蒙古包和方程式

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2月 2012

和David Zanetta一样,钟表匠兼De Bethune创始人之一Denis Flageollet也喜欢独居。他把车间和工厂建在侏罗山Sainte-Croix附近只有零星几个村庄的高原上。但他觉得这还不够偏远。于是,他经常逃避到一个更加与世隔绝的地方-每年冬天他在一个小森林边缘搭建的一个蒙古包里。那里没有电和取暖设施。Flageollet到达蒙古包时,在生火化冰取水之前就会关掉手机。他靠观察星象和月球轨迹来判断时间。

也许这种完全封闭在大自然中的与世隔绝,才能让他“回归本质”,对这个祖先流传下来的古老机械制表业开辟新道路,用心发现,静心思考,这才是最好的方法。为了这么做,他需要穿越一段很长的时间,因为复杂的机械制表原则是与伽利略的钟摆定律同时发现,之后在1675年被Huygens开始运用。(请看本期Paul O’Neil“掌控时间”一文。)

从那以后,将游丝与Huygens发明的锺摆摆轮搭配一直主导著机械制表。在其 300多年的历史中,这个与其它零件相比有同步性优势的擒纵装置,不断被改进,缩小,保护不受温度变化和重力的负面影响,并且提速。但是,它运行的原理从未改变。直到今天,机械表的设计基础依然是由擒纵叉驱动游丝。

在蒙古包里,Denis Flageollet 著手思考改进游丝的最好方法,让它变得更小,更轻,更快,更精确……在2006年的巴塞尔钟表展上,他展示了一个试验性的自动补偿矽质游丝,搭配每小时振荡72000次或10 Hz的矽擒纵轮。他坚定地认为经典擒纵轮的振动频率不会超过10 Hz的上限,主要是由于可靠性及损耗和老化的原因,(尽管后来Zenith推出了50-Hz机芯,而 TAG Heuer豪雅生产了500-Hz机芯,让机械显示达到90分钟动力存储千分之一。

带著这个想法,Flageollet开始探寻另一个系统-磁性擒纵轮。

“Résonique”的诞生

在蒙古包、工厂、车间和他设立的小实验室之间,诞生了“一个经典机械制表的新篇章”。Flageollet为这个新学科发明了一个新词-“Résonique”。Résonique是“回荡”,共振频率和机械能的缩略词,它的基本原理是让运动的轮列机构和振动的机械摆锤同步。理论上,这个原理非常简单。简而言之:驱动件,比如发条盒,把能量传输给齿轮,在齿轮的末端是一个被磁化的自动盘,它会依次把能量传给附带著磁铁的振荡器。通过共振,磁性自动盘的速度会与摆锤的频率相同。在正确的频率下,它的运动会稳定下来,并通过旋转磁性叶片来维持。

这个系统就像三脚架,由三个部分组成-自动盘、摆锤和磁铁,一起充当擒纵轮,用机械能来维持振动。转子连续运作而不是跳动,让它能够以正弦曲线的方式而不是短暂的冲动来传输能量,从而改善效率。

数学模型

在研究的初期,Flageollet雇用了一位年轻物理学家Siddharta Berns,他最重要的贡献就是,把制表业的“Résonique”原理转换成了不同的方程式。他们藉著这些方程式来进行一系列的模拟和演算,并揭示了新形式的磁性擒纵轮中各部分的同步经过了几个阶段。在这些步骤之间,我们观察到自动盘的速度和摆锤的幅度达到了稳定。

我们用“可实现的物理参数”可以分离开模型中不同的阶段,包括增加随机变量以便观察到同步持续进行。 De Bethune的第一步是制作功能性的原型。 在它们在月光下离开前往被白雪覆盖的蒙古包之前,我们能在车间看到一些。

最多到达10 kHz...

Résonique这项发明开辟了探索的新篇章,造就了在精确和小尺寸方面能与石英机芯一样的机械机芯。Denis Flageollet和他的团队成员与Berns一起已经完成了大部分的研究任务。

他们设计的摆锤用一个单件制作,擒纵轮也是如此。整套装备没有任何噪音,防震,擒纵轮不需润滑,因此损耗可以达到最小。磨损减至最小,甚至理论上都不成立,因此延长了寿命。

之前团队研究的“经典”10-Hz擒纵轮方案对确定“质量因素”十分有效。这个因素确定了维持摆锺振幅恒定需要转移能量的多少。因此,摆钟频率的精确度与这个因素成正比。它振幅小,因此质量因素会非常大,实际上是正常游丝标准的十倍。

摆锤系统的能量越大,共振器的调节能就越大,对振动就越不敏感。因此我们选择这样的安排,摆锤频率高,幅度小。根据我们的方程式和实验,获得速度和精确度所消耗的机械能并不比传统的擒纵轮多,可以让动力存储时间很长而且频率范围较大 - 从10 Hz 到10 kHz。其中一款原型已经达到1,000 Hz,或者2000分之一秒,还会进一步达到10000分之一秒(在数小时内)。

公开资源

这个革命性的发明- 用词看上去并不夸张- 开创了许多探索的道路,超越了De Bethune自己的资源。但是,Denis Flageolle说他“确信制表业的进步和创新,就像过去成就一样,通过广泛共享知识才能向前发展。”

与制表业相互嫉妒的通常做法相反, Flageollet 决定公开自己的 成果和研究。“追求完美计时”的新机械系统“Résonique” 将向任何研究者、建造者和研究它的制表匠开放。

这是最好的态度,也是透明化的最不同寻常的做法之一,它可以帮助制表业前进,迈向“核心”。要实现这一点,我们必须要远离尘世,回归大山,到一座积雪覆盖的蒙古包里让心灵去沉思。

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