при попутном ветре до 20 узлов (у судов в двигателями скорость при свежем ветре падает). Система парусов позволяет использовать самый слабый порыв ветра. На случай полного безветрия, что случается крайне редко, придется установить на судне маломощный двигатель. В ветреную погоду он будет управлять парусами. На паруснике установлен компьютер, обрабатывающий метеорологическую информацию, постоянно поступающую со спутника земли или наземной станции, и рекомендует капитану оптимальный курс.
В условиях энергетического кризиса паруса с успехом могут соперничать с любым двигателем, работающем на жидком топливе. Конструкторы считают, что достаточно вместительные парусники могут быть экономичнее даже судов с ядерными установками4.
Пример 3.11. 18 августа 1896 года в небольшом городе Сен-Дени, входившем тогда в пригород Парижа, состоялось пышное торжество. В присутствии знаменитых французских адмиралов Куломбо, Дюрре и Мио состоялся спуск, а точнее сказать - скат парохода конструкции инженера Эрнеста Базена. Многочисленная публика, собравшаяся на обоих берегах Сены, была немного изумлена, увидев пароход невиданных прежде очертаний. Вместо корпуса с привычными гладкими обводами ее взору предстало подобие огромной телеги - металлическая платформа, поставленная на несколько пар чечевицеобразных колес величиной с трехэтажный дом (рис.3.16).
Парижские газеты вышли с сенсационным сообщением, они уверяли читателей, что при движении новое судно почти не будет испытывать сопротивления воды. Ссылаясь на научные исследования, адмирал Куломбо авторитетно утверждал, что при одинаковой скорости хода с обычным судном судну Базена требуется двигатель в 27 раз меньшей мощности. Сам изобретатель решительно высказывал мысль, что за первым опытным катящимся пароходом последуют другие. Они будут ходить с такой скоростью, которая никому даже не снилась.
Известно, что сопротивление воды движущемуся судну возрастает пропорционально квадрату скорости. Чтобы его преодолеть, в таком же отношении должна увеличиться мощность двигателя. Инженеру Базену на первый взгляд пришла блестящая идея - заменить трение скольжение трением качения. Он предложил корпус судна заменить полыми чечевицеобразными колесами, которые будут поддерживать судно на плаву. Если их вращать со скоростью движения судна, то трение скольжения исчезнет. Но здесь инженер Базен допустил ошибку. Ведь линейная скорость точек, расположенных на колесе, различна. Чем дальше удалены они от центра, тем выше их скорость. Отсюда ясно, что в каждое мгновение только по одной точке с обеих сторон колеса будет иметь такую же скорость. Как и судно. В них трение скольжения действительно исчезнет. На остальной поверхности колеса, погруженной в воду, силы трения останутся. Поэтому сенсации не состоялось.
Эта же идея в несколько измененном виде была снова предложена в наше время. Она описана в примере 3.7 (рис. 3.13).
Пример 3.12. В первой половине XIX века использовались пароходы, у которых в качестве движителя использовались гребные колеса.
В дальнейшим их заменили гребными винтами и водометными движителями. Эти суда прекрасно зарекомендовали себя, но для из нормальной работы необходимо гребной винт заглублять не менее чем на две трети диаметра гребного винта. В противном случае от поверхности к лопасти станет подсасываться воздух, что неизбежно приведет к снижению КПД движителя. Но заглубление винта связано с увеличением осадки судна. В таком случае мелководные реки становятся недоступны для речного транспорта.
Существуют суда на воздушной подушке, которым не страшно мелководье, но у них большая часть мощности силовой установки расходуется на то, чтобы удержать судно во "взвешенном состоянии" Суда на подводных крыльях - отличный скоростной вид транспорта, которым нипочем любое мелководье. К сожалению, вздымаемые ими волны весьма интенсивно размывают берега рек. Речники и судостроители вспомнили о колесных судах, которые подходили к любой пристани, а то и просто к берегу. Такие суда разработали на современном уровне знаний и техники. Первый теплоход вступил в строй в 1977 году. На рис. 3.17-3.19 показаны прототипы XIX века и проекты их судов, выполненных во второй половине XX века5.
