features



TAG Heuer: альтернатива Гюйгенсу

English Español 中文
Март 2012


Радикальные изменения, новые горизонты в часовом искусстве... Иногда путешествие в будущее начинается с возвращения в прошлое – в 1747 год, когда Д’Аламбер опубликовал свой труд о вибрирующих струнах. К нему-то и обратился Ги Семон, курирующий в TAG Heuer научно-исследовательскую деятельность. Уравнение Д’Аламбера стало первым волновым уравнением, описывающим колебания некой волнообразной величины, теоретически идеальной “вибрирующей струны”, в пространстве и времени.

Долгие годы уравнение не находило практического применения, пока не начало использоваться в проектировании и строительстве. На нем основан принцип действия струнных экстензометров, применяющихся для измерения вызванной колебаниями деформации бетона в высотных зданиях, башнях, плотинах и атомных электростанциях. С его помощью рассчитывается движение, воздействующее на тросы мостов, железнодорожные контактные сети или… гитарные струны.

Но никому и в голову не могло прийти ввести понятие вибрирующей струны в мир часовой механики. Никому до Ги Семона. Обладающий познаниями в физике и математике, он посчитал это направление перспективным. К тому же TAG Heuer в гонке за “высоким герцем” натолкнулась на препятствие на частоте 500 Гц — физические ограничения работы традиционной спирали баланса (изобретенной в 1675 году Христианом Гюйгенсом, отцом современной часовой механики).

От 1/100 до 1/2000 доли секунды

Мы не будем детально останавливаться на достижениях марки в области точного измерения коротких интервалов времени. Отметим лишь, что все началось в 1916 году с создания модели Mikrograph, измерявшей время с точностью до 1/100 секунды. Исследования продолжились и в XXI веке, и в 2005 году марка представила TAG Heuer Calibre 360, свой первый модульный механический наручный хронограф, способный измерять и отображать время с точностью до 1/100 секунды при частоте 360 000 пк/ч.

За ним в январе 2011 года последовал интегрированный хронограф Heuer Carrera Mikrograph, также отсчитывавший 1/100 секунды благодаря двум отдельным калибрам, один из которых совершал 28 000, а второй 360 000 пк/ч, достигнув частоты в 50 Гц. Не прошло и трех месяцев, как TAG Heuer представила модель Mikrotimer Flying 1000. Частота колебаний новинки выросла в 10 раз, до 500 Гц, достигнув невероятного показателя — 3,6 млн пк/ч. В результате Mikrotimer Flying 1000 сделал возможным измерение и визуализацию 1/1000 секунды.

Добиться такого результата позволила система двойного спуска. TAG Heuer разработала первый спуск, не нуждавшийся в балансе: при частоте 3,6 млн пк/ч секундная стрелка совершает десять оборотов в секунду, а “напряжение спирали (длиной в четыре витка) настолько велико (в десять раз сильнее, чем в обычных часах), что потребность в балансе попросту отпадает”, — пояснял Ги Семон.

TAG Heuer: альтернатива Гюйгенсу

Альтернатива колебательной системе Гюйгенса

Что же происходит, когда частота колебаний превышает 500 Гц? “Чудо изобретения Гюйгенса состоит в том, что пружинный регулятор легко переносит незначительные перепады частоты в момент импульса на частоте от 230 до 320 Гц. С повышением частоты все значительно усложняется. Палеты не успевают за ритмом колебаний. Они не могут долгое время вращаться с постоянной скоростью, а значит, не могут обеспечить необходимый для регулятора ритм. Возникает динамический и энергетический дисбаланс, поскольку система достигла своего предела”.

Колеблющиеся пластины

Здесь вступает в действие принцип “струн”, или “колеблющихся пластин”. Ги Семон отталкивался от теоретического понятия “идеальной колеблющейся пластины”, или бесконечно гибкой волны с постоянным напряжением, равномерно распределяющимся по всей ее длине, идеальной эластичностью и не подверженной действию силы тяжести. Речь идет об изохронно колеблющейся волне. Но это в теории, а на практике прежде всего нужно было максимально приблизиться к описанной в уравнении Д’Аламбера идеальной волне.

На первый взгляд, система не представляет собой ничего сложного — три “колеблющиеся пластины”: линейный генератор, который крепится к палетам, осциллятор в форме тонкой “пластины” и соединяющее их устройство, также в виде “пластины”. Под действием генератора осциллятор начинает колебаться, максимально приближаясь к теоретическим показателям “идеальной волны”. Вибрации происходят на определенных частотах. При помощи специального кулачка, как при настройке гитары, регулируется длина колеблющейся пластины. Новый тип осциллятора, в отличие от предложенного Гюйгенсом, имеет вытянутую, как струна, форму.

Но, как и в любом классическом механизме, механическая энергия, поступающая на зубчатое колесо спуска, является непостоянной. Чтобы как-то компенсировать перебои в подаче энергии, угол спуска необходимо максимально уменьшить. Таким образом, число зубцов спускового колеса увеличивается вдвое, до 40. И, как результат, традиционная функция “покоя” используется для ограничения и контроля скорости. С той же целью была изменена и геометрия точки соприкосновения палет и спускового колеса.

Для инерции передачи была создана “система расцепления триба, соединяющего спуск с колесом” в виде пружины, взведенной, когда передача находится под нагрузкой. При перепадах пружина восстанавливает уровень энергии, чтобы “ускорение спускового колеса могло достичь максимума независимо от передачи”.

The kinetic energy propagates in the exciter, and transforms into potential energy transmitted to the “vibrating beam of the coupler”. The latter transmits an “exciting energy” that reaches the end of the “oscillating beam,” resulting in a displacement according to the vibratory mode, which is that of the desired frequency.

Кинетическая энергия преобразуется в потенциальную и поступает на “вибрирующую пластину соединительного элемента”. Последний проводит “колебательную энергию”, достигающую конца “колеблющейся пластины” и вызывающую отклонение, соответствующее требуемой частоте. Вследствие минимальной инерции и почти полного отсутствия амплитуды колебаний (система вибрирует с высокой скоростью, при этом амплитуда вибрации ничтожно мала) требуется меньше энергии, чем в случае регулятора, состоящего из баланса и балансовой спирали. Другое преимущество высокочастотных колебаний — значительно увеличившийся запас хода. Система прекрасно адаптируется ко всем частотам не ниже 50 Гц, при которых она попросту стопорится. Теоретически регулятор нового типа прекрасно подходит для измерения небольших отрезков времени, а вот отображение часов, минут и секунд с его помощью кажется несколько более проблематичным.

Отображение 1/2000 секунды

Таким образом, благодаря неслыханной частоте колебаний в 7 200 000 пк/ч, что соответствует 1000 Гц, концепт марки TAG Heuer Mikrogirder способен отмерять время с точностью до 1/2000 секунды (или, как предпочитают говорить в TAG Heuer, 5/10 000 секунды). В Mikrogirder, получившем двойную систему спуска, традиционный “гюйгенсовский” узел, отмеряющий часы и минуты, и “колебательный” узел хронографа, обладающего точностью 1/2000 секунды, работают независимо друг от друга.

Каким образом удается отобразить столь ничтожно малые интервалы? Индикация 1/100, 1/1000 и 1/2000 долей секунды осуществляется при помощи расположенной по центру стрелки, совершающей 20 оборотов в секунду вдоль нанесенной на циферблат шкалы. На другой шкале, помещенной в положение “12 часов”, изображены поделенные на доли три секунды. Третья шкала у метки “3 часа” показывает десятые доли секунды. В ходе разработки этой исключительной модели марка запатентовала десять изобретений. Будущее покажет, смогут ли вибрирующие пластины заменить другие системы в гонке за безупречной точностью.

Источник: журнал Europa Star май-июнь 2012