ШИРОКО (SCIROCCO). Инфразвуковой виброакустический широковещательный интерфейс. Часть 1

1.Вступление

Виброакустические инфразвуковые интерфейсы предназначены для широковещательной передачи энергии в упругой среде(вода, грунт).
Активно применяются морскими животными (киты, касатки) для общения на расстояниях свыше 1000 км (диапазон 18..30Гц).
Максимальное расстояние, зафиксированное для синего кита, составило 1300 км (Miller, 1951; Scharf, 1970) [1].
Аналогичные системы разрабатывались в 20 веке для организации связи с подвижными подводными объектами.
Но, добиться удовлетворительных результатов в звуковом диапазоне не получилось.
Вместо этого были разработаны электрические передатчики с радиосигналом диапазона сверхнизкой частоты SLF(СНЧ)(30-300Гц).
Эффективные размеры антенн для таких частот составляют тысячи километров (L=3*10⁸/300=3*10⁶м=3000км).
Реально делают антенны в десятки километров, при этом КПД антенн становится очень низким и приходится компенсировать это большой мощностью питания.
Для работы этих передатчиков используют электростанции большой мощности.
Из открытых источников сегодня известны:
-Система "Зевс"  , Россия, 82 Гц.
-Система "Seafarer", США, 76 Гц .
Вероятно, что Россия и США, смогли построить передатчики в диапазоне ELF(КНЧ) (3-30Гц), но эта информация крайне секретная.
Стоимость и размеры таких передатчиков чрезвычайно огромны.
Радиосигналы таких частот легко проникают в толщу воды и льда, что делает их незаменимыми для связи с подводными объектами в любой точке планеты и на любой глубине океана.

В статье мы рассмотрим несколько инфразвуковых передатчиков диапазона 9-16 Гц.
Это древние инфразвуковые генераторы, работающие на энергии воздушных потоков.
Инфразвуковые передатчики весьма эффективны, так как скорость звука значительно меньше скорости электромагнитной волны.
Длина волны звука для частоты 12.25 Гц в воздухе составляет 28 м, в камне 460 м.
Эффективная антенна должна быть сопоставима с половиной длиной волны в среде распространения.
Поэтому получить эффективные антенны(вибраторы) в звуковом диапазоне значительно легче, чем в электрическом диапазоне. 

Хотя российским инженерам не удалось построить инфразвуковую систему вещания, но мы можем описать принцип работы этих древних энергетических установок.
Для этого будем использовать известные научные знания и понятия, такие как резонатор, генератор, энергия, энергетический поток.
Так же будем использовать ТОР(теоретические основы радиотехники), так как это наиболее развитая научная теория описывающая передачу энергии волновыми процессами.

1.1 Резонатор , генератор, энергетический поток.[2]

Резонатор - это объект, который может совершать свободный затухающий колебательный процесс после однократного энергетического воздействия на объект.
Резонатор характеризуется собственной частотой возбуждения и добротностью.
Добротность определяет затухание свободных колебаний, чем выше добротность, тем больше свободных колебаний совершит резонатор.
Резонатор, получив порцию энергии, расходует её с каждым колебанием.
Часть энергии теряется на нагрев за счёт сил трения.
Другая часть энергии передается в физическую среду в виде волновой энергии в определённой полосе частот.
Чем меньше ширина полосы частот, в которой передается энергия, и меньше потери на трение, тем выше добротность резонатора.

Резонаторы бывают разные:
1.Маятник
2.Струна
3.Колокол
4.Камертон
5.Кварцевый резонатор
6.Атомный резонатор.
Резонаторы могут быть различны, но описываются они одинаковыми уравнениями волновых процессов.
Суть колебательного процесса заключается в гармоническом переходе энергии из потенциальной в кинетическую форму и обратно, за определённый период времени.

Чтобы колебательный процесс не затухал в резонаторе, нужно компенсировать потерю энергии каждый период колебания.
Устройства, которые это делают, называют генераторами.
Генератор должен подключать резонатор к энергетическому потоку через интервал времени кратный периоду колебания резонатора.

Энергетический поток - это поток частиц двигающихся под действием силы создаваемой разницей энергетического потенциала между двумя точками пространства.
Для возникновения потенциала нужна сила, которая может действовать на частицу энергетического потока.
Силы могут иметь различные причины возникновения, но вычисления её действия описываются одинаковыми уравнениями.

Например, возьмём два одинаковых элемента пространства и поместим в одно 50 частиц, а в другое 10 частиц.
Допустим это молекулы воздуха или электроны, между ними существует сила отталкивания.
В этих элементах пространства сила взаимодействия определит энергетический потенциал f1 и f2.
Потенциал f2 будет большим, так как на частицы будет действовать большая сила отталкивания.

Рис.1 Одинаковые элементы пространства с разным количеством взаимодействующих частиц.

Разница потенциалов называется напряжением, оно характеризует суммарную силу, действующую на частицы между двумя точками пространства.
Если теперь соединить эти два элемента пространства физической средой способной пропускать частицы, то возникнет энергетический поток.

Рис.2 Возникновение энергетического потока.

Энергетический поток характеризуется силой потока.
Сила потока определяет скорость переноса энергетического потенциала между двумя точками пространства.
Величина силы потока I зависит от напряжения U(разности потенциалов) и сопротивления среды R.
В общем случае это закон Ома I=U/R.
Частицы преодолевая сопротивление канала связи, передают свою энергию на нагрев и на полезную работу.
Например, если в воздушный поток поместить парусник, то на него будет действовать сила, которая заставит его двигаться в направлении потока.
При этом поток будет совершать полезную работу (движение парусника) равную A=F*S (где, A-работа в Джоулях, F-сила Ньютонах, S-путь в метрах).
Работа совершаемая в единицу времени называется мощностью P=A/t (измеряется в Ваттах).
Также мощность определяют, как произведение напряжения(разность энергетических потенциалов) на силу потока(скорость переноса энерг. потенциала) P=U*I (Вт).
 

В различных науках эти процессы называется по-разному, хотя имеют общую сущность.
Например, в пневматике потенциал- давление, напряжение -разность давления и т.п.
Наиболее практически значимо и полно описывает эти процессы электрические науки, например прикладная ТОР(теоретические основы радиотехники).
ТОР может описать все колебательные процессы независимо от их происхождения: механические, атомные, электрические, звуковые.
Основной генератор в радиотехнике построен на кварцевом резонаторе.
Кварцевый резонатор - это камень, который стучит в каждом мобильнике, смартфоне, телевизоре, компьютере, пульте, спутнике и т.д.
Он определяет начало и конец всех движений электронов внутри устройства.
Кроме того, только ТОР полностью описывает передачу генератором волновой энергии в пространстве. 

1.2 Звуковые генераторы на воздушных потоках.

Генератор должен эффективно превращать энергетический поток в волновую энергию среды.
Для этого он и предназначен.
Звуковые генераторы работающие на воздушном энергетическом потоке весьма эффективны.

Начнём с самых древних:
1. Голосовой аппарат человека.
Представляет из себя многомодовый генератор звуковых волн, работающий на энергии сжатого воздуха.
Имеет несколько резонаторов - голосовых связок (85..255 Гц).
Входит в состав передатчика (глотка, язык, ротовая полость, зубы, губы) способного модулировать несущие звуковые частоты обертонами.
Используется человеком для широковещательного обмена информацией в упругой среде через интерфейс "голос-слух".
Весьма эффективен и универсален.
Обеспечивает дальность связи до сотен метров в воздухе.

2. Голосовой аппарат кита.
Способен генерировать инфразвуковые частоты в районе 18-30 Гц.
Весьма эффективен.
Обеспечивает наибольшую дальность передачи сигнала в воде до 1300км.

Созданные человеком:
1. Духовые музыкальные инструменты. (Флейта, труба, валторна и др.)
Звуковой генератор работающий на энергии воздушного потока.
Имеет несколько встроенных резонаторов на разные частоты.
Имеет модуляторы обертонов и элементы усиления амплитуды сигнала.

2. Свисток
Простейший звуковой генератор на энергии воздушного потока.

3. Пирамидальные инфразвуковые генераторы.
Описание этих звуковых генераторов см. в п.3.4 

Все генераторы, передатчики и приёмники работают по общим принципам.
В основе которых лежат резонансные свойства объектов и передача энергии волновым способом.
Поэтому работу этих устройств лучше всего можно объяснить на электрических устройствах.
Так как современная цивилизация здесь сильно преуспела.

2. Электрические передатчики энергии.

2.1 Функциональная схема генератора.[3]

В настоящее время мы умеем создавать радиопередающие устройства, которые используют переменный электрический ток для передачи энергии между объектами.
Эти устройства работают на основе генераторов электрических колебаний(генератор переменного тока).
Генераторы переменного тока создали облик современной цивилизации, почти все достижения современного человечества связаны с этим понятием.
Разработал это устройство, величайший гений человечества- инженер Никола Тесла.

Рис.3 Функциональная схема генератора.

Для функционирования генератора необходимо:

1.Энергия (положительный и отрицательный потенциал, создающие энергетический поток).

2.Усилитель - устройство, которое усиливает сигнал со входа на выход.

3.Резонатор - колебательное устройство имеющее частоту резонанса и высокую добротность.

4.Обратная положительная связь(ПОС) -канал, по которому часть энергии сигнала с выхода усилителя, попадает на его вход.

Для того , чтобы генератор начал работать необходимо:

1. Чтобы сигнал с выхода усилителя вернулся обратно на вход с задержкой равной периоду колебания (или кратно периоду).

2. Амплитуды сигналов на входе и выходе усилителя должны быть равны (т.е. коэффициент усиления обратной связи ПОС должен быть равен единице)

При этих условия возникнет гармоническое автоколебание, в котором колебательный процесс поддерживается потребляемой энергией.
По сути дела постоянная энергия преобразуется в переменную.
Переменная энергия распространяется в пространстве волновым процессом, который перемещает энергию за счет инерционных свойств среды.
То есть, среда способна перемещать в пространстве перетекающую друг в друга потенциальную и кинетическую энергию, полученную от генератора.
В среде вокруг генератора образуется волнообразное энергетическое поле, которое расширяется в пространстве со скоростью распространения сигнала в данной среде.
Если в это энергетическое поле поместить объект имеющий резонанс на данной длине волны, то этот объект начнёт забирать энергию полученную средой.
В результате часть энергий генератора начинает передаваться этому объекту, который называется приёмником.
Если генератор и приёмник имеют абсолютно одинаковую частоту, то приёмник может забирать такое количество энергий, что генератору начнёт не хватать мощности.
В результате этого амплитуда энергетического поля вокруг генератора начнет уменьшаться, уравновешивая потребление энергии приёмником.
Для нормального функционирования системы генератор - приёмники, мощность генератора должна превышать суммарную мощность всех приёмников (в том числе и паразитных).

2.2 Функциональная схема передатчика.

Схема передатчика состоит:

1. Генератора переменного тока.

2. Волнового канала - ограниченного участка среды с заданными свойствами, предназначенного для передачи переменной энергий в заданную точку пространства c минимальными потерями.

3. Вибратора(Антенны) - устройство для эффективной передачи энергии на заданной частоте из одной физической среды в другую.

4. Согласующих устройств -устройств уравновешивающих скорости потоков энергии между генератором, волноводом и вибратором.

5. Физической среды распространения сигнала.

Рис.4 Функциональная схема передатчика.

Чтобы передатчик мог работать мы должны сделать равными: выходное сопротивление генератора, волновое сопротивления волновода, входное сопротивление вибратора.
Для этого применяют специальные согласующие устройства, которые уравнивают сопротивления между всеми частями передатчика.
Сопротивление в данном случае показывает обратную величину скорости переноса энергетического потенциала единичным зарядом.
Если генератор будет выдавать энергию с большей скоростью, чем может передать волновод, то часть энергии отразится обратно в генератор.
В результате на всех стыках, где сопротивление не выровнено, возникнет отражение энергии в обратную сторону.
Отражаясь обратно, энергия не попадает в среду распространения и эффективность передатчика падает.
Таким образом процесс согласования генератора с вибратором(антенной) - это основа всей волновой технологии.

2.3 Функциональная схема передатчика с частотной модуляцией.

Передавать информацию передатчиком, показанным на рис.4, можно только включая и выключая его, то есть временным кодированием типа азбуки Морзе.
В современных передатчиках информация передается с помощью модуляции несущей частоты(ЧМ), поэтому выключать генератор нет необходимости.
Частота передатчика меняется пропорционально изменению информационного сигнала.

Рис.5 Функциональная схема передатчика с частотной модуляцией.

Для изменения частоты несущего генератора обычно используют смесители, которые позволяют суммировать/вычитать частоты сигналов поданных на их входы.

Второй способ получение ЧМ модуляции, это изменение времени задержки сигнала в цепи обратной связи генератора несущей частоты.

Рис.6 Функциональная схема генератора качающейся частоты.


Такой генератор называется генератором качающейся частоты, т.е. один генератор раскачивает другой генератор.
Если вместо верхнего генератора, встроить ёмкостной управляемый элемент -варикап, который изменяет свою ёмкость в зависимости от поданного на него напряжения.
То, увеличение ёмкости в цепи обратной связи будет увеличивать задержку сигнала в ПОС, в результате чего частота генератора будет уменьшаться.
Таким образом, мы получим ЧМ-передатчик, в котором частота сигнала будет изменяться пропорционально информационному сигналу поданному на варикап.
В этой схеме происходит модуляция времени задержки цепи положительной обратной связи(ПОС).
Достоинство первой схемы - это стабильность несущей частоты, второй - это простота реализации.

3. Виброакустический инфразвуковой генератор SCIROCCO с питанием от ветрового потока.

3.1 Функциональная схема и оценочный расчёт мощности генератора.

Данный генератор преобразует энергию ветрового потока в инфразвуковую волновую энергию.
Питание генератора осуществляется постоянно дующим ветром, например ШИРОКО(постоянный ветер в Северной Африке).
Ветер один из мощных энергетических источников, который человечество научилось использовать прежде всего.

Сила ветра вычисляется по формуле: F=CV²pS/2 [13]

где:

C- коэффициент формы ветровой нагрузки, для плоской большой пластины с острыми углами С=1.33

p- плотность воздуха, 1.29 кг/м³

S- площадь поперечного сечения ветровой нагрузки, м²

V- скорость ветра относительно ветровой нагрузки, м/с

Вычислим энергетические возможности ветра SCIROCCO.
Среднее значение ветра примерно 10м/с, с порывами до 30м/с, иногда ослабевающим до 2м/с.

Рассчитаем теоретическую максимальную мощность, которую можно снять c тела поперечным сечением в 1 м² при силе ветра 10м/с:

Сила давления ветра при условии, что тело неподвижно F=1.33*10²*1.29*1/2=85,785Н (т.е. примерно 8,4кг)

Мощность- это работа совершаемая силой за единицу времени.

Если тело неподвижно или двигается со скоростью потока, то потребляемая мощность равна нулю, так как нет полезной работы.

Максимальная мощность выделяется при движении тела(ветровой нагрузке) со скоростью 1/3 от скорости потока ветра.

Поэтому чтобы вычислить максимально возможную мощность будем считать ,что ветер двигает наше тело со скоростью 3.3м/с.

Тогда скорость ветра относительно тела будет равна 10-3.3=6.7 м/с.

Сила ветра действующая на тело будет равна F=1.33*6.7²*1.29*1/2=38.5Н

Вычислим мощность как отношение работы к времени P=A/t=F*L/t=F*V*t/t=FV=38.54*3.3= 127Вт

Где:

P=A/t- мощность, Вт

A=F*L- работа, Дж

L=V*t- расстояние пройденное телом, м

t- время, с

V- скорость тела, м/с

Рис.7 График мощности потребляемой телом с поперечным сечением в 1 м², движущегося в воздушном потоке, который имеет скорость 10 м/с.

По оси X показана скорость движения тела в м/с.
По оси Y показана мощность потребляемая телом в Вт.
Видно, что данная функция имеет максимум в точке 3.3 м/с (1/3 скорости потока).

Например, максимально возможная мощность потребления пирамиды Хеопса при таком ветре будет равна:
P=S*127 =0.5*230*146*127=2132330 Вт = 2 МВт.
где:
S,м²-площадь поперечного сечения пирамиды (равнобедренный треугольник)
127,Вт/м² - максимальное количество ватт, которое можно получить с 1 м² при силе ветра 10м/с.

Очень приличная мощность для любого передатчика.
Например, мощность передатчика Первого канала в Останкино 0,04МВт.


Функциональная схема генератора SCIROCCO построена на классической схеме генератора показанной на рис.3.

Рис.8 Физическая схема виброакустического генератора SCIROCCO.

На схеме цифрами обозначены:

1. Резонатор (камертон).

2. Камера активного резонансного усилителя.

3. Фокусирующий уголковый отражатель.

4. Канал подачи положительного потенциала энергии.

5. Канал подачи отрицательного потенциала энергии.

6. Каменная пластина(мембрана) положительного потенциала ветровой энергии.

7. Каменная пластина(мембрана) отрицательного потенциала ветровой энергии.

8. Отвод сигнала с выхода усилителя в положительную обратную связь(ПОС).

9. Выключатель ПОС.

10. Канал положительной обратной связи(ПОС).

11. Волновой канал.

12. Резонансный вибратор.

13. Устройства согласования.

Все элементы генератора, работающие на отражении звука, сделаны из камня, желательно из твёрдого.
Например, гранита или базальта.
Хотя вполне допустимы и более мягкие камни, такие как песчаник и известняк.
Все плоскости, по которым движется акустическая волна должны быть гладкими и полированными.
Возможно использование более мягких камней, при этом потери на нагрев поверхностей волноводов и мембран будет больше.
Фокусирующие элементы конструкций, такие как линзы, призмы(где нет отражения) могут быть выполнены из различных камней и даже из глины или земли.
В первую очередь это относится в телу пирамиды, которая фокусирует инфразвук на скалу под своим основанием.
 

Пояснения к устройству элементов генератора:

Резонатор(камертон)(1).

Резонатор -аналог современного кварцевого резонатора, т.е. электрические генераторы сегодня возбуждаются от камней.

Поэтому совсем неудивительно его использование в генераторе SCIROCCO.

Резонатор может быть любой формы, пустотелым, открытым, замкнутым и т.д.

Он должен быть сделан из твердого(звонкого) материала и иметь выраженный резонанс с высокой добротностью.

Для обеспечения высокой добротности, резонатор должен быть приподнят от пола и поставлен на очень твердые подставки (например, кремниевые).

Резонаторная камера(2).

Должна иметь частоту кратную резонатору.

Пол резонаторной камеры должен быть выложен не зажатыми каменными плитами с зазором и твердыми подкладками.

Это усиливает вибрацию в резонаторной камере за счет вторичного переизлучения.

Уголковый отражатель фокусирует акустический сигнал на пол камеры в районе резонатора.

Это приводит к уменьшению выходного сопротивления усилителя и способствует более эффективной отдаче энергии в волновод.

Камера может быть снабжена ревибрационными балками (директорами), которые усиливают сигнал, идущий от уголкового отражателя.

В камеру должны быть заведены каналы питания и ПОС.

Регулировка частоты камеры осуществляется изменением объёма регулировочного колодца.

В регулировочный колодец должен засыпаться кварцевый песок.

Наиболее лучшее место для резонансной камеры усилителя это геометрический центр пирамиды или центр основания.

Каналы питания(4,5).

Каналы питания положительным и отрицательным потенциалом представляют собой открытые каменные волноводы.

Они передают звуковую волновую энергию, создаваемую каменными мембранами(6,7), в резонаторную камеру(2).

Начинаются эти каналы под каменной обшивкой пирамиды и напоминают докторский фонендоскоп.

Эти каналы должны быть открыты, так как при запуске генератора первичная энергия может создавать постоянный или очень низкочастотный потенциал.

Который определяется медленным изменением ветровой нагрузки.

После запуска генератора, пирамида вибрирует с частотой 9-16Гц и с мембран снимается волновая энергия с этой частотой, которая хорошо проходит через воздух и ещё лучше через камень.

Если эти каналы сделать закрытыми камнем, то запустить генератор не получится, хотя запущенный генератор смог бы при этом работать.

Волновые каналы(8,10,11).

Волновые каналы используются для передачи волновой энергии генератора..

Волноводы не участвующие в запуске генератора(Этап 1), могут быть закрыты камнем.

Использование каменных линз в волноводе позволяет регулировать время прохождения волны через волновод.

Каналы положительной обратной связи(8,10).

Очень важные каналы, сигнал идущий с выхода усилителя должен пройти по этим каналам за время кратное периоду волны.

Изначально каналы делают с большим временем задержки сигнала.

После окончательной сборки генератора производят тонкую подстройку времени задержки сигнала.

Для этого в каналы вставляют каменные линзы заданной толщины.

Так как скорость звука в линзе в 15 раз больше, чем в воздухе, то задержка сигнала в канале уменьшается.

Подбором линз добиваются надежного запуска генератора на резонансных частотах.

Волновод(11).

Волноводы предназначены для передачи волновой звуковой энергии.

Они характеризуются волновым сопротивлением, т.е. скоростью переноса потенциала единичным элементом среды.

Волновое сопротивление волновода должно быть согласовано с выходным сопротивлением генератора и входным сопротивлением вибратора.

Это согласование и есть основная сущность инженерного расчета передатчика.

Качество согласования этих элементов оценивается коэффициентом стоячей волны(КСВ).

КСВ характеризует соотношения переданной и отраженной энергии в волноводе.

В согласованном волноводе вся энергия вырабатываемая генератором через волновод поступает в вибратор и далее распространяется в физической среде.

При плохом согласовании большая часть энергий отражается обратно в генератор.

Расчетом волновых сопротивлений и их согласованием занимается прикладная наука ТОР (теоретические основы радиотехники).

Кроме отражения сигнала в волноводах есть невозвратные потери на нагрев волновода.

В любом волноводе есть потери энергий при её передачи, за счет трения, изгибов и нарушения симметрии волноводов.

Поэтому к чистоте поверхности и симметричности волноводов предъявляют повышенные требования.

Устройства согласования(13).

Специальные объёмные и отражательные элементы, которые призваны согласовать выходное сопротивление усилителя, волновое сопротивление волновода и входное сопротивление вибратора.

Без этих элементов работа передатчика практически безполезна из-за большого отражения сигнала.

Вибратор(12).

Устройство для передачи акустической энергии из воздушной среды волновода в среду каменного монолита.

Вибратор представляет собой прямоугольное помещение, вырубленное в монолите.

Длинная сторона вибратора должна быть равна длине передаваемой волны в воздухе.

Остальные размеры, большой роли не играют.

3.2 Описание работы генератора SCIROCCO

Этап 1. Возбуждение генератора от переменной ветровой нагрузки.

Первичный запуск генератора происходит на очень низкой частоте (0,001..1 Гц), которая создается изменением силы ветра во времени.

Ветер изменяя свою силу создает на каменных мембранах(6,7) звуковую волну очень низкой частоты.

Звуковая волна созданная изменяющимся ветром по открытым каналам(4,5) попадает в камеру резонансного усилителя (2)

Этой энергии достаточно для возбуждения камертона на частоте своего резонанса.

При включении Выключателя ПОС(9) обратная положительная связь(8) замыкается через канал (10) на резонансную камеру(2).

Это приводит к возникновению генерации с частотой кратной частоте камертона, на которую настроена камера резонансного усилителя(2).

Резонансный усилитель состоит из: камеры (2), уголкового отражателя(3), питающих каналов(4,5).

Усиленный сигнал с выхода камеры резонансного усилителя попадает на согласующее устройство(13).

Согласующее устройство выравнивает волновые сопротивления камеры(2) и волновода(11), чтобы избежать отражения сигнала.

По волноводу (11) сигнал поступает в вибратор, который распространяет волновое энергетическое поле в каменном монолите.

Часть выходного сигнала отбирается ПОС по волноводу(8) и подаётся по каналу(10) обратно в резонаторную камеру.

Генератор начинает возбуждаться, увеличивая мощность потребления с каждым циклом.

Этап 2. Разгон генератора на рабочей частоте.

Рабочая частота генератора составляет десятки герц (9...16Гц), камень легко проводит такую звуковую частоту, он для неё прозрачен.

Вибратор настроенный на рабочую частоту создает в каменном монолите волновое звуковое поле рабочей частоты.

Размер основания пирамиды равен длине рабочей звуковой волны в каменном монолите.

Пирамида начинает входить в резонанс, постепенно увеличивая амплитуду вибрации на рабочей частоте.

Так как каменные мембраны (6,7) начинают двигаться с рабочей частотой относительно ветра, то они создают звуковую волну рабочей частоты (9..16Гц)

Теперь переменный ветер не важен, он может быть любым, в том числе и постоянным.

Основное значение частоты звуковой волны создаваемой мембранами будет определятся рабочей частотой генератора.

Амплитуда колебания пирамиды будет увеличиваться до тех пор, пока не достигнет максимального потребления мощности.

Этап 3. Работа на полной мощности.

Так как камень прозрачен для рабочей звуковой волны(9-16Гц), то каменное тело пирамиды начинает активно забирать звуковые волны со всей поверхности мембран.

По сути дела вся пирамида становиться звуковым широкополосным усилителем сигнала с частотой задаваемой резонансной камерой.

Пирамида фокусирует инфразвуковую энергию, которую она получает с мембран, на скалу находящуюся под её основанием.

Для фокусировки энергии тело пирамиды может быть из любого камня, так как здесь нет отражения, твёрдость камня значения не имеет.

Тело пирамиды может быть глиняным или земляным.

Например, неважно из чего у вас сделана оптическая линза, из стекла или пластика, главное чтобы она была прозрачная.

Резонатор высокой добротности поддерживает эту частоту с высокой точностью.

Рупорная форма пирамиды фокусирует всю собранную звуковую энергию на каменном монолите под основанием пирамиды.

Что в свою очередь ещё больше раскачивает пирамиду.

Теперь энергия ветра напрямую потребляется движущейся пирамидой.

Тело пирамиды становиться широкополосным(низко добротным) усилителем сигнала, перерабатывающим постоянный энергетический поток, от которого она питается, в переменную энергию.

В этом режиме внутренняя структура генератора начинает выполнять только управляющую задающую функцию.

Основная мощность волнового сигнала начинает распространяться по поверхности планеты со скоростью от 1500 до 5500 м/с.

Дополнительный комментарий для не специалистов в волновой теории:

Хочу более просто пояснить следующие моменты:

-Внутри пирамиды нет воздушных потоков, ветра , тяги и аэродинамики.

Внутри пирамиды происходит только волновое (звуковое) перемещение энергии.

Например, когда ваше сердце слушает врач, он прикладывает мембрану фонендоскопа к вашей груди.

Мембрана синхронно колеблется с ударами сердца, создавая звуковую волну, которая по волновым каналам (трубкам) поступает в уши врача.

При этом в трубках нет воздушного потока, а есть колебания молекул воздуха(волна), которая передает энергию сердца.

Чем больше мембрана, тем сильнее амплитуда звуковой волны (громче звук).

-Для того чтобы пирамида совершала полезную работу (потребляла мощность) она должна двигаться.

Это не значит, что она должна ползать по пустыне Сахара, достаточно, что она будет дрожать (вибрировать) на месте.

Как было сказано выше, работа это когда под действием силы тело переместилось на какое-то расстояние. A=F*S (A-работа, F-сила. S-путь).

Если тело не двигается, то S=0 отсюда A=F*0=0 полезной работы нет и нет потреблённой мощности, так мощность это работа, совершаемая в единицу времени.

Если тело двигалось со скорость потока, то F=0 так как некому толкать тело(оно летит в потоке без трения), следовательно A=0*S=0. Опять нет потребления мощности.

Отсюда становится ясно, что мощность потребляется только когда тело двигается с меньшей скоростью, чем скорость потока.

При этом не трудно посчитать, что максимальная мощность будет потребляться при скорости движения тела в 1/3 скорости потока.

При всех остальных скоростях мощность будет меньше. Так мы определили максимальную мощность пирамиды Хеопса см.выше.

Например, на ветряную мельницу дует ветер, винт мельницы зажат. Работа ноль, мощность 0 (жернова не крутятся).

Отпустили винт, но привод с жернов сняли, винт раскручивается до скорости потока. Работа 0, мощность 0 (жернова не крутятся).

Включили привод жерновов, винт станет крутиться медленнее, жернова начнут крутится. Работа есть, мощность есть.

Теперь надо подобрать такие жернова(нагрузку), при которых лопасти будут вращаться с 1/3 скоростью от максимальной.

После этого работа мельницы станет максимально эффективной.

При этом сама мельница не куда не двигается.

-Запуск генератора SCIROCCO в простом изложении:

Более просто этот процесс можно представить как запуск автомобиля.

Внутренняя структура пирамиды это- стартер и система зажигания в автомобиле.

Чтобы двигатель начал самостоятельно работать, его нужно раскрутить с помощью стартера.

После того как он запустится, он будет перерабатывать поток сжатого воздуха, созданного сгоранием топлива, в переменную энергию вращения.

При этом система зажигания будет только задавать частоту вращения двигателя.

Сам двигатель будет широкополосным (работающим на разных частотах) усилителем с положительной обратной связью(генератором).

Система зажигания тратит на свою работу совсем не много энергии.

Основную энергию запущенный двигатель потребляет самостоятельно от энергетического потока сжатого воздуха.

Двигатель внутреннего сгорания- это ещё один пример генератора работающего на потоке сжатого воздуха.

3.3 Кориолисов усилитель. Ориентация передатчика. Диаграмма направленности излучения

Пирамида должна быть точно ориентирована по сторонам света.
Правильная ориентация пирамиды позволяет:
-вдвое увеличить полезную мощность волнового сигнала за счет силы Кориолиса.
-сделать круговой диаграмму направленности инфразвукового излучения пирамиды (т.е. во все стороны света).

Кориолисова сила.
Кориолисова сила возникает при перемещении объекта, по поверхности вращающегося тела.
Перемещаемый объект должен обладать массой и силой трения, которой он связан с телом вращения.

Рис.9 Возникновение силы Кориолиса, при перемещение объекта из точки 1 в точку 2.


Если объект находится на постоянно вращающемся теле, то он имеет мгновенную скорость V₀=2*3.14*R₀/T.
Если начать перемещать объект от оси вращения, то его мгновенная скорость начнёт увеличиваться V₁=2*3.14*R₁/T, так как R₁>R₀.
Изменение скорости это ускорение, а значит, на объект будет действовать сила, которую называют силой Кориолиса.
Интуитивно понятно, что толкать медленный объект будет более быстрое тело вращения за счёт силы трения.
При этом объект будет ускоряться, накапливая кинетическую энергию, получаемую им от тела вращения.
В противоположном случае, когда объект начнёт приближаться к оси вращения, сила Кориолиса начнёт тормозить его, то есть поменяет направление на противоположное.
Объект будет отдавать свою кинетическую энергию вращающему телу, ускоряя его вращение.

Кориолисова сила используется в современной техники:
-кориолисовы расходомеры, измерители массы потока- основное средство измерения потока газа и нефти.
-кориолисовы регуляторы оборотов двигателей внутреннего сгорания.

Люди давно используют силу Кориолиса в танцах.
Танцоры раскручиваются с размахнутыми руками, после чего прижимают руки к телу заставляя силу Кориолиса увеличивать обороты тела.



Кориолисова сила в пирамидальных передатчиках.
Пирамида должна быть четырёхгранной и точно ориентирована по сторонам света.
В такой пирамиде есть две перпендикулярные плоскости качания, направленные через противоположные грани.
Качаться в других направлениях мешают ребра пирамиды.
Звуковой вибратор под пирамидой является дипольным вибратором, который имеет диаграмму направленности в виде восьмерки.
То есть, волновая энергия от такого вибратора распространяется в пространство перпендикулярно его плоскости и не распространяет вдоль вибратора.
Плоскость волнового вибратора направлена на север.
Звуковая волновая энергия, созданная ветром, раскачивает пирамиду с помощью вибратора с юга на север.
В результате этого движения меняется расстояние до оси планеты, что вызывает возникновение силы Кориолиса, которая раскачивает пирамиду с востока на запад.
Причем делается это, за счет энергии вращающейся планеты.
Теперь если посмотреть на пирамиду сверху, то её вершина будет совершать круговое движение по часовой стрелки.
При движении пирамиды на север будет возникать сила Кориолиса направленная на восток.
При движении пирамиды на юг будет возникать сила Кориолиса направленная на запад.
В результате инфразвуковая волна будет распространяться круговым движением во все стороны света.



Оценочный расчёт мощности создаваемой силой Кориолиса.
Выведем формулу, для расчёта максимальной мощности потребления энергии, создаваемой силой Кориолиса, предметом вибрирующим на сферической поверхности вращающегося тела.
Предмет перемещает к полюсу (из точки 1 в точку 2 по поверхности сферы) за время равное половину периода инфразвуковой волны (12.25Гц) т.е. t=0.5/12.25=0,04 секунды.
Для упрощения расчетов будем считать форму планеты вращающимся шаром.
Рассчитаем мощность при движения предмета из точки 1 в точку 2.

Кинетическая энергия в точке 1 и 2:
E₁=m*V₁²/2 
E₂=m*V₂²/2 
где:
m- масса пирамиды;
V₁, V₂ - мгновенная скорость в точках 1,2.

Скорость движения на поверхности сферы: 
V₁=2*p*R₁/T 
V₂=2*p*(R₁+L)/T ,
где:
T=24*60*60=86400 c, период вращения планеты;
R₁- радиус траектории для точки 1;
L=(R2-R1)- разница расстояний до оси планеты между точками 1 и 2;
p=3.14, число пи.

Работа, совершаемая силой Кориолиса:
A=E₂-E₁= m/2*V₂² - m/2*V₁² = m/2 *((2*p*(R₁+L)/T)² - (2*p*R₁/T )²)
A=m/2*4*p²/T²*(R₁² + 2*R₁*L + L² -R₁²)
A=2.64*10^-9*m*(2*R₁*L+ L²)
Округлим отбросив незначительную часть L²:
A=5.28*10^-9*m*R₁*L

Вычислим мощность, как работу за единицу времени для частоты вибрации 12.25 Гц:
P=A/t=A/0.04=1.32*10^-7*m*R₁*L
где:
t- время за которое совершено движения, t=1/2/12.25=0.04 c, половина периода частоты колебания в 12.25 Гц.

Рассчитаем эту формулу для планеты, с учтём влияние географической широты:
L=sin(a)*S - зависимость разности расстояния до оси между точками 1 и 2 от географической широты в данной точке.
где:
L=(R2-R1)- разница расстояний до оси планеты между точками 1 и 2;
a- градус широты;
S- путь по поверхности шара между точками 1 и 2 в направлении полюса.

Формула для расчёта максимальной возможной мощности тела под действием силы Кориолиса, при вибрации(движении) тела на частоте 12.25 Гц:
P=1.32*10^-7*m*R*sin(a)*S .
где:
m- масса генератора;
R- расстояние до оси планеты;
a- географическая широта;
S- амплитуда вибрации в направлении север-юг.

Если учесть, что R=Rземли*cos(a)=6366197*cos(a) -т.е. радиус в данной точке зависит от широты, то формула примет вид:

P=0,84*m*cos(a)*sin(a)*S=0,84*m*sin(2*a)/2=0.42*m*sin(2*a)*S.


Окончательная формула оценки максимальной мощности потребляемой энергии,
создаваемой силой Кориолиса, вибрирующим предметом с частотой 12.25 Гц,
находящегося на поверхности вращающейся шара радиусом 6366197 метров, с периодом вращения T=86400 секунд:
P=0.42*m*sin(2*a)*S.
где:
m- масса тела;
а- градус географической широты
S-путь пройденный телом в направлении полюса за время равное 0,04 секунды (1/2 периода звуковой волны частотою 12.25 Гц)

Таким образом, мощность создаваемая силой Кориолиса зависит от массы, широты,и амплитуды колебания.

Например, при вибрации пирамиды Хеопса c частотой 12.25 Гц и амплитудой в 1мм, максимальная мощность создаваемая силой Кориолиса будет равна:
P=0.42*6.5*10⁺⁹*sin(2*30)*10^-3=2364249 Вт = 2.4 МВт

Благодаря правильной ориентации пирамиды по сторонам света можно удвоить мощность передатчика и сделать диаграмму направленности излучения круговой.
Географическая широта в 45 градусов наиболее выгодная позиция пирамидального ветрового инфразвукового генератора SCIROCCO, так как sin(2*45)=1.

3.4 Выбор места расположения передатчика с генератором SCIROCCO

Требования к расположению:
-наличие монолитной скалы под основанием генератора.
-наличие постоянно дующих ветров(направление ветра особой роли не играет)

Требование к пирамидальному генератору:
-пирамидальная форма(рукотворная или природная, не важно)
-наличие скального вибратора под пирамидой
-наличие внутренней структуры
-желательно максимально возможный вес
-желательно точная ориентация грани на полюс
-желательно уплотнить грани пирамиды

Вывод: Для создания инфразвукового генератора практически можно использовать любую природную гору пирамидальной формы.

Продолжение следует.

Источники

Данная работа является авторским первичным документом и единственным на момент публикации первоисточником по теме инфразвуковых генераторов и передатчиков, работающих на воздушных потоках.

В данной работе использовались другие источники информации:

1. Ana Sirovic, John Hilderbrand. Blue and fin whale call source levels and propagation range in the Southern Ocean, J. Acoust. Soc. Am. 122(2):1208-1215 (2007).
2. Элементарный учебник по физике. Под редакцией академика Г.С.Ландсберга. Изд. Наука, Москва, 1975г.
3. Пьезоэлектрические резонаторы: Справочник/ В.Г. Андросова, Е.Г.Бронникова, А.М.Васильев, и др.; Под ред. П.Е.Кандыбы и П.Г.Позднякова.-М:Радио и связь,1992.-392 с.:ил.
4. Хорвиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. В 3-х томах: Т.1. Пер. с англ.-4-е изд. перераб. и доп.-М.:Мир,1993.-413 с. ил.
5. Г. И. Сокол. «Особенности акустических процессов в инфразвуковом диапазоне частот» — Днепропетровск: Проминь, 2000. — 143с.
6. Исакович М.А. Общая акустика. М.: Наука, 1973.-502 с.
7. Рэлей (Стретт Дж.В.) Теория звука. Том 1 (2-е изд.) М.: ГИТТЛ, 1955.-504с.
8. Горелик Г.С. Колебания и волны. Введение в акустику, радиофизику и оптику (2-е издание). М.: Физматлит, 1959.-572с.
9. Рэлей (Стретт Дж.В.) Теория звука. Том 2 (2-е изд.) М.: ГИТТЛ, 1955.-475c.
10. А.В.Хуторской, http://khutorskoy.ru .
11. Филов. Купольните гробници при Мезек. — Известия на Българския археологически институт, том.XI,часть 1, 1937.
12. Дольмены кавказа, http://dolmen-kavkaz.ucoz.ru/
13. Теория парусных установок. Пластина в воздушном потоке. Розин Н.М. 
14. Древние архитекторы на той же самой волне. Линда Энейкс. 
15. Волков В.В. Научные мифы о сейдах. Переход к достоверным знаниям
16. Волков В.В. Исследование мегалитов Русского Севера. Силовые линии сейдов. Научное подтверждение.

Автор: Владимир Яшкардин.

Источник