Закон полноты частей системы описывает минимально необходимый набор частей, обеспечивающий минимальную работоспособность системы. В общем случае, необходимо наличие следующих частей системы:

• рабочий орган,

• энергия для обеспечения его работы,

• система управления рабочим органом.

Идеальном случае рабочий орган – энергия. например, инструмент для плазменной обработки. этот частный случай представляет собой одну из тенденций развития техники.

минимальный набор элементов в средствах транспорта, например, это:

• движитель – рабочий орган,

• двигатель с источником энергии,

• корпус,

• система управления.

В качестве примера рассмотрим некоторые виды указанных частей судна.

движитель для судов могут быть следующих видов: весло, гребное колесо и гребной винт, водомет, реактивная струя, парус, крыло, воЗдушный Змей, парашют, пропеллер, вращающиеся роторы.

судовые ветродвижители, где: а - мягкие паруса, б - полужесткие паруса, в - жесткие паруса-крылья, г - авторотирующий пропеллер, д - вращающийся ротор, работа этого ротора основана на эффекте магнуса.

 

движители для передачи большой мощности или для быстрых судов. 1 - трехвальная установка; 2 - гребной винт в насадке; 3 - соосные гребные винты противоположного вращения: 4 - водометный движитель

многие этот эффект наблюдали при исполнении так называемого "крученого мяча" в настольном теннисе или футболе. Суть его в следующем. Цилиндр (или шар) вращается в определенную сторону. Стрелкой показано направление вращения (? - скорость вращения). Цилиндр находится в потоке ветра, показанного стрелкой w. Когда скорости ветра w и вращения цилиндра ? складываются, общая скорость v₂ увеличивается. при увеличении скорости, согласно закону бернулли, давление P₂ в потоке воздуха падает

с другой стороны (сверху) скорости вычитаются, общая скорость v₁ уменьшается (v₁ lt; v₂), и давление P₁ увеличивается. так образуется сила F, направленная перпендикулярно к потоку, которую можно использовать для движения судна.

 

Пример 1.

Как известно эффективность паруса и крыла, прежде всего, определяется их общей площадью, поэтому их делают как можно выше. Однако удлинение парусов и крыльев приводит к уменьшению остойчивости судна. Оригинальное решение этого противоречия - кольцевые и полукольцевые паруса-крылья.

Аналогичное решение предложено использовать и в авиации. По замыслу авторов, такое крыло в два раза меньше обычного, но из-за особенностей движение воздуха в "трубе" обеспечивают необходимую подъемную силу.

 

 

 

 

Пример 2.

В1924 г. французский инженер константен, воскрешая идею xvIII в., предложил применить ветродвигатели для движения судов. Вращение вала ветродвигателя передается с помощью трансмиссии, содержащей двойную угловую зубчатую передачу и вал, на обычный гребной винт, движущий судно.

 

Пример 3.

Французский корабел м.мар предложил в качестве движителя использовать ветряк (пропеллер).

Трехлопастной ротор приводит в движение генератор, полученная электроэнергия питает электродвигатель, который вращает гребной винт. Управление ротором проводится с помощью бортового компьютера, который устанавливает ротор против ветра и меняет шаг лопастей.

 

 

 

 

Пример 4.

Возможна комбинация ветродвижителей, например, крыла и пропеллера. На рисунке показано судно с комбинированной ветроэнергетической установкой. Установка состоит жесткого полукольцевого паруса-крыла с высоким аэродинамическим качеством, которое обеспечивается большим удлинением крыла и шайбами на нижних кромках крыльев. Система крыльев имеет механизм установки необходимого угла атаки. внутри контура, охватываемого полукольцевым крылом, по оси симметрии крыла размещен самоориентирующийся по ветру крыльчатый ветродвижитель с горизонтальной осью, для которого жесткий парус служит габаритным ограждением для ветродвигателя во время его вращения.

При движении боковыми ветрами силу тяги создает жесткое полукрыло, а ветродвигатель застопорен, лопости его установлены горизонтально и развернуты во флюгерное положение. В таком положении ветродвигатель практически не влияет на работу крыла. в случае движения острыми курсовыми углами или прямо против ветра, когда парус не тянет, работает ветродвигатель самоориентируясь по каждому ветру, а полукольцевой жесткий парус устанавливается в плоскости вращения колеса и служит для него аэродинамической насадкой. Мощность от ветродвигателя через трансмиссию передается на гребной винт, вызывая движение судна.

При попутных ветрах полукольцевой жесткий парус в силу конструктивных условий (угол установки его ограничен) создает малую тягу, поэтому движение судна осуществляется также с помощью ветродвигателя. Реверс производится гребным винтом регулируемого шага (врш).

 

 

 

Такое судно может успешно двигаться всеми курсами относительно ветра, минуя "мертвые зоны", и более эффективно использовать энергию ветра.

Судно с комбинированной ветроэнергетической установкой. а - при движении боковым ветром (работает крыло); б - при движении встречным и попутным ветрами (работает ветродвигатель). 1 - полукольцевой жесткий парус; 2 - ветродвигатель; 3 - трансмиссия к гребному винту.

 

Пример 5.

В англии в качестве движителя использовали воздушный змей. Крупная прямоугольная конструкция обтягивается прочной синтетической пленкой и заполняется гелием. На змее установлена метеорологическая аппаратура, которая передает информацию на судно. Змеем можно управлять с помощью перетекания газа во внутренних отсеках.

Подобное решение, но более простое в осуществлении предлагает английский изобретатель К.Стюарт. Он разработал надувной пластиковый "воздушный змей", который наполняется гелием и запускается с палубы судна. По сути, это тот же парус, но без мачты. преимущество его в том, что этот "парус" может использовать потоки на высоте даже тогда, когда над морской гладью царит безветрие. Изобретатель приспособил свой движитель к небольшой яхте и несколько раз переплыл на ней ла-манш. Автор утверждает, что без принципиальных изменений его парус можно применить на судах водоизмещением до 150 тонн.

Пример 6.

Роторные суда, изобретены немецким авиационным инженером и изобретателем антоном флетнером. работа движителя а.Флетнераоснована на эффекте магнуса.Роторные суда имеют от одного до трех вертикальных цилиндров-роторов, вращаемых вспомогательным двигателем.

 

 

 

Пример 7.

Из всех районов земли наиболее полно энергию ветра можно использовать в южном океане, ограниченном австралией, африкой, южной америкой и антарктидой.Проекте "аврора" парус - это парашют длиной 450 м и диаметром чуть меньше 1 км, связанный с забалластированным поплавком и движущийся на высоте 170-300 м над уровнем воды.Высота над уровнем океана, даже при отсутствии ветра, поддерживается гелием или водородом, заполняющим специальные камеры парусов.

двигатель

В качестве двигателей в судах используют: дизель, турбина, атомный реактор и значительно реже - ветер и электродвигатель. Раньше использовали паровой двигатель. Наиболее часто встречающиеся в настоящее время двигатели показаны на рисунке.

судовые энергетические установки.1 - низкооборотный дизель, непосредственно работающий на гребной винт; 2 - дизль-редукторная установка 3 - паротурбинная установка; 4 - газвая турбина; 5 - атомная установка; 6 - газтурбинная установка с электрической передачей на винт.

 

 

 

 

Корпус

 

 

 

 

корпуса могут отличаться по их количеству, виду и материалу, изкоторого они сделаны.

• количество корпусов 1 корпус, 2 корпуса – катамаран, 3 корпуса – тримаран , 4 и более корпусов – полимаран.

• материал корпуса: папирус, тростник, дерево, металл, пластмасса, стеклоткань и т.д.

южноамериканская тростниковая лодка

• вид корпуса: плот, водоизмещающий корпус, полупогруженный корпус, с подводными крыльями, на воздушной подушке, экраноплан, подводное судно.

плот	водоизмещающий корпус	с подводными крыльями	экраноплан

  Система управления

Системы управления могут быть: непосредственные, дистанционные; ручные, механические, полуавтоматические, автоматические.

 

Пример 8.

В втомобиле человек непосредственно управляет машиной– это непосредственная система управления. Луноходом управляли с Земли– это дистанционное управление.

Когда-то автомобилем управляли в ручную, далее стали использвать усилитель руля – это механическое управление. На следующем этапе на отдельных не сложных этапах дороги можно было поручить управление полуавтомату. Сегодня существует автомобиль который полностью управляется автоматически.