蒙古包和方程式

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2月 2012

和David Zanetta一樣,鐘錶匠兼De Bethune創始人之一Denis Flageollet也喜歡獨居。他把車間和工廠建在侏羅山Sainte-Croix附近只有零星幾個村莊的高原上。但他覺得這還不夠偏遠。於是,他經常逃避到一個更加與世隔絕的地方-每年冬天他在一個小森林邊緣搭建的一個蒙古包里。那裡沒有電和取暖設施。Flageollet到達蒙古包時,在生火化冰取水之前就會關掉手機。他靠觀察星象和月球軌跡來判斷時間。

也許這種完全封閉在大自然中的與世隔絕,才能讓他「回歸本質」,對這個祖先流傳下來的古老機械制表業開闢新道路,用心發現,靜心思考,這才是最好的方法。為了這麼做,他需要穿越一段很長的時間,因為複雜的機械制表原則是與伽利略的鐘擺定律同時發現,之後在1675年被Huygens開始運用。(請看本期Paul O』Neil「掌控時間」一文。)

從那以後,將遊絲與Huygens發明的鍾擺擺輪搭配一直主導著機械制表。在其 300多年的歷史中,這個與其它零件相比有同步性優勢的擒縱裝置,不斷被改進,縮小,保護不受溫度變化和重力的負面影響,並且提速。但是,它運行的原理從未改變。直到今天,機械錶的設計基礎依然是由擒縱叉驅動遊絲。

在蒙古包里,Denis Flageollet 著手思考改進遊絲的最好方法,讓它變得更小,更輕,更快,更精確……在2006年的巴塞爾鐘錶展上,他展示了一個試驗性的自動補償矽質遊絲,搭配每小時振盪72000次或10 Hz的矽擒縱輪。他堅定地認為經典擒縱輪的振動頻率不會超過10 Hz的上限,主要是由於可靠性及損耗和老化的原因,(儘管後來Zenith推出了50-Hz機芯,而 TAG Heuer豪雅生產了500-Hz機芯,讓機械顯示達到90分鐘動力存儲千分之一。

帶著這個想法,Flageollet開始探尋另一個系統-磁性擒縱輪。

「Résonique」的誕生

在蒙古包、工廠、車間和他設立的小實驗室之間,誕生了「一個經典機械制表的新篇章」。Flageollet為這個新學科發明了一個新詞-「Résonique」。Résonique是「迴蕩」,共振頻率和機械能的縮略詞,它的基本原理是讓運動的輪列機構和振動的機械擺錘同步。理論上,這個原理非常簡單。簡而言之:驅動件,比如發條盒,把能量傳輸給齒輪,在齒輪的末端是一個被磁化的自動盤,它會依次把能量傳給附帶著磁鐵的振盪器。通過共振,磁性自動盤的速度會與擺錘的頻率相同。在正確的頻率下,它的運動會穩定下來,並通過旋轉磁性葉片來維持。

這個系統就像三腳架,由三個部分組成-自動盤、擺錘和磁鐵,一起充當擒縱輪,用機械能來維持振動。轉子連續運作而不是跳動,讓它能夠以正弦曲線的方式而不是短暫的衝動來傳輸能量,從而改善效率。

數學模型

在研究的初期,Flageollet雇用了一位年輕物理學家Siddharta Berns,他最重要的貢獻就是,把制表業的「Résonique」原理轉換成了不同的方程式。他們藉著這些方程式來進行一系列的模擬和演算,並揭示了新形式的磁性擒縱輪中各部分的同步經過了幾個階段。在這些步驟之間,我們觀察到自動盤的速度和擺錘的幅度達到了穩定。

我們用「可實現的物理參數」可以分離開模型中不同的階段,包括增加隨機變量以便觀察到同步持續進行。 De Bethune的第一步是製作功能性的原型。 在它們在月光下離開前往被白雪覆蓋的蒙古包之前,我們能在車間看到一些。

最多到達10 kHz...

Résonique這項發明開闢了探索的新篇章,造就了在精確和小尺寸方面能與石英機芯一樣的機械機芯。Denis Flageollet和他的團隊成員與Berns一起已經完成了大部分的研究任務。

他們設計的擺錘用一個單件製作,擒縱輪也是如此。整套裝備沒有任何噪音,防震,擒縱輪不需潤滑,因此損耗可以達到最小。磨損減至最小,甚至理論上都不成立,因此延長了壽命。

之前團隊研究的「經典」10-Hz擒縱輪方案對確定「質量因素」十分有效。這個因素確定了維持擺鍾振幅恆定需要轉移能量的多少。因此,擺鐘頻率的精確度與這個因素成正比。它振幅小,因此質量因素會非常大,實際上是正常遊絲標準的十倍。

擺錘系統的能量越大,共振器的調節能就越大,對振動就越不敏感。因此我們選擇這樣的安排,擺錘頻率高,幅度小。根據我們的方程式和實驗,獲得速度和精確度所消耗的機械能並不比傳統的擒縱輪多,可以讓動力存儲時間很長而且頻率範圍較大 - 從10 Hz 到10 kHz。其中一款原型已經達到1,000 Hz,或者2000分之一秒,還會進一步達到10000分之一秒(在數小時內)。

公開資源

這個革命性的發明- 用詞看上去並不誇張- 開創了許多探索的道路,超越了De Bethune自己的資源。但是,Denis Flageolle說他「確信制表業的進步和創新,就像過去成就一樣,通過廣泛共享知識才能向前發展。」

與制表業相互嫉妒的通常做法相反, Flageollet 決定公開自己的 成果和研究。「追求完美計時」的新機械系統「Résonique」 將向任何研究者、建造者和研究它的制表匠開放。

這是最好的態度,也是透明化的最不同尋常的做法之一,它可以幫助制表業前進,邁向「核心」。要實現這一點,我們必須要遠離塵世,回歸大山,到一座積雪覆蓋的蒙古包里讓心靈去沉思。

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