Структурный анализ систем

Рис. 9.10. Грелка

6.4. Задача 9.4. Абразивная обработка

Условие задачи

Аппарат для абразивной обработки деталей сложной формы представляет собой коаксиально расположенные две трубы. По внутренней трубе движется воздух, а по наружной — частицы абразива. На конце наружной трубы расположено сопло, формирующее струю абразива (рис. 9.11). Сопло быстро изнашивается и его приходится менять. Как сделать не изнашиваемое сопло?

Рис. 9.11. Аппарат для абразивной обработки деталей А-А — разрез коаксиальных труб; Б-Б — разрез сопла.

Обычно стараются сопло делать из более износостойких материалов, но даже они изнашиваются, а стоимость таких материалов значительно больше.

6.5. Задача 9.5. Упаковка изделий

Условия задачи

Известен способ упаковки и консервации изделий путем окунания их в расплав полимера (рис. 9.12). Снимать такую упаковку с изделий со сложнорельефной поверхностью достаточно тяжело. Приходится ее разрезать, что может привести к порче поверхности изделия.

Как быть?

Рис. 9.12. Упаковка изделий со сложнорельефной поверхностью

6.6. Задача 9.6. Опоры мостов

Условия задачи

Быки (опоры) мостов в зимнее время покрываются льдом и постепенно разрушаются. Вода попадает в трещины быков, при замерзании лед расширяется и откалывает куски.

Необходимо устранить этот недостаток наиболее простым и дешевым способом.

Приложение. Разбор примеров и задач

В данном разделе покажем наш вариант разбора некоторых примеров и задач.

Пример 9.1. Турбина реактивного двигателя

Турбины реактивных двигателей работают при высоких температурах. Чтобы сохранить прочностные свойства лопаток турбин, приходится в исходный материал добавлять легирующие добавки, например кобальт, который увеличивает в значительной мере стоимость турбины, но придает ей устойчивость к высоким температурам. Компания «Пратт энд Уитни» (Pratt & Whitney) разработала технологию изготовления лопаток, позволяющую снизить содержание в них кобальта на 30%. Для этого лазером сверлят в лопатках мельчайшие отверстия. Воздух, проходящий через отверстия, охлаждает лопатки, и, кроме того, снижается аэродинамическое сопротивление. Таким образом, турбины можно изготовить из менее жаропрочного материала62.

Разбор примера

Решение можно представить в виде вепольной схемы (П.1)

Где

В₁ — воздух;

П₁ — температурное поле (высокая температура);

В₂ — лопатка;

В₂^» — лопатка с отверстиями.

Условие — прототип

Температура П₁ нагревает воздух В₁, который хорошо воздействует на лопатку (создает силу, которая вращает турбину) и плохо воздействует на лопатку (разрушает ее).

Дан веполь с полезной и вредной связью между В₁ и В₂.

Решение

Для устранения вредной связи в соответствии со схемой (П.1) между веществами В₁ и В₂ необходимо поместить вещество В_3, являющееся ими самими или их видоизменением В₁^» или В₂^». В решении выбрано видоизменение лопатки В₂^» — лопатка с отверстиями.

Пример 9.2. Борьба с кавитацией

Кавитация вызывает эрозию (разрушение) материала устройств, где она происходит. С кавитацией пытаются бороться, при этом достаточно важно, чтобы кавитация подавлялась равномерно. Предложено для подавления воздействовать на кавитационные пузырьки ультразвуковыми колебаниями в диапазоне частот от 1 до 50 кГц63.

Разбор примера

Решение можно представить в виде вепольной схемы (П.2)

Где

В₁ — кавитационный пузырь;

П₁ —поле микровзрыва, разрушающее материал устройства;

В₂ — материал устройства;

П₂ — ультразвуковое поле.

Условие — прототип

Кавитационный пузырь В₁ при схлопывании на поверхности материала устройства, создает микровзрыв П₁, вызывая эрозию.

Дан веполь с вредной связью между П₁ и В₂.

Решение

Для устранения вредной связи в соответствии со схемой (П.2) вводят второе поле П₂, которое разрушает вредное воздействие поля П₁. Необходимо подобрать вид поля П₂, которое могло бы оказать противодействие полю П₁ — микровзрывам, т. е. поле, разрушающее кавитационные пузыри В₁.

Пример 9.3. Измерение мощности

Калориметрический метод измерения мощности. Для измерения мощности, поглощаемой нагрузкой в сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазоне, определяется количество тепла, отдаваемое нагрузкой рабочему телу (воде), причем, часто само рабочее тело используется как нагрузка. С помощью измерительного узла регистрируется температура рабочего тела и по ее значению определяется значение мощности64.

Разбор примера

Рассматривается измерительная система.

Описано решение по схеме (П.3)

Где

В₁ — сверхвысокочастотный (СВЧ) генератор;

В₂ — нагрузка; в решении нагрузка — это вода;

П₁ — электромагнитное поле (сверхвысокочастотное-СВЧ поле), мощность, которого необходимо измерить;

П₂ — температура.