TRIZ應(yīng)用實(shí)例-飛機(jī)機(jī)翼的進(jìn)化

TIRZ應(yīng)用實(shí)例--飛機(jī)機(jī)翼的進(jìn)化早期的飛機(jī)機(jī)翼都是平直的。最初是矩形機(jī)翼，很容易制作。但由于其翼端寬，會(huì)給飛機(jī)帶來阻力，嚴(yán)重地影響了飛機(jī)的飛行速度。后掠翼：一舉突破“音障”德國，英國,美國噴的氣式飛機(jī)先后上天。飛機(jī)開始進(jìn)入噴氣式時(shí)代，其飛行速度迅速提高，很快接近音速。機(jī)翼上出現(xiàn)“激波”，使機(jī)翼外表的空氣壓力發(fā)生變化。同時(shí)，飛機(jī)的阻力驟然劇增，比低速飛行時(shí)大十幾倍甚至幾十倍。這就是所謂的“音障”。為了突破“音障”，許多國家都在研制新型機(jī)翼。德國人發(fā)現(xiàn)，把機(jī)翼做成向后掠的形式，像燕子的翅膀一樣，可以延遲“激波”的產(chǎn)生，緩和飛機(jī)接近音速時(shí)的不穩(wěn)定現(xiàn)象。但是，向后掠的機(jī)翼比不向后掠的平直機(jī)翼，在同樣的條件下產(chǎn)生的升力小，這對飛機(jī)的起飛、著陸和巡航都帶來了不利的影響，浪費(fèi)了很多不必要的燃料。能否設(shè)計(jì)一種適應(yīng)飛機(jī)的各種飛行速度，具有快慢兼顧特點(diǎn)的機(jī)翼呢？這成為當(dāng)時(shí)航空界面臨的最大課題。

應(yīng)用背景：有何經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益：新的設(shè)計(jì)方案拋棄了傳統(tǒng)的固定翼設(shè)計(jì)概念使其在不同的速度之下機(jī)翼配合相應(yīng)的飛行姿態(tài),具備了平直機(jī)翼升力大的特點(diǎn)；而在高速飛行時(shí)，它的兩翼又盡量后掠，后掠角可達(dá)72．5度，變得像三角機(jī)翼一樣，因此能夠輕易突破“音障”。,從而有效地降低了迎風(fēng)面積〔既作用在飛機(jī)外表的氣流的橫截面積〕,到達(dá)了節(jié)能降耗,以及提高飛行速度的目的，.最終實(shí)現(xiàn)提高其戰(zhàn)斗力的根本目的。

問題描述：根據(jù)上述分析，系統(tǒng)存在的技術(shù)矛盾有：

傳統(tǒng)的固定翼不適合高速飛行，在突破音障的時(shí)候產(chǎn)生非常大的阻力，消耗的能量相應(yīng)加大，而且容易產(chǎn)生飛機(jī)在空中解體；

三角翼不適合低速飛行，而且起飛與降落以及巡航時(shí)在相同推力條件下產(chǎn)生的升力小相應(yīng)的能量消耗又相應(yīng)地加大了。

總之，矛盾集中表達(dá)在速度與其在運(yùn)動(dòng)中能量消耗之間的矛盾上。

解決思路和關(guān)鍵步驟：

運(yùn)用TRIZ理論中的技術(shù)矛盾矩陣，涉及的技術(shù)特性：

19#運(yùn)動(dòng)物體的能量消耗

9#速度

查閱技術(shù)矛盾解決矩陣，可以得到以下四條創(chuàng)新原理：

8#重量補(bǔ)償

15#動(dòng)態(tài)特性

35#物理或化學(xué)參數(shù)變化

38#加速氧化

加配重明顯不適合這種戰(zhàn)斗機(jī)，戰(zhàn)斗機(jī)要求機(jī)身輕，靈活機(jī)動(dòng)，而且加重機(jī)身還使速度這個(gè)技術(shù)特性惡化。

強(qiáng)力氧化劑雖然可以使燃料燃燒的更充分，獲得較大的推力。但是戰(zhàn)斗機(jī)上使用的是特制的高熱量航空煤油，在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒是比較充分的，所以使用這個(gè)創(chuàng)新原理的作用不是很明顯。

對于：

15#動(dòng)態(tài)特性

35#物理或化學(xué)參數(shù)變化

綜合考慮這兩條創(chuàng)新原理,通過對機(jī)翼的改造,使其成為活動(dòng)部件，并且在飛行的時(shí)候有效地控制機(jī)翼的形態(tài)，使之能夠在比較大的范圍內(nèi)改變”后掠角”，獲得從平直翼到三角翼的優(yōu)點(diǎn)，來獲得從低速到高速不同的飛行狀態(tài).，表現(xiàn)出很強(qiáng)的適應(yīng)性。

F111戰(zhàn)斗機(jī)在低速度飛行(圖1)中，處在起飛階段，機(jī)翼呈平直狀，獲得較大的升力，良好的低速特性，防止長距離滑行所浪費(fèi)的能量，從而有效地解決了飛機(jī)在低速度狀態(tài)下速度與能量之間的矛盾。如(圖2)所示，F(xiàn)111在云層之上高速飛行，兩翼后掠減小阻力，從而減小了能耗，延遲“激波”的產(chǎn)生，緩和飛機(jī)接近音速時(shí)的不穩(wěn)定現(xiàn)象，使飛機(jī)能夠到達(dá)更高的速度。適應(yīng)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，以適應(yīng)當(dāng)前的飛行速度。結(jié)論：

綜合考慮所有的創(chuàng)新原理，最終的解決方案為：

應(yīng)用15#動(dòng)態(tài)特性

應(yīng)用35#物理或化學(xué)參數(shù)變化

改變飛機(jī)的飛行形態(tài)，既在不同的飛行狀態(tài)下得到不同的氣動(dòng)外形，可以在很大程度上節(jié)約不必要的能耗。根據(jù)35#創(chuàng)新原理結(jié)合15#創(chuàng)新原理給出的啟示，將飛機(jī)的機(jī)翼做成活動(dòng)部件，這是飛機(jī)設(shè)計(jì)界一個(gè)大膽的創(chuàng)新，一舉突破了傳統(tǒng)的固有的固定翼設(shè)計(jì)理念，在飛行器設(shè)計(jì)領(lǐng)域開辟了一塊新天地。反觀傳統(tǒng)的妥協(xié)設(shè)計(jì)只能在速度與能耗之間做取舍性質(zhì)的設(shè)計(jì)。而采用TRIZ技術(shù)矛盾矩陣給出的創(chuàng)新原理那么防止了傳統(tǒng)的妥協(xié)設(shè)計(jì)，從一個(gè)全新的角度很好地解決了速度/能量這對技術(shù)矛盾。TRIZ理論與妥協(xié)設(shè)計(jì)的不同之處在這里得到了表達(dá)。這是TRIZ理論應(yīng)用的一個(gè)經(jīng)典的例證。

最終結(jié)果：

解決方向：設(shè)計(jì)者找到了滿意的設(shè)計(jì)思路：能夠得到平直翼和三角翼的優(yōu)良的飛行特性，極大地節(jié)約了在起飛/降落過程〔平直翼在低速飛行中可得到較大的升力，從而縮短跑道的長度，借此節(jié)約了能量〕和高速飛行過程〔三角翼在高速飛行中可以輕輕易地突破音障，減輕機(jī)翼的受力提高飛機(jī)在高速飛行時(shí)的強(qiáng)度，最終的結(jié)果是降低了能量的消耗〕

解決方案：根據(jù)上述分析的結(jié)果，設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)成功了這種在當(dāng)時(shí)是新型的F111變后掠翼戰(zhàn)斗/轟炸機(jī)，這是世界是第一架應(yīng)用變后掠翼設(shè)計(jì)思想的飛機(jī)，開創(chuàng)了新一代超音速戰(zhàn)斗機(jī)的