Ограничения при поиске решения технических задач и критерии оценки этих решений

Ограничения определяют условия, при которых долж­на быть достигнута цель разработки ТС. В первую очередь ТС должна удовлетворять законам и закономерностям природы, общества и техники в целом, которые должны служить объективной базой для поисковых ограничений, обеспечивающих направленность поиска. К ограничени­ям относятся требования, обеспечивающие необходимую для ТС работоспособность, эффективность, ремонтопри­годность, надежность. Внешние условия эксплуатации ТС являются также ограничивающими факторами для нее.

Она должна:

- быть размещена в ограниченном пространстве (геомет­рические ограничения);

- работать в определенной среде - воздух, вода, газ, без­воздушное пространство, агрессивная среда и др.;

- иметь определенные запасы прочности, выдерживать допустимую температуру нагрева элементов.

Кроме того, задаются ограничения: иногда - на массу, форму, компоновку, стоимость, безопасность эксплуатации, а зачастую - на выбор используемых материалов, комплек­тующих изделий, на сроки разработки и сроки окупаемости ТС. Обязательно учитывается необходимость приспособлен­ности ТС для человека, учет его физико-психических ка­честв, т.е. вводятся антропологические ограничения на ТС.

Среди различных параметров ТС имеются параметры, ха­рактеризующие степень ее совершенства и прогрессивности. Такие показатели называются критериями развития [3]. К ним относятся, например, значение мощности, удельная ма­териалоемкость или энергоемкость, внешний вид, влияние на окружающую среду и др. Критерии развития входят со­ставной частью в более общее понятие критерий качества, к которому также относят другие параметры ТС, характери­зующие ее эффективность и качество.

Наиболее полно критерии развития рассмотрены А.И. Половинкиным [3]. По его мнению, в целом развитие различных ТС подчинено единому набору критериев, вклю­чающему следующие четыре группы критериев:

- функциональные критерии, характеризующие глав­ную, полезную функцию ТС;

- технологические критерии, характеризующие техноло­гичность конструкции ТС, т.е. возможность и простоту ее изготовления;

- экономические критерии, определяющие экономичес­кую целесообразность внедрения ТС;

-антропологические критерии, характеризующие сте­пень приспособленности ТС к человеку, ее безопасность и безвредность для человека.

Функциональные критерии, представляющие собой ко­личественную характеристику главной полезной функции

ТС, имеют большое разнообразие. Наиболее важными явля­ются следующие группы критериев: производительность, точность, надежность.

Производительность машины - число операций или единиц продукции, производимых ею в единицу време­ни. В таблице 2.1 приведены примеры расчета производи­тельности различных ТС. В ней: N - мощность, кВт (кВА); G - грузоподъемность, т; v - скорость, км/ч; V - объем, м³; т - масса, т; t - время, ч.

Таблица 2.1

Параметры и размерности производительности ряда ТС Наименование ТС Формула Единица измерения Двигатели, генераторы, трансформаторы N кВт, кВА Транспортные средства G v т км/ч Экскаваторы, прокатные станы V/t; m/t м3/ч, т/ч

 

Производительность машины определяется:

- степенью механизации процесса;

- степенью автоматизации процесса;

- степенью непрерывности процесса обработки.

Точность выполнения операций включает в себя:

- точность измерения;

- точность попадания в цель;

- точность обработки - материала и вещества, потока энергии, потока информации.

Надежность ТС складывается из высокой долговечнос­ти, безотказности действия, сохранении ремонтопригоднос­ти. При определении надежности обычно исходят из поня­тия отказа машины, т.е. любой вынужденной ее остановки. Надежность характеризуется частотой отказов, длительнос­тью бесперебойной работы между отказами.

Кроме этих критериев важнейшую роль играет функцио­нальный критерий эффективности ТС, который является от­ношением производительности ТС (функционального эффек­та) к затратам. Зачастую критерием эффективности называют отношение производительности ТС к ее массе [29], т.е.

Повышение ботке ТС.

Тяговые электродвигатели отечественных электровозов имеют различные значения Кэф в зависимости от типа двига­теля и в силу тех или иных ограничений, и в первую очередь, ограничению по частоте вращения. Коллекторные тяговые двигатели постоянного и пульсирующего тока имеют К_эф = 0,1 - 0,2 кВт/кг, частотно-управляемые асинхронные и вентиль­ные двигатели, реализующие большую частоту вращения, - достигают значений 1? = 0,2 - 0,5 кВт/кг.

Технологические критерии оценивают технологичность конструкции, т.е. совокупность признаков, обеспечиваю­щих наиболее быстрое и экономное изготовление машины. Кроме технологичности изготовления деталей необходимо обеспечить технологичность сборки и ремонта ТС. Требова­ния к технологичности зависят от масштаба и типа произ­водства (мелкосерийное, крупносерийное или массовое). Рассмотрим четыре критерия технологичности.

Критерий трудоемкости изготовления ТС представляет собой отношение суммарной трудоемкости проектирования, изготовления и подготовки к эксплуатации ТС к его произ­водительности и представляет собой монотонно убывающую функцию, если сопоставление ведется по одному и тому же показателю производительности ТС.

К^П/т. i К - основная задача при разра-

Критерий технологических возможностей (или крите­рий преемственности ТС) отражает простоту и принципи­альную возможность изготовления ТС и определяется как [3]:

 

где к_с, тс^ ~ весовые коэффициенты (тс_с> Ку> к_нх > к_Н2₉

к с = 1); Ас - число стандартных или покупных элементов ТС, получаемых готовыми; А_у - число унифицированных элементов ТС, т.е. заимствованных из уже существующих ТС. Сюда не входит унификация конструктивных элементов (посадочные поверхности, посадки и классы точности, типы резьб, модули зубчатых зацеплений и др.), а лишь унифика­ция деталей и узлов; A_ni - число оригинальных (новых) эле­ментов, не требующих приобретения дополнительного обору­дования, но для которых необходима разработка технологии их изготовления; А_Н2 - число оригинальных элементов, вы­зывающих большие трудности при их освоении. Кроме раз­работки новой технологии требуется разработка сложной технологической оснастки и приобретение дорогостоящего оборудования; А_нз - число оригинальных элементов, изго­товление которых вызывает затруднения, на данном этапе непреодолимые. Например, нельзя приобрести необходимое технологическое оборудование или материалы.

Если в числителе формулы (2.2.) оставить только Ас, полу­чим критерий стандартизации ТС, если же оставить Ас+А_у, то получим критерий унификации. Критерий изменяет свои значения на отрезке ОйКтв^ и показывает, в какой степени сохраняются в ТС элементы, проверенные практикой и имею­щие отработанную технологию изготовления. Чем выше Ктв> тем меньше будут затраты при освоении ТС в производстве.

Критерий использования материалов, показывающий долю полезного использования материала при его обработке. Он равен отношению массы изделия к массе израсходован­ных материалов. Обычно он не превышает 0,55, т.е. значи­тельная часть материала при изготовлении уходит в отходы. Актуальность повышения критерия использования матери­алов была и остается высокой.

Критерий разделения ТС на элементы требует выбора такого числа элементов ТС, которое обеспечит наименьшие затраты при изготовлении ТС, упрощает доводку, изготовле­ние, ремонт и модернизацию изделий.

Экономические критерии - это критерии, в значитель­ной мере определяющие стоимость ТС.

Критерий расхода материалов равен отношению массы ТС к ее производительности (функциональному эффекту), т.е. представляет собой удельную массу материалов на еди­ницу производительности.

Критерий расхода энергии позволяет оценить, насколь­ко полезно расходуется затраченная на ТС и потребляемая ТС энергия - и выражается следующей формулой:

K_d=(W₉+W_u)/TII, (2.3)

где W_a,W_u - соответственно полная затрата энергии за вре­мя эксплуатации ТС и затрата энергии при изготовлении, Т - время эксплуатации ТС.

Если W_u «W₃, то формула (2.3.) может быть записана следующим образом:

K_d=W₉/TII=W/n, где W=W₃/T.

Наиболее широко известна модификация критерия К_э, называемая коэффициентом полезного действия (КПД) и представляющая отношение полезной работы (энергии) W₀ к затраченной работе (энергии) W в единицу времени

K₃=W₀/W.

КПД представляет собой монотонно возрастающую функ­цию для ТС с одинаковым принципом действия. Изменение принципа действия может привести к резкому изменению КПД. Так, в XVIII в. переход от водяных колес с КПД 60-70% к более перспективному по выработке энергии ТС - паросило­вым установкам - привел к снижению КПД до 0,6-0,7%.

Основным видом энергии в настоящее время является электрическая. КПД тепловой электростанции порядка 40- 50%, на гидростанции КПД достигает значения 90% [30].

Критерий габаритных размеров ТС (Кг) равен отношению габаритных размеров ТС к ее производительности. Сниже­ние габаритных размеров в большинстве случаев приводит к уменьшению расходов на ТС. Критерий габаритных раз­меров влияет на большинство ТС, за исключением ТС, име­ющих функциональное ограничение габаритов, например, размерами человека, животного или другими причинами.

Антропологические критерии развития ТС позволяют вы­полнить оценку соответствия и приспособления ТС к челове­ку, дискомфорт или опасность воздействий на человека ТС.

Критерий эргономичности ТС позволяет оценить, на­сколько учтены при разработке ТС психофизиологические качества человека-оператора. Изменение эффективности системы человек-машина в зависимости от приспособлен­ности ТС к человеку называют эргономичностью. Критерий эргономичности равен отношению реализуемой эффектив­ности системы человек-машина к максимально возможной.

Критерий красоты ТС требует, чтобы машина отвечала современным требованиям промышленной эстетики. Краси­вый внешний вид достигается использованием при констру­ировании так называемых эстетических элементов, таких как симметрия, ритм, контрастность, пропорциональность, композиция. В то же время красивой является та машина, у которой все элементы наиболее целесообразны и совершен­ны. Т.е. красоту любой ТС можно представить состоящей из декоративной внешней красоты (форма, орнамент, окраска) и внутренней функциональной. Функциональная красота основана на законах науки (на соответствии этим законам формы, структуры ТС и ее связи с окружающей средой). Обеспечить эту красоту - задача инженера. Декоративная красота, привлекающая покупателя, вызывающая эстети­ческое наслаждение, создающая жизнерадостность, осно­вана на законах психофизиологического воздействия. Здесь решающее слово за дизайнером, художником. Между деко­ративной и функциональной красотой нет четкой границы, зачастую они переходят друг в друга. В литературе предлага­ются критерии художественно-эстетической оценки ТС.

Критерий безопасности ТС, показывающий, насколько эксплуатация ТС безопасна, безвредна для управляющего им человека, определяется по формуле [3]:

ы ь.

где п - число вредных и опасных факторов; fii - весовой коэф-

п

фициент опасности (вредности) i-тофактора(^Э, = 1);у*~весо- вой коэффициент опасности (вредности) i-ro фактора, прини­мающий следующие значения: у/ = 1 при S_i = S", y_i =l/min((3_/); St - значение опасного (вредного) фактора (вероятность трав­мирования, уровень радиации, концентрация отравляющих

веществ и т.п.); - нормативное (предельно-допустимое) значение 1-го опасного (вредного) фактора. Когда нормативы

не нарушены, т.е. S_t < S",то К^ принимает значения 0<К^1. При нарушении нормативов получаем Kq> 1, а если наруше­ние имеет большой вес fii, то К&» 1.

Критерий экологичности, показывающий степень загряз­ненности или изменения окружающей среды эксплуатируе­мыми ТС. Он может быть определен следующей формулой:

Кэк⁼(&н+&к)/So* где S_H - площадь территории, на которой имеются недопус­тимые (выше нормы, но ниже критических) загрязнения или изменения; S_K - площадь территории, на которой име­ются критические загрязнения и изменения, опасные для жизни человека; S₀ ~ изучаемая площадь (страны, региона, области и т.п.).

К загрязняющим факторам относятся различные газы и пыль, выделяемые работающими заводами и транспортом в атмосферу; загрязнение воды и земли промышленными от­ходами, пестицидами; шумовое, радиоактивное и тепловое загрязнение среды. Более полно они рассмотрены в литера­туре [31].

22. Принцип «обращения вреда в пользу» - использова­ние вредных факторов (в частности, вредного воздействия среды) для получения положительного эффекта, устранения вредного фактора за счет сложения с другими вредными фак­торами, усиление вредного фактора до такой степени, чтобы он перестал быть вредным. В гистерезисном двигателе (ГД), применяемом, например, в гироскопе, для создания полез­ного момента используется явление магнитного запаздыва­ния перемагничивания железа при изменении направления магнитного поля, приводящее к потерям подводимой мощ­ности на гистерезис [41].

Из-за магнитного запаздывания между осью поля ротора и осью внешнего вращающего поля появляется угол у, при­водящий к появлению тангенциальной составляющей силы, создающей полезный гистерезисный момент. Чем больше угол магнитного запаздывания у, тем больше будут магнит­ные потери и больший вращающий гистерезисный момент. На рис. 4.12 приведен ротор ГД, состоящий из полого цилин­дра 1, выполненного из магнитотвердой стали (например, из викаллоя), насаженного на втулку 2, жестко насаженную на вал 3. Статор (не изображенный на рис.), создает вращающе­еся магнитное поле, увлекающее за собой ротор.

 

 

Рис. 4.12. Ротор гистерезисного двигателя

 

23. Принцип обратной связи, согласно которому необ­ходимо ввести обратную связь или изменить имеющуюся. В известный более 100 лет шаговый электродвигатель (ШЭД) была введена обратная связь, регулирующая время подачи импульса питающего напряжения на ШЭД и его продол­жительность в зависимости от сигнала датчика положения ротора. Такой двигатель называется реактивным индуктор­ным двигателем (РИД), имеющим зубцы как на роторе, так и на статоре, но обмотка расположена только на статоре [42]. Схема управления РИД приведена на рис. 4.13. РИД по сво­им регулировочным свойствам, благодаря обратной связи, приближается к лучшему в этом отношении коллекторному двигателю постоянного тока.

24. Принцип «посредника» основан на использовании промежуточной ТС, переносящей или передающей дейс­твие или на присоединении к ТС другого (легко удаляемо­го) объекта. Значительное снижение нагрева обмоток ЭМ закрытого типа обеспечивается за счет «посредника» - воз­духа, циркулирующего в машине при помощи встроенного вентилятора и отдающего тепло через радиатор. Увеличе­ние коэффициента трения между железнодорожным рель­сом и колесом локомотива производится иногда подсыпкой песка на рельс.

25. Принцип самообслуживания - ТС должна сама себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные опе­рации; в ТС желательно использовать отходы (энергии и вещества). Моторно-осевые подшипники скольжения ТЭД электровоза имеют систему, автоматически обеспечиваю­щую постоянный уровень смазки, благодаря использованию свойств сообщающихся сосудов (камер) с маслом. В камере 7 (рис. 4. 14) постоянство уровня смазки поддерживается ав­томатически, а уровень смазки определяется положением нижнего торца межкамерной трубки 4. При работе электро­воза, по мере расходования смазки и понижения её уровня ниже торца трубки 4, воздух через эту трубку будет посту­пать в камеру 3, выравнивая атмосферное давление в обеих камерах и вызывая поступление смазки из камеры 3 в каме­ру 7 до заполнения ее маслом до уровня трубки 4.

 

Масло смачивает шерстяные косы 2, которые смазывают через окно во вкладыше 11 ось электровоза 12. Ось, вращаясь, заносит масло в щель между внутренними поверхностями вкладышей подшипников 1, 11 и поверхностью оси. Запол­няется маслом букса 9 специальным устройством, наконеч­ник которого вводится через трубку 5 и плотно вставляется в отверстие 8, через которое масло 6 поступает в камеру 3. Последняя заполняется до тех пор, пока масло не достигнет верхнего торца трубки 4. Спуск масла производится через отверстие, закрытое болтом 10.

26. Принцип копирования - вместо недоступной, доро­гостоящей, неудобной или крупной ТС можно использовать ее упрощенные и дешевые копии в измененном масштабе. Каждый электровоз, прежде чем выйти на железнодорожные магистрали, должен пройти испытания на обкатном кольце, представляющем железную дорогу в уменьшенном объеме.

27. Принцип замены «дорогой долговечности на дешевую недолговечность», означающий замену дорогой ТС набором дешевых ТС, поступившись при этом некоторыми качествами. Здесь примером могут быть шприцы одноразового ис­пользования, салфетки бумажные, целлофановые пакеты.

28. Принцип замены механической схемы - замена ме­ханической схемы электрической, оптической, тепловой, акустической и использование электрических, магнитных и электромагнитных полей. Наиболее известным примером этого принципа является замена механического коммутато­ра - коллектора полупроводниковым коммутатором - вы­прямителем.

 

 

Рис. 4.15. Элементарные схемы генераторов постоянного тока: а) коллекторного; б) вентильного

 

Элементарный коллекторный генератор (рис. 4.15, а) включает коллектор, состоящий из 2-х изолированных друг от друга проводящих полуколец, к которым присоединены 2 проводника, находящиеся под разными полюсами N и S, со­здающими магнитный поток Ф (индукция В). При вращении полуколец с проводниками с угловой скоростью частотой вращения п относительно неподвижных щеток на зажимах двигателя появляется ЭДС одного знака Е_ср (выпрямленная). Для устранения механических скользящих контактов (щеток, коллектора), требующих постоянного ухода и замены (щеток) при их износе, вместо коллектора предложен полупроводни­ковый коммутатор (рис. 4.15, б). Двум коллекторным пласти­нам соответствуют четыре полупроводниковых вентиля.

29. Принцип использования пневмо- и гидроконструк­ций предполагает вместо твердых частей ТС использовать газообразные и жидкие надувные и гидроналолняемые, воз­душную подушку, гидростатические и гидрореактивные. Использование надувных шин на транспорте (велосипед, мо­тоцикл, автомашина) для смягчения ударов от дороги на ТС и для равномерного распределения давления на обод колеса; пневматическая система управления электровозом (тормо­жение и др.).

30. Принцип использования гибких оболочек и тонких пленок вместо обычных конструкций и использование их для изолирования объекта с их помощью от внешней среды.

В 1944 г. профессором МЭИ А.И. Москвитиным была предложена идея ЭД с гибким (волновым) ротором [43]. Со­гласно его авторскому свидетельству: "Принцип качения ро­тора по поверхности статора можно осуществить при усло­вии прикосновения ротора к статору в двух диаметральных точках.

Для этого ротор надо сделать достаточно эластичным, чтобы он мог расплющиваться в форме эллипса". Эта его идея была реализована по другому авторскому свидетель­ству в виде асинхронного ЭД (рис. 4. 16, а), ротор которого представляет собой гибкий цилиндр, состоящий из отде­льных ферромагнитных стержней, последовательно соеди­ненных друг с другом (рис. 4. 16, б). Магнитный поток в ЭД проходит через полюса 1 статора, воздушный зазор 2, ротор 3, через другой воздушный зазор, боковые участки статора, постоянный магнит 4 и замыкается на зубцах статора.

а) б)

 

Рис. 4.16. Электродвигатель с волновым катящимся ротором При этом намагничивающая сила обмоток половины чис­ла зубцов складывается с намагничивающей силой посто­янного магнита и создает значительный магнитный поток, притягивающий ротор в двух диаметрально противополож­ных зонах. У волнового ЭД ротор (без учета скольжения) мед­ленно поворачивается против движения магнитного поля со скоростью, соответствующей разности длин окружности ста­тора и ротора, причем передаточное число достигает очень больших значений (более 100).

31. Принцип применения пористых материалов предус­матривает выполнение ТС или ее части пористыми, возможно заполнение пор каким-либо веществом. Система испаритель­ного охлаждения ЭМ (авторское свидетельство № 187136), основанная на том, что отдельные конструктивные элементы выполнены из пористых материалов, пропитанных жидким охлаждающим агентом, который при нагреве испаряется, и таким образом обеспечивается охлаждение машины.

32. Принцип изменения окраски, степени прозрачности ТС или внешней среды, использования красящих добавок, меченых атомов. Сигнализация на дорогах основана на изме­нении цвета (красный - ехать нельзя, зеленый - ехать мож­но). Маскирующая одежда основана на ее окраске соответс­твенно цветом местности и времени ее использования (зимой в снегах используются белые маскхалаты), прозрачная по­вязка - позволяющая следить за раной, не снимая повязки.

33. Принцип однородности, согласно которому ТС, взаи­модействующие с данной ТС, должны быть выполнены из од­них и тех же материалов (или близких к ним по свойствам). Зубчатые колеса в зубчатой передаче делают из одного и того же материала, чтобы избежать неодинакового износа; мед­ные детали электрических машин сваривают между собой меднофосфоритным припоем [44].

34. Принцип отброса и регенерации частей состоит в том, что выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть ТС должна быть отброшена (растворена, испарена и т.д.) или видоизменена в ходе работы; расходуемые части ТС восстанавливаются в ходе работы. Ракета, отбрасывающая отработавшие ступени, - пример принципа отброса. Еще пример: перед пропиткой в компаунде на катушки обмоток главных и добавочных полюсов ТЭД перед наложением ос­новной изоляции накладывается временный изоляционный бандаж, который после пропитки удаляется. После этого на катушку с уже пропитанной витковой изоляцией наклады­вается постоянная изоляция.

35. Принцип изменения физико-химических параметров ТС₉ включающий изменение агрегатного состояния объекта, химического состава, концентрации, температуры, объема. Магнитогидродинамические устройства (МГДУ), к которым относятся и МГД-генераторы, можно определить как ЭМ с якорной зоной в виде сплошной электропроводящей среды [41]. Главные достоинства таких устройств - отсутствие дви­жущихся механических деталей и простота преобразования энергии. На рис. 4.17 представлен МГД-генератор с секцио­нированными электродами, замкнутыми на электрическую цепь с омической нагрузкой R_H.

Рис. 4.17. МГД-генератор

 

Рабочее тело РТ (проводящий газ, жидкий металл, рас­творы солей и кислот и т.п.) движется в канале, созданном верхней и нижней стенкой (проводящими электродами) и боковыми стенками (непроводящими электродами) за счет внешнего воздействия. Магнитная система, состоящая из боковых катушек с током, создает в канале поперечное маг­нитное поле J3, которое, взаимодействуя с движущимся РТ, создает на электродах ЭДС, вызывающую ток I в электроце­пях. Такой МГД-генератор называется фарадеевским. При разомкнутой внешней цепи МГД-генератор может работать расходометром, так как ЭДС пропорциональна скорости РТ. Если к электродам подвести напряжение, то генератор пре­вращается в МГД-насос.

36. Принцип использования фазовых переходов предус­матривает использование параметров, появляющихся при фазовых переходах (изменение объема, выделение и погло­щение тепла, сверхпроводимость и т.д.). В 1911 г. Г. Камер- линг-Оннес обнаружил, что ртуть при температуре жидкого гелия 4,2 К внезапно теряет электрическое сопротивление и становится сверхпроводником (СП). В настоящее время из­вестно около 1000 СП (например, NbsS^Nb^Al, V^Si, V^Ga, Pb и др.), допускающих высокие значения напряженности внешнего магнитного поля и большие токи, что позволяет создавать высокоинтенсивные СП магнитные системы, на­пример, для обмоток возбуждения ЭМ [41, 45-47].

37. Принцип использования термического расширения (или сжатия) материалов; если термическое расширение уже используется, применить несколько материалов с раз­ными коэффициентами термического расширения. Сборка подшипниковых узлов с остовом ЭМ обычно производится с подогревом до 100-160°С горловины остова индукционным нагревателем для облегчения запрессовки подшипниковых узлов в расширившееся посадочное отверстие остова. Биме­таллические пластины (изготовленные из двух металлов с различным коэффициентом теплового расширения), изгиба­ясь при нагревании, могут выполнять замыкание и размы­кание электрических контактов.

м4о t

38. Применение сильных окислителей заключается в замене обычного воздуха обогащенным, а обогащенного - кислородом. На космических и лунных кораблях нашли применение генераторы электроэнергии электрохими­ческие, состоящие из топливных элементов (ТЭ), т.е. уст­ройств, в которых химическая энергия горючего превра­щается в электрическую энергию [41]. В процесс вступает горючее (водород Н^) и окислитель (кислород О^). На рис. 4.18 приведена схема ТЭ типа Н^-О^. Два пористых элек­трода 1 и 2 располагаются на баке 3 с раствором щелочно­го электролита КОН. При взаимодействии проходящего из баллона 5 по 1 электроду Н₂ с ионами гидроокиси ОН элек­тролита образуется вода (Н^О), а электрод (анод) заряжает­ся отрицательно. Проходящий из баллона 4 по 2 электроду (катод) кислород восстанавливает ионы калия К+ до щелоч­ного электролита КОН, заряжая электрод положительно. Молекула Н^ распадается на 2 атома, которые ионизируют­ся, образуя протоны и электроны. По схеме 2H£-*4H⁺+4e~. Далее электроны е~ через внешнюю электрическую цепь с нагрузкой Rh поступают к катоду, где происходит реакция 0з+4е~=20~. Из-за неустойчивости иона кислорода О" в вод­ной среде он переходит в ион гидроокиси ОН по следующей схеме 20~+2Н₂0->4(0Н~).

Рис. 4.18. Схема топливного элемента

Затем ионы гидроокиси перемещаются к аноду че­рез электролит, где происходит окончательная реакция 4(0H")-f-4H⁺->4H₂0. В результате таких процессов на выво­дах ТЭ возникает электрическое напряжение U. При учете только активных материалов удельная энергия ТЭ достигает 3,65 кВт • ч/кг.

39. Применение инертной среды вместо обычной; вести процесс в вакууме. Автоматическая электродуговая сварка обмотки якоря с пластинами коллектора ЭМ неплавящимся электродом в среде инертного газа.

40. Применение композиционных материалов. К ком­позиционным материалам относится, например, электри­ческая изоляция, состоящая из стеклослюдинитовых лент, пропитанных электроизоляционными компаундами, улуч­шающими теплопроводность изоляции.

Решение технической задачи с использованием рассмот­ренных эвристических приемов начинается с выбора при­ема, наиболее подходящего для конкретной ТС, которую требуется улучшить. Выявляется главный недостаток и тех­ническое противоречие, которое надо устранить. Выбор эв­ристического приема производится в основном по интуитив­ным соображениям. Наиболее быстро и точно такой выбор может выполнить специалист-конструктор. Знание приемов значительно ускоряет решение технической задачи.