Кушелев А., Полищук С., Неделько Е., Кожевников Д., Писаржевский С.
Лаборатория "Наномир"
Научно-производственное объединение "Политехнология"
107005, Россия, Москва, Госпитальный пер., 10,
Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана
Адрес для корреспонденции: Писаржевский С,
123007, Россия, Москва, Хорошевское шоссе 13A-2-52
Тел./факс: 7-095-263-6608
http://ftp.decsy.ru/nanoworld/

Известны проводящие, диэлектрические и полупроводниковые резонансные системы. Все они относятся к классам симметрии: m (отражение в плоскости), 2, 3, 4, 5, 6... (поворот вокруг оси), i (инверсионный поворот).

Мы обнаружили, что ряд культовых форм относится к тем же классам симметрии. Многообразие ритуальных форм значительно богаче многообразия форм резонансных систем, известных науке сегодня.

В настоящее время в микроволновой технике применяются резонаторы закрытого типа (например цилиндрические), открытого типа (например, параллельные зеркала) и промежуточного (полузакрытого) типа (например, магнетрон).

Большинство симметричных культовых форм соответствует классу резонаторов полузакрытого типа.

Типичным представителем культовой формы, соответствующей резонатору полузакрытого типа, используемого в магнетроне, является форма готической розетки.

Главным признаком принадлежности культовой формы к классу резонаторов полузакрытого типа является лучевая симметрия. При этом оказывается, что разные на первый взгляд классы форм – розетки, короны, звезды, кресты, трезубцы, шишки, цветы и т.д. – имеют одинаковую топологию. Отличие этих форм носит чисто параметрический характер. Следствием параметрических различий является разный частотный диапазон, разная добротность, плотность токов, напряжений и мощности.

Различие двух больших классов резонаторов, имеющих культовые формы, заключается в следующем: формы, принадлежащие первому из них, построены на принципе симметричного размещения спиральных участков проводников, а второго – участков переменного сечения.

Объединяет эти два класса форм то, что спиральность и переменное сечение проводника – это две разновидности изменения волнового сопротивления, которые отличаются друг от друга как угловая и линейная скорость соответственно.

Мы предлагаем систематизировать резонаторы, имеющие культовые формы, следующим образом: проводящие резонаторы типа "магнетрон" и диэлектрические резонаторы типа "шепчущей галлереи" (рис. 1).

Рис. 1

Проводящие резонаторы типа "магнетрон" могут иметь порядок симметрии натуральных чисел. Формы таких резонаторов соответствуют формам готических розеток, для которых порядок симметрии может быть 3, 4, 5, 6, 8 и более (рис. 1). Резонансные свойства таких систем проверены нами для n = 2, 3, 4, 5, 6, 8, 12, 16, 20, 32, 64. Мы экспериментально обнаружили инвариантность резонансных свойств к преобразованиям формы, сохраняющим лучевую симметрию. "Выворачивая n-магнетроны наизнанку" мы получили звезды (рис. 2). Промежуточными формами в процессе "выворачивания" являются короны разной высоты (рис. 3).

Рис. 2

   
Рис. 3

Культовые формы типа бриллиантовой огранки, кабашонов, бус и пр. являются резонансными системами типа "шепчущей галлереи".

Расширенная проверка показала, что элементы типа "магнетрон" могут образовывать орнаменты , располагаясь вдоль прямой или окружности или заполнять собой плоскость или поверхность вращения.

Глобальная проверка резонансных свойств ритуальных форм показала, что отсутствие резонансных свойств для ритуальных форм является исключением.

Другое глобальное совпадение было обнаружено нами в закономерном увеличении максимального тока, напряжения, частоты и, как следствие этого, многократное увеличение мощности резонансных систем, относящимся к более поздним архитектурным стилям ( в ряду: ранний романский стиль; поздний романский стиль; готический стиль; классический стиль) (рис. 4).

 
Рис. 4

Любую из изученных форм можно получить алгоритмически, что мы реализовали в виде нового языка программирования "Genetics". В этом языке форма представляется последовательностью команд из конечного набора:

mxn – параллельно перенести элемент (группу) на расстояние n по x;
sxn – симметрично отобразить вдоль оси x относительно x = 0;
rxn – повернуть вокруг оси x на угол n;
pn – увеличить в n раз;
gn – сгруппировать n элементов.
Замена первой буквы на заглавную означает дополнительное дублирование.

Нами предлагается новая технология изготовления диэлектрических резонаторов специальной формы, открытых в лаборатории "Наномир". Среди этих форм можно отметить следующие: плоскогранныые и кривогранные фигуры с осевой симметрией. Характерным представителем первой группы является прецизионная бриллиантовая огранка, второй группы – сфера, промодулированная винтовой спиралью.

Создано оборудование для производства новых видов диэлектрических резонаторов, отличающихся от дисковых и сферических повышенной селективностью и большей перестройкой по частоте (рис. 5).

 
Рис. 5

Диэлектрические резонаторы изготавливаются из кристаллов кварца, сапфира, иттрий-алюминиевого граната, алмаза.

Новизна предлагаемой технологии:

1. Обработка производится симметрично расположенным инструментом;
2. Процесс обработки фрактально структурирован;
3. Точность обработки получается автоматически, подобно итерационному процессу;
4. В станке применяется особый вид подачи симметричного инструмента (симметричная подача).

В данной технологии используется станок для нарезания многозаходной спирали на сферическую, эллипсоидальную и тороидальную поверхность.

Прототипом является станок для изготовления гипоидных шестерен. Новый станок отличается тем, что вместо подачи инструмента по сложной траектории, применяется симметрично расположенный инструмент. В результате процесс обработки становится похож на итерационные вычисления. Множественные пятна контакта инструмента и заготовки приводят к процессу усреднения симметрично создаваемых заходов резьбы. Это позволяет получать сложные поверхности с отклонением от идеально симметричной поверхности практически до размеров атома.

Комбинация продольной и поворотной подач позволяет уменьшить материалоемкость станка. Замена станины на подвес также уменьшает вес и вибрации. Многоступенчатая оптимизация позволила получить общий вес станка, соизмеримый с весом обрабатываемой детали (отличие в разы).

Процесс обработки практически бесшумный. Герметизация двигателей позволяет упростить процесс охлаждения и подачи абразива, опуская группу станков в ванну с абразивом. В некоторых случаях весь процесс идет на одном зерне абразива, что упрощает обслуживание до автоматической засыпки и удаления порции абразива.

Резонаторы, созданные в лаборатории "Наномир" на основе культовых форм, имеют частотную полосу 10⁹...10¹¹, добротность 10³...0.8·10¹⁰ и избирательность 40 дБ относительно паразитных резонансов.