应用背景: 早期的飞机机翼都是平直的。最初是矩形机翼,很容易制作。但由于其翼端宽,会给飞机带来阻力,严重地影响了飞机的飞行速度。后掠翼:一举突破“音障” 德国,英国,美国喷的气式飞机先后上天。飞机开始进入喷气式时代,其飞行速度迅速提高,很快接近音速。机翼上出现“激波”,使机翼表面的空气压力发生变化。同时,飞机的阻力骤然剧增,比低速飞行时大十几倍甚至几十倍。这就是所谓的“音障”。为了突破“音障”,许多国家都在研制新型机翼。德国人发现,把机翼做成向后掠的形式,像燕子的翅膀一样,可以延迟“激波”的产生,缓和飞机接近音速时的不稳定现象。但是,向后掠的机翼比不向后掠的平直机翼,在同样的条件下产生的升力小,这对飞机的起飞、着陆和巡航都带来了不利的影响,浪费了很多不必要的燃料。能否设计一种适应飞机的各种飞行速度,具有快慢兼顾特点的机翼呢?这成为当时航空界面临的最大课题。
(图1)
F111战斗机在低速度飞行(图1)中,处在起飞阶段,机翼呈平直状,获得较大的升力,良好的低速特性,避免长距离滑行所浪费的能量,从而有效地解决了飞机在低速度状态下速度与能量之间的矛盾。
(图2)
如(图2)所示, F111在云层之上高速飞行,两翼后掠减小阻力,从而减小了能耗,延迟“激波”的产生,缓和飞机接近音速时的不稳定现象,使飞机能够达到更高的速度。适应于不同速度下的巡航,既在不同的速度之下采用不同的后掠角,以适应当前的飞行速度。
结论:
综合考虑所有的创新原理,最终的解决方案为:
应用15# 动态性
应用35# 物体的物理或化学状态的变化
改变飞机的飞行形态,既在不同的飞行状态下得到不同的气动外形,可以在很大程度上节约不必要的能耗。根据35#创新原理结合15#创新原理给出的启示,将飞机的机翼做成活动部件,这是飞机设计界一个大胆的创新,一举突破了传统的固有的固定翼设计理念,在飞行器设计领域开辟了一块新天地。反观传统的妥协设计只能在速度与能耗之间做取舍性质的设计。而采用TRIZ技术矛盾矩阵给出的创新原理则避免了传统的妥协设计,从一个全新的角度很好地解决了速度/能量这对技术矛盾。TRIZ理论与妥协设计的不同之处在这里得到了体现。这是TRIZ理论应用的一个经典的例证。
最终结果:
解决方向:设计者找到了满意的设计思路:能够得到平直翼和三角翼的优良的飞行特性,极大地节约了在起飞/降落过程(平直翼在低速飞行中可得到较大的升力,从而缩短跑道的长度,借此节约了能量)和高速飞行过程(三角翼在高速飞行中可以轻轻易地突破音障,减轻机翼的受力提高飞机在高速飞行时的强度,最终的结果是降低了能量的消耗)
解决方案:根据上述分析的结果,设计者设计成功了这种在当时是新型的F111变后掠翼战斗/轰炸机,这是世界是第一架应用变后掠翼设计思想的飞机,开创了新一代超音速战斗机的新纪元。从此以后,世界战机家族又多了“变后掠翼战斗机”这个新成员。以后设计出的一系列变后掠翼战斗机,如:英国、德国、意大利三国联合成立的帕那维亚飞机公司的狂风超音速战斗机等等(图3)都采用了这种新的设计思想。