工程技术参数实例1精.doc

实例1：飞机机翼的进化1. 应用背景：早期的飞机机翼都是平直的。最初是矩形机翼，很容易制作。但由于其翼端宽，会给飞机带来阻力，严重地影响了飞机的飞行速度。后掠翼：一举突破“音障”德国，英国,美国喷的气式飞机先后上天。飞机开始进入喷气式时代，其飞行速度迅速提高，很快接近音速。机翼上出现“激波”，使机翼表面的空气压力发生变化。同时，飞机的阻力骤然剧增，比低速飞行时大十几倍甚至几十倍。这就是所谓的“音障”。为了突破“音障”，许多国家都在研制新型机翼。德国人发现，把机翼做成向后掠的形式，像燕子的翅膀一样，可以延迟“激波”的产生，缓和飞机接近音速时的不稳定现象。但是，向后掠的机翼比不向后掠的平直机翼，在同样的条件下产生的升力小，这对飞机的起飞、着陆和巡航都带来了不利的影响，浪费了很多不必要的燃料。能否设计一种适应飞机的各种飞行速度，具有快慢兼顾特点的机翼呢？这成为当时航空界面临的最大课题。2. 经济效益和社会效益：新的设计方案抛弃了传统的固定翼设计概念使其在不同的速度之下机翼配合相应的飞行姿态,具备了平直机翼升力大的特点；而在高速飞行时，它的两翼又尽量后掠，后掠角可达725度，变得像三角机翼一样，因此能够轻易突破“音障”。,从而有效地降低了迎风面积（既作用在飞机表面的气流的横截面积）,达到了节能降耗,以及提高飞行速度的目的，.最终实现提高其战斗力的根本目的。3. 问题描述：根据上述分析，系统存在的技术矛盾有： 传统的固定翼不适合高速飞行，在突破音障的时候产生非常大的阻力，消耗的能量相应加大，而且容易产生飞机在空中解体； 三角翼不适合低速飞行，而且起飞与降落以及巡航时在相同推力条件下产生的升力小相应的能量消耗又相应地加大了。 总之，矛盾集中体现在速度与其在运动中能量消耗之间的矛盾上。4. 解决思路和关键步骤： 运用TRIZ理论中的技术矛盾矩阵，涉及的技术特性： 19# 运动物体使用的能量 9# 速度 查阅技术矛盾解决矩阵，可以得到以下四条创新原理： 8# 配重、平衡重 15# 动态性 35# 物体的物理或化学状态的变化 38# 使用强力氧化剂 加配重明显不适合这种战斗机，战斗机要求机身轻，灵活机动，而且加重机身还使速度这个技术特性恶化。 强力氧化剂虽然可以使燃料燃烧的更充分，获得较大的推力。但是战斗机上使用的是特制的高热量航空煤油，在涡轮喷气发动机中的燃烧是比较充分的，所以使用这个创新原理的作用不是很明显。对于： 15#动态性以及35#物体的物理或化学状态的变化 综合考虑这两条创新原理。通过对机翼的改造,使其成为活动部件，并且在飞行的时候有效地控制机翼的形态，使之能够在比较大的范围内改变”后掠角”，获得从平直翼到三角翼的优点，来获得从低速到高速不同的飞行状态.，表现出很强的适应性。图1 战斗机在低速度飞行如图1所示，F111战斗机在低速度飞行，处在起飞阶段，机翼呈平直状，获得较大的升力，良好的低速特性，避免长距离滑行所浪费的能量，从而有效地解决了飞机在低速度状态下速度与能量之间的矛盾。图2 F111高速飞行如图2所示， F111在云层之上高速飞行，两翼后掠减小阻力，从而减小了能耗，延迟“激波”的产生，缓和飞机接近音速时的不稳定现象，使飞机能够达到更高的速度。适应于不同速度下的巡航，既在不同的速度之下采用不同的后掠角，以适应当前的飞行速度。5. 结论： 综合考虑所有的创新原理，最终的解决方案为： 应用15# 动态性 应用35# 物体的物理或化学状态的变化 改变飞机的飞行形态，既在不同的飞行状态下得到不同的气动外形，可以在很大程度上节约不必要的能耗。根据35#创新原理结合15#创新原理给出的启示，将飞机的机翼做成活动部件，这是飞机设计界一个大胆的创新，一举突破了传统的固有的固定翼设计理念，在飞行器设计领域开辟了一块新天地。反观传统的妥协设计只能在速度与能耗之间做取舍性质的设计。而采用TRIZ技术矛盾矩阵给出的创新原理则避免了传统的妥协设计，从一个全新的角度很好地解决了速度/能量这对技术矛盾。TRIZ理论与妥协设计的不同之处在这里得到了体现。这是TRIZ理论应用的一个经典的例证。 6. 最终结果： 解决方向：设计者找到了满意的设计思路：能够得到平直翼和三角翼的优良的飞行特性，极大地节约了在起飞/降落过程（平直翼在低速飞行中可得到较大的升力，从而缩短跑道的长度，借此节约了能量）和高速飞行过程（三角翼在高速飞行中可以轻轻易地突破音障，减轻机翼的受力提高飞机在高速飞行时的强度，最终的结果是降低了能量的消耗） 解决方案：根据上述分析的结果，设计者设计成功了这种在当时是新型的F111变后掠翼战斗/轰炸机，这是世界是第一架应用变后掠翼设计思想的飞机，开创了新一代超音速战斗机的新纪元。从此以后，世界战机家族又多了“变后掠翼战斗机”这个新成员。以后设计出的一系列变后掠翼战斗机，如：英国、德国、意大利三国联合成立的帕那维亚飞机公司的狂风超音速战斗机等等（图3）都采用了这种新的设计思想。（图3）实例2.飞机的隐身设计1. 应用背景：飞机的隐身技术是设法降低飞机的可探测性，使之不易被敌方发现、跟踪和攻击的专门技术，当前的研究重点是雷达隐身技术和红外隐身技术。早在第二次世界大战中，美国就开始使用隐身技术来减少飞机被敌方雷达发现的可能。早期的隐身技术是对飞机的外形和结构上改进。F-117隐身战斗机，其隐身原理是依靠奇特的外形设计、特种材料及特种涂料的共同作用。这样造成许多缺陷：如空气动力不好，飞行不稳定，机动性差，飞行速度低，作战能力低下等。以下是应用技术矛盾的解决方法来研制新一代的隐身技术。2. 系统存在的技术矛盾是：现有的隐身飞机出现的矛盾是，希望提高隐身性能，所以采用了改善飞机的外观形状的方法，使基站接收不到雷达波到达飞机后反射回来的回波，但是会造成飞机的机动性变差，从而降低了飞机的适应性和通用性。即技术矛盾是可靠性（27）和适应性（35）之间的矛盾。3. 查询矛盾矩阵查找可靠性（27）和适应性（35）两个参数，在矛盾矩阵中建议使用的创新原理是：13号创新原理反向作用；35号创新原理物理或化学参数变化；8号创新原理重量补偿；24号创新原理。借助中介物。4. 应用创新原理 受35号和24号创新原理的启发，在飞机和雷达之间加入物质的第四态等离子体。目前，俄罗斯、美国等国家已经相继开始试验研究，利用在飞机周围产生等离子云的原理实现战斗机的隐身。如利用放射性同位素发射的a粒子，将周围空气电离，形成等离子体，可以吸收电磁波的能量。从而达到隐身的目的。实例2.特殊的消防服1.应用背景：过去，消防员用他们的大胡子过滤浓烟，用他们裸露的双手和耳朵感觉温度，今天，消防员有了特殊的，可以保护他们可以在火灾区工作更长时间的专用消防装置，但是另一方面，这又阻碍了消防员及时察觉火焰所产生的强烈而危险的热，专用消防装备，如消防夹克，虽然可以防火隔热，但是如果火区温度过高，超过消防夹克所能承受的极限，消防员的身体也会被高温灼伤，此外，消防员的身体还有可能被高温的水蒸气灼伤，有可能被浓烟熏倒甚至丧失生命。为了保护消防员，发明了温度探测器，该系统可以探测温度，并且在温度过高时发出警报，然而，现在市场上买的到的温度探测器有以下几个方面的缺陷：太沉，体积大，不够灵敏或探测的温度不够准确，一个带有电池（9伏电压），温度传感器和报警装置的温度探测器是沉重的，而且，一个探测器只能探测某一部位的温度，不能全面而准确的报告内衣上积聚的温度。所以，不得不在消防员夹克的每一面都装上温度探测器。最后，好几个探测器由于重量太沉，体积过大而妨碍了消防员的活动。同样湿度探测器可以探测湿度，当空气水蒸气过多，极易造成伤害时，探测器将报警。但在应用中，也存在同温度探测器一样的问题。2. 经济效益和社会效益：应用TRIZ理论发明的聪明夹克不影响消防员的移动，能够准确的报告温度和湿度，使消防员能够防范危险，避免高温的伤，当消防员遇到危险（如被烟熏倒）时，能够及时报警，使他们能够及时得到救助，挽救消防员的生命。5. 问题描述：消防夹克上可以携带探测器。然而为了提高温度和湿度探测的准确度和灵敏度，需要增加更多的探测器，探测器的增加将导致整体探测系统体积和质量的增加，影响消防员的移动。6. 系统存在的技术矛盾是：如果要提高探测的准确性，就不得不在消防夹克上安装更多的探测器，妨碍了消防员的活动。5.解决思路和关键步骤：应用TRIZ原理，根据Altshuller的39个技术特性分析，使系统性能提高的技术特性是：测定精度使系统性能降低的技术特性是：1）温度探测系统的质量；2）温度探测系统的体积。这样，得到两组技术矛盾1）提高测定精度，但增加了系统的质量；2）提高测定精度，但增大了系统的体积。分别对这两组技术矛盾运用技术矛盾解决矩阵的方法，得到大扩号中的创新原理提示以开拓思路：1）提高测定精度，但增加了系统的质量技术矛盾矩阵：28/2=（28-35-25-26）这些创新原理是：28#创新原理：机械系统的替代35#创新原理：物体的物理或化学状态的变化25#创新原理：自助功能26#创新原理：代用品2）提高测定精度，但增大了系统的体积矛盾矩阵：28/7=（32-13-6）这些创新原理是：32#创新原理：改变颜色13#创新原理：逆问题6#创新原理：多面性、多功能6.物理矛盾解决思路应用TRIZ理论的分离原则，分离原则包含两个方面1）时间分离不是任何时刻都需要探测系统，在不很重要或不很关键的时候，无需使用探测系统，探测系统的使用取决于外部条件2）空间分离探测系统应该能够被分成几个部分，不同的部分有不同的设计使用方法。最终结果：在创新过程中应用了28#和6#创新原理。针对探测系统的物理矛盾，应用了分离原则。A应用28#创新原理建议：通过电场，磁场或电磁场实现物体间的相互作用要解决的问题：想要增加探测精度，就不得不增加探测器的数量解决方向：改变探测器内部传感器和电源的连接方式，变有线连接为无线连接解决方案：在消防夹克上安装能发送信息给中央处理器的无线传感器。这样，只需一个电池和报警器即能满足要求。B应用6#创新原理建议：把实现多个功能的多个物体合并成实现多个功能的一个物体。要解决的问题：温度探测，湿度探测和当危险发生时（如被浓烟熏倒）及时报警的功能分别由不同的探测器完成，使整个系统的质量增加。解决方向：把不同功能的探测器合并成一台综合探测器解决方案：不需要三个功能独立的探测器。通过金属线把各探测器内部的传感器相互连接起来，并且使用电源和警报系统作为中央处理单元，这些传感器通过金属线连接到中央处理单元。C应用分离原则建议：把探测系统分成几个部分要解决的问题：提高探测系统在使用中的灵活性解决方向：把探测器中的传感器和电源/报警器分开解决方案：把探测器中较沉重的部分（电池/报警器）设计为可移动，可卸载，而较轻的传感器缝在夹克里。结论：应用以上两个创新原理和分离原则，最终得到解决方案并已形成产品，这就是聪明夹克，它功能齐全，并且具有重量轻、易于携带、探测准确，有效保护了消防员的人身安全，且不妨碍消防员的活动。