Новая ручная граната

Анатолий Семенцов поставил в качестве учебной задачу об увеличении дальности полета ручной гранаты в следующей форме.

“Много лет тому назад, для ведения боевых действий, была изобретена ручная граната, которая предназначалась для оборонительных целей и для подавление очагов обороны противника при наступлении.

Hеобходимость создания такой гранаты была вызвана тем, что не везде можно было применить артиллерию. Hапример: при городских боях, боях внутри зданий и при близком и смешанном расположении обороняющихся и наступающих войск.

Если боевой снаряд мог пролететь большое расстояние (От сотен метров до десятков и сотен километров), более менее точно попасть в цель, то граната применялась в ближнем бою. Когда надо было подавить пулемёт противника, в пределах десятков метров, применялась ручная граната.

Трудно было применять гранату в "вертикальном" бою. Если при боевых действиях в здании, удобно было бросить гранату с верхних этажей вниз, то с нижних этажей в верх, особенно выше третьего этажа, было проблематично.

Для того, чтобы увеличить дальность полёта гранаты применили удлинение (деревянные) ручки гранаты. Дальность бросания увеличилась, но увеличился вес гранаты и её размеры, что для походных условий нежелательно.

Причина в том, что гранату долго, долго несут и за одну секунду используют. Hе в пример патронам, которые долго несут и несколько минут используют в боевых действиях.

Однако тут я и вижу противоречие, которое было бы интересно обсудить в эхе.

Hет, лучше задам вопрос: Как сделать так, что бы увеличить дальность и высоту применения ручной гранаты в бою при сохранении её основных характеристик: вес и эффективность.

Гранатомёт не рассматриваем, так как там к весу заряда добавляется ещё вес самого гранатомёта и топлива , необходимого для доставки гранаты к месту применения. Лишний вес в полевых условиях очень не желателен.”

Итак, требуется увеличить дальность полета ручной гранаты и высоту бросания, например, в 3-5 раз. Применение источников энергии, кроме мускульной силы человека в момент броска, а также приспособлений, способных увеличить начальную скорость бросания гранаты, запрещено. Граната должна оставаться “ручной”.

РЕШЕНИЕ

Дана ТС, предназначенная для метания гранаты, состоящая из человека как двигателя, трансмиссии и рабочего органа, и гранаты как изделия.

В полете граната взаимодействует с воздухом и Землей.

Построим таблицу взаимодействий

В таблице знаками “+,-,0” обозначены полезные, вредные и отсутствующие взаимодействия между элементами соответственно.

Из таблицы взаимодействий получаем две схемы конфликтов:

•  
• сопротивление воздуха тормозит движение гранаты и снижает дальность полета;
•  
• Земля притягивает гранату и ограничивает время полета гранаты временем после броска падения ее на Землю.

Вепольная схема имеет вид:

Конфликт 1

Конфликт 2

Рис. 1.

Рассмотрим конфликт 1. Чтобы снизить силу сопротивления воздуха известными способами, надо стабилизировать гранату в полете и придать ей каплеобразную форму.

Вследствие малой скорости полета гранаты уменьшенная сила аэродинамического сопротивления очень незначительно увеличит дальность полета. То есть требуемой дальности полета при разрешении конфликта 1 достичь невозможно.

Рассмотрим конфликт 2, для чего используем АРИЗ-85В, начиная с шага 1.2.

Часть 1

Шаг 1.2 Конфликтующая пара элементов: изделие – граната, инструмент – Земля. Конфликт заключается в притяжении гранаты Землей.

Шаг 1.4 Схема конфликта только одна, так как технические противоречия в классической формулировке не были сформулированы сознательно. Причина в том, что рассматриваемая задача – задача на построение (достраивание) ТС.

Техническое противоречие в данном случае сформулировать затруднительно, а конфликт – легко.

Шаг 1.5 Усиление конфликта. Сила притяжения увеличилась в 1000 раз. Граната в момент броска почти отвесно падает на Землю.

Шаг 1.6 Модель задачи.

1. Конфликтующая пара элементов: изделие – граната, инструмент – Земля.

2. Земля очень сильно притягивает к себе гранату, поэтому граната в момент броска почти отвесно падает на Землю.

3. Х-элемент должен предотвратить падение гранаты на Землю.

Шаг 1.7 Решение по стандартам.

Дана система: граната в полете, воздух, тормозящий гранату, земля, притягивающая гранату. В системе имеется два вредных веполя, показанных на рис. 1. Предлагается ввести поля, компенсирующие вредные поля, используя стандарт 5.2.3. В соответствии со стандартом 5.2.3 используем поля, источниками или носителями которых являются вещества, присутствующие в системе.

Известно, что на нисходящем участке траектории П_грав. противодействует П_сопр. воздуха. Применим прием наоборот: пусть П_сопр. воздуха противодействует силе тяжести. Идея решения: создание аэродинамической подъемной силы. Предлагается выполнить гранату в виде планера, диска, бумеранга.

Часть 2

Шаг 2.1 Оперативная зона – пространство, ометаемое гранатой в полете.

Шаг 2.2 Оперативное время: временем до конфликта является время до полета гранаты, временем конфликта является время полета гранаты.

Шаг 2.3 Вещественно-полевые ресурсы.

Часть 3

Шаг 3.1 ИКР 1. Х-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет падение гранаты на Землю во время ее полета, сохраняя способность Земли притягивать гранату.

Замечание. ИКР сформулирован нетрадиционно. Изменение заключается в том, что в ИКР указано, что заведомо вредное действие – притяжение Земли должно сохраниться. Это сделано потому, что данное вредное действие не предполагается устранять, а необходимо ввести некоторое новое полезное действие.

Обычный ИКР требует и сохранить полезное действие, и устранить вредное действие. В рассматриваемой задаче нет полезного действия, решение и заключает в синтезе полезного действия и устройства для его реализации.

Такая формулировка ИКР предполагает, что единственным вариантом решения является введение поля, создающего силу, компенсирующую силу тяжести.

Шаг 3.2 Усиленный ИКР 1. Х-элемент должен быть ресурсом или комбинацией ресурсов, причем его действие должно создавать поле.

. . ., абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет падение гранаты на Землю во время ее полета, сохраняя способность Земли притягивать гранату.

В частности возможными вариантами ИКР являются:

3.2.1 Кинетическая энергия гранаты, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет падение гранаты на Землю во время ее полета, сохраняя способность Земли притягивать гранату.

3.2.2 Воздух, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет падение гранаты на Землю во время ее полета, сохраняя способность Земли притягивать гранату.

3.2.3 Кинетическая энергия гранаты и воздух, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет падение гранаты на Землю во время ее полета, сохраняя способность Земли притягивать гранату.

3.2.4 Граната, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет падение гранаты на Землю во время ее полета, сохраняя способность Земли притягивать гранату.

3.2.5 Магнитное поле Земли абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет падение гранаты на Землю во время ее полета, сохраняя способность Земли притягивать гранату.

Возможное в принципе решение – сделать гранату из магнита, и стабилизировать ее в полете так, чтобы магнит-граната и магнит-Земля отталкивались друг от друга. Вследствие того, что силы отталкивания будут малы для необходимого увеличения дальности полета гранаты, указанное решение исключим из дальнейшего рассмотрения.

Шаг 3.3 ФП для каждого из “Х-элементов”, указанных на шаге 3.2.

ФП 3.3.1 Кинетическая энергия гранаты должна быть преобразована в поле, создающее силу, компенсирующую силу тяжести.

Скорость (Кинетическая энергия) гранаты должна быть направлена вверх чтобы “компенсировать” силу тяжести” и должна быть направлена к цели, чтобы долететь до нее. Это утверждение не следует из ИКР, поэтому в дальнейшем рассматриваться не будет.

Как видим, физического противоречия из ИКР п. 3.2.1 не получается, а получается прямое указание найти соответствующий физический эффект.

ФП 3.3.2 Воздух в оперативной зоне около летящей гранаты должен иметь давление снизу гранаты больше, чем сверху, чтобы создать силу, компенсирующую силу тяжести, и не должен иметь давление снизу гранаты больше, чем сверху, потому что …

а) не знаю;

б) граната не имеет необходимых свойств для такого взаимодействия с воздухом;

в) современные гранаты шарообразные, а не …;

г) граната беспорядочно кувыркается в полете.

ФП 3.3.3 Воздух в оперативной зоне около летящей гранаты должен иметь за счет кинетической энергии гранаты давление снизу гранаты больше, чем сверху, чтобы создать силу, компенсирующую силу тяжести, и не должен иметь давление снизу гранаты больше, чем сверху, потому что …

а) не знаю;

б) граната не имеет необходимых свойств для такого взаимодействия с воздухом;

в) современные гранаты шарообразные, а не …

г) граната беспорядочно кувыркается в полете.

ФП 3.3.4 Плотность гранаты должна быть меньше плотности воздуха, чтобы выталкивающая сила по закону Архимеда была бы больше силы тяжести, и граната не падала бы на Землю, и должна быть больше плотности воздуха, так как сделана из материалов с большой плотностью.

Возможное в принципе решение – присоединить гранату к метеозонду и пустить его по ветру в сторону противника. Вследствие его практической неприменимости, указанное решение исключим из дальнейшего рассмотрения.

Шаг 3.4 Формулировка ФП на микроуровне для каждого из ФП, указанных на шаге 3.3.

ФП 3.3.1 –нет.

ФП 3.3.2, 3.3.3 Молекулы воздуха должны быть (под гранатой), и не должны быть (над гранатой).

Шаг 3.5 ИКР 2. Часть воздуха вокруг гранаты (оперативная зона) в полете (оперативное время) должна сама за счет скорости полета гранаты обеспечить:

- давление снизу гранаты больше, чем сверху;

- наличие молекул воздуха под гранатой, и их отсутствие над гранатой.

Шаг 3.6 Проверка возможности применения стандартов к решению задачи в формулировке ИКР 2.

Не требуется, так как ИКР 2 прямо указывает на нужный физический эффект – создание аэродинамической подъемной силы за счет применения крыла.

Часть 6

Шаг 6.1 Сформулировать способ и дать принципиальную схему устройства.

Алексей Чернышов сформулировал их в виде формулы изобретения таким образом:

1. Способ увеличения дальности броска гранаты, отличающийся тем, что корпус гранаты приводят во вращение.

2. Устройство, содержащее корпус с полезным грузом, отличающееся тем, что он дополнительно содержит, по меньшей мере, одно крыло.

Часть 7

Шаг 7.1 Контроль ответа. Можно ли не вводить новые вещества и плоя, использовав ВПР – имеющиеся и производные?

Можно не вводить новое вещество – крыло, а сделать саму гранату в виде крыла, а точнее - в форме бумеранга. Тогда солдату во время броска необходимо приводить бумеранг во вращение, то есть в систему надо ввести дополнительное поле.

О характеристиках бумеранга можно судить по следующей информации.

40 СЕКУHД В ВОЗДУХЕ, ДАЛЬHОСТЬ ПРЯМОГО ПОЛЕТА 114 М.

ОБЩАЯ ПРОТЯЖЕHHОСТЬ ТРАЕКТОРИИ ОКОЛО ОДHОЙ ТРЕТИ КИЛОМЕТРА - ТАКОВЫ РЕКОРДHЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ, ЗАФИКСИРОВАHHЫЕ МЕЖДУHАРОДHОЙ АССОЦИАЦИЕЙ МЕТАТЕЛЕЙ БУМЕРАHГА. ПО ЭТОМУ ЭКЗОТИЧЕСКОМУ ВИДУ СПОРТА ПРОВОДЯТСЯ СВОЕОБРАЗHЫЕ ЧЕМПИОHАТЫ МИРА, СОБИРАЮЩИЕ СО ВСЕХ КОHЦОВ ЗЕМЛИ ПРИВЕРЖЕHЦЕВ ДРЕВHЕГО БОЕВОГО ИСКУССТВА, СТАВШЕГО СЕГОДHЯ ЧИСТЫМ СПОРТОМ. КРОМЕ ПЕРЕЧИСЛЕHHЫХ РЕКОРДОВ, ИHТЕРЕСHО УПОМЯHУТЬ: МАКСИМАЛЬHАЯ ДЛИТЕЛЬHОСТЬ ПОЛЕТА БУМЕРАHГА - 50,8 СЕКУHДЫ, А ТАКЖЕ ОДHОВРЕМЕHHОЕ HАХОЖДЕHИЕ В ВОЗДУХЕ 14 БУМЕРАHГОВ, ПОСЛЕДОВАТЕЛЬHО ЗАПУЩЕHHЫХ ОДHИМ СПОРТСМЕHОМ!

Для гранаты такие предельные характеристики - совсем не плохо.

Шаг 7.2 Предварительная оценка решения.

Ответы на контрольные вопросы:

а) полученное решение обеспечивает выполнение ИКР. Воздух САМ создает подъемную силу.

б) ?

в) управляемый элемент – граната. Управление осуществляется солдатом при броске.

Шаг 7. 3 Формальная новизна по патентным данным не проверялась.

Шаг 7. 4 Подзадачи, требующие решения, при технической разработке полученной идеи.

Данные задачи формулируются в техническом задании на проектирование.

Часть 8.

Шаг 8.1 В надсистеме произойдут следующие изменения.

1. Необходимо менять методику обучения технике бросания новой гранаты.

2. Изменится тактика применения новой гранаты, так как она имеет способность огибать препятствия сбоку, гранату теперь можно закинуть, например, за угол здания.

Шаг 8.2 При решении задачи использован хорошо известный прием “антивеса”, то есть использование аэродинамической подъемной силы для компенсации веса.

Часть 9

Шаг 9.2 Отличия реального хода решения задачи от теоретического по АРИЗ.

1. Шаг 1.1 не исполнен. Причина – отсутствие в первоначальной формулировке задачи положительного эффекта, который надо сохранять. В этом случае для формулировки технических противоречий пришлось бы искусственно выдумывать положительное действие, что могло бы увести решение в сторону.

2. На шаге 3.1 ИКР сформулирован с условием сохранения вредного действия. Такая формулировка ИКР целесообразна для задач, решение которых выполняется по стандарту 1.2.4, то есть переходом к двойному веполю, в котором вновь вводимое поле противодействует существующему вредному полю.

Область применения новой гранаты.

1. Военные операции.

В военных операциях в зависимости от характера цели может быть использованы как осколочное, так и фугасное действие гранаты.

Если наиболее важным является осколочное действие, то целесообразно так спроектировать гранату, чтобы обеспечить равномерный разлет осколков, то есть корпус гранаты должен быть сферическим. В этом случае к корпусу присоединяются три лопасти.

Если наиболее важным является фугасное действие, то целесообразно корпус гранаты выполнить в виде бумеранга. В этом случае присоединять к корпусу лопасти не надо, и конструкция значительно упрощается.

Конструкция гранате в виде бумеранга целесообразна и для случая зажигательной гранаты, в которой вместо ВВ помещен напалм.

2. Полицейские операции.

При полицейских операциях для борьбы с правонарушителями используют гранаты со слезоточивым газом, светошумовые гранаты, гранаты с несмываемой краской, а также гранаты комбинированного действия. Для всех перечисленных видов гранат целесообразно корпус гранаты выполнить в виде бумеранга.

Применение таких гранат позволит полиции удерживать толпу правонарушителей и эффективно воздействовать на нее на дистанции, значительно превышающей дальность броска камня или бутылки.

Аналогичные задачи выполняют ружейные гранаты, выстреливаемые из специальных надульных насадок. Однако они имеют существенных недостаток. Из –за своей большой начальной скорости ружейные гранаты при попадании в человека на близкой дистанции могут нанести ему смертельные травмы, что в полицейских операциях недопустимо. Для предотвращения этого в инструкциях по эксплуатации ружейных гранат указывается минимальная дистанция их применения. Гранаты в виде бумеранга лишены этого недостатка.

3. Тушение очагов пожара

Для тушения локальных очагов возгорания в “гранате” может находиться пенообразующая жидкость.

Конструкция гранаты в форме бумеранга показана на рис. 2.

Рис. 2

1 – взрыватель; 2 –фиксирующая скоба; 3 – корпус гранаты; 4 – чека.

Конструкция гранаты со сферическим корпусом и складными лопастями показана на рис. 3.

Рис. 3

1 – подвижные лопасти; 2 – неподвижная лопасть; 3 – фиксирующая скоба; 4 – треугольная чека; 5 – ударный механизм взрывателя; 6 – корпус гранаты; 7 – пружина растяжения; 8 – стакан с капсюлем и инициирующим веществом; 9 – стопорное кольцо; 10 – кольцевая чека.

Описание конструкции

Граната состоит из полого наполненного ВВ корпуса 6, в котором выполнены резьбовые отверстия ударный механизм взрывателя 5 и ударный механизм взрывателя 5.

На наружной поверхности корпуса выполнен цилиндрический участок, служащий посадочным местом для неподвижной лопасти 2 и подвижных лопастей 1. От продольного смещения подвижные лопасти 1 удерживаются разрезным стопорным кольцом 9, входящим в проточку корпуса 6. Возможность поворота подвижных лопастей ограничивается отгибами “а”, выполненными на неподвижной лопасти 2.

На подвижных лопастях 1 закреплены концы пружины растяжения 7.

В вернее резьбовое отверстие корпуса ввинчен ударный механизм взрывателя 5, а в нижнее - ударный механизм взрывателя 5. Конструкция этих элементов полностью идентична их конструкции в гранате Ф-1. Фиксация ударника в ударном механизме взрывателя 5 осуществляется фиксирующей скобой 3, которая в свою очередь фиксируется U-образной проволокой “в”, проходящей через отверстия в фиксирующей скобе и лопастях, как показано на рис. 4.

Рис. 4

На проволоке “в” закреплены треугольная чека 4 и кольцеобразная чека 10, как показано на рис. 4.

Замечание. На рисунках не показаны реальные профили поперечного сечения лопастей и углы наклона лопастей.

Отличительными особенностями предложенной конструкции являются:

1. Удлиненная неподвижная лопасть, которая выполнена таким образом для удобства удержания гранаты. Для компенсации увеличенной площади лопасти, а, следовательно подъемной силы можно предложить варианты конструкции с

   -уменьшенной шириной неподвижной лопасти;

   -компенсирующими отверстиями в ней;

   - уменьшенным углом наклона по сравнению с подвижными лопастями и т. д.

2. Две чеки, причем треугольная чека используется для метания гранаты со сложенными лопастями, а кольцеобразная - с разложенными.

Функционирование гранаты

Граната может метаться в двух режимах: со сложенными и разложенными лопастями. В последнем случае лопасти служат рукояткой.

При метании гранаты с разложенными лопастями необходимо, удерживая гранату за удлиненный конец неподвижной лопасти 2 и фиксирующий рычаг 3, дернуть за кольцеобразную чеку 10. При этом проволока “в” полностью извлечется из отверстий в фиксирующем рычаге 3 и лопастях 1, 2. Подвижные лопасти 1 под действием пружины растяжения 7 провернуться до упора в ограничители “а”, которые выполнены на неподвижной лопасти 2, и встанут под углом в 120 градусов друг к другу.

Затем выполняется бросок. В конце броска, когда рука солдата отпускает гранату, фиксирующий рычаг 3 под действием пружины ударного механизма поворачивается, освобождает ударник и отделяется от гранаты. То есть функционирование ударного механизма абсолютно такое же, как и гранате Ф-1.

При метании гранаты со сложенными лопастями необходимо, удерживая гранату за лопасти 1, 2 и фиксирующий рычаг 3, дернуть за треугольную чеку 4. При этом проволока “в” извлечется из отверстия в фиксирующем рычаге 3 но останется в лопастях 1, 2, предотвращая поворот лопастей 1

Затем выполняется бросок. В конце броска, когда рука солдата отпускает гранату, фиксирующий рычаг 3 под действием пружины ударного механизма поворачивается, освобождает ударник и отделяется от гранаты. То есть функционирование ударного механизма абсолютно такое же, как и гранате Ф-1.

Для обеспечения безопасности при хранении и транспортировки гранат из них выворачивают взрыватели. В предложенной конструкции для обеспечения безопасности достаточно хранить отдельно только стакан 8 с капсюлем и инициирующим веществом.

С уважением, Александр Очнев.