Основы
теории решения изобретательских задач

5.2.1. Виды вепольных структур

Система, состоящая из одного элемента (вещества В₁ или поля П₁) или двух элементов (двух веществ В₁, В₂; вещества В₁ и поля П₁) называется невепольной.

В общем случае схемы невепольных систем могут быть представлены в виде (5.8), (5.9) и (5.10):

Линией обозначено воздействия элементов. Так, схемой (5.9) изображены вещества В₁, В₂, связанные между собой каким-то образом (не всегда известным).

Формулой (5.10) показано действие поля П₁. Стрелка указывает направление действия поля П₁ на вещество В₁.

Воздействие инструмента В₁ на деталь В₂ может быть изображено формулой (5.11)

и обратное действие В₂ на В₁ показано на схеме (5.12)

Схема (5.13) описывает взаимодействие веществ В₁ и В₂.

Аналогично обозначаются взаимодействия полей.

Кроме того, воздействия могут быть неэффективными или недостаточными, и обозначаться прерывистой линией, как показано на схеме (5.14)

или вредными, нежелательными, обозначающиеся волнистой линией. Эти воздействия показаны на схеме (5.15)

Схема (5.16)

обозначает процесс выделения или генерации поля веществом и может описывать явления, происходящие в магните (В₁ - магнит, П₁ - магнитное поле), радиоактивный распад вещества (В₁ - радиоактивное вещество, П₁ - излучение), генерацию звука, распространение каким-либо веществом запаха и т.п.

Простейшие вепольные модели изображены схемами (5.1), (5.3) и (5.4). Более сложные веполи могут быть представлены в виде их комбинаций.

Пример 5.5. Как определить скрытые дефекты, например, усталостные трещины в лопатках турбины авиадвигателя?
Для этого к лопатке подводят источник, возбуждающий механические колебания (катушка индуктивности). Катушка через усилитель мощности соединена с генератором электрических колебаний. Меняя частоту колебаний генератора, доводят ее до резонансной. Рядом с лопаткой ставят микрофон, передающий эти колебания в электрическом виде на осциллограф. По изменению формы колебаний судят о наличии усталостной трещины³.
Основное в данном решении - дефект определяют "по звуку". Для того лопатку приводят в колебательное движение с помощью соответствующего поля. В такой трактовке веполь соответствует формуле (5.4)

где

П₁ - поле механических колебаний (его можно обозначить П_мех или П_кол),
В - лопатка,
П₂ - звуковое поле - колебание воздуха (П_зв),

тогда этот веполь можно изобразить аналогично формуле (5.5)

Это же решение можно представить более сложным веполем, описанным формулой (5.17)

где

В₀ - генератор электрических колебаний;
П₀ - поле электрических колебаний;
В₁ - катушка индуктивности;
П₁ - переменное магнитное поле (генератор механических колебаний);
В₂ - лопатка;
П₂ - звуковое поле;
В₃ - микрофон;
П₃ - электрический сигнал;
В₄ - осциллограф;
П₄ - световой сигнал (изображение колебаний на экране осциллографа).

Такой веполь называется цепной.

При желании эту модель можно усложнить еще больше. В веполе (5.17) представлено несколько различных систем:

В₀, П₀ - генератор электрических колебаний;
В₁, П₁ - электрическая катушка;
В₃, П₃ - микрофон;
В₄, П₄ - осциллограф.

Все эти системы вспомогательные. Главная идея измерение "тона звука" П₂, которое получается в результате возбуждения полем П₁ лопатку В₂. Данное решение может быть осуществлено и другим образом, например, возбуждать и снимать колебания можно с помощью пьезопреобразователей.

Еще одной разновидностью сложных веполей является двойной веполь, описанный формулой (5.18)

Пример 5.6. Разлив жидкого металла (В₁) из ковша (В₂) осуществляется из донного отверстия под действием гравитации (П₁).
Такой разлив осуществляется неравномерно, так как зависит от высоты столба жидкого металла (от гидростатического напора). Как сделать разлив равномерным?

Чтобы сделать разлив равномерным необходимо компенсировать действие силы гравитации, т.е. воздействовать еще одним полем - перейти к двойному веполю.
Гидростатический напор регулируют высотой металла над отверстием разливочного ковша, вращая (П₂) металл в ковше, например, электромагнитным полем⁴.

Оглавление