Разбор учебной задачи «разлет дроби» часть 2

Поставлено на сайт 24.05.2009

Первая часть разбора задачи

 

Часть2

В задаче №4 ( Элемент- УПЛОТНЕННЫЙ ВОЗДУХ)
ПЕРВОЕ ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ.

Уплотненный воздух, при разгоне дроби выходя из ствола должен расширяться.
ВТОРОЕ ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ
Уплотненный воздух, чтобы не допустить разлета дроби, не должен расширяться. Напоминаем, что в момент выстрела дробь, двигаясь в стволе с большим ускорением, сжимает впереди находящийся воздух. Этот сжатый воздух первым выходя из ствола мгновенно расширяется и содействует разбросу дроби.

Рисунок противоречивых физических состояний уплотненного воздуха

Первое физическое состояние.

Расширяющийся воздух

Второе физическое состояние.

Не расширяющийся воздух

В задаче № 5 (Элемент- ГИЛЬЗА)
ПЕРВОЕ ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ

Гильза, при выполнении разгона дроби, должна быть в патроннике ружья.

ВТОРОЕ ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ
Гильза, чтобы не допустить разлета дроби, должна быть вместе с дробью.

Первое физическое состояние Гильза находится в патроннике ружья

второе физическое состояние

Гильза находится вместе с дробью

Шаг 6.2. ВЫБОР ПРИНЦИПА РАЗРЕШЕНИЯ ПРОТИВОРЕЧИЯ.
Для каждого элемента, рассматриваемого в задачах (шаг 6.1)., выбрать по нижеследующим правилам принцип разрешения имеющегося противоречия. Для этого необходимо определить, с каким параметром связано выявленное физическое противоречие, - с ПРОСТРАНСТВОМ, ВРЕМЕНЕМ или с тем и другим одновременно. В зависимости от выбранного параметра применяют одно из трех правил:-

ПРАВило 1
Если от элемента (шаг 6.1.) требуется проявить противоречивые действия (требования) в один и тот же момент времени, то такое противоречие связано со временем и тогда выбирают Принцип №1 -«РАЗНЕСЕНИЕ ПРОТИВОРЕЧИВЫХ ТРЕБОВАНИЙ В ПРОСТРАНСТВЕ ОБЪЕКТА»

ПРАВИЛО 2
Если от элемента (шаг 6.1.) требуется проявить противоречивые действия в одном и том же месте , то такое противоречие связано с пространством и тогда выбирают- Принцип № 2 - «РАЗНЕСЕНИЕ ПРОТИВОРЕЧИВЫХ ТРЕБОВАНИЙ ВО ВРЕМЕНИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОБЪЕКТА»

ПРАВИЛО З
Если от элемента (шаг 6.1.) требуется проявить противоречивые действия в одном и том же месте и в один и тот же момент времени, то тогда выбирают Принцип №3 - «ИЗМЕНЕНИЕ СИСТЕМНЫХ ОТНОШЕНИИ»
Для каждого элемента записать выбранный принцип по схеме -.
«Для задачи №… выбран принцип №.. (указать принцип и объяснить)»
И так далее.
Если выбранный принцип не привел к решению, берется другой принцип и шаги алгоритма повторяются
 

Ответ на шаг 6.2.
ДЛЯ ЗАДАЧИ №1
.(Элемент—ПОРОХОВЫЕ ГАЗЫ) выбран принцип №1.
Пояснение.
Физическое противоречие связано со временем - газы в один и тот же момент времени (момент выхода из ствола) должны быть позади дроби и с боков.
Выбирается принцип №1 - разнесение противоречивых требований в пространстве объекта ( газовой струи).

ДЛЯ ЗАДАЧИ № 2. (Элемент ДРОБЬ) выбран принцип №2.

Пояснение. Физическое противоречие связано с пространством — дробь должна быть раздельной и должна нераздельной.
Выбирается принцип №2 - разнесение противоречивых требований во времени полета дроби.

ДЛЯ ЗАДАЧИ № 3. (Элемент — ПЫЖ) выбран принцип №1.
Пояснение.
Физическое противоречие связано со временем - пыж в один и тот же момент времени (в момент выхода из ствола) должен быть позади дроби и с ее боков. Выбирается принцип №1 - разнесение противоречивых требований в пространстве объекта ( пыжа).

ДЛЯ ЗАДАЧИ №4. (Элемент — УПЛОТНЕННЫЙ ВОЗДУХ) выбран принцип 1.
Пояснение.
Физическое противоречие связано со временем - воздух в один и тот же момент времени (в момент выхода из ствола) должен оказывать сопротивление и не должен оказывать сопротивление движению дроби.
Выбирается принцип №I - разнесение противоречивых требований в пространстве объекта (уплотненного воздуха).

ДЛЯ ЗАДАЧИ № 5. (Элемент — ГИЛЬЗА) выбран принцип №1.
Физическое противоречие связано со временем — гильза в один и тот же момент времени (в момент выстрела) должна быть в патроннике ружья и должна быть с дробью. Выбирается принцип №1 - разнесение противоречивых требований в пространстве объекта ( гильзы патрона).

Часть 7

РАЗРЕШЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ

Цель: - Получить принципиальные направления решения задач.

Шаг 7.1. РАЗНЕСЕНИЕ ПРОТИВОРЕЧИВЫХ ТРЕБОВАНИЙ В
ПРОСТРАНСТВЕ ОБЪЕКТА.

Если для элемента в шаге 6.3. выбран принцип №1, то задача составляется по следующей схеме : «ЭЛЕМЕНТ... (указать из шага 5.2 элемент, испытывающий противоречивые требования) РАЗДЕЛЯЕТСЯ НА ДВЕ ЧАСТИ. ОДНА ЧАСТЬ... (указать аз шага б. 1.ПЕРВОЕ физическое состояние элемента), А ДРУГАЯ ЧАСТЬ, С ПОМОЩЬЮ... (указать выбранный в шаге 5.3. прилегающий вещественный ресурс.) ВЫПОЛНЯЕТ (находится, становится)...(указать из шага 6.1. ВТОРОЕ физическое состояние (свойство), НЕ ДОПУСКАЯ...(указать из шага 3.1. Нежелательное Явление)»

Задачу пояснить рисунком, в котором должны быть отражены нужные действия.

По очереди разберем ЗАДАЧИ, для которых выбран принцип №1

РАЗБОР Задачи №1 (Используется принцип №1)

Окончательно сформулированный текст задачи

«Пороховые газы РАЗДЕЛЯЕТСЯ НА ДВЕ ЧАСТИ. ОДНА ЧАСТЬ находится позади дроби, А ДРУГАЯ ЧАСТЬ, С ПОМОЩЬЮ ствола, НАХОДИТСЯ с боков дроби, НЕ ДОПУСКАЯ ее разброса».

Как сделать, так как изображено на рисунке? Для опытных конструкторов формулировки задачи и рисунка уже достаточно, чтобы выйти на принципиальное решение и начать прорабатывать реально работающею конструкцию. Однако, в учебных целях продолжим анализ задачи.

На этом же шаге возможно применение известных приемов устранения технических противоречий - №№ 1, 2, 3, 4, 7, 14, 17, 22, 24, 26 - (перечень приемов смотрите в приложении 10),

В соответствии с имеющейся формулировкой задачи, наиболее подходящими являются приемы №№ 1, 2, 3. Напоминаем их содержание.

ПРИЕМ №1. Рекомендуется разделить объект на независимые части. Это значит, что решение задачи как-то связано с разделением пороховых газов на части.
 

ПРИЕМ № 2 Рекомендуется отделить от объекта мешающеюся часть. Это значит что головную часть газовой струи (которая «мешает», разбрасывает дробь) надо как-то отделить от основной части газовой струи.
 

ПРИЕМ № З Различные части объекта должны выполнять различные функции. Это значит, что одна часть газовой струи должна разгонять дробь, а другая предохранять дробь от разлета.
 

Для многих технически грамотных людей этих рекомендаций так же достаточно, чтобы выйти на приемлемое решение. Однако, в учебных целях мы продолжим разбор задачи №1 и перейдем к шагу 7.1.1. , который предназначен для уменьшения инерции мышления.

(Вепольный анализ и стандарты при разборе данной задачи не используются)

Шаг7.1 .1. СНИЖЕНИЕ ИНЕРЦИИ МЫШЛЕНИЯ.
Используется метод Моделирования Маленькими Человечками - ММЧ (Смотрите приложение 14)
С использованием «маленьких человечков» выполняются два рисунка — «Как есть» и «Как надо». Затем, применяя обычные инженерные знания, прорабатывается более конкретный вариант конструкции «Как надо», для чего «маленькие человечки» заменяются теми веществами, которые имеются в оперативной зоне или взятые со стороны.

Ответ на шаг 7.1.1

КАК ЕСТЬ

КАК НАДО

На рисунке «КАК ЕСТЬ» струи пороховых газов при выходе из ствола одновременно толкают и разбрасывают дробь

На рисунке «К4К НАДО» струи пороховых газов при выходе из ствола одновременно толкают и обжимают дробь, НЕ ДАВАЯ ЕЙ РАЗЛЕТАТЬСЯ
Пока не ясно, каким образом «человечки», обжимающие дробь, могли оказаться впереди «человечков», толкающих дробь. Требуется введение, какого то элемента, который группирует «человечков» вокруг дроби, чтобы она не разлеталась.

Прочитаем еще раз содержание задачи №1.
»
Пороховые газы разделяются на две части. Одна часть расширяясь, находится позади дроби, а другая часть, ИСПОЛЬЗУЯ СТВОЛ, находится с боков дроби, не допуская ее разлета».

Теперь становится немного яснее - ствол должен как-то помогать разделять пороховые газы на две части и одна его часть группируется вокруг дроби обжимает ее и не дает разлетаться.

Вновь воспользуемся ММЧ и изобразим, как пороховые газы «используя ствол» разделяются на две части и одновременно оказываются позади и с боков дроби.

Рисуем желаемое и пока не задумываемся - «КАК ЭТО МОЖЕТ БЫТЬ», а, изображая только то - «ЧТО ДОЛЖНО БЫТЬ.»

Этот рисунок уже более точно соответствует сформулированной задаче. Из него становится ясным, что в стенке ствола должен быть канал, в который поступает часть пороховых газов. Эта часть не испытывает сопротивление дроби и потому опережает основной поток газа, выходит из ствола раньше чем дробь и расширяясь обжимает ее. Подумаем, как может выглядеть реальная конструкция.
 

Один из возможных вариантов конструкции может быть следующей.

Поясним работу данной конструкции.

Перед выходом из ствола пороховые газы, продолжая толкать дробь, устремляются в отверстия в стенке ствола и попадают в кольцевой канал насадки. Так как в кольцевом канале насадки отсутствует сопротивление движению газов, они приобретают большею скорость и обгоняют пороховые газы, которые находятся внутри ствола. Первым выходя из насадки, и расширяясь во все стороны, кольцевой газовый поток обжимает дробовой заряд, предотвращая разброс дроби. Этот же кольцевой поток обжимает и уплотненный воздух который двигался в стволе перед дробью и который при выходе из ствола содействовал разбросу дроби. Кроме того, кольцевой газовый поток увлекает в движение и атмосферный воздух, который уже не оказывает сопротивление движению дроби. В результате всех этих физических процессов, дробь сохраняет свою кучность на значительно большем расстоянии, чем при выстреле из обычного ружья. Дробь сохраняет свою кучность до 60-70 метров вместо прежних 40-45 метров.

(Обратите внимание, в задаче .№4 (шаг 5.1 и 6.1) была поставлена цель- «Уплотненный воздух, чтобы не допустить разлета дроби, не должен расширяться.» Этой цели мы уже достигли, поэтому дальнейший разбор задачи №4 не целесообразен

Патентный поиск по данному решению показал, что в мире существует несколько десятков патентов, в которых полностью или частично используется энергия выходящих газов для уменьшения разброса дроби.

В японском патенте 44-20959 предлагается на короткий ствол ружья надеть специальный кожух, вбрасывающий пороховые газы в виде кольца, охватывающий заряд дроби. Это полностью совпадает с полученным решением.

 

Известно так же решение по Российскому изобретению (реферат 42 197696 «дульное устройство»). Интересно отметить, что в этом патенте объединены два решения по задаче №1 и №6. Тоесть предусмотрено не только сужение ствола (чок, получок), но и использовано разделение пороховых газов с образованием кольцевого выхода.

Приводим текст из реферата этого изобретения: - «Дульное устройство ружья включает расширительную камеру с участками расширения и сужения и выходной раструб, который выполнен диаметром, на один номер калибра большим диаметра ствола ружья, с чоковым сужением. Предлагаемое устройство обеспечивает максимальную равномерность дробового снаряда»

При движении дроби внутри насадки она охватывается пороховым газовым кольцом и при выходе из насадки дополнительно обжимается чоковым сужением, что еще больше группирует дробь.

Продолжим разбор остальных задач.

РАЗБОР ЗАДАЧИ № 2 (Элемент ДРОБЬ)

Напоминаем, что для этой задачи в шаге 6.2. выбран принцип №2 тоесть противоречивые требования разносятся во времени.

Тогда, в соответствии с шагом 7.2 (см. текст алгоритма) задача составляется по следующей схеме:

<ЭЛЕМЕНТ... (указать из шага 5.2. элемент, испытывающий противоречивые требования) В ОДНО ВРЕМЯ... (указать из шага 6.1. его ПЕРВОЕ физическое состояние (свойство)), А В ДРУГОЕ ВРЕМЯ, ИСПОЛЬЗУЯ ...(указать из шага 5.3. прилегающий вещественный или полевой ресурс или ресурс ближайшей надсистемы (шаг 4.5.) ВЫПОЛНЯЕТ... (указать из шага 6.1. ВТОРОЕ физическое состояние (свойство) И НЕ ДОПУСКАЕТ... (указать из шага 3.1. Нежелательное Явление)»

В соответствии с этой схемой окончательная формулировка задачи будет выглядеть следующим образом.

- «ДРОБЬ в одно время РАЗДЕЛЬНАЯ, а в другое время, ИСПОЛЬЗУЯ ПЫЖ, выполняет (становится) НЕРАЗДЕЛЬНОИ и не допускает СВОЕГО РАЗЛЕТА»

Для опытных решателей этой формулировки уже достаточно, чтобы выйти на приемлемое решение, тоесть сделать такой пыж, который в состоянии удерживать дробь от разлета при ее выходе из ствола.

Кроме того, возможно использование известных приемов устранения технических противоречий № 4, 6, 9, 10, 11, 15, 19, 21, 27, 34, 35, 36, которые в этом случае рекомендуются алгоритмом. Наиболее подходящими в данной ситуации являются следующие приемы : Прием № 6 – Объект выполняет несколько функций. Если в качестве «объекта» принимается пыж, то он должен не только передавать давление пороховых газов на дробь, но и предохранять ее от разлета при выходе из ствола.

Если в качестве «объекта» принимается дробь, то она тоже должна совершать дополнительную функции, тоесть удерживать себя от разлета.

Прием №10 –Заранее выполнить требуемое действие. Тоесть пыж должен уже заранее как-то удерживать дробь. Или сама дробь как-то должна заранее быть скрепленной между собой.

Прием № 35 и 36 – Изменение агрегатного состояния или применение фазовых переходов. Это значит, что пыж или дробь, в различное время- (при движении в стволе и при движении в воздухе) имеют различное агрегатное состояние или используют фазовые переходы.

Используя формулировку задачи и подсказки в приемах, мы уже почти ясно видим ответ.

Однако в учебных целях мы снова воспользуемся шагом 7.1.1., который уменьшает инерцию мышления путем применения метода «моделирования маленькими человечками»

Выполняем два рисунка «КАК ЕСТЬ» и «КАК НАДО».

Изображаем положение «КАК ЕСТЬ»

При выстреле пыж, выходя из ствола, не предохраняет дробь от разброса пороховыми газами и уплотненным воздухом.

Теперь изображаем положение «КАК надо»

Глядя на этот рисунок, совсем не трудно догадаться каким должен быть пыж, чтобы защитить дробь от расширяющихся струй газа и уплотненного воздуха.

он должен быть в виде стакана!

Пыж такой конструкции надежно защитит дробь от вредного (разбрасывающего) влияния расширяющихся пороховых газов и уплотненного воздуха.

Теперь, реальный патрон для гладкоствольного охотничьего ружья может выглядеть следующим образом

Патентный поиск показал, что в мире уже существуют более десятка вариантов патронов, в которых пыж выполнен в виде стакана- контейнера. При выстреле такой пыж- контейнер несет в себе дробь на расстояние нескольких десятков метров без ее разлета. Затем он тормозится воздухом и отстает от дроби.

Длина кучности полета дроби с использованием пыжа-контейнера составляет уже не 30-40 метров, а 80 – 100 метров. Ниже помещены кадры скоростной съемки выстрела с использованием пыжа- контейнера.
 

На снимке видно, что пороховые газы при выходе из ствола не участвуют в разбросе дроби.

В настоящее время охотничьи патроны с пыжами контейнерами выпускаются несколькими фирмами.

На снимках представлены фирменные патроны SNIPER калибра 12/70; MAGNUM калибра 12/70, 16/70, 20/70; KOMBI калибра 12/70; DISPERSANT калибра 12/70. Все они имеют высокие баллистические показатели и кучность боя, позволяющие удовлетворить самого взыскательного охотника

[1].

Отмечаем, что в данном решении полностью реализованы рекомендации содержащиеся в приемах №6 (объект- пыж, выполняет несколько функций) и №10 (заранее выполнить требуемое действие)

Отмечаем, что еще на шаге 5.1 где мы формулировали ИКР для дроби, задача звучала следующим образом: - «Дробь, используя механическое движение и свою массу (вещество), выполняет разгон и не допускает своего разлета». Для многих эта формулировка уже достаточна, чтобы получить ответ. И все же, чтобы уменьшить инерцию мышления воспользуемся шагом 7.1.1. и покажем, что должны делать «маленькие человечки» чтобы не допустить разлета дроби.

Возникает простая мысль – связать дробь между собой. По патенту России № 2181874 так и сделано.

Крупная дробь (картечь) связывается между собой тонкой свинцовой проволокой, которая удерживает дробь от разлета на первых двадцати, тридцати метрах полета. Затем проволока рвется, и дробь летит раздельно. Конечно, это решение менее надежно, чем предыдущее, так как разрыв проволоки может произойти в любой момент, даже в момент выстрела. Тогда эффект будет нулевой. Это решение мы привели чисто с методической целью, чтобы показать, что совместное использование ресурсов ( все предыдущие решения сделаны именно так) позволяют получать лучшие результаты.

Переходим к разбору задачи №3 ( Элемент Пыж)

В соответствии с ранее выбранным принципом разрешения имеющегося противоречия (см. шаг 5.3.) формулируем задачу по схеме в шаге 7.1.

Окончательно сформулированный текст задачи будет следующим:

«Пыж РАЗДЕЛЯЕТСЯ НА ДВЕ ЧАСТИ. ОДНА ЧАСТЬ находится позади дроби, А ДРУГАЯ ЧАСТЬ, С ПОМОЩЬЮ дроби и пороховых газов, НАХОДИТСЯ с боков дроби и НЕ ДОПУСКАЕТ ее разброса».

Изображаем сформулированную задачу рисунком

Мы видим, что данное решение полностью совпадает с решением задачи №2, тоесть мы выходим на применение пыжа-контейнера, который рассмотрели ранее. По этой причине разбор задачи № 3 становится нецелесообразным.

Переходим к разбору задачи №5 (ПУСТАЯ ГИЛЬЗА В ПАТРОННИКЕ)

В соответствии с ранее выбранным принципом разрешения имеющегося противоречия (см. шаг 5.3.) формулируем задачу по схеме в шаге 7.1.

Окончательно сформулированный текст задачи будет следующим:

«Гильза РАЗДЕЛЯЕТСЯ НА ДВЕ ЧАСТИ. ОДНА ЧАСТЬ находится в патроннике, А ДРУГАЯ ЧАСТЬ, С ПОМОЩЬЮ пороховых газов, НАХОДИТСЯ с боков дроби и НЕ ДОПУСКАЕТ ее разброса».

Изобразим сформулированную задачу рисунком.

Обращаем внимание! Здесь, как и во всех предыдущих случаях, мы изображаем на рисунке только то, что должно происходить в оперативное время, тоесть в момент выхода дроби из ствола.

По тексту задачи и рисунку не сложно выйти на принципиальное решение и разработать варианты конструктивных исполнений гильзы патрона, которая при выстреле разрывается на две части. Одна часть остается в патроннике, а другая часть вместе с дробью вылетает из ствола, удерживая дробь от разлета.

При движении в воздухе, гильза испытывает большее сопротивление воздуха, чем дробь и отстает от нее. Далее дробь движется уже одна, сохраняя кучность на расстоянии, как минимум, в два раза большем, чем при выстреле обычным патроном. Данное решение напоминает решение №2 и №3, но проще их, так как не требуется специальный пыж-контейнер.

В общем виде патрон может быть выполнен следующим образом

В момент выстрела (воспламенение пороха) гильза разрывается в ослабленном месте, и ее оторванная часть летит вместе с дробью, предохраняя ее от разлета. Внешне патрон с отрывной гильзой может не отличаться от обычного.

В доступных материалах мирового патентного фонда такое решение не было обнаружено и поэтому оно может составить предмет изобретения.

Однако у этого решения есть недостаток – требуется изменить диаметр патронника ружья и сделать его равным диаметру ствола. Это возможно если вставить в патронник соответствующий вкладыш. Можно не изменять диаметр патронника, но тогда необходимо сделать патрон удлиненным и ступенчатым. Так, чтобы его пороховая часть, которая остается в патроннике, была равна по диаметру патроннику, а отрывная часть, вместе с пыжом и дробью, была несколько меньше и равнялась диаметру ствола.

Обращаем внимание на то,- чтобы внедрить любое принципиально новое решение, в том числе и это, требуется решить еще много вторичных задач, которые определяются уже местными конкретными условиями. Здесь уже больше чисто конструкторская работа, поэтому восьмую часть алгоритма мы сейчас не рассматриваем. Наша же цель была показать принципиальную возможность получения новых решений с помощью предлагаемого алгоритма.

С благодарностью приму все замечания и предложения, как по самому алгоритму, так и по разбору задачи

С уважением Иванов Г.И. .Email: genivanov@gmail.com


[1]

По заявлению производителей в настоящее время они разрабатывают патрон с пыжом контейнером, который способен сохранять кучность дроби до 200 метров.


Алфавитный указатель: 

Рубрики: 

Subscribe to Comments for "Разбор учебной задачи «разлет дроби» часть 2  "