Особенности движителя как рабочего органа транспортной системы с точки зрения действия закона полноты частей

Тимур Гафитулин

Транспортные системы имеют ряд особенностей, понимание которых открывает новые возможности для теоретического осмысления принципов действия и прогнозирования направлений развития транспорта.

Принимая во внимание то, что механическое движение глубоко изучается в теоретической механике, отмечу, что предметом данного рассмотрения является состав транспортной системы с точки зрения теории развития техники. Верное определение её частей важно для правильного приложения закономерностей развития.

Принцип действия транспортной системы

Для упрощения понимания транспортной системы допустим, что её функция –переместить, или доставить (термин «доставка» использует Мастер ТРИЗ М.С. Гафитулин) некий груз из точки А в точку Б. Для того, чтобы произошло перемещение в заданном направлении, грузу необходимо придать направленный импульс, создать тягу. Импульс создаётся за счёт того, что транспортная система «отталкивает» стартовую точку или «притягивает» конечную.

Здесь сразу можно выделить два больших класса систем:

1. Метательные системы. Они не относятся традиционно к транспортным, но вполне способны перемещать груз и нам важно понимание того, как они функционируют. В них импульс придаётся грузу однократно. К этому классу можно отнести луки, арбалеты, катапульты, пушки, ружья. Однажды сообщив грузу-снаряду импульс, эти системы на него больше не действуют.
   
2. Транспортные системы. В них импульс грузу придаётся периодически, транспортная система во время действия связана с перемещаемым грузом, создавая постоянную тягу. Это автомобили, поезда, воздушные и водные суда, конвейеры, лифты, трубопроводы, ракеты.

Деление транспортных систем, в свою очередь, может быть сделано в связи с тем, что движется – транспорт или путь.

«Движущийся путь». Это конвейеры, транспортёры, эскалаторы, лифты, фуникулёры, сюда же можно отнести трубопроводы.

Транспортная система располагается на всём протяжении от исходной до конечной точки. Принцип действия системы в данном случае связан с организацией движения пути или среды, как в трубопроводах.

Груз располагается на пути или в среде, которые приводятся в движение. Часто в трубопроводах движущаяся среда и перемещаемый груз – это одно и то же.

В эту же категорию можно отнести плоты, которые сплавляются по течению и парусные суда, которые становятся неподвижными в штиль.

«Самоходные системы». Движение происходит по неподвижному пути. Транспортное средство постоянно «отталкивается» от пути для получения очередного импульса и создания тяги. Железнодорожный транспорт использует рельсы, воздушный транспорт – воздух, водный – воду.

Важно подчеркнуть, что путь понимается не как поверхность, на которую транспортное средство опирается или по которой перемещается, а именно как то, что помогает получать импульс для движения.

Эта разница хорошо видна на примере самолёта с воздушным винтом, который выполняет руление по аэродрому. Шасси самолёта опираются на поверхность аэродрома, движутся по ней, но само движение, получение импульса, создание тяги происходит при помощи винта и воздуха.

В данном случае нам важно понимание пути не как «дороги» или «расстояния», а именно как «среды, от которой можно будет отталкиваться на всём маршруте».

«Реактивный транспорт». Также есть особый вид транспортных систем, которые не используют путь для создания импульса – это ракеты. Реактивный двигатель «отталкивается» от рабочего тела, которое сам же и создаёт. Можно сказать, что ракеты – это метательный транспорт «наоборот». Часть груза «отметается» для того, чтобы дать импульс транспортной системе.

Воздух, в котором летит стрела или ракета, им скорее мешает, чем помогает, потому что вызывает сопротивление. Они могут использовать его, например, для стабилизации, но для создания импульса он не применяется. 

Части транспортной системы

Согласно классическому определению, «каждая техническая система должна включать четыре основные части: двигатель, трансмиссию, рабочий орган и орган управления».

В дальнейших работах можно встретить указание ещё на два важных структурных элемента – это источник энергии и изделие (или целевой объект – то, на что направлено действие рабочего органа).

Применительно к транспортному средству, например, к автомобилю, части системы описываются так: Источник энергии – газомоторное топливо; Двигатель – двигатель внутреннего сгорания; Трансмиссия – коробка передач, валы; Рабочий орган – колесо; Целевой объект (изделие) – дорога; Органы управления – руль, педали, рычаг КПП.

На первый взгляд, всё выглядит логично: топливо попадает в двигатель, который путём его сжигания создаёт необходимый для движения механический импульс; далее этот импульс передаётся трансмиссией к колёсам, которые производят полезное действие – «отталкивают» дорогу, оставляя её позади автомобиля.

В связи с таким выделением частей возникают вопросы:

Где в этой схеме кузов, корпус автомобиля, ведь ради его перемещения и строится транспортная система?

Какую роль в получении движения играет дорога, путь?

Поиск ответов на эти вопросы привёл к другой модели транспортной системы, в которой появляется кузов, в роли альтернативного для дороги целевого объекта. Для упрощения примем кузов тем самым грузом, который надо переместить.

Функциональная схема в этом случае выглядит так: топливо попадает в двигатель, который путём его сжигания создаёт необходимый для движения механический импульс; далее этот импульс передаётся трансмиссией к колёсам, которые толкают кузов. Источник энергии (Топливо) и Целевой объект (Кузов) являются составными частями транспортной системы.

Какое же место в этой схеме занимает дорога, путь?

Представим автомобиль, у которого работает двигатель, но который поднят над дорогой. Вращение колёс есть, но кузов не движется. Получается, что дорога нужна автомобилю для того, чтобы передавать импульс от колёс к кузову.

Аналогичная ситуация складывается с судном, поднятом над водой или с самолётом в безвоздушном пространстве – при работающем двигателе и вращающимися на полных оборотах винтами размыкается сцепление с дорогой, с путём и движения не происходит.

Получается, что путь нужен для того, чтобы передавать импульс, энергию от двигателя к целевому объекту (кузову). Это функция трансмиссии, поэтому можно предположить, что путь в двигательных транспортных системах функционально является элементом трансмиссии.

Для автомобилей, самолётов или водных судов идея трансмиссии, вынесенной за пределы транспортного средства, кажется неожиданной. Но представить себе движение локомотива без железнодорожного пути трудно. Рельсы являются неотъемлемой частью механизма перемещения. Когда-то давно их вообще пытались делать зубчатыми для лучшего сцепления.

В транспортной системе, таким образом, можно выделить Транспортное средство и Путь, как огромную, по сравнению с самим средством, часть трансмиссии.

Так что же является целевым объектом для колеса – кузов с грузом или дорога?

Какой из вариантов верный?

По всей видимости, особенностью колеса как рабочего органа, является то, что у него два изделия, два целевых объекта. С одной стороны – это дорога, путь. С другой стороны – это корпус транспортного средства, кузов с грузом.

Отсюда можно предположить особенный характер функционирования не только колеса, но и других движителей самоходных транспортных систем.

Получив импульс от трансмиссии, они сообщают его на путь, на среду, с которой соприкасаются и получают обратный импульс, передавая его на корпус, кузов транспортного средства, производя его движение относительно пути, среды.

В транспортных системах с движущимся путём (конвейерные ленты, лифты, эскалаторы, фуникулёры) возврата импульса не происходит – такая стационарная, не-самоходная система остаётся неподвижной, перемещается только груз.

Перспективы

Что даёт новое осмысление движителя как двунаправленного рабочего органа транспортной системы и понимание пути как части внешнего целевого объекта?

Понимание того, что движитель самоходного транспортного средства и отдаёт импульс и получает его, открывает два отдельных направления изучения и повышения эффективности – как отдача импульса внутреннему корпусу, так и приёма импульса от внешнего целевого объекта, от пути.

Если при проектировании двигательной транспортной системы рассматривать путь как часть трансмиссии, то меняется характер требований, которые к нему предъявляются.

Из внешнего, «обрабатываемого» элемента, он превращается во внутренний, «помогающий», остающийся вовне транспортного средства, но внутри транспортной системы.

Становится очевидным, что для проектирования эффективных самоходных транспортных систем необходимо детальное изучение особенностей той среды, с которой будет взаимодействовать движитель. В этой среде могут находиться полезные для получения движения ресурсы.

В реактивном движении путь не играет такой роли, но там встаёт другая проблема – это формирование запасов для периодического создания отбрасываемого рабочего тела, чтобы получать импульс.

Показательным примером оригинального решения этой проблемы является флайборд – реактивная доска для полётов над водоёмами, в качестве рабочего тела использующая воду, подающуюся по специальному шлангу.   Использование вместо воздуха более тяжёлой и плотной воды позволило создать компактную установку.

Несомненно, впереди более глубокое изучение эффективности движителей и особенно тенденции перехода этого рабочего органа, как и других, на микроуровень.

Вместе с параллельным исследованием «путевых, трансмиссионных» ресурсов различных сред, особенно молекулярных, волновых, это должно привести к созданию новых транспортных систем, может быть даже и межзвёздных.

Ноябрь 2019 г.

Статья опубликована также на сайте metodolog.ru