Владимир Петров - Решение нестандартных задач

Рис. 5.18. Нитковдеватель

Задача 5.15. Создание бомбардировщика

Условие задачи

Эту задачу пришлось решать сотрудникам конструкторского бюро А. Н. Туполева при создании стратегического бомбардировщика Ту-95 в начале 50-х годов прошлого века.

Стратегический бомбардировщик, впервые создаваемый в СССР, должен был сочетать в себе высокую скорость полета с большой дальностью действия. Для обеспечения требуемой скорости полета необходима силовая установка общей мощностью около 50 тыс. л. с.

Решили использовать турбовинтовой двигатель. Основная тяга в нем создавалась воздушным винтом, приводимым во вращение газовой турбиной. Такая схема обеспечивала наилучший КПД и минимальный расход топлива. На момент разработки самолета в СССР был только двигатель ТВ 2 мощностью 6 250 л. с. Таким образом, для достижения требуемой общей мощности необходимо было разместить на крыльях самолета 8 двигателей. Поскольку расстояние между осями двигателей определялись диаметром воздушного винта, чтобы не было наложения потоков воздуха от винтов друг на друга и, соответственно, не снижался КПД движителя и не возникала вибрация, то для размещения всех агрегатов (по 4 на каждом крыле) требовался слишком большой размах крыла. Самые крайние двигатели располагаются на расстоянии 27 м от фюзеляжа (рис. 5.19). Такая большая длина крыла была избыточна для поставленных перед самолетом задач и приводила к недопустимому росту веса крыльев и перегрузке по весу самолета в целом.

Как быть?

Рис. 5.19. Создание самолета

Разбор задачи

ПП: анти-Б

ПП: Размещение двигателей приводит к недопустимому удлинению крыльев( анти-Б). Нежелательный эффект — недопустимое удлинение крыльев( анти-Б).

В данной изобретательской ситуации просматриваются как минимум две задачи:

— обеспечить малый вес длинного крыла;

— обеспечить размещение требуемого количества двигателей на крыле допустимого размаха.

В настоящее время первую задачу, скорее всего, удалось бы успешно решить за счет современных конструктивных материалов: кевлара и титановых сплавов. Однако в середине прошлого века такие технологии отсутствовали, поэтому усилия сосредоточились на второй задаче, приняв за нежелательный эффект излишний размах крыла.

ПТ: А — анти-Б

ПТ: Обеспечение требуемой суммарной мощности двигателей( А) приводит к недопустимому удлинению крыльев( анти-Б).

ИКР: А, Б

ИКР: Длина крыльев не увеличивается( Б), и обеспечивается суммарная необходимая мощность ( А).

ПС: C → А, анти-С → Б

ПС: Количество двигателей должно быть большим ( С), чтобы обеспечить требуемую суммарную мощность( А), и должно быть маленьким( анти-С), чтобы не допускать удлинение крыла ( Б).

Анализ ПТ и ПС

Требование ПТ, которое нельзя менять — это обеспечение требуемой суммарной мощности двигателей.

Способы разрешения ПС

Разделение противоречивых свойств ПС.

Поскольку требования, приведенные в формулировке ПС, должны быть реализованы в одно и то же время и в одной и той же области пространства, а сами требования касаются числа элементов системы, то данное ПС, скорее всего, может быть разрешено за счет преобразований структуры.Т. е. в данном случае ПС может быть разрешено в структуре.

Суммарная мощность связана с количеством двигателей, а длина крыла — с расстоянием между осями воздушных винтов, которые необходимо размещать на крыле.

Таким образом, суммарную мощность нужно оставить той же, т. е. должно быть 8 двигателей, а количество винтов уменьшить в два раза, т. е. два двигателя должны работать на один винт.

Решение задачи

Двигатели ТВ-2Ф спарили. Они работали на общий редуктор (рис. 5.20), вращающий один вал винта. При этом на каждом крыле устанавливалось только по 2 таких агрегата, что позволило получить размах крыльев в приемлемых пределах.

Рис. 5.20. Схема сдвоенных двигателей

Однако полученное решение привело к новой проблеме.

Описание ситуации 2

Необходимо было обеспечить преобразование полной мощности в 12 000 л. с. в полезную тягу, то есть создать поток воздуха от одного винта, эквивалентного потоку двух винтов, рассчитанных на меньшую мощность, для чего пришлось увеличить диаметр винта, который превысил 7 м. Это привело к необходимости поднять фюзеляж над поверхностью земли на 5 м (рис. 5.21) и к увеличению размеров стоек шасси. Возникли новые проблемы с установкой крыльев, уборкой шасси, увеличением их веса и усложнением обслуживания самолета.