Тайны великих открытий

Пятая стадия анализа — анализ функций. Этот анализ может быть проведен различными методами; мы коснемся важнейших из них.

1. Первый метод — "метод выявления функциональных несоответствий", то есть поиск несоответствия в назначении деталей конструкции, мешающего действию деталей друг на друга.

Шаровая установка курсового пулемета на Т-34 уменьшала прочность лобовой брони. В Т-44 и последовавших после него танках от шаровой установки отказались.

2. Второй метод анализа функций — "использование вспомогательных функций". Обычно любое устройство выполняет и полезное, и побочное действия. Если подробно расписать все побочные действия и проанализировать их, может выясниться, что вред можно обратить в пользу. Самый простой пример — пороховые газы, которые конструкторы стали использовать для работы автоматического оружия.

Принцип этот, казалось бы, совсем прост — но вот что любопытно: в самолете МиГ-3 патрубки не просто выводили отработанные газы, а создавали при этом дополнительную тягу; в других самолетах этого не было — и это внесло свой вклад в то, что МиГ-3 являлся самым быстроходным одномоторным истребителем мира (его опережал только двухмоторный американский "Лайтнинг"). МиГ-3 на форсаже уходил от "мессершмитов"; выпуск этих самолетов пришлось прекратить потому, что заводы потребовались для выпуска аналогичных двигателей для Ил-2.

…Однажды американец по имени Шон Нельсон забрался в танк и поехал, давя людей и круша автомашины на своем пути.

Перед полицейскими возник вопрос: как быстрее обезвредить этого сумасшедшего?

Против танка нет приема. Кроме… Раз обезвредить танк в целом нельзя, то можно постараться сделать для него невозможной хотя бы какую-нибудь одну операцию. К примеру, можно набросить на стекло смотрового устройства водителя мокрую тряпку. С обычным танком это не проходит, поскольку наблюдение за дорогой осуществляет не только водитель, но и командир танка; одновременно же сидеть за рычагами и наблюдать из башни невозможно, это две разные функции.

Полицейские набросили тряпку, и танк, заехав на ограждение между дорогами, застрял. Но после этого возник вопрос: что делать дальше?

Еще одной из функций бронированной машины является забор воздуха для экипажа. Это можно использовать, запустив в отверстие для воздуха газ из газового баллончика.

Судя по документальной хронике, американские полицейские сделали что-то в этом роде. Когда Нельсон показался из танка, полицейские немедленно его застрелили.

Итак, полицейские восприняли танк не как единое целое, а как набор функций — и выбрали те, которые могли использовать в своих целях.

3. Третьим методом анализа функций является "нейтрализация вредных функций". То есть необходимо выявить вредные функции и привлечь принцип, позволяющий избавиться от их вредного действия.

Когда в 1880 году Эдисон создал достаточно долговечную лампу, он попросил руководителя своего исследовательского отдела Фрэнка Аптона спроектировать динамо. Сам Эдисон, не имея специального образования, с этой задачей никогда бы не справился. Проведя анализ, Аптон обнаружил, что самым крупным источником потерь в генераторах являются токи Фуко, бесполезно нагревающие сердечники машин. Как снизить ток при заданном напряжении? Только подняв сопротивление. Аптон поднял сопротивление для токов Фуко, использовав вместо одного большого сердечника множество изолированных друг от друга пластин. КПД первого же генератора Аптона перевалил за 90 %, тогда как никому не удавалось получить КПД выше 40–50 %.

В методе "нейтрализации вредных функций" следует: а) выявить вредную функцию; б) определить ее физическую природу; в) определить путь уменьшения функции; г) найти принцип реализации этого уменьшения.

Алгоритм прост — настолько прост, что кажется само собой разумеющимся. Однако систематическое исследование человеку несвойственно, и потому можно привести много примеров, когда выдающиеся изобретатели годами мучились с какой-нибудь побочной функцией, пытаясь одолеть ее с наскока.

При строительстве первых электромоторов выяснилось, что ток к обмоткам якоря через медные щетки и коллектор подвести трудно, почти невозможно. Во время запуска или перемены направления вращения коллектор вспыхивал от искр и через несколько минут буквально рассыпался в прах. За восемь лет совершенствования электромотора изобретатели Спрэг, Ван-Деполе, Бентли Найт, доведя до совершенства все остальные части электромотора, с проблемой щеток так и не справились.

Ответ оказался прост: если ток большой, то его надо уменьшить. Большое сопротивление дает графит (графит стоит во всех регуляторах громкости). Сопротивление графита больше сопротивления меди в 1000 раз. Но, уменьшая вредную функцию (большой ток), графит уменьшает и полезную (тот же самый большой ток). Ничего страшного — площадь контакта графитной щетки можно сделать в 1000 раз больше медной.

Приведенное решение проблемы кажется логичным — однако оно было найдено методом проб и ошибок.

4) Четвертый метод анализа функций — "анализ положительных и отрицательных функций для их наиболее рационального использования".

Этот метод — самый важный, а порой просто жизненно необходимый. Пример из истории.

После окружения советских армий под Брянском в 1941 году единственной мобильной силой на Западном фронте оказались 50 танков 4-й танковой бригады М.Е. Катукова.

Казалось, судьба Тулы, а затем и Москвы была решена. Но вдруг. О том, что случилось 6 октября 1941 года, гитлеровский генерал Гудериан написал следующее:

"Южнее Мценска 4-я танковая дивизия была атакована русскими танками, и ей пришлось пережить тяжелый момент. Впервые проявилось в резкой форме превосходство русских танков Т-34. Дивизия понесла тяжелые потери. Намеченное быстрое наступление на Тулу пришлось отложить".

Что же произошло? Танки Т-34 сражались с танками Гудериана еще в Белоруссии — но именно сейчас прославленный полководец признал их превосходство и был вынужден приостановить наступление.

Ответ на этот вопрос содержится в записи, сделанной Гудерианом чуть позже:

"Особенно неутешительными были полученные нами данные о действиях русских танков, а главное, об их новой тактике".

Вот в чем дело! Танки Т-34 стали применять иначе? Как?

Катуков прекрасно знал, что немецкие танки имеют слабую броню с бортов. Когда 6 октября немецкая 4-я танковая дивизия направилась на позиции русских стрелков, ее ждал внезапный фланговый удар. После удара Катуков сразу отвел бригаду, предпочтя сохранить ее для последующих внезапных нападений.

Катуков знал также, что узкие гусеницы немецких танков застревают в грязи, и потому танки способны в распутицу двигаться только по шоссе.

"Вечером 11 октября, когда передовые части дивизии вступили в охваченное пожаром предместье Мценска, дивизия растянулась по шоссе километров на двадцать, а приданная ей артиллерия и пехотные части оказались почти за пределами радиосвязи. Именно этот момент Катуков выбрал для нового удара. Почва с наступлением сумерек начала подмерзать, широкие гусеницы Т-34 позволяли пройти там, где тяжелые немецкие танки T-IV садились на бронированное брюхо.