Институт Инновационного Проектирования | Как стать изобретателем. Выпуск 37.
 
Гл
Пс
Кс
 
Изобретателями не рождаются, ими становятся
МЕНЮ
 
   
ВХОД
 
Пароль
ОПРОС
 
 
    Слышали ли Вы о ТРИЗ?

    Хотел бы изучить.:
    Нет, не слышал.:
    ТРИЗ умер...:
    Я изучаю ТРИЗ.:
    Я изучил, изучаю и применяю ТРИЗ для решения задач.:

 
ПОИСК
 
 



 


Все системы оплаты на сайте








ИННОВАЦИОННОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
сертификация инноваторов
инновационные технологии
БИБЛИОТЕКА ИЗОБРЕТАТЕЛЯ
Это интересно
ПРОДУКЦИЯ
 

 


Инновационное
обучение

Об авторе

Отзывы
участников

Программа
обучения

Вопрос
Ю.Саламатову

Поступить на обучение

Общественное
объединение



Молодому инноватору

FAQ
 

Сертификация
специалистов

Примеры заданий

Заявка на
сертификацию

Аттестационная
комиссия

Список
аттестованных
инноваторов

Инновационное
проектирование

О компании

Клиенты

Образцы проектов

Заявка
на проект

Семинары

Экспертиза проектов

   

Книги и статьи Ю.Саламатова

Теория Решения Изобретательских Задач

Развитие Творческого Воображения

ТРИЗ в нетехнических областях

Инновации 
в жизни науке и технике

Книги по теории творчества

Архивариус РТВ-ТРИЗ-ФСА

Научная Фантастика
 
 
Статьи о патентовани
   

Наука и Техника

Политика

Экономика

Изобретательские блоги 

Юмор 
 
Полигон задач

ТРИЗ в виртуальном мире
медиатехнологий
       

Книги для
инноваторов

CD/DVD видеокурсы для инноваторов

Програмное обеспечение
инноваторов

Покупка
товаров

Отзывы о
товарах
           

Как стать изобретателем. Выпуск 37.

 

Дорогой друг! 

 

Сегодня в выпуске:

 

 НОВЫЕ ИДЕИ, ТЕХНОЛОГИИ, МАТЕРИАЛЫ 

 Асфальт со способностью антиобледенения

По мере приближения зимы дорожные службы запасаются солью, гравием и песком в ожидании наступления морозов и появления скользких дорог. Но этот ежегодный ритуал в холодном климате может вскоре стать ненужным. В журнале ACS Industrial & Engineering Chemistry Research сообщается о новых материалах для дорог, которые могут размораживать себя сами.

Каждую зиму, в морозы, дороги посыпают солью, песком или другими химическими смесями, чтобы помочь предотвратить обледенение. Но антиобледенительное покрытие не остается долго на улице. Таяние снега и транспорт стирают его, создавая необходимость повторного нанесения. Чтобы разорвать этот порочный круг, Seda Kizilel и коллеги захотели найти способ самостоятельной “разморозки” дороги.
Исследователи начали с формиата калия в сочетании с полимером стирол-бутадиен-стирол. Они добавили эту смесь к битуму, основному компоненту асфальта. Полученный материал был таким же прочным как не модифицированный битум, но со значительной задержкой образования льда в лабораторных исследованиях. В лаборатории антиобледенительное покрытие на новом композите формировалось в течение двух месяцев. Но когда этот композит используется на реальных дорогах, то последствия могут длиться еще дольше – поскольку соль-полимерный композит будет равномерно распределен по всему асфальту. Таким образом, автомобили будут ехать по асфальту и стирать солевое покрытие, а оно будет постоянно “восполняться” в течение многих лет.

 

Описание: http://www.nanonewsnet.ru/files/users/u3/2015/12/new159.jpg

Новый дорожный материал (справа) предотвращает образование льда по сравнению с традиционными материалами(слева). Credit: American Chemical Society
Источник: Derya Aydın, Riza Kizilel, Ramazan O. Caniaz, Seda Kizilel. Gelation-Stabilized Functional Composite-Modified Bitumen for Anti-icing PurposesIndustrial & Engineering Chemistry Research, 2015; DOI: 10.1021/acs.iecr.5b03028

 Источник(и):
worldofmaterials.ru

В Бразилии для уничтожения комаров приспособили билборды
Описание: http://www.nanonewsnet.ru/files/thumbs/2016/7d84e9510851bf150d10d0d52c86ef4d.jpg


В Бразилии установили билборды, которые умеют имитировать человеческий пот и дыхание, тем самым заманивая комаров в убивающую их ловушку. Об этом сообщает портал The Verge.

Билборды под названием «Mosquito Killer» были созданы рекламными агентствами Posterscope и NBS в рамках кампании по борьбе с вирусом Зика. Два щита, установленные в Рио-де-Жанейро, подсвечиваются флуоресцентными лампами и выделяют углекислый газ и раствор молочной кислоты, тем самым имитируя дыхание и пот человека. Комары, которые подлетают к билбордам, затягиваются внутрь с помощью специального механизма, после чего, по словам создателей, умирают из-за обезвоживания.
«Mosquito Killer» может привлекать комаров в радиусе до 2,5 километров. Компании выложили в открытый доступ детали своей разработки, так что подобный щит можно будет создать и в других городах.
По мнению всемирной организации здравоохранения, ловушки для комаров могут быть полезны при борьбе с вирусом, однако она считает, что необходимы дальнейшие исследования для того, чтобы определить их эффективность. Кроме того, эксперт из Саутгемптонского университета отмечает, что, если щит будет установлен в людном месте, это может привести к тому, что от комариных укусов, наоборот, пострадает большее количество человек

Описание: http://www.nanonewsnet.ru/files/users/u3/2016/04/7d84e9510851bf150d10d0d52c86ef4d.jpg.
Posterscope and NBS


Лихорадка "ЗикаЭЖhttp://www.nanonewsnet.ru/news/2016/v-rossii-zafiksirovan-pervyi-sluchai-likhoradki-zika была впервые обнаружена в 1947 году у макак в лесах Уганды. В мае 2015 года распространение вируса зарегистрировали на северо-востоке Бразилии, после чего эпидемия стала быстро распространяться. К настоящему времени ей поражены десятки стран и территорий. Всемирная организация здравоохранения признала вирус Зика глобальной угрозой общественному здоровью из-за резко повышенного риска микроцефалии у детей женщин, перенесших инфекцию во время беременности. Исследования показали, что такое действие вируса с высокой вероятностью связано с его способностью поражать прогениторные нервные клетки.

Автор: Кристина Уласович

 Источник(и):
nplus1.ru

Вдохновившись оригами, ученые разработали хирургические мини-инструменты

Когда речь идет о хирургических инструментах, многие себе их представляют острыми, прочными, изготовленными из нержавеющей стали. Однако термин «оригами» вряд ли кому придет на ум.

Вдохновившись японским искусством, инженеры из Университета Бригама Янга (Brigham Young University, штат ЮТА) создали миниатюрные хирургические инструменты, позволяющие выполнять оперативные вмешательства с малой инвазивностью и травматичностью для пациентов.
По словам ученых, целью их работы явилось создание крошечных инструментов, которые, проникнув внутрь человеческого организма, могли бы раскрываться.
Для разработки прототипа сотрудники из Университета Бригама Янга объединились с командой ученых, работающих над роботизированной системой daVinci.


Описание: http://www.nanonewsnet.ru/files/users/u3/2016/03/daVinci-650x583.jpg 


В процессе создания первого инструмента ученые черпали вдохновение из модели оригами под названием «зубастик». При помощи этого устройства можно во время операции, например, держать шовный материал или зажимать кровеносные сосуды.


Описание: http://www.nanonewsnet.ru/files/users/u3/2016/03/zubastic-650x340.jpg 


Профессор Спенсер Маглеби (Spencer Magleby) заявил, что разработанные миниатюрные инструменты также помогут врачам освоить новые виды хирургических вмешательств.
Чтобы уменьшить размеры устройств, специалистам пришлось использовать технологию 3D-печати. Это позволило им не только экспериментировать с формой и создавать прототипы в короткие сроки, но и на треть сократить количество деталей.
Благодаря предложенной учеными идее врачам удастся делать хирургические разрезы настолько малыми, что не придется накладывать швы. Это, в свою очередь, снизит количество послеоперационных осложнений и сделает хирургические вмешательства максимально безопасными для пациентов.

 Источник(и):
hi-news.ru

Для подводников армии РФ вводят технологию жидкостного дыхания
Описание: http://www.nanonewsnet.ru/files/thumbs/2016/1460578487_orig-1222-1460561239.jpg


В фонде перспективных исследований заявили, что  разработки по технологии жидкостного дыхания ввелись уже давно. Задача, которая возложена на ФПИ, будет выполнена в кратчайшие сроки.  Заказ Министерства Обороны РФ, обусловлен необходимостью новых технологий, которые будут применены в военных целях.

Реализацией проекта займется Научно-исследовательский институт медицины труда.
Жидкостное дыхание это способ транспортировки кислорода в легкие человека с помощью специального жидкого раствора насыщенного О2. Такой метод позволяет значительно увеличить время пребывания человека под водой и делает его более мобильней, что в свою очередь расширяет спектр возложенных задач.  
На сегодняшний день МО РФ финансирует все новаторские технологии научно-следовательских институтов России и успешно внедряет их в военную среду, что, безусловно, выводит армию на лидирующую позицию в мировом масштабе.
Материал про теме 
Инъецируемый кислород позволит дышать без помощи органов дыхания

 

 

 

Источник(и):
tehnowar.ru

Дымовые шашки научатся скрывать бойцов от тепловизоров
Описание: Дым от шашки M18. Фотография: U.S. Marine CorpsДым от шашки M18. Фотография: U.S. Marine Corps


Командование Армии США объявило тендер на разработку и производство дымовых шашек, дым которых мог бы скрывать бойцов и военную технику от тепловизоров. Как сообщает C4ISR&Networks, в новых дымовых шашках, помимо обычного дымогенерирующего реагента, должно использоваться улегородное микроволокно. Оно и будет выступать помехой для тепловизионных систем наблюдения.

Согласно требованиям военных, диаметр углеродного микроволокна должен быть не более 50 нанометров при длине не более трех микрометров. При горении дымового реагента такие волокна должны легко отделяться друг от друга и примешиваться к дыму. Электрическая проводимость микроволокон должна быть не хуже 105 сименсов на сантиметр.
Существующие сегодня дымовые шашки и устройства постановки дымовой завесы позволяют скрывать бойцов и технику только в оптическом диапазоне волн. При этом объекты, скрываемые дымом, остаются видимыми для тепловизионных систем наблюдения. Благодаря такому достоинству тепловизоров их, в частности, активно используют спасатели и пожарные.
Автор: Василий Сычёв

 Источник(и):
nplus1.ru 

 

 ЭТО ИНТЕРЕСНО

 10 навыков, необходимых успешному человеку

Что такое успех и каковы его составляющие? Нужно ли работать над собой, чтобы стать успешным? Эти вопросы давно будоражат умы. Есть и ответ: чтобы стать успешным в какой-либо конкретной области, нужны определенные навыки. Однако есть общие навыки, помогающие достичь вершин успеха. 

1. Ораторское искусство. Чрезвычайно важный фактор успеха, нужен каждому человеку, желающему преуспеть. Рано или поздно вам придется говорить на публике, и будет очень нехорошо, если вы не сможете внятно объяснить смотрящим на вас людям, что вы хотите и для чего. Постоянно развивайте свое искусство говорить, если вы чересчур стеснительны, попробуйте говорить для самого себя, затем произнесите речь перед знакомыми, ну а потом уже можно запускать тяжелую артиллерию и ораторствовать перед незнакомой публикой;

2. Письменные навыки.
 Для того, чтобы внятно излагать свои мысли на бумаге, нужно логично мыслить. Но если вы изложите свои мысли доступно и красиво, то все равно, вряд ли кто сможет нормально прочитать написанное, если у вас «докторский» почерк. Логика и каллиграфия – составляющие данного навыка.

3. Самодисциплина. Другими словами, сила воли. Для того, чтобы работать, нужно быть достаточно дисциплинированным человеком, и поменьше откладывать на потом. Потом ничего не будет, кроме разочарования, если вы не выполните свою работу здесь и сейчас.

4. Умение работать в команде.
 Здесь не обязательно имеется в виду какой-либо офис. Даже если вы профи-одиночка, все равно вам необходимо уметь привлекать заказчиков, сотрудников, коллег и просто знакомых, которые смогут вам помочь в реализации замыслов.

5. Критическое мышление. 
Оптимизм – очень хорошая черта, однако не нужно путать оптимизм с «розовыми очками». Трезво оценивайте свои идеи – и вы сможете стать успешным человеком. Иначе рискуете надорваться еще в начале пути.

6. Принятие решений. Все, что описано выше, актуально только в одном случае – если вы умеете принимать решения и выполнять их. Можно напланировать груду дел на день или на год. Все они так и останутся на бумаге, если вы не умеете выполнять то, что запланировали. 

7. Математический склад ума. Вам не обязательно уметь высчитывать в уме матрицы или тройные интегралы, однако быстро работать с цифрами нужно уметь, если вы хотите чего-нибудь достичь в этой жизни.

8. Поиск. Новые идеи никогда не появятся, если вы не будете искать новую информацию, полезную для вашей текущей деятельности. Обязательно нужно искать что-то новое, и креативные идеи появятся в тот же момент.

9. Расслабление. 
Успешный человек должен уметь расслабляться. Можно быть успешным в течение пяти лет, а потом надорваться и «сгореть» на работе. Вас такое устраивает? Вряд ли, поскольку успех очень приятен, и им можно наслаждаться бесконечно долго. Человек, умеющий работать, должен уметь и расслабляться.

10. Базовые финансовые навыки.
 Никто не заставляет вас в течение трех секунд подсчитывать годовой бюджет корпорации Майкрософт, но все же вы обязаны знать азы экономики, если хотите преуспевать. 

Это действительно базовые навыки, навыки первой необходимости. Владея ими всеми, без сомнения, вы сможете стать успешным человеком. Когда – это более сложный вопрос, поскольку удача, к сожалению, к навыкам не относится

 

10 невероятных архитектурных проектов будущего, которые вас поразят
Предлагаем вашему вниманию 10 совершенно неординарных архитектурных проектов от лучших архитекторов мира, которые в недалёком будущем, мы, возможно, сможем увидеть собственными глазами. Глядя на эти изображения, с трудом верится, что все эти архитектурные проекты в настоящее время находятся на стадии разработки.


Описание: Архитектура будущего

«Город на небесах».


Проект «Город на небесах» британского архитектора Цветана Тошкова (Tsvetan Toshkov) представляет собой комплекс небоскрёбов в форме лотосов. На вершине каждого из этих футуристических лотосов будут располагаться парковые зоны, где можно будет отдохнуть от суеты, шума и пыли мегаполисов.

 

Описание: Архитектура будущего

Проект «Город на небесах».

 

Описание: Архитектура будущего

Подводный город Aequorea.


Бельгийский архитектор Vincent Callebaut разработал проект футуристических океанских зданий, которые будут уходить под воду на глубину 1000 метров. «Небоскрёбы» подводного города Aequorea будут напечатаны на 3D-принтере из отходов пластика. Город, названый в честь медузы вида aequorea victoria, будет располагаться у берегов Рио-де-Жанейро. 


Описание: Архитектура будущего

Подводный город Aequorea.


Океанские «небоскрёбы» будут иметь 250 подводных этажей. Благодаря особой конструкции в виде медузы зданиям будут не страшны штормы, землетрясения и подводные течения. 


Описание: Архитектура будущего

Проект городского развития Эль-Кувейта до 2030 года.


Город Эль-Кувейт располагается на берегу залива Кууэйт. На северо-востоке он окружен морем, а на юго-западе – 1-й кольцевой дорогой. Площадь города составляет 1200 гектаров. С остальной частью страны его соединяет разветвлённая сеть дорог. 


Описание: Архитектура будущего

Проект городского развития Эль-Кувейта до 2030 года.

Башни Сobra Towers. 
Описание: Архитектура будущего

Проект городского развития Эль-Кувейта до 2030 года.
Башни Сobra Towers.


Описание: Архитектура будущего

Зелёные пирамиды Египта.


Описание: Архитектура будущего

Проект «Cloud Capture».


«Cloud Capture» был разработан корейскими архитекторами для ежегодного конкурса неординарных архитектурных проектов eVolo Skyscraper Competition. 
Описание: Архитектура будущего

Проект Ecorium в Национальном центре экологии в Сочхоне, Южная Корея.


Посетители центра смогут осмотреть пять биом: дождевые леса, туманные леса, засушливые тропики, прохладные и антарктические регионы. 
Примечание: биом — крупная биосистема   


Описание: Архитектура будущего

Dawang Mountain Resort.


Над карьером в окрестностях города Чанша в китайской провинции Хунань появится пятизвёздочная гостиница. В распоряжении гостей отеля будет 270 номеров. Проект, разработанный австрийской архитекторской фирмой Coophimbelb, пока не имеет названия. 


Описание: Архитектура будущего

«Нью-Йоркская стрекоза» («Dragonfly of New York »).


Проект городской фермы для острова Рузвельт в Нью-Йорке – одна из самых потрясающих архитектурных концепций на сегодняшний день. «Нью-Йоркская стрекоза» будет совмещать в себе жилые апартаменты, офисы и пространства для выращивания растений.  


Описание: Архитектура будущего

Подводная гостиница.


Мир развлечений не знает границ. Группа архитекторов из компании «103 International» разработала проект подводного курорта площадью 80 тысяч квадратных метров. Здание гостиницы спроектировано таким образом, что из каждого её окна открывается вид морских глубин. То же самое касается ресторана и развлекательного комплекса. Часть гостиницы будет расположена над водой для любителей более традиционных видов из окна. 


Описание: Архитектура будущего

Небоскрёб на Марсе.

Один из новейших проектов будущего – самоходное здание, которое сможет перемещаться по поверхности Марса.

 ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ МОЩЬ ПЕРВОБЫТНОГО ЧЕЛОВЕКА: АРХАИЧЕСКОЕ МЫШЛЕНИЕ И СОВРЕМЕННАЯ НАУКА

П.П.ФЕДОРОВ, доктор химических наук 


Каким образом были разработаны великие технологии, вопреки очевидным препятствиям, таким, как ложность многих частных положений (например: дожди льются на землю с водяного неба) и консервативности практики? (изображение: П.Перевезенцев)
Взять из прошлого огонь, а не пепел... 
Жан Жорес

Постановка задачи

Новейшее время можно уподобить тонкой кровле на гигантском многоэтажном здании исторического развития человечества. Время научной деятельности ничтожно по сравнению с общей продолжительностью рода человеческого. Науке предшествовали другие способы мышления. Крупнейшие достижения - приручение животных, земледелие и окультуривание диких видов растений, копьеметалки, силки и ловушки (то есть первые машины), бумеранг, лук и лучковое сверло, колесо, прядение и ткачество, лодка, парус, календарь и т. д. - относятся к тому времени, когда науки не было.

Велики архаические достижения в химии. Систематическое использование огня началось не менее 400 тысяч лет назад. Затем возникли красители, яды, керамика, глазурь, стекло, металлургия, углежжение, известь, не исключено - электрохимия и гальванопластика. Красная краска (охра) была известна еще неандертальцам (в похоронном культе). Кроманьонцы с целью ее получения разработали специальную конструкцию костра для обжига руды, то есть начались разработки процессов и аппаратов.

Глина - чрезвычайно сложный объект с химической и структурной точки зрения. Был открыт и освоен окислительный (красная керамика) и восстановительный (черная керамика) обжиг. Выплавка меди - совсем не тривиальный процесс. Его нельзя было открыть случайно, в костре, без соответствующего аппарата. Наиболее вероятно, что это произошло в печи гончара - глазуровщика.

Не очень известный, но разительный пример: кроманьонцы умели распрямлять мамонтовые бивни, по-видимому, путем обратимого размягчения кости при замачивании в слабых кислотах, например в настое листьев щавеля.

Далеко не все открытия и изобретения древних расшифрованы. Скажем, не объяснены ни параллелизм изменений домашних животных, ни огромный темп этих изменений. Как жаль, что не сохранились их лабораторные журналы!

С другой стороны, могущество и информированность современной науки не стоит переоценивать. Среди глобальных задач, касающихся выживания (климат, землетрясения), с которыми столкнулся первобытный человек, далеко не все решены и сейчас. Хотя прогресс очевиден, тем не менее детали многих процессов, важных для нашей цивилизации (например, производство и твердение цемента), известны недостаточно. Упорно сопротивляются решению и конкретные материаловедческие проблемы: описание дефектной структуры ниобата лития, есть или нет полиморфное превращение у теллурида кадмия, объяснение значений коэффициента трения, особенностей теплового расширения.

Имеющиеся данные, в частности палеоастрономические, заставляют предположить большую интеллектуальную мощь первобытного человека - охотника на мамонтов. "Даже рассеянные, случайные, очень малочисленные группы кроманьонцев Европы, насчитывавшие каждая по нескольку десятков человек, создали оружие, одежду, музыку и музыкальные инструменты (костяные и деревянные флейты и др.), искусство строительства домов и жилищ с использованием дерева и лопаток мамонтов; их дома освещались светильниками, они шили дубленки, брюки и куртки из кож и замши, они делали удивительные украшения, их резчики по кости создали шедевры. Ведь Европа в эпоху кроманьонского человека была лишь приполярной и полярной страной... Любая из групп современных людей, равная по численности населению кроманьонского поселка (около 100 человек), будучи перенесена в условия обледенелого континента в девственный простор, не только не смогла бы изобрести заново способа изготовления копий из выпрямленных и разрезанных вдоль бивней мамонтов, но и утратила бы очень скоро всякий интерес к музыке, письму, искусству. Нет сомнений, что эта группа погибла бы в третьем или четвертом поколении в отличие от кроманьонцев, давших миру не только все виды искусств, но и способы выживания во всех условиях" (В.Щербаков). Гибель изолированных групп современного человека продемонстрировала история викингов Гренландии, далеко не самой хилой ветви человечества, которые не смогли приспособиться к ухудшающимся условиям жизни и вымерли. Они не только не сумели изобрести подходящие приемы выживания, но даже оказались не способны заимствовать уклад жизни эскимосов.

Французский этнограф и философ Клод Леви-Стросс сформулировал "неолитический парадокс": почему, достигнув в неолите совокупности выдающихся достижений, человечество как будто заснуло на тысячелетия, до появления настоящей науки? Он предположил, что есть два способа мышления, являющихся функциями двух различных стратегических уровней, на которых природа подвергается атаке со стороны познания, причем один (архаический) прилажен к восприятию и воображению, другой (современный) расторможен.

Что же это за инструмент - архаическое мышление, который позволил решать сложнейшие задачи? Каким образом были разработаны великие технологии, вопреки очевидным препятствиям, таким, как ложность многих частных положений (например: дожди льются на землю с водяного неба) и консервативности практики? Наша цель - установить, на основе каких представлений и методов достигнуты поразительные успехи и какие уроки можно извлечь на будущее. Возможно, приемы архаического мышления окажутся плодотворны в такой области деятельности современного человека, как искусство совершения открытий.

Как говорил Якоб Вант-Гофф: "Все, к чему я стремлюсь, будучи химиком, а не философом, - это улучшить орудия нашей работы".

Характеристика первобытного мышления

Откуда вообще мы знаем об архаическом мышлении? В первую очередь - это свидетельства истории. Археология ("в инвентаре погребений воплощены философские представления древних" - О.Сулейменов); литературные источники - например, тексты Кардано, Бруно, Парацельса. Второй основной источник информации - изучение отсталых народов этнографией и антропологией, а также фольклор, филология и лингвистика. В XIX веке стало ясно, что, для того чтобы получить информацию о далекой древности, необязательно отправляться в Америку или Австралию: она сохраняется в сказках, загадках, пословицах, детских играх. Еще один источник сведений о мышлении доисторическом - исследование элементов разума у животных. Идеи Дарвина и Геккеля об аналогии процессов онтогенеза и филогенеза позволяют получить информацию о мышлении наших предков из особенностей детского мышления. Кроме того, древние структуры мозга проявляют себя в сновидениях, где вместо ясных и четких понятий на первый план выступают образы, насыщенные ярким эмоциональным содержанием.

Архаическое мышление господствовало очень долго и было оттеснено на второй план (но не исчезло) только в XVII веке. При этом происходила эволюция мышления во времени и имела место неоднородность в пространстве. Например, палеолитические культуры ориньяка и мадлен дали замечательные образцы пещерной живописи; культура солютре вместо этого делала каменные орудия, граничащие с произведениями искусства. Есть огромная разница между менталитетом охотника на мамонтов и бизонов, для которого главное - мужество, организация и железная дисциплина, и охотником послеледникового периода, пробирающегося с луком и собакой через бескрайний заболоченный лес, для которого главное - находчивость и инициатива; между земледельцем, конным пастухом и строителями пирамид; между Эмпедоклом и Парацельсом. Некоторые черты изменились на прямо противоположные. Например, от безразличия к индивидуальности человека до провозглашения человека мерой всего в эпоху Возрождения.

Тем не менее выделение типических черт имеет смысл. В превосходной книге Ф.Кликса "Пробуждающееся мышление" (М.: Прогресс, 1983) архаическое мышление характеризуется четырьмя свойствами: высокая степень слияния индивида с окружающей природой, интеграция личности и рода, высокая эмоциональность и аффективная напряженность общения, иконическая полнота воспроизведения содержания памяти. А также двумя функциями: непознанное и новое интерпретируется по аналогии с известным, социальные связи сохраняются с использованием эмоций страха. И наконец, тремя стратегиями: систематическое наблюдение простанственно-временных связей и их зависимостей, умозаключения по аналогии, процедуры гадания, колдовства и магии.

Для первобытного человека характерно напряженное и длительное внимание, постоянное упражнение органов чувств. Человек каменного века не мог позволить себе плохо знать камень: от этого зависела его жизнь. Это же относится и к биологии промысловых видов. Без пристальнейшего внимания не обходилась вся флора и фауна. Мельчайшие подробности, терпеливо накопленные в течение веков, скрупулезно передавались от поколения к поколению. Они ставили опыты и думали, думали и ставили опыты. Без этого вряд ли было возможно выведение культурных сортов растений. Астрономические знания древних базировались на десятках тысяч лет тщательных наблюдений.

Одним из первых, кто поставил вопрос об особом типе первобытного мышления и необходимости анализа его особенностей, был французский этнограф Люсьен Леви-Брюль. Дикари не глупее нас, но мыслят по-другому. "Индейцы рассматривали все одушевленные и неодушевленные предметы, все явления как проникнутые общей жизнью, которая непрерывна". Из поэтического одушевления природы древних современная наука сделала кучу "измов": гилозоизм (оживотворение мира), пантеизм (обожествление мира), аниматизм (одухотворение мироздания в целом), анимизм (одушевление его отдельных проявлений), антропоморфизм (уподобление природных и социальных явлений человеку), антропопатизм (перенесение на природу явлений человеческой психики - желаний, гнева и т. д.). Для первобытного человека, жившего в природе и ощущавшего себя частью этой природы, не было четкого разграничения между "живым" и "неживым". В его сознании существовал один пульсирующий, взаимопроникающий мир людей, стихий, животных, растений, камней, в котором происходило не возникновение и исчезновение, а всего лишь переход из одного состояния в другое. Сами жизнь и смерть воспринимались как чередование дня и ночи. Еще в XVI веке (Телезий, Патрицци) считали, что мир - целиком живой. Все элементы и их части, покуда они не отделены от целого, одушевлены. Источники одушевления земных вещей - "астральные тела". Каждая звезда, планета и комета имеет свой цикл: она появляется, сила света ее возрастает, достигает апогея, затем ослабевает, звезда становится невидимой, а затем снова появляется. Все рождается, развивается, достигает своего совершенства, затем стареет, умирает, чтобы появиться в новой форме.

Это была универсальная аналогия - сопоставление природных и социальных явлений с жизнью и с человеком. Базовая метафора уподобляла все не простому, а максимально сложному, это было кардинальным отличием архаического мышления от научного. Мир как большой Человек (наряду с Мировым деревом) есть одна из самых распространенных мифологем и классификационных схем человечества. Вселенная совпадает с малым, "макрокосм есть микрокосм". Человек был стандартом, точкой отсчета, мерой всех вещей.

Подобно тому как современная наука везде ищет механизмы явлений, первобытное мышление искало организмы; более того, разумные организмы, наделенные сознанием и волей; наконец, оно пытается использовать их. За попытками управления духами последовало великое деяние - преобразование природы посредством организмов (одомашнивание).

Леви-Брюль отмечал роль коллективных представлений ("примитивный индивид чувствует себя только членом своего племени и с невероятным упорством поддерживает традиционный способ интерпретации чувственных ощущений"), а также феномен "сопричастия", ассоциативной связи между предметами и явлениями на основе случайных совпадений и поверхностных аналогий. Заметим, что неумение отделить существенное от несущественного современная психиатрия относит к признакам шизоидного мышления. И, как мне представляется, самое важное: "Мышление в обществах низшего типа, которое я называю прелогическим, не стремится прежде всего, как наша мысль, избежать противоречия".

Другой французский этнограф, уже упоминавшийся Леви-Стросс, наоборот, пытался показать, что мышление первобытного человека, по существу, тождественно современному, но пользуется особыми средствами. По его мнению, стремление к упорядоченному представлению о мире у первобытного человека было не меньше, чем у нас. Дикари мыслили и строили классификации, но использовали оригинальные подручные средства - метафоры и отождествление с животным и растительным миром. "Виды в тотем отбираются те, которые хороши, чтобы думать". Одно и то же явление интерпретируется в разных системах классификаций, в разных кодах (технологическом, космологическом, сексуальном, пищевом). Исходный материал группируется сообразно длинному ряду оппозиций: ясное - темное, горячее - холодное, сырое - вареное, свежее - гнилое, непрерывное - разделенное на части, мягкое - твердое, доброе - злое и т. д. К каждой вещи и явлению ищется противоположность. Каждая оппозиция трактуется как противоречие, для разрешения которого вводится промежуточный член (например, охота - промежуточный член в оппозиции между жизнью и смертью, поскольку она - убийство с целью сохранения жизни). Для архаического мышления характерна множественность моделей мира, а также принцип всеобщего превращения (человек может превратиться в дерево, опоссум - в звезду и т. д.). Можно говорить о принципе множественного аналогового моделирования.

Архаическое мышление противоречиво в том отношении, что, с одной стороны, широко пользуется бинарными оппозициями для классификации, а с другой стороны - не приемлет закона исключения третьего. Противоречивость - основа пластичности и гибкости архаического мышления. Каждый факт оно пытается встроить в мироздание, но созданные для частных случаев модели противоречат друг другу. Современное мышление стремится дать только одно объяснение в рамках одной картины мира. В результате современный человек часто не видит того, что не укладывается в эту картину.

Концепция Леви-Стросса подвергалась справедливой критике, в первую очередь из-за гипертрофирования рассудочной составляющей. Очевидно, что в архаическом сознании преобладала эмоциональная сфера, внушение и самовнушение, по-видимому, для него была характерна и буйная фантазия. Люди часто не могли разделить субъективное и объективное, реальное и иллюзорное.

С особой силой эмоциональная и эстетическая составляющая постижения действительности проявилась в культуре Возрождения. Приборы Возрождения - это художественные произведения. Поэзия, живопись и философия едины, это формы познания. Понятие, которое не стало образом, чуждо эпохе. В образах поэзии, живописи и скульптуры скрывалась научная истина. Дух Возрождения включает в себя синтез идеи и образа; связь идеалов истины, добра и красоты, связь истины с ее ценностью, науки с моралью и искусством; поэтическое познание; неоплатоническую форму связи космоса с микрокосмосом, фантом одушевленности материи на всех ступенях; придание религиозных и моральных характеристик географическим и топографическим понятиям.

Универсальный язык, который "незыблемо пребывает в смене времен и народов", это язык первоэлементов, язык стихий: земля, вода, воздух, огонь, - синтаксисом которого является Эрос (любовь и вражда, притяжение и отталкивание, ян-инь). Единство и борьба противоположностей (мужчина и женщина, день и ночь, лето и зима и т. д.) интерпретируются через человеческое чувство. "Движение любовной связи увлекает все вещи к единству, чтобы образовать из них одну-единственную Вселенную" (Николай Кузанский). Каким ограниченным выглядит на этом фоне "интеллектуал современного типа, свободный от эмоциональной напряженности архаических ассоциаций" (Клике).

Важная черта древнего человека - придание священного характера тому, что он сделал, достижениям своего рода и своих предков (сакрализация). Каменный топор, молот, лук, меч, зеркало, простейшие оптические приспособления, металлическая чаша, мельница, замки и ключи становились святы. Их изобретатели, гончар и кузнец, делались божествами, превращаясь в демиурга или культурного героя (христианский бог, Гефест, Прометей, Ильмаринен, Мауи).

Повседневная деятельность человека имела космический смысл. Этому соответствовала организация пространства (дом, селение) и времени (обряды). Нить, сходившая с веретена, всегда была нитью судьбы. Человек прошлого, делая что-то (топор, избу), создавал нечто цельное, законченное, осмысленное, в конечном счете живое, какой-то микромир, встраиваемый в космос. Значение имели как форма, так и изображения на предмете. Греческое слово "космос" было синонимом слова "красота" и даже сам материал для изделий должен быть красив на взгляд.

Достижения рода Ногтю, по-видимому, существенно связаны с изобретением нового способа обработки и передачи информации - слова. "В начале было слово". "Для всех народов имя не есть пустая кличка, не "звук и дым", не условная и случайная выдумка, а полное смысла и реальности явленное в мире познание о мире. Имя для них было познанной и познаваемой сутью вещи, идеей" (П.Флоренский). Этимология (индоевропейская и семитская) свидетельствует о том, что назвать значило познать. Адам начал знакомство с миром, давая имена. "Первобытные индейцы созывали советы племен, чтобы закрепить те термины, которые лучше всего соответствовали характеристикам видов" (Леви-Стросс). За названиями признается та же сила и качества, что и за самими называемыми вещами - отсюда происходит магия слова и затем его обожествление.

Первобытное мышление демонстрирует изощреннейшие понятийные различения для жизненно важных признаков. Индейцы Амазонки знали до 300 наименований зеленого, а эскимосы - несколько десятков наименований снега. С другой стороны, для него характерно отсутствие четких понятий. Говорят о "мифологическом" языке, который весь метафоричен, с множеством синонимов и антонимов.

Заметим, что величайшие открытия неолитической революции сделаны без письменности, несмотря на то что только письменность освободила интеллектуальную энергию, поглощавшуюся ранее хранением и передачей уже существующих знаний. Письменность, скорее, побочный продукт неолитической революции. Как тут не вспомнить Платона - письменность, как средство не для памяти, а для припоминания, - вредна. Философские системы древности, Средневековья и Возрождения (герметизм) исключительное внимание уделяли тренировке и организации памяти. Запоминаемое связывалось с определенными иерархически расположенными образами, причем структурная организация памяти представляла собой моделирование мира. Изобретение письменности освободило мысль от непосредственной связи с образами и освободило память. Это дало колоссальный толчок логико-аналитическому мышлению. Но при переходе от иероглифического к алфавитному письму утрачивается ассоциативно-эмоциональный и отчасти эстетический аспект письма, что знаменует дальнейшее доминирование левополушарного логико-аналитического мышления над образно-эмоциональным правым. Это было началом конца архаики, что, однако, не помешало сакрализации письма. Буква выступала как магический знак (каббала, магические руны германцев).

Пережитки и отзвуки

В нынешний период одичания количество дикарей всех видов возрастает как на улицах, так и в помещениях (институты, университеты). Но в процессе движения "от ложного знания к истинному незнанию" мы сохраняем родимые пятна прошлого и сплошь и рядом возвращаемся на старые дорожки в новом качестве. Возврат к некоторым моментам архаики происходит при освоении новой сложной области деятельности, в которой процессы не понятны, теория не разработана. На начальной стадии всегда сильны иррациональные приемы.

Возможно, что ученых можно подразделить на право- и левосторонних, в зависимости от того, какое из полушарий мозга задействовано в большей степени. В частности, по этому признаку математики делятся на геометров и алгебраистов. Правосторонность - архаический признак, однако достижения ученых такого типа несомненны.

В современной науке есть много архаических пережитков, и научные дискуссии часто носят характер религиозных войн. Так же, как и в древние времена, все наличное знание (электричество, радиоактивность, нанотехнологии) в первую очередь пробуется для лечения, поскольку лечение - самая насущная потребность. Непроницаемость архаического мышления для опыта соответствует сохранению "жесткого ядра" физической теории. Дизайн (в последнее время модным стал "дизайн вещества") является слабым отголоском идеи сакрализации вещи.

Ритуальный или религиозный характер, который приобретали в древности все изобретения и открытия, в скрытой форме сохраняется и сейчас. Забавно выглядит постоянно возникающая завышенная оценка новых научных и технических достижений, переходящая в чувство, близкое к обожествлению. Именно такова была реакция части научного (и околонаучного) сообщества по отношению к кибернетике, теории катастроф, синергетике. Ранее подобное отношение проявлялось к статистике, да и вообще к математике. Часто "героизация приема переходит в явную манию" (М.М.Бахтин). С психологической точки зрения фетишизация логики позитивистами имеет ту же природу, что и обожествление дикарем своего каменного топора.

Массовыми остаются проявления анимизма. Люди, долго работающие с машиной, говорят о ней как об одушевленном существе, в частности знают ее капризы, улавливают ее настроение и т. д. Частный пример современного анимизма - выращивание кристаллов. Опытные специалисты хорошо знают, что успех здесь зачастую обеспечивает не научная теория, которая может оказаться полезной, но может и не дать результата. Самое главное - почувствовать кристалл, понять, что ему надо. Трудно поколебать их уверенность в том, что выращивание кристаллов - не наука, а в значительной степени искусство, как выращивание цветов и детей.

Литература жанра фэнтези использует утверждение "передовая технология неотличима от волшебства". Магическая составляющая человеческой деятельности была узаконена Норбертом Винером в его кибернетической идее черного ящика: действует вот так, а почему - не знаю (вроде бы и не интересуюсь). Рабочее место современного ученого оснащено мощным магическим предметом - персональным компьютером. Этот предмет исполняет желания пользователя, если тот умеет попросить, даже не зная ничего о механизме реализации. Кодовое слово (пароль, логин) выполняет функцию заклинания. На компьютерной панели мы имеем набор пиктограмм. Мне известны случаи окропления учеными компьютера святой водой до начала работы.

Основная магическая идея - повелевание силами, природа которых непонятна, - имеет много тревожных технологических аналогий. Сюда можно отнести взрывающиеся химические аппараты: для процессов, происходящих в них, в большинстве случаев детали кинетики неизвестны.

Есть гораздо более серьезные вещи, свидетельствующие о неустранимости архаики. Наука ведет постоянную и не очень удачную борьбу за четкость терминологии. Многозначность живого языка - это его основное свойство, которое постоянно проникает в язык научный, где размытость терминов чрезвычайно нежелательна. Помимо прямых искажений значения слов в результате их неверного использования существенным фактором является дрейф значения терминов.

Примечательна судьба логического закона А = А и принципа исключения третьего, неизвестного архаическому мышлению и являющегося, по некоторым оценкам, основой научного метода. Логические парадоксы (например, "стрела", "Ахиллес и черепаха") были известны еще в античности и сопровождали саму кристаллизацию логики из языка и мышления. Основатель "материалистического сенсуализма" Джон Локк говорил: "Наш разум и наше понимание соответствуют нашему самосохранению и целям нашего собственного существования, но не приноровлены ко всей действительности и всему тому, что в ней существует". Он принимал закон А = А как простейший и основополагающий. Однако, будучи проницательным мыслителем, он не мог пройти мимо того факта, что, говоря словами Гераклита, все течет и все изменяется. Для спасения этого закона Локк использует удивительный ход: переходит к рассмотрению атомов, перенося неизменность на этот уровень ("пока длится его существование, он (атом) будет тем же самым, а не другим"), и даже формулирует некий аналог правила Хунда!

Однако именно атомные объекты нанесли решающий удар по закону исключения третьего. Квантовая механика, столкнувшись с принципом неопределенности и дуализмом волна-частица, была вынуждена признать, что малым объектам свойственны противоречивость и изменчивость. Философским обобщением этого явился принцип дополнительности Бора, который тот применял уже ко всей познавательной деятельности человека.
Мышление – отражение реального мира, углубление мышления (в истории), это углубление в материю, ТРИЗ – основана на квантовой механике. Интуиция – неосознанная квантовая механика. 

Даже в математике доказательство теоремы Геделя показало принципиальную ограниченность логических процедур. Это вызвало к жизни, в частности, логический интуиционизм Брауэра, который вообще удаляет принцип исключения третьего и соответственно все математические доказательства от противного. В настоящее время, в связи, например, с открытием фрактального множества Мандельбродта показано, какую невероятно сложную структуру может иметь граница между "да" и "нет" даже для математических объектов. Более того, такие границы, по-видимому, могут быть и принципиально размыты.

Выводы и рекомендации

Множественное аналоговое моделирование, присущее архаическому мышлению, наводит на мысль о целесообразности использования различных, в том числе противоположных, эвристик. Использование одного и того же метода ведет к мастерству, автоматизм дает выигрыш в быстроте действия. Но автоматизм лишает возможности решать нестандартные задачи.

Предлагается не поиск новой, современной, оригинальной, истинной и т. д. модели или метода познания, а использование (по ситуации) их всех; выбор наиболее подходящего для данного случая метода, сравнительная оценка результатов, полученных разными методами, их обобщение и синтез. Полученная совокупность результатов отражает не эклектику, а принцип дополнительности. Собственно говоря, предлагается всего-навсего, чтобы ученый при решении задачи действовал бы аналогично любознательному животному (вороне, крысе), которое использует все имеющиеся у него навыки и познавательные программы для исследования неизвестного объекта.

Формирование образа явления особенно важно при обучении. Отказ от образности и наглядных представлений - одно из достижений физики начала XX века. Однако отказ от наглядности при создании квантовой теории, по-видимому, был связан в первую очередь с тем, что свойства макромира были известны недостаточно, вследствие чего не удалось подобрать подходящую наглядную макромодель (а именно странный аттрактор) для явлений микромира.

Использование различных методов познания предполагает параллельное рассмотрение проблемы на разных языках. Имеется в виду как понятийный аппарат различных отраслей науки, так и собственно языки - формальные и живые. Интересно было бы посмотреть на сложные проблемы глазами разных культур, понять, как влияет структура живого языка на их решение. Особенно интересно сравнить результаты и подходы, получаемые в тех культурах, где развиты иероглифическое письмо или хотя бы каллиграфия, стимулирующие образно-эмоциональное восприятие текста, с результатами западной науки и культуры.

Целесообразно сопоставлять и синтезировать результаты, получаемые при рассмотрении одних и тех же проблем право- и левополушарными учеными. Поскольку у левшей асимметрия полушарий головного мозга выражена иначе, можно ожидать от них неожиданных эффектов. Шизоиды с их свободными непредвзятыми ассоциациями могут генерировать очень интересные идеи. Естественно, необходима их фильтрация. Шизофрения выглядит как разрывы логики, но использование "разрывных функций" может быть одним из способов описания того, чему инструмент не соответствует (это видно на элементарных примерах из механики).

Методы и представления первобытного мышления (аналогии, этические и эстетические посылки, образное мышление, диалоги и поэтические аллегории) хорошо использовать на предварительной стадии познания, для генерации идей. Проверка выдвигаемых гипотез, их согласование с фактами должны проводиться всем инструментарием строгой науки. Из результатов и их словесных формулировок архаические вспомогательные средства должны быть изгнаны.

Познание нового всегда идет через сравнение со старым. В этом процессе природа и структура объективного мира проходят через фильтр "социально санкционированных метафор". Каждая метафора дает свое знание, их суперпозиция приближает знание к реальности. Экспериментальный метод приводит все различные метафоры к одному результату. Однако всякую метафору надо развернуть до конца, посмотреть следствия и выводы и найти ту границу, когда можно точно сказать, что новое уже не похоже на старое. Нужно специально и обязательно осознать и обозначить эти границы. В процессе проверки гипотез особое внимание необходимо уделить точности слов, постоянному устранению неясностей и двусмысленностей, систематическому переопределению и введению новых терминов для различения оттенков смысла.

Если мы, заметив, что у стула и собаки много общего - четыре ноги и спинка, - на минуту отождествим эти понятия, в нашей картине мира на двор выбегут стулья и начнут лаять, махая хвостами.

Заметим, что компьютер (в продолжение цепочки организм - механизм) становится универсальной моделью, с которой сравниваются познаваемые (сложные) объекты. Более 50 лет в рамках проблемы искусственного интеллекта предпринимаются усилия для того, чтобы выяснить, где проходит граница "компьютерной метафоры" в отношении человеческого мышления.

И наконец, для преодоления безграмотности в школьную программу необходимо ввести описание принципов работы современных обиходных технических устройств: электронных часов, телевизора, микроволновки, мобильного телефона, компьютера и т. д.

Как сказал Фридрих Август Кекуле: "Если мы научимся смотреть сны, господа, то обретем, быть может, истину... Мы, однако, должны будем позаботиться не оглашать наши сны, пока не подвергнем их проверке бодрствующего ума". 
Источник: "Химия и жизнь"

Заметки к развитию технического средства "самолет"
Голдовский Б.И.

1 Предисловие 
Одним из основополагающих представлений ТРИЗ является тезис о подчинении развития технических систем соответствующим законам, действие которых заставляет человека изменять существующие технические системы тем или иным образом, независимо от его воли. В этом плане было бы интересным проследить действие законов развития технических систем (ЗРТС) по реальной истории развития какого-либо технического средства, а не по патентному фонду, поскольку далеко не все патенты реализуются, а среди реализуемых патентов заметная часть может значительно опережать время своей реализации, что, в общем-то, свидетельствует об известном отрыве человеческой мысли (фантазии) от реалий жизни.
В качестве подходящего технического средства автору показалось целесообразным выбрать «самолет» по следующим причинам:
- по истории развития самолета существует достаточно подробная литература, в которой приведены не только описания конструкций и отдельных технических решений, но и дан определенный инженерный анализ процесса развития (например, [1], [2], [3]);
- самолет, являющийся современным техническим средством, имеет более чем 100 летнюю историю развития, во время которой данное техническое средство пережило несколько революционных и множество эволюционных преобразований, что позволяет надеяться обнаружить наглядное подтверждение действия ЗРТС.
Кроме того, автору (в силу его технической специальности) данная область техники  знакома, что поможет избежать неверных выводов, связанных с техническим непониманием.
Конечно в современных условиях, когда передовой фронт развития техники предполагает синтез «нано - био - информационных технологий», выбор для анализа истории развития образца «железной» техники может вызвать сомнения. Получается, что изучая уходящие с переднего края развития технические средства, мы опять «готовимся к прошедшей войне». Однако ЗРТС были сформированы главным образом на основе «железной» техники. Поэтому и подтверждение действия этих законов необходимо искать на соответствующей базе. Проверка применимости ЗРТС к современным технологиям - это отдельная задача, которую целесообразно решать, удостоверившись, что имеющееся представление о ЗРТС и механизме их действия адекватно действительности.

2 Что такое самолет 
Чтобы как-то обозначить объект развития, необходимо дать определение техническому средству (системе) «самолет». В данной работе под «самолетом» будет пониматься техническая система, обеспечивающая выполнение функции «транспортировка человека и/или груза в атмосфере планеты Земля без опоры на поверхность планеты в процессе транспортировки» за счет принципа действия «удержание над поверхностью планеты путем компенсации силы веса аэродинамической подъемной силой, возникающей при движении технической системы в воздушной среде за счет взаимодействия внешней (преимущественно не меняющейся при движении) конфигурации (формы) технической системы с этой воздушной средой».  Соответственно в технической системе можно будет выделить две основные (ключевые) подсистемы, обеспечивающие реализацию функции и принципа действия:
- движительно-двигательная подсистема, обеспечивающая создание силы тяги, необходимой для движения;
- планер, включающий элементы для создания подъемной силы, а также для управления движением в воздушной среде.
Естественно, в состав системы «самолет» входят и другие подсистемы (как и в состав подсистемы «планер» входят элементы кроме указанных выше), но основное внимание будет уделяться этим двум основным (ключевым) подсистемам. 
Для того чтобы реализовать выполнение принципа действия, необходимо выполнение следующих условий:
1) максимальная аэродинамическая подъемная сила должна быть не меньше максимального взлетного веса самолета;
2) должны быть в наличии средства управления направлением движения в трехмерной среде (в вертикальной и горизонтальной плоскостях);
3) должна быть обеспечена устойчивость движения в трехмерной воздушной среде;
4) прочность и жесткость конструкции самолета (в первую очередь – планера) должны выдерживать эксплуатационные нагрузки, сохраняя форму элементов планера, необходимую для получения требуемых аэродинамических характеристик;
5) тяга движительно-двигательной установки должна быть не меньше, чем аэродинамическое сопротивление самолета при движении в воздушной среде с заданной скоростью.
Условия приведены по степени важности. Первое условие обеспечивает работоспособность системы с данным принципом действия. Второе условие обеспечивает нормальное функционирование транспортного средства в среде. Третье и четвертое условия обеспечивают надежность функционирования. Пятое условие обеспечивает получение параметра, важного для функционирования транспортного средства.
Выполнение всех перечисленных условий соответствует так называемому «уверенно летающему самолету».
Касательно устойчивости движения целесообразно дать некоторые пояснения. Для объекта, движущегося в среде и не имеющего опоры вне её, возможны два типа устойчивости движения: динамическая и эксплуатационная. Все надводные суда, например, не обладают динамической устойчивостью в горизонтальной плоскости, и удержание на курсе обеспечивается только за счет непрерывных перекладок руля, то есть обеспечивается лишь эксплуатационная устойчивость. На подводных лодках, которые движутся в трехмерном пространстве, из соображений безопасности (чтобы из-за ошибок рулевого не выскочить на поверхность или не провалиться за предельную глубину) стали обеспечивать динамическую устойчивость в вертикальной плоскости, для чего на корпусе подводной лодки стали устанавливать кормовые горизонтальные стабилизаторы. Требуемые знания по обеспечению динамической устойчивости для подводных лодок были восприняты из опыта строительства и эксплуатации близкого аналога – дирижаблей. При наличии динамической устойчивости нагрузка на рулевого по удержанию параметра движения (глубины, высоты, курса) значительно снижается. Можно также отметить, что часть первых самолетов, включая самолеты  братьев Райт, обладали только эксплуатационной устойчивостью, что существенно усложняло их пилотирование. 
Для выполнения условий, обеспечивающих полет, планер самолета должен включать как минимум следующие элементы:
- крыло – специальный элемент, на котором образуется подъемная сила при движении в воздушной среде;
- горизонтальный руль – для управления по высоте;
- вертикальный руль – для управления по курсу (по направлению в горизонтальной плоскости);
- средства для управления креном (поперечного управления);
- хвостовые горизонтальный и вертикальный стабилизаторы (хвостовое стабилизирующее оперение) – в случае обеспечения динамической устойчивости;
- пост летчика с приводами к средствам управления;
- опоры для обеспечения взлета и посадки;
- центральная конструкция, объединяющая элементы планера в единую структуру.
В настоящее время центральная конструкция имеет вид объемного фюзеляжа, но на ранних стадиях развития самолета она могла иметь вид балки, рамы или комбинации объемной формы с рамой.
 Средства для управления креном в настоящее время имеют вид элеронов, но на первых самолетах для этого использовалось перекашивание (искривление) профиля концов крыла.
Использование для создания подъемной силы специального элемента в виде крыла, имеющего аэродинамический профиль, позволило обеспечить для самолета аэродинамическое качество (отношение величины подъемной силы к силе аэродинамического сопротивления) существенно больше единицы. В результате отношение транспортной мощности, равной произведению веса (подъемной силы) на скорость полета, к мощности силовой установки для самолета  получается также больше единицы. Для сравнения: у вертолета, где для движения используется часть силы тяги несущего винта, это отношение заметно меньше единицы. Именно поэтому из летательных аппаратов тяжелее воздуха самолет поднялся в воздух и завоевал соответствующие функциональные ниши гораздо раньше вертолета. Однако за такое эффективное преобразование тяги силовой установки в подъемную силу пришлось расплачиваться необходимостью для самолета осуществлять разбег при взлете и пробег при посадке. То есть функционирование самолета требует обязательного наличия некой взлетно-посадочной полосы (на твердой или жидкой среде), то есть затрат определенного природного ресурса. Этот отрицательный эффект составляет сторону базового противоречия, присущего системе «самолет» и обусловленного применяемым в этой системе принципом действия.
  Следует напомнить, что указанное преимущество самолетного принципа действия перед вертолетным на заре создания летательных аппаратов тяжелее воздуха осознавалось далеко не всеми. Во второй половине 19-го века наиболее перспективным считался как раз полет за счет винтов, создающих вертикальную тягу[1]. Подтверждением этому может служить число выданных в это время «вертолетных» патентов, превышающих число «самолетных», а также, например, романы Ж.Верна, который всегда отслеживал передовые технические идеи своего времени («Робур-завоеватель», 1886г.). И только достаточно грамотные инженеры смогли оценить в то время перспективность самолетного принципа действия, который до настоящего времени подтверждает свою эффективность в части использования энергии для полета в воздушной среде. К примеру, через 70 лет после первого авиационного перелета через Ла-Манш (1909 год, самолет «Блерио-11») был осуществлен аналогичный перелет самолета Gossamer Albatross, приводимого в движение только мускульной силой человека [4]. 
   Условие превышения максимальной аэродинамической подъемной силы над максимальным взлетным весом самолета имеет несколько количественных градаций (порогов). При небольшом превышении обеспечивается подъем в воздух и полет по прямой. Для обеспечения маневрирования по высоте, а также по курсу только за счет рулей (без создания крена) максимальная подъемная сила должна превышать вес самолета не менее чем в 1, 2 раза. Если же для выполнения крутых поворотов в горизонтальной плоскости используется создание крена (при котором для увеличения центростремительной силы привлекается часть подъемной силы крыла), превышение максимальной подъемной силы над весом должно быть не менее 50% [3].
Функция «транспортировка груза и/или человека» количественно определяется тремя основными параметрами: скорость транспортировки, масса (вес) перемещающегося (транспортирующегося) объекта (общий вес транспортного технического средства) и дальность транспортировки. Все эти параметры находятся в отношении противоречия друг с другом. При постоянной мощности силовой установки транспортного средства с ростом его веса достижимая скорость уменьшается. При постоянных весе транспортного средства и  запасе (количестве) энергии (топлива), находящемся на нём, с ростом скорости дальность транспортировки  сначала может расти до некоторого небольшого значения скорости, а затем начинает уменьшаться. При постоянной скорости и запасе энергии транспортного средства с увеличением его веса дальность транспортировки уменьшается. То есть основные параметры, характеризующие процесс транспортировки с помощью автономного транспортного средства, конкурируют между собой за использование энергетического ресурса: запаса энергии и/или мощности.
Для технического средства «самолет» с параметром «вес» связан параметр «подъемная сила», поскольку их соотношение определяет работоспособность  этого технического средства. Согласно [3] величина подъемной силы пропорциональна аэродинамическому качеству, мощности и эффективному размаху крыла, а скорость пропорциональна мощности и обратно пропорциональна эффективному размаху крыла. То есть обеспечение подъемной силы и скорости самолета также находятся в состоянии противоречия. Причем отношение противоречия здесь более острое по сравнению с противоречием «вес – скорость», поскольку с ростом подъемной силы крыла существенно возрастает так называемое индуктивное сопротивление крыла, которое может составлять до 90% от общего аэродинамического сопротивления самолета.
Изложенное выше о технической системе «самолет», представляющей собой  весьма общее понятие, применимо к целому классу реальных технических средств, попадающих в область действия этого понятия.

3 Основные этапы развития самолета 
Приведенная на рис.1 зависимость изменения скорости самолетов во времени (построенная в соответствии с [3]) позволяет выделить пять этапов развития самолета. Первый этап – от момента первых полетов до создания уверенно летающих самолетов, занявших определенные функциональные ниши и строящихся небольшими сериями. Второй этап соответствует зарождению гражданской авиации и переходу архитектуры планера к оптимальной конфигурации – фюзеляжному моноплану со свободнонесущим крылом. Эта конфигурация сохраняется до настоящего момента как основная в самолетостроении, претерпевая изменения, связанные главным образом с изменением силовой установки и скоростных режимов движения. Именно этим изменениям соответствуют три последних этапа: завершение развития самолетов с винто-поршневой силовой установкой, реактивные дозвуковые самолеты и реактивные сверхзвуковые самолеты. Наибольший интерес вызывают первые два этапа развития самолета, в течение которых было наибольшее число существенных изменений этой системы. К этим этапам целесообразно добавить и третий этап, на примере которого можно проследить процесс «выжимания» возможностей из принципа действия силовой установки.  Поэтому в данной работе будет рассматриваться развитие самолета с винто-поршневой силовой установкой, соответствующей первым трем этапам. При этом силовая установка будет рассматриваться главным образом как объект, характеризующийся некоторыми  внешними показателями, а основное внимание будет уделено развитию планера как подсистемы.


Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-1.jpg 
Рисунок 1 – Изменение наибольшей скорости системы «самолет» во времени

 

4 Перед первым этапом 
Первому этапу создания летающих самолетов предшествовал длительный предварительный период накопления идей и создания образцов самолетов, которым не удалось взлететь [1]. На рубеже 18-19 веков англичанин Д. Кейли расчетами и испытаниями моделей (в том числе – на ротативной машине) показал возможность создания летательного аппарата тяжелее воздуха с неподвижным крылом. В 1842 году также в Англии был опубликован проект самолета У. Хансена, в котором присутствовали практически все элементы, необходимы для полета (рис. 2).
В 1891 году был опубликован проект швейцарского художника К. Штайгер-Кирхгофа, в котором он предсказал оптимальную форму самолета (рис. 3).
В [1] сказано, что в период с середины 1870-х годов по осень 1903г. было построено 13 самолетов: 5 с паровым и 8 с бензиновым двигателями, строительство еще 3 самолетов осталось не завершено. На некоторых из них были предприняты попытки полета, но они окончились неуспешно: ни один из самолетов не смог продержаться в воздухе больше нескольких секунд, большинство испытаний закончилось авариями. Анализ причин этих неудач показал, что в 1870-1880-е годы самолеты не могли подняться в воздух из-за большого веса двигателей и малой подъемной силы плоского крыла. С 1890-х годов на ряде самолетов эта причина была преодолена (даже с использованием паровых двигателей), но основными препятствиями на пути создания самолета стали недостаточная управляемость, устойчивость, а также прочность летательных аппаратов. Преодолеть указанные недостатки при отсутствии теоретической базы позволил опыт планеризма, на основе которого и были созданы первые работоспособные самолеты. Тот же самолет братьев Райт был создан путем установки силовой установки на удачную и «обкатанную» конструкцию планера (рис. 4).


Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-2.jpg 
Рисунок 2 - Проект самолета У. Хенсона (1842г.)

Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-3.jpg 
Рисунок 3 - Проект самолета К. Штайгер-Кирхгоффера (1891г.)

Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-4.jpg 
Рисунок 4 - Взлет самолета братьев Райт 17 декабря 1903г.

 

5 Первый этап развития самолета

5.1 Подэтап 1.1 
В первом этапе развития самолета, который длился с 1904г. по первую половину 1914г.,  можно выделить два подэтапа. В течение первого подэтапа (1.1), с 1904г. по 1910г., произошел переход от взлетающих самолетов к уверенно летающим самолетам, в течение второго (1.2) самолет приобрел параметры, обеспечивающие его практическое применение. Поскольку создание самолета на первом этапе происходило практически без поддержки науки и необходимые знания приобретались в процессе испытания опытных конструкций, число разнообразных типов самолетов, создававшихся в течение первого подэтапа было очень велико. В принципе это соответствует закономерности взаимного замещения ресурсов, сформулированной в [5]: каждый результат может быть получен преимущественным использованием одного из видов ресурсов -  пространства, времени, вещества, энергии, информации; причем недостаточное количество одного из видов ресурса может быть скомпенсировано другим видом ресурса. Например, первые самолеты, как отмечалось выше, не имели динамической устойчивости, что приводило к необходимости значительных затрат информационного ресурса на управление. Уменьшение расхода этого ресурса добились за счет увеличения затрат вещества (массы), установив хвостовые стабилизаторы.
Можно также отметить, что, столкнувшись с трудностями управления самолетом, не имеющим динамической устойчивости,  изобретательская мысль попробовала заменить человека автоматической системой поддержания устойчивости. Это соответствует базовой закономерности передачи технике функций человека («вытеснение человека из ТС»), которая проистекает из самого предназначения техники. Поскольку при существующем уровне техники системы автоматического управления создавали на базе механики (маятниковая стабилизация), устройства получились слишком тяжелыми и ненадежными и в практику не вошли. Реальные системы автоматического управления самолетом, созданные с использованием более сложных форм движения материи, соответствующих сложности задачи (электроника и электрический сервопривод), стали использоваться на самолетах только в 70-е годы 20-го века.  
Под информационным ресурсом в [5] рассматривалось управление процессом. Однако при создании технических средств используется ещё один вид информационного ресурса – знания, в частности о природных процессах, обеспечивающих функционирование.  Недостаток этого ресурса всегда приводит к избыточности других видов затрат. Например, отсутствие необходимых знаний при проектировании приводит к необходимости принимать большие запасы по веществу и энергии («коэффициент незнания»). Тотальное незнание, характерное для начальных этапов создания самолета, и приводило к избыточным затратам иных видов ресурсов в виде большого количества опытных конструкций.
Неизбежность компенсации недостатка информационного ресурса в виде знания другими видами ресурсов вообще-то самоочевидна. Но эта самоочевидность подтверждает объективность более общей закономерности взаимного замещения ресурсов, сформулированной в [5]. 
 В конце концов, к 1909г. многообразие опытных конструкций практически свелось к двум основным типам: фюзеляжному моноплану и бесфюзеляжному биплану. Типичным представителем первого типа является, например, самолет «Блерио-11» (рис. 5), а второго -  «Фарман-3» (рис.6).


Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-5.jpg 
Рисунок 5 – Самолет «Блерио-11»

Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-6.jpg 
Рисунок 6 – Самолет «Фарман – 3»


Одновременно А. Фарманом в 1909г. была изобретена схема управления самолетом, включающая единую ручку для управления по высоте и по крену и педали для управления  вертикальным рулем. Эта схема, позволившая освободить одну руку пилота, стала в последствии  применяться  на всех самолетах.
Для управления самолетом к этому моменту перестали использовать искривление (перекашивание) профиля крыла или изгиб связей хвостового оперения, поскольку жесткость конструкций возросла и подобное управление потребовало слишком больших усилий от пилота.  Повсеместно стали использовать отдельные сравнительно небольшие управляющие элементы (элероны, рули), отклоняющиеся на большой угол, превышающий угол перекоса крыла или отклонения  связей. То есть от небольшого изменения целого перешли к большому изменению части.
Два конкурирующих конструктивных типа самолета (моноплан и биплан) соответствуют двум направлениям разрешения противоречия между скоростными качествами и грузоподъемностью (весом, подъемной силой) самолета при весьма ограниченной мощности силовой установки. Стремление повысить скорость за счет снижения аэродинамического сопротивления путем уменьшения размеров самолета привело к моноплану. А потребность в повышении транспортных способностей за счет увеличения грузоподъемности привело к биплану, хотя при этом пришлось пожертвовать скоростью.
Необходимо отметить, что успех подэтапа 1.1 в развитии самолета был обусловлен главным образом достижениями в авиационном двигателестроении: были созданы ДВС с мощностью 35-50 л.с. и удельной мощностью 0,5-0,6 л.с./кг. И вообще все дальнейшие успехи в развитии самолета были обусловлены ростом фактической и удельной мощности авиационных двигателей (рис. 7).


Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-7.jpg 
Рисунок 7 – Изменение удельной мощности поршневых авиационных двигателей

 

5.2 Особенности технических решений подэтапа 1.1 
При создании уверенно летающего самолета были реализованы, разумеется, законы построения ТС: закон соответствия функции и структуры; закон обеспечения требуемого прохода потоков энергии и вещества; закон преодоления порога минимальной динамичности (управляемости) [6]; закон преодоления порога функционирования (то есть пороговых значений отношения максимальной подъемной силы к взлетному весу) [6]. При создании бипланов, ориентированных на максимум грузоподъемности, реализовывались в первую очередь те технические решения, которые способствовали достижению этой цели при ограничении на величину мощности двигателя [6]. В частности, на рис. 6 видно, что использовался толкающий воздушный винт, КПД которого было несколько выше, чем у тянущего, и передний руль высоты, управляющая сила которого совпадает с направлением маневра (при подъеме сила на руле направлена вверх, а при снижении – вниз) и не вычитается из изменения подъемной силы крыла.
Архитектура как моноплана, так и биплана, показанных на рис. 5 и 6, характеризуется наличием множества элементов, увеличивающих аэродинамическое сопротивление: стоек, мачт и растяжек. Это было обусловлено необходимостью обеспечить одновременно минимальный вес и требуемую прочность  конструкции планера. При ограниченной мощности двигателя, которая являлась главным ресурсом в создании подъемной силы, основное внимание уделялось снижению веса за счет использования конструктивных решений, взятых из кораблестроения и строительства  (мачты, растяжки, гибкие оболочки (полотно), фермы). Эти конструктивные решения были интуитивно найдены в глубокой древности. Затем в 1897 году великий русский инженер и ученый В.Г.Шухов впервые доказал, что прочность материала используется наилучшим образом, если он работает на усилия сжатия либо растяжения (вызывающие однозначные напряжения), и наихудшим – если на изгиб (вызывающим двузначные напряжения); что число ступеней в передаче нагрузки пролетной конструкции на опоры должно быть минимальным [7].
Действительно, растяжки и гибкие оболочки работают только на растяжение, а стойки и стержни – на растяжение или сжатие. Но для того, чтобы с помощью простых элементов воспринять сложную нагрузку, обеспечивая при этом минимизацию массы, необходимо несколько таких элементов объединить в сложную структуру, приводящую к затратам ресурсов пространства. Если же попытаться заменить эту структуру одним элементом (из того же материала) со сложным напряженным состоянием, например, рамную конструкцию балкой, то получиться выигрыш в объеме (в ресурсе пространства), но проигрыш в массе. Чтобы выиграть и в массе, необходимо применять материал с внутренней структурой, сложность которой будет соответствовать сложности напряженного состояния [6]. Например, легированный металл или композитный материал. 
Интересно, что замена нескольких предельно простых элементов одним элементом, выполняющим аналогичную суммарную функцию, не дает безусловного выигрыша и в других типах технических средств. Например, в трубопроводных системах наиболее простыми элементами являются трубы. Замена двух труб коаксиальной трубой (труба в трубе) дает лишь небольшой выигрыш в максимальном габарите, явно проигрывая в массе. Поэтому подобные трубы в обычных системах не применяются. Однако в криогенных трубопроводах, где труба покрывается толстым слоем теплоизоляции, коаксиальный трубопровод дает выигрыш и в габаритах и в массе. Подобная картина получается при замене, например, нескольких клапанов одним многоходовым клапанным агрегатом. То есть, если элемент не является предельно простым (практически не имеющим избыточности) и содержит вспомогательные подсистемы, обладая, соответственно,  некоторой конструктивной избыточностью, замена нескольких таких элементов одним многофункциональным элементом позволяет сократить затраты ресурсов как раз за счет уменьшения суммарной избыточности.  
Затраты пространственного ресурса конструктивными решениями, заимствованными из кораблестроения и строительства, не считались в указанных областях отрицательным эффектом (ухудшением), поскольку соответствовали полезной функции «перекрытие пространства», или не считались существенным ухудшением (как, например, большой вертикальный размер мостовой фермы). Для самолета же такая архитектура приводила к снижению скорости.  Однако в противоречии «вес (подъемная сила) – скорость» сторона «вес» на начальном этапе развития самолета являлась более важной, поскольку определяла его работоспособность. Соответственно на этом этапе развития не прижились любые предложения по повышению динамичности конструкции (в частности, убирающееся  шасси, изменяемая геометрия крыльев – такие идеи пытались внедрять очень рано), а также упомянутые выше попытки автоматизировать управление, которые приводили к уменьшению отношения аэродинамической подъемной силы к весу самолета. Также не получили распространения конструкции фюзеляжа в виде «несущего монокока» и обшивки крыла из фанеры. Хотя такие решения снижали аэродинамическое сопротивление, однако обладали повышенным весом, что не обеспечивало уверенный полет при ограниченной мощности двигателя. Для того чтобы вес самолета перестал быть основным фактором, определяющим его работоспособность, должен быть пройден определенный порог энерговооруженности (отношения мощности силовой установки к взлетному весу). Из зависимости, приведенной на рис. 8, видно, что эта пороговая величина для транспортных (т.е. не маневренных) самолетов составляла около 0,10-0,15 л.с./кг, а для боевых маневренных самолетов (истребителей)  - около 0,25 л.с./кг.


Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-8.jpg 
Рисунок 8 – Изменение энерговооруженности (отношения мощности силовой установки к взлетному весу, л.с./кг) винто-поршневых самолетов


Конструктивные решения, примененные для обеспечения прочности самолета при минимуме массы, как раз и породили бипланную схему, хотя первоначально самолет иначе как моноплан никто не представлял (см., например, рис. 2 и 3). Для повышения подъемной силы при имеющейся мощности требовалось увеличивать размеры крыла, в первую очередь – размах. Однако схема крепления крыла моноплана за счет мачт с растяжками не позволяла обеспечивать требуемую прочность при больших размерах крыла. Растяжки, имеющие малый угол наклона к плоскости крыла, работают плохо, а высота мачт не может увеличиваться безгранично. Кроме того, система растяжек плохо обеспечивала жесткость крыла на кручение.
Бипланная схема впервые была разработана для планеров как развитие схемы коробчатого воздушного змея. Впрочем, идея заменить одно крыло двумя крыльями с  целью повысить суммарную подъемную силу является самоочевидной. Вообще закономерность «моно – би – поли» всегда срабатывает в том случае, когда увеличение параметров единичного элемента невозможно из-за запрета (ограничения) или обострения противоречия. Эффективный размах крыла, эквивалентного бипланной «коробке», превышает эффективный размах монопланного крыла, имеющего тот же геометрический размах, всего на 10-15%. Однако пара крыльев, соединенных стойками и Х-образными растяжками, образовывала достаточно прочную и жесткую конструкцию, которая позволяла получать геометрический размах крыла, заметно превышающий размах крыла моноплана, возможный по условиям прочности и жесткости. Кроме того бипланные крылья меньше ломались при авариях и быстрее восстанавливались по сравнению с монопланным крылом (в частности, настройка системы оттяжек монопланного крыла была весьма не простым делом). То есть кроме необходимости увеличить подъемную силу здесь сработал также дополнительный полезный системный эффект, обеспечивший повышение надежности функционирования.
Рост мощности авиационных двигателей, которая к 1913 году достигла 100-160 л.с., и соответствующее увеличение энерговооруженности самолетов позволило для бипланов отказаться от технических решений, «выжимающих» подъемную силу из ограниченного энергетического ресурса, и использовать элементы архитектуры монопланов, обеспечивающих снижение сопротивления: центральную конструкцию в виде объемного фюзеляжа, тянущий винт и органы управления в хвостовом оперении. То есть позволило осуществить гибридизацию конкурирующих конструктивных типов самолета. Впервые весь комплекс этих технических решений был реализован  в 1913 году на самолете «Скаут», который сумел объединить преимущества монопланов по скорости (148 км/ч) и скороподъемности с хорошей маневренностью, характерной для бипланов и обусловленной заметным превышением подъемной силы  над весом самолета. Такая схема быстро получила распространение (рис. 9). В результате, если в 1910 - 1911 годах (в конце подэтапа 1.1) на долю бипланов приходилось около 1/3 от общего числа самолетов (остальное составляли монопланы), то к 1914 году (в конце подэтапа 1.2 и первого этапа в целом) картина стала полностью противоположной.


Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-9.jpg 
Рисунок 9 – Самолет-биплан «Бристоль – Скаут»


К концу подэтапа 1.1 управляющие элементы (элероны, рули) заняли место за неподвижными плоскостями (крыльями, стабилизаторами) или выполнялись частью этих плоскостей, что обеспечивало увеличение управляющей силы при той же площади управляющего элемента (за счет системного эффекта: при перекладке управляющего элемента изменение давления распространяется и на часть неподвижной плоскости).  

5.3 Подэтап 1.2 
В ходе подэтапа 1.2 началось первое деление самолетов по различным функционально-параметрическим нишам. До этого самолет использовался для демонстрационных полетов и спорта, то есть был достаточно узкоспециализированным средством развлечения.
В свете этого факта суждение, что все ТС рождаются универсальными, выглядит сомнительным. Любой универсализм предполагает определенную многофункциональность, для чего ТС должна иметь соответствующую широту возможностей. А у вновь возникшего технического средства таковой широты не наблюдается: у него хватает возможностей только на преодоление порога работоспособности. Отмеченное впечатление об исходной универсальности ТС скорее всего  порождается  многофункциональностью самого человека. Самолет только и способен, что поднять в воздух одного человека с минимальным дополнительным грузом, но зато человек может взять с собой самые разные вещи, например, письма или бинокль или пистолет с гранатой, что и производит ошибочное впечатление о различных возможностях самолета. 
Для практического применения самолет должен был превзойти своих конкурентов: автомобили по скорости и дирижабли по грузоподъемности и дальности полета.  Но, как было отмечено выше, скорость полета находится в отношении противоречия с грузоподъемность и дальностью. Именно необходимость разрешения этих противоречий привело к возникновению двух больших специализированных подклассов самолетов: скоростные самолеты ограниченного размера и веса и большие транспортные самолеты с меньшей скоростью полета.
Подкласс скоростных самолетов развивался как продолжение первых спортивных монопланов. Можно отметить, что за счет реализации передовых технических решений (монококовый фюзеляж, крыло уменьшенной площади, обтяжка профиля крыла с двух сторон с последующей лакировкой и полировкой полотна) и увеличения мощности двигателя (до 160 л.с.) в 1913 году, например, гоночный моноплан «Депердюссон» (рис. 10) установил рекорд скорости (200 км/ч), который не был побит до 1917 года. Однако этот самолет не обладал достаточной маневренностью, которая требовалась для практического использования, (из-за малого запаса по подъемной силе, т.е. из-за небольшой величины отношения подъемной силы к весу) и оказался слишком дорогим в производстве. Поэтому примененные технические решения, характерные для рекордного самолета, дальнейшего распространения  на подэтапе 1.2 не получили.


Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-10.jpg 
Рисунок 10 – Гоночный моноплан «Депердюссон» (1913г.)


Подкласс грузоподъемных (транспортных) самолетов развивался на основе бипланов. Особых успехов удалось добиться после установки на самолет нескольких двигателей. Сначала попытки установить два двигателя выполнялись с целью обеспечения надежности полета (дублирование). Это также является проявлением закономерности «моно – би – поли», поскольку в одном агрегате (моторе) не удавалось обеспечить требуемого уровня надежности работы. Затем установку нескольких двигателей на один самолет стали использовать для увеличения суммарной мощности силовой установки (при существующих ограничениях на величину мощности одного двигателя) и повышения взлетного веса самолета при сохранении требуемого уровня энерговооруженности. Практическая проверка этой схемы на первом в мире 4-х моторном самолете «Русский витязь» (1913г., конструкция И.И.Сикорского, взлетный вес 4200 кг, полезная нагрузка 700 кг) подтвердила возможность сохранения прямолинейного полета при выходе  из строя одного из двигателей, что сделало фактом рождение подкласса тяжелых многомоторных самолетов. Дальнейшим развитием этой схемы явился самолет «Илья Муромец» с взлетным весом 5100 кг и полезной нагрузкой 1300 кг, созданный в том же году (рис. 11).


Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-11.jpg 
Рисунок 11 – Самолет «Илья Муромец»

 

Расширение технических возможностей (в первую очередь – энерговооруженности) самолета на подэтапе 1.2 привело к появлению еще одного подкласса – гидросамолетов. Попытки создания самолетов, использующих поверхность воды для взлета и посадки, делались и в начале первого этапа. Эти попытки базировались на ошибочном представлении, что взлет с воды потребует меньше мощности, чем взлет с суши, и окончились неудачей. В конце первого этапа развития обращение к гидроавиации было обусловлено желанием обеспечить безопасность полетов над водными пространствами. Кроме того, гидроавиация заинтересовала военных. Гидросамолеты создавались по двум направлениям: установка на поплавки сухопутных самолетов (удовлетворительную мореходность при этом имели только большие самолеты) и создание специальных самолетов типа «летающая лодка» (повышенная мореходность обеспечивалась за счет глиссирующего плавающего фюзеляжа).
Создание гидросамолетов фактически соответствовало освоению дополнительного природного ресурса для обеспечения взлета и посадки, что в известной степени должно было смягчить отрицательный эффект, сопутствующий отмеченному выше противоречию, присущему принципу действия ТС «самолет».

5.4 Повышение относительной эффективности на первом этапе 
В течение первого этапа развития самолета наряду с ростом функциональных параметров увеличивалась и относительная эффективность (которая при проецировании на внутреннее функционирование ТС имеет вид «повышения идеальности»). В техническом плане относительная эффективность выражалась в росте коэффициента энергетического качества   Кэ = (G ∙ V)/(270 ∙ N),
где G – взлетный вес самолета (кг);
       V – максимальная скорость полета (км/ч);
       N – мощность силовой установки (л.с.).
Изменение величины Кэ показано на рис. 12. Его рост обусловлен в первую очередь увеличением аэродинамического качества, изменение которого показано на рис. 13. Из зависимости, приведенной на этом рисунке видно, что в течение первого этапа развития аэродинамическое качество самолета выросло практически в 2 раза. Особенно интенсивно оно увеличивалось на подэтапе 1.1, что было обусловлено необходимостью «выжимания» величины подъемной силы из весьма ограниченных энергетических ресурсов для обеспечения работоспособности и уверенного полета самолета. Повышение аэродинамического качества на этом подэтапе обеспечивалось главным образом за счет совершенствования крыла. Не меньшее влияние оказал и рост удельной мощности авиационных двигателей (рис. 7). Таким образом, повышение  относительной эффективности самолета обеспечивалось за счет роста относительной эффективности  основных подсистем: планера и силовой установки.


Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-12.jpg 
Рисунок 12 – Изменение коэффициента энергетического качества
Кэ = (G ∙ V)/(270 ∙ N) винто-поршневых самолетов


Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-13.jpg

Рисунок 13 – Изменение аэродинамического качества нереактивных самолетов

 

6 Некоторые предварительные выводы 
На основании изложенного выше, включая рассмотрение первого этапа развития самолета, можно сделать следующие предварительные обобщающие выводы.
  Представляя техническую систему как единство функции и принципа действия, следует выделить основные подсистемы, изменение которых характеризует развитие этой ТС. Необходимо сформулировать перечень условий (имеющих преимущественно физическое содержание), выполнение которых обеспечивает полноценное функционирование системы. Целесообразно также выявить главные противоречия данной ТС, обусловленные её функцией и принципом действия.
Для наиболее важных условий, определяющих работоспособность системы, следует выявить пороговые значения (параметрические пороги), преодоление которых необходимо для уверенного функционирования ТС. Необходимо также выявить минимально необходимый (пороговый) уровень динамичности соответствующих подсистем. Преодоление указанных порогов характеризует завершение фазы создания ТС и позволяет рассматривать дальнейшие изменения как развитие.
Исходя из функции и принципа действия системы, следует определить основной фактор (факторы) противодействия среды (окружения), который необходимо преодолевать для обеспечения функционирования путем затраты некоторого (основного) ресурса. Необходимо также выявить соотношение между уровнями этого фактора противодействия и затрат основного ресурса, которое также может иметь пороговые значения, определяющие возможность реализации тех или иных технических решений в процессе развития ТС. (притяжения Для самолета указанным понятиям соответствуют: сила гравитационного (взлетный вес), мощность силовой установки и энерговооруженность.)
На этапе создания (становления) и начальных фазах развития не могут реализовываться те технические решения (соответствующие, в частности, ЗРТС), которые препятствуют выполнению условий работоспособности ТС или заметно уменьшают возможности их выполнения. Иначе: ухудшение обеспечения работоспособности на этих этапах является весьма существенным отрицательным эффектом, то есть нежелательным эффектом, и блокирует любое изменение в системе, приводящее к данному НЭ.
На этапе создания (становления) и начальных фазах развития ТС достаточно часто реализуются технические решения, связанные с увеличением числа используемых аналогичных элементов с объединением их в некую структуру, что соответствует ЗРТС «моно – би – поли». Эта закономерность срабатывает в тех случаях, когда невозможно  изменить требуемым образом параметры единичного элемента из-за запретов (ограничений), недостатка ресурса или обострения соответствующего противоречия. Одним из проявлений этой закономерности можно считать, в частности, дублирование элементов для обеспечения надежности функционирования. Из реализованных в соответствии с ней технических решений наиболее долгоживущими (перспективными) являются те, в которых кроме достижения требуемой величины параметра проявляются дополнительно полезные системные эффекты.
Противоречия между параметрами, характеризующими функционирование ТС, разрешаются в первую очередь за счет создания различных конкурирующих конструктивных типов, каждый из которых обладает явным преимуществом по одному из параметров (или по одной из совокупностей параметров). В дальнейшем, по мере возрастания возможностей ТС и соответствующего расширения границ функционально-параметрической ниши форма разрешения этих противоречий приобретает вид создания специализированных подклассов технической системы. Развитие технического средства в этих подклассах может начинаться, опираясь на соответствующие конструктивные типы, получившиеся по итогам начальной фазы создания уверенно функционирующей ТС.
  Если для обеспечения функционирования ТС в соответствии с её принципом действия требуются затраты некоторых видов природного ресурса, то по мере роста возможностей системы происходит освоение всех этих видов ресурса. При этом для существенно различающихся видов ресурса могут создаваться соответствующие приспособленные (специализированные) конструктивные типы ТС.
При создании конкурирующих между собой различных конструктивных типов ТС между ними при возникновении соответствующих условий может происходить гибридизация с заимствованием технических решений (как отдельных, так и целых групп).
Одновременно с ростом функциональных характеристик ТС в ходе её развития увеличивается и относительная эффективность системы, что на начальных этапах является необходимым условием обеспечения работоспособности при ограниченности используемых ресурсов. Рост относительной эффективности обеспечивается в первую очередь за счет основных (ключевых) подсистем, обеспечивающих реализацию функции и принципа действия системы.
Обеспечение надежности и безопасности функционирования является весьма важным фактором развития, который начинает активно действовать после обеспечения уверенной работоспособности ТС.
7.1 Подэтап 2.1 
Во втором этапе развития самолета, который длился со второй половины 1914г. по начало 1930-х годов (примерно по 1932 год),  можно выделить два подэтапа. В течение первого подэтапа (2.1), завершением которого можно  считать 1918г., началось активное использование и соответствующее бурное развитие самолета, обусловленное Первой мировой войной, в течение второго (2.2) самолет расширил сферу использования и освоил архитектуру  моноплана со свободнонесущим крылом.
Война, как двигатель технического прогресса, оказала большое влияние на развитие самолета. При этом следует отметить, что в военных целях самолеты стали использоваться ещё в 1910г. на маневрах и в 1911-1912г.г. в боевых действиях (Италией и Россией). Потенциал самолета как военной техники был осознан сразу после завершения подэтапа 1.1, поэтому в сферу развития военной авиации направлялись основные средства. Именно это помешало успешно реализоваться попыткам использования самолета в гражданской области (перевозка пассажиров или почты).
Перед войной господствовало мнение, что легкие самолеты будут использоваться в разведке, а большие (тяжелые) – для бомбардировок. Именно в разведке самолет сразу доказал свою полезность. Для разведки применялись как монопланы, так и бипланы, которые затем стали основным типом разведчика, поскольку позволяли поднять двух человек, да еще и аппаратуру (фото или кино). Успехи авиационной разведки породили необходимость борьбы с ней. В результате стали создаваться силы ПВО (зенитные установки), а также специальные самолеты-истребители. Поскольку эти самолеты должны были иметь возможность догонять самолеты-разведчики, истребительную авиацию стали формировать на базе более быстроходных монопланов. Истребители стали действительно грозной силой после установки на них пулеметов, способных стрелять через винт. Синхронизаторы стрельбы для самолета  первыми стали применять в 1915г. в Германии, а затем (независимо) в России. Вскоре это изобретение стали применять в авиации всех воюющих стран. (Вообще-то предложения по синхронизации стрельбы через винт самолета были разработаны во многих странах ещё до 1914г. Однако в то время военными специалистами идея стрельбы из самолета считалась фантастической, не нужной в реальной жизни. Этот пример, а также история реализации многих других авиационных изобретений показывают, что главная проблема заключается не столько в запаздывании создания изобретений, сколько в запаздывании реализации уже имеющихся предложений.  Причем это запаздывание обусловлено не только недостаточным уровнем техники и технологии, но и отсутствием осознания соответствующей потребности.) Успехи истребителей по борьбе с разведчиками породили ещё два новшества: на разведчиках стали устанавливать оборонительное стрелковое вооружение, а от истребителя потребовалась не только скорость, но и маневренность для успешной борьбы с другими истребителями. Такую маневренность в тот период имели только небольшие скоростные  одноместные бипланы (см. рис. 9), которые и завевали нишу самолетов- истребителей на многие годы вперед.
    На базе самолетов-разведчиков были созданы так называемые многофункциональные самолеты, которые использовали стрелковое оружие и бомбы малого калибра – т.е. самолеты-штурмовики. Практика их использования заставила вводить защиту от наземного огня в виде стальных листов, причем на английском самолете «Сопвич-Саламандер» бронекоробка использовалась как часть несущей конструкции фюзеляжа (как это было сделано в годы следующей войны на штурмовике Ил-2).
Активно развивались и бомбардировщики, размеры которых за время войны выросли примерно в 3 раза. Успех их использования был во многом обусловлен применением специальных приборов для прицельного бомбометания. Для обороны от истребителей на них стали устанавливать пулеметные турели  (по нескольку штук). А чтобы уйти от зенитного огня стали увеличивать высоту полета и переходить на ночные полеты, для чего было разработано необходимое оборудование.
Соответственно для борьбы с высоколетящими бомбардировщиками стали создаваться высотные истребители-перехватчики, часть из которых оборудовалось даже кислородными приборами.
Подобно наземной авиации гидросамолеты также разделились на разведчиков, истребителей и бомбардировщиков. В Англии дополнительно были созданы гидросамолеты – торпедоносцы. Также началось использование самолетов с боевых кораблей. Одним из следствий этого стало появление складывающихся крыльев на самолетах палубной авиации.
Потребности войны заставили увеличивать скорость самолетов (см. рис. 1), что обеспечивалось как за счет роста мощности двигателей, так и за счет совершенствования аэродинамики.
Мощность авиационных двигателей за время войны увеличилась примерно в 2,5 раза. Одновременно произошли изменения и в используемых типах двигателей.  Наиболее распространенными двигателями на первом этапе развития самолета были ротативные двигатели воздушного охлаждения. У этих двигателей вращались весь блок цилиндров, расположенных звездообразно, чем обеспечивалось хорошее охлаждение на всех режимах (на малой скорости при взлете и на большой скорости в полете). Двигатели эти имели высокие удельные характеристики, а при использовании капота (см. рис. 9) и умеренное аэродинамическое сопротивление. Наряду с ротативными двигателями использовались и ДВС с водяным охлаждением, созданные на базе автомобильных двигателей. Для их охлаждения использовались специальные радиаторы, снабженные заслонками для регулирования степени охлаждения. Двигатели водяного охлаждения при той же мощности имели больший вес по сравнению с ротативными двигателями и несколько большее аэродинамическое сопротивление (из-за радиаторов), но были более надежными и экономичными. В соответствии со своими конструктивными особенностями ротативные двигатели применялись на небольших самолетах, для которых важен был вес силовой установки, а ДВС с водяным охлаждением – на больших бомбардировщиках, имеющих значительную дальность полета, для которых важными были суммарный вес силовой установки и топлива, а также надежность двигателей во время длительного полета. То есть осуществлялось распределение разных типов двигателей по соответствующим специализированным нишам.
Такое распределение двигателей по типам самолетов было в предвоенный период и в начале войны. Однако по мере роста мощности у ротативных двигателей выявились отрицательные эффекты, обусловленные их принципом действия: из-за увеличения размеров блока цилиндров и роста соответствующих центробежных сил существенно осложнилась смазка двигателя, а из-за возросших массы двигателя и  соответствующего гироскопического эффекта возникли затруднения с маневрированием самолета. Поэтому в ходе войны все ДВС мощностью более 200 л.с. выполнялись с водяным охлаждением. Стационарный двигатель с воздушным охлаждением на замену ротативному появился только в первые послевоенные годы: требуемая степень охлаждения звездообразно расположенных неподвижных цилиндров обеспечивалось за счет выполнения головок цилиндров из алюминия и повышения степени оребрения головок.
Можно ли считать появление вращающегося блока цилиндров с последующей заменой его неподвижным проявлением закономерностей «повышение степени динамичности» и «антидинамичности» в развитии авиационных ДВС с воздушным охлаждением? Скорее всего, нет. Повышение степени динамичности отражает необходимость приспособления элементов системы к меняющимся во времени условиям функционирования. При этом, как правило, из процесса функционирования убираются мешающие (избыточные) свойства. Примерами этому могут служить складывающиеся крылья у палубных самолетов или убирающиеся на время полета шасси.  Вращение блока цилиндров явилось одним из решений проблемы обеспечения хорошего воздушного охлаждения при малой скорости набегающего на самолет воздушного потока. Эта проблема при существующих материалах (чугун) могла быть решена за счет повышения местной скорости воздушного потока вблизи головок цилиндров, что, в свою очередь, могло быть обеспечено либо за счет дополнительного обдува, например, с помощью специальных вентиляторов, либо за счет движения самих цилиндров. При ограниченной мощности ДВС вращение цилиндров было явно предпочтительнее. С другой стороны, всякое механическое движение элементов системы сопряжено с понижением степени надежности функционирования. Поэтому при любой возможности заменить подвижную механическую систему неподвижной, особенно в части обеспечения вспомогательных функций, такая замена осуществляется. Для ДВС с воздушным охлаждением подобная замена стала возможной за счет увеличения номенклатуры применяемых материалов, обеспечивающих интенсификацию теплообмена. То есть сложное механическое движение заменили усложнением неподвижной конструкции. 
Еще одним новым типом авиационного ДВС, появившегося во время войны, стали так называемые высотные двигатели, создание которых потребовалось из-за необходимости увеличить высоту полета самолетов. Конструктивно высотные ДВС не отличались от невысотных. Просто максимальная мощность, на которую они были рассчитаны, могла длительно реализовываться только на большой высоте. При полетах на небольших высотах максимальная мощность могла реализовываться только кратковременно, а длительная мощность была в 1,3-1,4 раза меньше максимальной. Ограничение мощности осуществлялось простым уменьшением открытия заслонки газа. Естественно, что для полетов на небольшой высоте такой двигатель имел избыточный вес. В данном случае расширение функционально-параметрической ниши ДВС при сохранении степени сложности конструкции было обеспечено за счет избыточной затраты ресурсов.
Как видно из рис. 13, аэродинамическое качество самолетов в течение подэтапа 2.1 заметно увеличилось. Это было обеспечено в первую очередь за счет внедрения целого ряда мер по снижению аэродинамического сопротивления: уменьшения общей длины растяжек, уменьшение числа стоек у бипланов, снижение числа стоек шасси, закрытие  спиц колес полотняными пролаченными дисками, замена растяжек из проволоки растяжками из профилированной ленты,  придание стойкам обтекаемой формы, установка капотов на ротативные двигатели,  установка радиаторов перед двигателями (а не сбоку от них). Кроме того, реализовывались некоторые предложения науки по совершенствованию профиля крыла. Указанные мероприятия (которые соответствуют процессу оптимизационного согласования) быстро внедрялись всеми воюющими странами, при этом обмен информацией осуществлялся в основном путем изучения сбитых самолетов.
На ряде бомбардировщиков, созданных во время войны, с целью снижения аэродинамического сопротивления двигатели размещали внутри фюзеляжа, а вращение к винтам осуществлялась через трансмиссии. Однако суммарный вес силовой установки при этом существенно вырос, плюс надежность работы трансмиссии была далека от необходимого уровня. В результате получилось только общее ухудшение характеристик самолета. 
В годы войны в 1915г. в Германии конструктором Х. Юнкерсом был создан первый цельнометаллический самолет по прогрессивной схеме моноплана со свободнонесущим крылом и относительно толстым (12-17%) авиационным профилем «Юнкерс J-1» (см. рис. 14). Побудительными мотивами этому послужили: нехватка древесины из-за блокады Германии, а также отсутствие достаточно мощных авиадвигателей немецкой постройки (что требовало существенного снижения аэродинамического сопротивления для увеличения скорости). Свою роль сыграл и имеющийся в Германии опыт создания металлических конструкций дирижаблей. Кроме того, сам Х. Юнкерс был убежденным сторонником идеи металлического самолета.


Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-14.jpg 
Рисунок 14 – Самолет «Юнкерс J-1», 1915г.


Опытный самолет «Юнкерс J-1» был выполнен из стали (за что получил прозвище «жестяной осёл»). При этом существенного снижения сопротивления не получилось (в частности, из-за торчащих радиатора и шасси, хотя при мощности двигателя 120 л.с. была получена почти рекордная скорость 170 км/ч), а по весовым показателям самолет заметно уступал существующим деревянным бипланам. В последующей модификации (истребитель J-2) сталь была заменена на дуралюмин, который был разработан и освоен в производстве в Германии, однако хороших весовых показателей достичь все равно не удалось. Энерговооруженность этих моделей самолетов (около 0,12-0,16 л.с./кг) оказалась недостаточной для их успешного практического применения как истребителей.
   
7.2 Подэтап 2.2 
Подэтап 2.2 характеризуется замедленными темпами роста скорости и аэродинамического качества самолета (см. рис.1 и 13).  Некоторые исследователи причиной этому считают обыкновенную психологическую инерцию, поскольку идеи, реализованные затем на этапе 3 и приведшие к заметному росту скорости самолета, в общем-то были известны к началу 1920-х годов. Однако развитие на данном «замедленном» подэтапе определялось рядом вполне объективных факторов.
 После завершения войны спрос на военные самолеты резко сократился, что привело к существенной недогрузке имевшихся авиационных предприятий. В двух странах авиационная промышленность была сведена к минимуму: в Германии из-за запрета на создание военной авиации и ограничения на параметры всех других типов самолетов и в России из-за разрухи народного хозяйства вследствие гражданской войны. Ответом на эту ситуацию стало возникновение и развитие гражданской авиации. Причем в целом ряде европейских стран развитие авиационных перевозок дотировалось из государственного бюджета. В течение подэтапа 2.2 число двигателей у распространенных пассажирских самолетов увеличилось с 1 до 4, вместимость - с 2-4 до 20-30 человек, а у отдельных самолетов-гигантов составила 40-60 человек.
 Создание гражданских (в первую очередь пассажирских) самолетов привело к появлению новых (по сравнению с боевой авиацией) требований: безопасность перевозок, долговечность самолетов и экономичность эксплуатации. Необходимость обеспечения безопасности полетов над водными пространствами привела к созданию различных типов гражданских гидросамолетов. А недостаточность аэродромов – к созданию большого числа амфибийных гидросамолетов различного назначения, использующих для взлета и посадки воду, землю, снег и лед и обеспечивших освоение авиацией самых удаленных уголков планеты.
За время войны самолеты в течение подэтапа 2.1 «набрали» вес, обусловленный требованиями функционирования. В результате параметрическая подниша (ячейка) самолетов весом до 1000 кг со скоростью до 150 км/ч и с мощностью моторов до 100 л.с. оказалась пустой. Поэтому на подэтапе 2.2 эту поднишу заполнила так называемая «малая авиация», созданная уже с учетом освоенных к этому времени технических решений и технологии. Легкие самолеты имели различное назначение: учебное, пассажирское, сельскохозяйственное. Их созданию способствовали дешевизна накопленного к окончанию войны и распродаваемого авиационного оборудования и большое количество пилотов, оказавшихся  без работы. Созданные в эти годы удачные образцы легких самолетов тиражировались затем несколько десятилетий. Примером такого самолета является знаменитый У-2 (По-2).
   В архитектуре самолетов подэтапа 2.2 стали широко применяться относительно толстые авиационные профили (до 15-16%). Хотя увеличение относительной толщины увеличивало профильное сопротивление и (немного) площадь трения крыла, однако позволило улучшить прочностные характеристики крыла, что в свою очередь позволило исключить из конструкции самолета элементы, создающие заметное аэродинамическое сопротивление. У бипланов за счет этого удалось освободиться от расчалок и уменьшить число стоек между крыльями. А у монопланов – реализовать свободно несущее крыло. Если в Англии,  Франции и США первые пассажирские самолеты создавались на основе бомбардировщиков, имевших схему биплана, то Х. Юнкерс уже в 1919 году создал специально спроектированный одномоторный пассажирский моноплан «Юнкерс F-13», имевший перспективную архитектуру моноплана с низко расположенным крылом, ставшую в последствии классической (рис. 15). В СССР такую схему активно применял А.Н.Туполев, создав в 1925 году не менее классический двухмоторный бомбардировщик ТБ-1, оказавший влияние на развитие архитектуры бомбардировочной авиации во всем мире (рис. 16 и 17).
В конструкции самолета стал активно применяться металл. Наиболее активно применяли его те же Х. Юнкерс (самолет F-13 был цельно металлическим) и А.Н.Туполев. Однако дело тут не в человеческом факторе прозорливых конструкторов (хотя его сбрасывать со счетов тоже нельзя). Требование долговечности конструкции гражданских самолетов не могло быть выполнено без применения металла хотя бы в конструктивном каркасе крыла и фюзеляжа. Подтверждением этому стали несколько «громких» аварий пассажирских самолетов из-за подгнивших деревянных деталей конструкции.


Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-15.jpg 
Рисунок 15 - Пассажирский самолет «Юнкерс F-13», 1919 г.
Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-16.jpg 
Рисунок 16 – Бомбардировщик ТБ-1, 1925г.
Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-17.jpg 
Рисунок 17 – Схема бомбардировщика ТБ-1


У больших самолетов применение металла стало необходимостью из-за невозможности подобрать заготовки требуемого размера из древесины. Кроме того, широко применявшиеся растяжки и полотняная обшивка крыла и фюзеляжа с течением времени теряли форму и требовали перетяжки или замены. Если у самолетов во время войны это было не заметно (жизнь самолета, участвовавшего в боевых действиях, была коротка), то для гражданской авиации необходимость проведения таких операций заметно осложняло и удорожало эксплуатацию. Необходимо при этом отметить, что переход к  металлическим самолетам происходил сравнительно медленно по двум причинам: металлический самолет получался все-таки тяжелее деревянного, да и технология авиазаводов была ориентирована в основном на работу с деревом. Поэтому металл применялся главным образом в составе смешанных конструктивных схем. Если в 1920 году металл применялся только в пассажирской авиации (с долей около 10%), то в 1929 году доля цельно металлических самолетов достигала в бомбардировочной авиации 85% (остальное – смешанные конструкции), а в истребительной и пассажирской авиации доля смешанных конструктивных схем достигала соответственно 50% и 70%.
В конструкции самолетов уже в начале 1920-х годов стали появляться отдельные элементы динамизма. Примером этому служат радиаторы охлаждения, убирающиеся в фюзеляж с ростом скорости (что позволяло  регулировать температуру охлаждающей воды и заодно снижать аэродинамическое сопротивление), а также поднимающееся колесное шасси на амфибийных гидросамолетах (что обуславливалось именно их амфибийностью).
  Отличительной особенность подэтапа 2.2 явилось существенное накопление знаниевого информационного ресурса, который затем был в значительной степени реализован на следующем этапе развития самолета.  После окончания войны стал возможен обмен научной информацией, накопленной в ходе исследований, выполнявшихся на подэтапе 2.1. В частности, стала достоянием разработанная Л.Прандлем (Германия) теория индуктивного сопротивления крыла, создавшая основу для инженерных аэродинамических расчетов [8]. Была разработана схема расчета работающей металлической обшивки крыла. По сравнению с широко применявшейся металлической гофрированной обшивкой, которая могла участвовать только в восприятии деформации кручения и имела большую площадь трения, такая обшивка существенно снижала сопротивление трения крыла и позволяла уменьшить потребную толщину крыла, что также снижало профильное сопротивление. Отсутствие практических схем расчета приводило к завышению толщины обшивки (на коэффициент незнания), что делало такую конструкцию невыгодной в весовом отношении (было проверено на натурном самолете в 1920г.). Для уменьшения аэродинамического сопротивления ДВС с воздушным охлаждением на основе аэродинамических экспериментов были предложены специальные капоты (кольцо Таундена и капот NASA). Также на основе аэродинамических экспериментов были разработаны обтекатели для шасси и «наплывы» («зализы») в месте стыковки крыла с фюзеляжем. Большинство предложений по аэродинамическому совершенствованию проверялось на спортивных гоночных самолетах.
Аэродинамическое совершенствование самолетов привело к обострению базового противоречия системы «самолет», связанного с наличием разбега при взлете и пробега при посадке. Гоночные самолеты, имевшие высокую скорость полета, выполнялись с уменьшенной площадью крыльев (с высокой нагрузкой на крыло), что в свою очередь привело к повышению взлетно-посадочных скоростей и увеличению дистанций разбега и пробега. Для разрешения этого противоречия были разработаны различные схемы механизации крыла (закрылки и предкрылки разных типов – в первую очередь для снижения дистанции пробега) и винт изменяемого шага (ВИШ, позволяющий более полно выбирать мощность двигателя при разбеге и тем самым сокращать его дистанцию). Для самолетов, имеющих хорошее аэродинамическое качество, проблемой стало пологое планирование, не позволявшее круто снижаться к аэродрому. В результате в механизацию крыла ввели тормозные щитки.
Можно отметить, что первые опыты по применению щитков и закрылков проводились еще до 1914г., а ВИШ, идея которого появилась в 19-м веке, впервые был опробован на самолете в 1910г. Однако практическое и достаточно широкое применение этих конструкций пришлось на конец подэтапа 2.2, что было обусловлено обострением соответствующих противоречий: улучшение взлетно-посадочных характеристик стало важнее, чем снижение надежности и увеличение веса.    
На этом же подэтапе были отработаны конструктивные схемы убирающегося шасси. Это техническое решение «сопротивлялось» реализации дольше других (хотя идея относится еще к проектам Леонардо да Винчи), поскольку опасность от невыпуска шасси осознавалась всеми. Кроме того убирающееся шасси требовало объемов для своего размещения и заметно увеличивало вес самолета. Однако после реализации всего комплекса мер по снижению аэродинамического сопротивления доля влияния шасси на скорость в относительном и, главное, абсолютном измерении стала достаточно велика (НЭ от торчащего шасси стал весьма существенным), что привело к применению убирающихся шасси на спортивных самолетах в начале 1920-х годов и на серийных пассажирских самолетах в начале 1930-х годов. Вообще весь комплекс решений по снижению аэродинамического сопротивления и соответствующего повышению скорости на серийных образцах был первым реализован в пассажирской авиации.
Здесь целесообразно более подробно рассмотреть факт медленного роста скорости самолетов на подэтапе 2.2. Говоря о скорости самолета как технического средства, имеют в виду, как правило, скорости серийных истребителей. Необходимость роста скорости боевого самолета определяется при сравнении с аналогичными образцами вероятного противника. Сразу после окончания войны законодателями технических характеристик боевых самолетов стали Англия и Франция, которые в отсутствии серьезных конкурентов (Германия и СССР) стали повышать в первую очередь мощность двигателей (рис. 18), что обеспечивало соответствующий  рост скорости полета истребителей-бипланов (рис. 19). То есть инерция действительно имела место, но это была инерция осознанной потребности в повышении скорости истребителей. Соответствующая инерция наблюдалась и для других типов боевых самолетов. Для вновь создававшейся гражданской авиации скорость полета тоже не стала ещё важным эксплуатационным фактором, что объясняется начальной фазой развития данного вида самолетов.


Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-18.jpg 
Рисунок 18 – Мощность авиационных двигателей, применявшихся на серийных истребителях 1920-1930г.г.
Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-19.jpg 
Рисунок 19 – Изменение скорости одномоторных самолетов в 1920-1930г.г.


Влияние «прохладного» отношения к росту скорости наглядно видно на примере самолета ТБ-1 (см. рис. 16 и 17). Применение свободно несущего монопланного крыла позволило снизить его сопротивление по сравнению с бипланной схемой, однако остальные элементы остались плохообтекаемыми: торчащее шасси и турели пулеметов, открытые кабины пилотов и стрелков, фюзеляж прямоугольного сечения, выступающие части кабины штурмана и т.п. В результате заметного повышения аэродинамического качества, скорости  и дальности полета не произошло.
На первый взгляд описанная ситуация с ТБ-1 соответствует закону неравномерного развития частей системы. Формулировки этого закона имеют вид: 
- согласно [9]: «Закон неравномерности развития частей ТС гласит, что совершенствование элементов ТС происходит неравномерно. Неравномерность развития компонентов приводит к возникновению противоречий между ними, которые снижают эффективность системы»; 
- согласно  [10]: «Развитие отдельных частей системы идет неравномерно. Одни части развивают больше, а другие – меньше или совсем не развивают. Особенно это характерно для сложных систем. Вследствие чего появляются противоречия». 
В приведенных формулировках под «противоречием», как это принято в ТРИЗ, следует понимать «обостренное противоречие». А связь развития отдельных частей с обострением противоречия в системе вытекает из определения системного (технического) противоречия: если в рамках системы параметры одной её части изменяются для получения требуемого результата, то это неизбежно приведет к обострению противоречия, узловой компонент которого совпадает с изменяемой частью системы или включает её в себя. 
Неравномерность развития различных частей системы имеет место всегда, поскольку разные части по-разному участвуют в обеспечении выполнения полезной функции системы и в потреблении ресурсов. Изменяются в первую очередь те части системы, которые обеспечивают полезный результат, снижают затраты или позволяют устранить  существенные ухудшения (НЭ). Говорить о равномерности развития частей вообще абсурдно, поскольку измерить и обеспечить эту равномерность не представляется возможным. Нельзя, например, добиваться, чтобы все части системы изменились (допустим, увеличили динамичность) на 17%. При этом как раз возможно обострение гораздо большего числа противоречий, чем при обычном неравномерном развитии. Нельзя о равномерности развития судить и по этапам развития отдельных частей (подсистем), особенно в сложных системах. В реальности возможны самые разные сочетания, которые как раз и способствуют повышению эффективности. Например, при модернизации боевых самолетов меняется в первую очередь авионика (радио-электронное вооружение), скорость развития которой велика, а планер остается неизменным. При этом никаких проблем вообще не возникает, если массо-габаритные характеристики нового оборудования не выходят за рамки старого. 
В примере с ТБ-1 имеется прогрессивное изменение одной части системы, которое создало потенциал (предпосылки) к аналогичному прогрессивному изменению других частей с целью повышения степени положительного эффекта, но этот потенциал остался не использованным. (Что-то похожее на пароход с кирпичной трубой.) То есть здесь имела место негармоничностьразвития, обусловленная отсутствием осознанной потребности в реализации всего комплекса технических решений по снижению аэродинамического сопротивления и повышению скорости полета бомбардировщика.
В проектировании хороший главный конструктор отличается от среднего тем, что при существенном изменении какой-либо подсистемы, обусловленным необходимостью выполнения новых требований к изделию, он проверяет не только появляющиеся отрицательные эффекты, но и новые возможности для развития других подсистем и системы в целом, обеспечивая гармоничность развития. 
 Между тем требуемая гармоничность развития реализовалась в гражданской авиации, поскольку улучшение аэродинамических качеств снижало эксплуатационные расходы (гражданская экономика сработала лучше, чем тактические построения военных). Как видно из рис. 19, скорость пассажирских самолетов в 1920-е годы росла интенсивнее скорости истребителей. Особенно активно этот процесс наблюдался в США, где  получение дотаций для  гражданской авиации было гораздо более трудным делом, чем в Европе.  В период с 1927г. по 1931г. фирма «Локхид» выпустила серию одномоторных пассажирских самолетов, на которых постепенно были реализованы все основные технические решения по улучшению летных и взлетно-посадочных характеристик. Если на самолете Локхид «Вега» (1927г., рис. 20) было применено свободнонесущее крыло с работающей обшивкой и фюзеляж с круговыми сечениями (для снижения площади поверхности трения), то на самолете Локхид «Орион» (1931г., рис. 21) были уже реализованы все прогрессивные наработки, исключая лишь применение ВИШ. При этом вместо высоко расположенного крыла, принятого на первых самолетах серии для лучшего обзора из пассажирской кабины (как это было принято ранее на аналогичных самолетах  фирмы «Фоккер»), было применено низко расположенное крыло для обеспечения размещения убирающегося шасси. В СССР самолет ХАИ-1, близкий по характеристикам к «Ориону», был построен в 1932г. С ростом прочности конструкции крыла произошло уменьшение относительной толщины профиля до умеренных значений (менее 10%), что также способствовало снижению аэродинамического сопротивления.


Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-20.jpg 
Рисунок 20 - Самолет Локхид «Вега», 1927г.
Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-21.jpg 
Рисунок 21 - Самолет Локхид «Орион», 1931г.


На границе 1920-1930г.г. скорость пассажирских самолетов уже превысила скорость истребителей-бипланов, что привело к осознанию технической возможности и необходимости повышения скорости боевых самолетов за счет реализации инновационных решений, проверенных в гражданской авиации. Однако быстро реализовать эту осознанную потребность не получилось по техническим причинам. На рис. 22 представлен график зависимости энерговооруженности одномоторных самолетов от скорости полета. Из этого графика видно, что энерговооруженность пассажирских самолетов при той же скорости полета  меньше энерговооруженности истребителей, даже имеющих высокое аэродинамическое совершенство. Дело в том, что для транспортного (не маневренного) самолета достаточно иметь отношение подъемной силы к весу порядка 1,7-1,8. А для истребителя, выполняющего фигуры высшего пилотажа, это отношение должно быть не менее 2,5. Кроме того, внедрение мероприятий по аэродинамическому совершенству приводит к увеличению веса самолета. То есть для реализации достижений гражданской авиации на истребителях необходимо было увеличить мощность применяемых двигателей в 1,3-1,4 раза, что также не могло быть сделано мгновенно (см. рис. 18). Поэтому реальный рост скорости истребителей был осуществлен уже за пределами этапа 2.


Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-22.jpg 
Рисунок 22 – Зависимость энерговооруженности одномоторных самолетов 1920-1930г.г. от скорости полета

 

8 Третий этап развития самолета 
8.1 Подэтап 3.1 
В третьем этапе развития самолета, который длился примерно с 1932 по 1945 год,   можно выделить три подэтапа. В течение подэтапа 3.1 (примерно до середины 1930-х годов) были реализованы все основные мероприятия по коренному улучшению аэродинамики, наработанные на предыдущем этапе. На подэтапе 3.2 (до 1940 года) осуществлялось эволюционное совершенствование самолетов, исходя из существовавших воззрений на их функционирование, а также из приближения к физическому пределу винто-поршневых силовых установок. На подэтапе 3.3, совпадающим с периодом Второй мировой войны, продолжалось эволюционное совершенствование самолетов, обусловленное реальной практикой боевых действий. Следует отметить, что развитие самолетов на этапе 3 происходило с максимальным использованием результатов научных исследований, активно проводившихся на этом этапе, т.е. с использованием знаниевого информационного ресурса.
На подэтапе 3.1 продолжалось успешное развитие пассажирских самолетов, направленное в первую очередь на рост провозоспособности (вместимость и скорость), а также на обеспечение комфорта пассажиров (звукоизоляция, отопление салона и т.п.). Архитектурно произошел переход преимущественно к двухмоторной схеме. Следует отметить, что в 1920-е годы происходил постепенный переход от одномоторной к двухмоторной, а затем к трехмоторной схеме. Установка трех моторов была обусловлена требованием безопасности полета: необходимостью обеспечения полета при вышедшем из строя одном двигателе. Но в 1930-е годы возросшая мощность двигателей позволила обеспечить это требование при двух моторах. Отказ от третьего (среднего) мотора позволил также уменьшить аэродинамическое сопротивление самолета. Если в 1930г. двухмоторные самолеты составляли 10% от числа новых типов пассажирских самолетов, то в 1934г. – уже 67%. Налицо явный переход по линии «моно – би – поли – свертывание (до би)», причем свертывание обеспечено возросшими параметрами единичного элемента.
  Началось также применение гидравлического и/или электрического привода для облегчения управления самолетом: уборка и выпуск шасси, управление ВИШ и рулями.
Практически все эти новшества были реализованы на самолете Локхид 10 «Электра» (10 пассажиров, 1934г., рис. 23). Особенностью этого самолета было применение двухкилевого вертикального оперения: плоскости оперения помещены в струи винтов для повышения эффективности управления (явное пространственное согласование).


Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-23.jpg 
Рисунок 23 – Самолет Локхид 10 «Электра», 1934г.


В 1935г. совершил свой первый полет пассажирский самолет Дуглас DC-3, ставший самым массовым самолетом 1930-1940г.г. (21 пассажир, рис. 24). В СССР этот самолет выпускался по лицензии под маркой Ли-2. Главной особенностью этого самолета явилось преодоление порога самоокупаемости пассажирских перевозок, что позволяло развиваться независимо от государственных дотаций.


Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-24.jpg 
Рисунок 24 – Самолет Дуглас DC-3, 1935г.


В целом совершенствование аэродинамической схемы и увеличение мощности двигателей обеспечило существенную по абсолютной величине прибавку к скорости пассажирских самолетов, что воспринималось как значимый результат. При этом развитие пассажирских самолетов имело свои особенности в разных странах. В США проектировали специализированные пассажирские самолеты с целью получения высоких экономических характеристик. В Германии пассажирские самолеты проектировали с учетом возможности переоборудования их в бомбардировщики (даже в ущерб экономическим показателям). А в Англии консервативно продолжали развивать пассажирские бипланы.
Двухмоторные самолеты использовались для трансконтинентальных перевозок. Для трансокеанских перевозок использовались гидросамолеты (из-за необходимости обеспечить безопасность полетов). Вершиной пассажирского гидросамолетостроения можно считать четырехмоторную летающую лодку Боинг 314 (рис. 25) вместимостью 35-70 пассажиров (в зависимости от дальности), созданные уже на следующем подэтапе. Эти самолеты совершали полеты через Атлантику и Тихий океан (с несколькими промежуточными посадками).


Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-25.jpg 
Рисунок 25 – Летающая лодка Boeing 314 Clipper, 1938г.


Реализация на военных самолетах передовых технических решений, опробованных в пассажирской авиации, началась с бомбардировщиков, являющихся близкими аналогами транспортной гражданской авиации. При этом необходимое повышение мощности двигателей осуществлялось в первую очередь за счет форсирования существующих (с соответствующим уменьшением моторесурса, требования к величине которого у боевых самолетов ниже, чем у гражданских). Проще было реализовать и механизацию крыла, поскольку после сброса бомб у бомбардировщика уменьшалась нагрузка на крыло, что снижало посадочную скорость.
При создании новых истребителей кроме опыта совершенствования пассажирских самолетов  использовался опыт спортивных (гоночных) самолетов, а также накопленные и специально проводимые научные изыскания. Примером истребителя, удачного для данного подэтапа и существенно отличающегося от истребителей 2-го этапа, можно считать самолет И-16 (рис. 26).


Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-26.jpg 
Рисунок 26 – Истребитель И-16, 1934г.


В первой половине 1930-х годов еще существовало мнение о необходимости совместного использования истребителей монопланов (скорость) и бипланов (маневренность). Поэтому создавались и истребители-бипланы на той же технической базе, что и монопланы. Делались попытки создать комбинированные би-монопланы: бипланы со складывающимся нижним крылом. Однако построенные образцы из-за возросшего веса, связанного с такой динамизацией крыла, уступали по скорости монопланам и по маневренности бипланам. Создавались и новые двухместные истребители (с дополнительным оборонительным вооружением). Однако опять-таки из-за возросшего веса они уступали обычным истребителям по скорости и маневренности, поэтому в дальнейшем использовались в основном как разведчики или легкие бомбардировщики.
Новые специализированные самолеты разведчики в 1930-х годах создавались в основном только в Германии. В остальных странах для разведки использовались истребители или легкие бомбардировщики (хотя в 1920-е годы разведчики были самым многочисленным видом военной авиации во всех странах).
 Для создания новых типов боевых самолетов продолжался рост абсолютной и удельной мощности авиационных ДВС. При этом сохранялась конкуренция между двигателями с воздушным и водяным охлаждением. Для преодоления барьера размерности применялись схемы, позволявшие  удвоить число цилиндров (переход «моно – би»). Для ДВС с водяным охлаждением применяли V-образное расположение рядов цилиндров, а для двигателей с воздушным охлаждением – схему «двойная звезда», что позволило увеличить мощность без увеличения общего поперечного размера ДВС. При этом для охлаждения цилиндров второго ряда применялись специальные меры на базе соответствующих научных исследований. Поскольку применение ДВС с водяным охлаждением позволяло уменьшить поперечное сечение фюзеляжа при одномоторной схеме, а при V-образной схеме удалось встроить в конструкцию двигателя автоматическую пушку, стреляющую через ось винта, эти ДВС стали применяться преимущественно на истребителях. А двигатели с воздушным охлаждением – в основном на бомбардировщиках и транспортных самолетах. Можно отметить, что в 1920-е годы все было наоборот: ДВС с воздушным охлаждением устанавливались на истребителях (из-за меньшего веса), а ДВС с водяным охлаждением – на бомбардировщиках и транспортных самолетах (из-за лучшей экономичности по расходу топлива). На этапе 3 более существенной оказалась необходимость снижения аэродинамического сопротивления плюс дополнительный системный эффект в части размещения оружия. Тем более, что по экономичности оба типа ДВС практически сравнялись.
Для обеспечения высотности двигателей стали применять наддув с помощью компрессора. Если для гражданской авиации было достаточно одного компрессора, обеспечивающего максимум скорости самолета на расчетной высоте, то для боевых самолетов необходимо было обеспечить работу ДВС во всем тактическом диапазоне высот. Поэтому на них стали применять два компрессора, рассчитанные на разные высоты: чаще всего один центробежный компрессор, приводимый во вращение от вала двигателя, и турбокомпрессор, приводившийся во вращение от выхлопных газов. Налицо действие целого ряда ЗРТС: увеличение числа элементов («моно – би»), согласование (ступенчатое), использование отходов (идеальность).

8.2 Подэтап 3.2 
Если на подэтапе 3.1 были произведены поистине революционные изменения в архитектуре и конструкции самолетов, особенно боевых, то на подэтапе 3.2 совершенствование планера продолжалось в основном за счет «шлифования». Улучшалось качество поверхности трения, в частности, широко стала внедряться клепка «впотай», хотя и требующая больших трудозатрат. Повышалась точность аэродинамического эксперимента: были созданы аэродинамические трубы, в которых могли испытывать натурные истребители, определяя реальное влияние тех или иных технических решений на обтекаемость.  Завершалась необходимая динамизация элементов самолета. В частности, на истребителях только к началу 1940-х годов повсеместно стали устанавливать сдвижные фонари на кабинах летчиков. Данное техническое решение долго встречало сопротивление из-за целого ряда отрицательных эффектов: от ограничения видимости до опасения, что фонарь не удастся открыть после повреждения самолета. Увеличивался объем механизации крыла, необходимый для улучшения взлетно-посадочных характеристик. Эту проблему пытались также решить за счет управления изменением площади крыла, однако сложность и заметное увеличения веса предлагаемых конструкций не дали реализовать такую динамизацию.
В конструкции самолета стали все шире применять элементы бронирования, включая бронестекла в обтекателе кабины.
Повышение прочности и живучести конструкции самолетов, а также увеличение скорости и маневренности, которые привели к сокращению продолжительности прицельной стрельбы, поставили задачу увеличения поражающей мощности оружия боевого самолета, в первую очередь – истребителей. Эта задача решалась увеличением количества и калибра автоматического оружия, устанавливаемого на истребителе. Кроме пулеметов появились скорострельные автоматические авиационные пушки. Из-за этого вес минутного залпа истребителей в 4-8 раз превысил аналогичный показатель первой мировой войны.
Увеличилось и различное вспомогательное оборудование, в первую очередь радиотехническое. На транспортных самолетах и бомбардировщиках стали применять навигационные средства для слепых полетов, устанавливать автопилоты. Появились антиобледенительные устройства.
Для повышения точности бомбометания был создан новый тип бомбардировщика: пикирующий. Пионером создания таких самолетов была Германия – знаменитый Юнкерс Ju-87. Однако за режим пикирования пришлось заплатить: для снижения скорости пикирования на самолет пришлось устанавливать специальные тормозные решетки, из-за перегрузок при выходе из пикирования пришлось усиливать конструкцию самолета, а приближение к земле во время пикирования делало самолет уязвимым для наземной стрельбы.
Все перечисленные технические решения приводили к росту веса самолетов. Средний вес истребителей, например, с 1933г. по 1937г. увеличился в 1,5-1,7 раза. Соответственно требовались все более мощные двигатели. Однако существующие винто-поршневые силовые установки уже стали приближаться к техническому пределу своего развития.
Для повышения мощности без существенного повышения размеров и веса двигателей конструктора обратились на микроуровень, т.е. занялись процессом сгорания топлива. В США и Англии в двигателях стали применять высокооктановый бензин, что позволило повысить степень сжатия смеси в цилиндрах. В Германии, где такого бензина не было, для кратковременного (около 10 минут) форсирования мощности на большой высоте использовали подачу окислителя в виде перекиси азота, а для небольших высот использовали впрыск водно-метаноловой смеси.
  Для ДВС с водяным охлаждением необходимо было решать проблему аэродинамического сопротивления радиатора. Радиатор, меняющий свою площадь за счет  выдвижения из фюзеляжа, который стал применяться на этапе 2, был приемлем до скорости полета около 350км/ч (параметрическая граница существования). Для больших скоростей стали использовать не выдвижные (не динамичные) туннельные радиаторы с уменьшенной местной скоростью обтекания (правда, за это пришлось заплатить увеличенными размерами радиатора). Кроме того, для интенсификации теплообмена вместо воды стали применять раствор этиленгликоля, который также предохранял радиатор от замерзания при низких температурах.  Однако при скорости полета более 600км/ч проявился эффект кинетического нагрева, одинаково опасный для любой системы охлаждения, поэтому серийные винто-поршневые самолеты не смогли достичь скорости более 750км/ч.
 С ростом мощности требовалось повышать обороты и диаметр винта, однако при этом на концах лопастей стали возникать волновые эффекты из-за приближения местных скоростей к скорости звука. Поэтому при повышении оборотов двигателя стали применять понижающие редукторы, а число лопастей винта увеличили с 2 до 3-4. Увеличение числа лопастей приводит к снижению КПД винта на средних скоростях полета, но зато позволяет отдалить существенное падение КПД из-за волновых процессов на больших скоростях.
Увеличение веса самолетов заставило также решать задачу по повышению весовой отдачи за счет конструкции планера (в первую очередь, для транспортных самолетов). Стали применяться новые материалы, например, более широко стали использоваться детали из легированной стали. Появились первые композитные материалы: бекелитовая фанера и дельта-древисина (которые активно применялись в СССР на первой фазе войны, когда страна была практически лишена алюминия).  На ряде самолетов стала применяться слоеная обшивка (2 тонких слоя металла, между которыми слой легкой древесины).
Во второй половине 1930-х годов много внимания уделялось освоению сверхвысоких (стратосферных) полетов, поскольку существовало мнение о возможности проникновения бомбардировщиков на очень больших высотах и о соответствующей необходимости борьбы с ними истребителей на этих же высотах. Создавались стратосферные скафандры и герметичные кабины. В реальности для обеспечения точности бомбометания высота действия бомбардировщиков ограничивалась 5-7км. И вообще авиация использовалась в основном для поддержки наземных операций, что также ограничивало высоту полета. Однако накопленный опыт позволил создать герметичные салоны для пассажирской авиации, что обеспечивало полеты на наиболее выгодных с точки зрения расхода топлива высотах. Наиболее удачная конструкция такого салона была  создана для самолета Боинг 307 (1938г., рис 27), которая затем была учтена при создании (уже во время войны) стратегического бомбардировщика В-29.


Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-27.jpg 
Рисунок 27 – Пассажирский самолет Boeing 307 Stratoliner, 1938г.


Четырехмоторная схема стала основной в дальней гражданской и военной авиации, поскольку позволяла совместить требования по надежности и грузоподъемности. Для двухмоторного самолета обеспечение взлета на одном моторе (если другой вышел из строя) требует закладывать в конструкцию отношение подъемной силы к весу порядка 2,2-2,3 (почти как у истребителей). А для четырехмоторного самолета взлет при одном вышедшем из строя моторе осуществляется при заложенном в конструкцию отношении подъемной силы к весу порядка 1,7-1,8. Это позволяет увеличить взлетный вес примерно на 30% по сравнению с двухмоторной схемой [3].
Подтвердившаяся в эксплуатации надежность самолета Boeing 307 и создание во всех точках промежуточных посадок на трансокеанских маршрутах подходящих аэродромов привело вытеснение из пассажирской авиации больших гидросамолетов, таких, как Boeing 314. Это было обусловлено тем, что гидросамолеты имели худшие аэродинамические и, соответственно, экономические характеристики по сравнению с сухопутными самолетами. Кроме того, рост размеров и скорости гидросамолетов привел к увеличению дистанций разбега при взлете и пробега при посадке, что существенно увеличило вероятность столкновения гидросамолета со случайными плавающими предметами (например, стволами деревьев). В результате гидросамолеты остались только на тех маршрутах, где были проблемы с созданием сухопутных аэродромов.
Во второй половине 1930-х годов прорабатывались различные варианты осуществления беспосадочных коммерческих трансокеанских рейсов за счет создания составных систем: «дирижабль + самолет» или «самолет + самолет». Прорабатывались также варианты дозаправки топливом в полете (первые опыты проводились ещё в 1920-е годы). Однако сложность получающихся комплексов и низкие экономические показатели не позволили реализовать подобные схемы. То есть путь увеличения числа элементов в системе и объединения разнородных элементов в данном случае оказался бесперспективным. Беспосадочные трансокеанские полеты были осуществлены уже после войны в «свернутом» варианте – одиночными самолетами с соответствующими характеристиками.   
Боевые действия, в которых принимала участие авиация на подэтапе 3.2, показали, что скорость для истребителя важнее маневренности. Поэтому создаваемые к концу этого подэтапа истребители были исключительно монопланами. В качестве примеров боевых самолетов, созданных на данном подэтапе и имевших хорошие аэродинамические и тактические характеристики, можно отметить истребители Supermarine Spitfire (Англия, 1938г.), Мессершмит Bf-109 (Германия, 1939г.), фронтовой бомбардировщик (переделанный из пассажирского самолета) Хейнкель Не-111 (Германия, 1936г.), тяжелые бомбардировщики Boeing B-17 Flying Fortress (США, 1935г.) и ТБ-7 (Пе-8, СССР, 1936г.). Все эти самолеты принимали участие во Второй мировой войне.

8.3 Подэтап 3.3 
Во время войны реально развивалась только боевая авиация, которая к началу войны включала достаточно большое количество видов самолетов:
- бомбардировщики (легкие, средние (фронтовые), тяжелые (дальние));
- истребители;
- штурмовики;
- разведчики;
- военно-транспортные;
- связные;
- противолодочные;
- торпедоносцы;
- палубные и др.
Развитие разных видов самолетов на подэтапе 3.3 происходило под действием тех или иных реальных факторов. Однако общим было преимущественное эволюционное развитие с созданием модификаций самолетов, уже освоенных промышленностью. Для сравнения: во время Первой мировой войны преимущественным было создание новых типов самолетов.  Такая разница между периодами этих войн объясняется следующим. Во время Первой мировой войны продолжался поиск наиболее предпочтительных конструкций и накопление знаниевого ресурса. А изготовление самолетов было практически кустарным, позволявшим быстро переключаться с одного типа самолета на другой. Во время Второй мировой войны типы самолетов были практически оптимизированы на предыдущих этапах развития, накопленный знаниевый ресурс использовался постоянно для дальнейшей «шлифовки», а поточное производство самолетов сопротивлялось резким изменениям конструкции (инерция производства).
Тактические характеристики самолетов росли в основном за счет роста мощности двигателей, а также общей мощности оружия. Во второй половине подэтапа появились новые средства для информационной поддержки экипажей самолетов. В Англии были разработаны самолетные РЛС, автоматические прицелы для истребителей, облегчающие попадание при стрельбе на перекрещивающихся курсах, автоматические прицелы для бомбардировщиков, приближающие точность обычного бомбометания к точности пикирующих бомбардировщиков. С этой же целью в Германии разрабатывались радиоуправляемые бомбы. В США разработали системы управления оборонительным огнем бомбардировщика из единого центра, что существенно уменьшило размеры и аэродинамическое сопротивление пулеметных турелей.
При модифицировании существующих образцов достаточно часто происходило расширение их функциональных возможностей. Например, на истребителях устанавливалось крупнокалиберное вооружение, позволяющее использовать их для штурмовки, или устанавливались дополнительные запасы топлива для обеспечения сопровождения дальних бомбардировщиков. Хорошим примером многофункционального модифицирования является двухмоторный самолет De Havilland Mosquito (Англия, 1940г., рис. 28), который выпускался в трех модификациях: легкий скоростной дневной бомбардировщик, разведчик и ночной истребитель (для борьбы с более тихоходными ночными бомбардировщиками). Такая многофункциональность обеспечивалась не только разным оборудованием, устанавливаемым на модификациях, но и параметрами самолета, подходящими для выполнения всех трех функций.


Описание: http://www.metodolog.ru/sites/default/files/u5/02807-28.jpg 
Рисунок 28 – Многоцелевой самолет De Havilland Mosquito. 1940г.


Во время войны создавались и новые типы самолетов, причем причинами этого были не только возрастающие требования, но и ресурсные ограничения. Так дефицит ДВС с водяным охлаждением привел к созданию истребителей с двигателями воздушного охлаждения: Focke-Wulf FW-190 (Германия, 1940-1941г.г.), а также Ла-5 (СССР, 1942г.) и его дальнейшие модификации. При этом высокие скоростные качества были обеспечены в первую очередь за счет увеличения мощности по сравнению с двигателями водяного охлаждения примерно в 1,5 раза. Примером развития дальнего бомбардировщика В-17 с существенной степенью новизны является стратегический бомбардировщик Boeing B-29 Superfortress (США, 1942г.) с герметичной кабиной экипажа, позволяющей совершать длительные полеты на большой высоте.
На данном подэтапе прорабатывались также технические решения, которые будут использованы на дальнейшем этапе развития самолета. В частности, создавались первые самолеты с реактивными двигателями разных типов. Однако рассмотрение этих проработок выходит за рамки настоящей работы.

8.4 Повышение относительной эффективности на третьем этапе 
Повышение относительной эффективности самолета на третьем этапе обеспечивалось за счет повышения удельной мощности двигателей и роста аэродинамического качества. Как видно из рис. 13, аэродинамическое качество увеличивалось в основном для транспортных самолетов (пассажирских самолетов и бомбардировщиков, особенно дальних). Для истребителей повышения этого показателя не наблюдается. Дело в том, что для всех типов самолетов на третьем этапе происходило снижение величины аэродинамического сопротивления, входящего в знаменатель выражения для определения аэродинамического качества. А числитель этого выражения, являющийся величиной подъемной силы, рос или оставался таким же только у транспортных самолетов, для которых дальность и экономичность важнее скорости. У истребителей реализовались технические решения, способствующие снижению сопротивления в ущерб подъемной силе: увеличение нагрузки на крыло, ограничение размаха и удлинения крыла. Соответственно коэффициент энергетического качества (рис. 12) у истребителей был ниже, чем у транспортных самолетов. То есть тот или иной показатель относительной эффективности растет практически постоянно, кроме тех случаев, когда его рост не станет мешать росту показателя функционального эффекта (для истребителя – скорости).
9 Некоторые выводы по второму и третьему этапам 
Источником развития техники являются осознанные человеком (обществом) соответствующие потребности. При этом потребности, формируемые практикой (боевые действия, экономика), являются более объективными по сравнению с виртуальными (теоретическими) построениями. Следует отметить, что на осознание потребностей абсолютное значение функциональных параметров оказывает большее влияние, чем относительное.
В соответствии с потребностями растут и соответствующие показатели функционального эффекта. Одновременно растут и показатели относительной эффективности, кроме тех случаев, когда их рост не станет мешать росту функционального эффекта.
Кроме параметрических порогов, определяющих работоспособность ТС, существует также пороговое значение относительной эффективности (как отношения полезного результата к затратам), преодоление которого соответствует зоне приемлемости (выгодности)  использования ТС. Для различных видов ТС порог относительной эффективности  определяется по-разному.
Кроме степени осознания потребности на интенсивность (скорость, разнообразие) развития оказывает влияние фактор инерции производства, а также необходимость накопления определенного знаниевого ресурса и подготовка технологического уровня.
При осознании необходимости в данном техническом средстве и возможности получения требуемых параметров функционально-параметрическая ниша ТС начинает расширяться. Осознается необходимость в выполнении различных функций, являющихся частными случаями общей функции данного класса ТС. (Под частными функциями не следует понимать функции подсистем или элементов, которые являются подфункциями главной функции. Частные функции получаются из общей путем конкретизации изделия или условий функционирования, т.е. путем сужения области действия функции.) Поскольку для разных частных функций требуется различное сочетание основных параметров, не совместимых в одном техническом средстве, функционально-параметрическая ниша начинает дробиться на соответствующие более мелкие ячейки, которые занимаются  специализированными видами данной ТС. То есть необходимость специализации определяется не только и не столько наличием соответствующей частной (узкой) функции, сколько противоречиями между параметрами функционирования.  Многофункциональность, т.е. возможность выполнения одним видом ТС нескольких частных функций, обеспечивается только совпадением требуемых сочетаний параметров.
 Если в ходе развития технического средства, выполняющего определенную частную функцию, исходная параметрическая ячейка освобождается, она чаще всего может быть заполнена другими видами данной ТС, имеющими соответствующие параметры.
Закономерность увеличения количества элементов системы в процессе развития («моно – би – поли») встречается достаточно часто как средство преодоления запретов (или невозможности) интенсификации параметров отдельного элемента. При этом мультипликации (в частности, удвоению) могут подвергаться не только отдельные элементы, но и группы элементов. Наиболее удачными являются те варианты мультипликации, которые за счет возникших дополнительных полезных системных эффектов позволяют разрешить некоторые существующие (обостряющиеся) противоречия в системе.
Также достаточно часто встречается передача действий человека техническим средствам, которая происходит в тех случаях, когда возможности (способности) человека становятся недостаточными (в энергетических и информационных потоках).
Повышение степени динамизма реализуется только в том случае, когда возникающие при этом отрицательные эффекты будут признаны несущественными по сравнению с приобретаемыми положительными эффектами (или могут быть приведены к состоянию несущественных). В тех случаях, когда динамизированная структура подходит к параметрической границе своего существования, она чаще всего заменяется нединамичной структурой, использующий иной принцип работы.
Переход на микроуровень (к управлению более сложными формами движения материи) происходит при исчерпании возможностей существующего принципа действия, использующего более простые формы движения материи.
Оптимизационное согласование осуществляется постоянно, но его виды определяются различными конкретными факторами (ситуациями).

10 Заключение 
Рассмотрение трех этапов развития технических средств, которые входят в класс «техническая система самолет», включающих процессы возникновения и развития винто-поршневых самолетов, показало, что процесс этот является сложным и многофакторным. В процессе развития реализуется значительное число известных ЗРТС. Однако действие большинства из них не является безусловным.
Безусловно действуют закономерности построения, обеспечивающие работоспособность, а также закон обеспечения удовлетворения осознаваемых общественных потребностей  с помощью данного класса технических средств.  Все остальные закономерные формы развития срабатывают только при обострении соответствующих противоречий, присущих данной ТС, и фактически являются формами разрешения данных противоречий.
Например, потребность и средство ее удовлетворения составляют единство противоположностей, поскольку потребность всегда растет быстрее возможности её удовлетворения и поскольку потребность фактически не имеет границ, а возможности (ресурсы) всегда ограничены.  Данное противоречие разрешается в двух формах: во-первых неуклонно реализуются решения, которые повышают относительную эффективность (то есть уменьшают затраты на единицу полезного результата), во-вторых, ресурсы направляются в первую очередь на изменение тех частей системы, которые обеспечивают получение полезного результата и/или устранение нежелательных эффектов. Следствием первой формы является закономерность «повышения степени идеальности ТС», а второй – «неравномерность развития частей системы».
Также, например, специализация является формой разрешения противоречия, обусловленного необходимостью реализации в одном техническом средстве не сочетаемого комплекса параметров функционирования, находящихся в отношениях противоречия друг с другом.
Правда, эти (закономерные) противоречия и формы их разрешения в ходе развития ТС встречаются весьма часто, так что вероятность реализации соответствующих ЗРТС в процессе развития систем высока. Кроме того, подход к ЗРТС как формам разрешения соответствующих противоречий необходим только при моделировании развития ТС, когда нужно с высокой степенью достоверности предсказать ближайшие несколько состояний системы с привязкой ко времени. В тех случаях, когда достаточно просто описать возможные будущие варианты системы без привязки ко времени и без оценки вероятности реализации (как в морфологическом ящике или как в массиве патентной информации), достаточно использовать ЗРТС как увязанный некоторым образом перечень.
Разумеется, объем рассмотренного материала не позволяет распространить полученные выводы на развитие всех классов технических средств. Целесообразно проверить применимость этих выводов на примерах других систем, для чего должны быть привлечены не только специалисты в области ТРИЗ, но и специалисты в соответствующих областях техники.
Использованные источники 
1. Соболев Д.А. История самолетов. Начальный период – М.: РОССПЭН, 1995
2. Соболев Д.А. История самолетов 1919-1945 – М.: РОССПЭН, 1997
3. Пышнов В.С. Основные этапы развития самолета – М.: Машиностроение, 1984
4. Уайз Дж. Удивительные мускололеты Сиуэллского аэродрома // Популярная механика. 2014. №3. С. 66-71
5. Кудрявцев А.В. Тонкая структура идеальной модели ТС – 2006 - http://www.triz-summit.ru/ru/section.php?docld=4107 
6. Голдовский Б.И., Вайнерман М.И. Рациональное творчество – М.: «Речной транспорт», 1990
7. Шухов В.Г. Избранные труды. Строительная механика – М.: Наука, 1977
8. Юрьев Б.Н. Экспериментальная аэродинамика. Часть II. Индуктивное сопротивление – М., Л.: Оборонгиз. 1938
9. Любомирский А., Литвин С. Законы развития технических систем - GEN3 Partners, 2003 - http://www.metodolog.ru/00767/00767.html 
10. Vladimir Petrov. The Laws of System Evolution. Berlin: TriS Europe GmbH, 646 pages, published in Russian. INNOVATOR (06) 01/2013, ISSN 1866-4180. Петров В. Законы развития систем - Тель-Авив, 2013
Нижний Новгород,
май 2014г.


Записаться на тренинг ТРИЗ по развитию творческого, сильного мышления от Мастера ТРИЗ Ю.Саламатова >>>

Новости RSSНовости в формате RSS

Статьи RSSСтатьи в формате RSS

Рейтинг – 157 голосов


Главная » Это интересно » Теория решений изобретательских задач (ТРИЗ) » Как стать изобретателем. Выпуск 37.
© Институт Инновационного Проектирования, 1989-2015, 660018, г. Красноярск,
ул. Д.Бедного, 11-10, e-mail
ysal@triz-guide.com