Способ формирования нетвердотельного проекционного экрана на основе микрочастиц и устройство для его реализации

Способ формирования нетвердотельного проекционного экрана на основе микрочастиц и устройство для его реализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области проекционной техники и может быть использовано в системах для проекции статичных и динамичных изображений на проекционные экраны.

Нетвердотельные проекционные экраны могут быть использованы в качестве альтернативы обычным твердотельным проекционным экранам. Речь идет о проекционных экранах направленного отражения, используемых в профессиональной кинематографии, проекционном телевидении в различных кино - и диапроекционных установках.

Изобретение может быть использовано при создании экрана для проекции изображения на выставках, в демонстрационных залах, музеях, конференциях, ярмарках, шоу, тематических парках, презентациях, в рекламе, в процессе обучения, в театральных представлениях, при показе мод, в оформлении торгового пространства, выставочного стенда или телевизионной студии, а также для домашних развлечений и т.д. При определенном типе контента, применяемого для проекции, и специально подобранном окружающем освещении такой нетвердотельный экран становится, практически, не видимым для человеческого глаза, и с его помощью можно получать реалистичное псевдо-объемное изображение.

Известны способы и устройства, предназначенные для осуществления видеопроекции в свободном пространстве без каких-либо твердых (материальных) экранов. Видеопроекция осуществляется на микрочастицы (чаще влаги) размером 1-10 мкм. Следует отметить, что при создании таких нетвердотельных экранов основной упор делается на возможность получения экрана максимальной площади при минимальной скорости самого воздушного потока. Это обусловлено тем фактом, что только в данном случае удается реально минимизировать расход микрочастиц (распыление их в пространстве), обеспечивая при этом достаточно высокую их плотность в единице объема потока. Именно поэтому и формирование «воздушного экрана» осуществляется по трехпотоковой схеме. Для получения «воздушного (или туманного) экрана» используются ламинарные воздушные потоки, представляющие собой параллельные однонаправленные тонкие струйки воздуха, имеющие одинаковую скорость и собранные в единый трехслойный воздушный поток. Такие потоки формируются специальными устройствами. Особенностью таких потоков является их многослойность, когда формирование «воздушного экрана» осуществляется по трехпотоковой схеме. Центральный - более узкий (тонкий) воздушный поток, обогащенный микрочастицами (чаще всего воды), с двух боковых (более длинных) сторон «зажат» двумя поддерживающими его - более широкими воздушными потоками. Три потока вместе образуют единый (еще более широкий) ламинарный воздушный поток, центральный - самый узкий слой которого, обогащенный микрочастицами, и является «воздушным экраном». Именно на него и осуществляется проекция изображения с видеопроектора.

Для обеспечения наиболее яркой «картинки» видеопроекция осуществляется, преимущественно, с обратной стороны экрана - навстречу наблюдателю, так называемая, рир (Rear) проекция [1]. При этом принципиального значения не имеет ориентация такого «воздушного экрана» в пространстве, поэтому, на практике, такие «экраны» бывают: вертикальными - с воздушным потоком, направленным снизу-вверх (Heliodisplay, см. [2]), вертикальными, с воздушным потоком, направленным сверху - вниз (Fogscreen, см. [3]) так и горизонтальными - с потоком, направленным в какую-либо сторону (Heliodisplay см. [2]).

Одной из важных особенностей такого ламинарного воздушного потока является его симметрия относительно середины (центрального, обогащенного микрочастицами, тонкого (узкого) воздушного слоя). Решающее значение здесь также имеет эквивалентность линейных размеров, идентичность температуры и скорости воздуха всех составляющих многослойного воздушного потока.

Только в таком случае, при условиях соблюдения правил, установленных законами Рейнольдса и Пуазейля (при создании непосредственно самого ламинаризатора (см. ниже)), удается получить максимально протяженный равномерный, плоский и непрерывный (без разрывов) ламинарный воздушный поток без турбулентности.

В настоящее время известны различные устройства для формирования нетвердотельных проекционных экранов, в которых, для формирования непосредственно экрана, преимущественно, используется водяной туман. В этих устройствах формирование экрана происходит посредством выдувания воздушного потока, обогащенного туманом, из сопла (сопел), а изображение можно проецировать на сформированную таким образом плоскую туманную «поверхность» с передней или с задней стороны от экрана (относительно наблюдателя).

Для обеспечения стабильности формирования такого экрана необходимой протяженности, во всех подобных устройствах с обеих сторон воздушного потока, насыщенного туманом, как правило, устанавливаются две идентичные воздушные завесы (поддерживающие воздушные потоки) - по одной с каждой из сторон. Причем, проходят они параллельно тонкому центральному воздушному потоку, образующему сам проекционный экран, направлены в ту же сторону, что и центральный поток (экран), и имеют равную с ним скорость и температуру.

Эти воздушные завесы предназначены для того, чтобы удерживать поток тумана, находящийся между ними, по возможности, максимально стабильным, равномерным, плоским и протяженным. Тем не менее, по мере удаления от внешней границы сопел, применяемых при формировании экрана, существует тенденция к его рассеиванию и потере стабильности, в результате чего плоскостность «туманного экрана» ухудшается. Это происходит из-за трения между центральным тонким потоком тумана и сопровождающими его потоками, а также между сопровождающими потоками и окружающим, неподвижным воздухом. Вследствие чего, на поверхности потоков образуются турбулентности, которые отрицательно влияют на стабильность формируемого нетвердотельного проекционного экрана. Очевидно, раз плоскостность проекционного экрана ухудшается, то, соответственно, ухудшается и качество изображения. Причем, при удалении от экрана турбулентность возрастает, что, в конечном итоге, приводит сначала к потере плоскостности, а затем и к полному распаду центрального, обогащенного туманом воздушного потока «экрана».

Следует отметить, что если влияние трения между сопровождающими потоками и окружающим неподвижным воздухом на центральный поток, в принципе, можно значительно снизить, увеличив ширину воздушных потоков (завес), то на развитие трения между сопровождающими и центральным воздушным потоком, приводящего к паразитной турбулентности, может оказывать влияние целый ряд факторов. Это: различная скорость воздушных потоков (всех трех, включая и центральный воздушный поток), пульсация воздуха в потоках (временная неравномерность), пространственная неравномерность каждого из потоков (по длине и ширине), различная температура воздуха в потоках (в том числе и в каждом из потоков), различные геометрические размеры поддерживающих потоков (асимметрия относительно центрального потока), вязкость воздуха, плотность воздуха и т.д.

Для формирования центрального воздушного потока, обогащенного микрочастицами, и подачи его в зону ламинаризатора, как правило, используется отдельный вентилятор (как в Heliodisplay см. [2]) или группа вентиляторов (как в Fogscreen см. [3]). Для формирования же сопровождающих (поддерживающих) воздушных потоков во всех известных системах всегда применяются только группы вентиляторов.

На практике, для обеспечения наиболее равномерного воздушного потока, в устройствах данного типа приходится применять весьма значительное количество вентиляторов.

В известных технических решениях, две воздушные завесы и центральный «туманный» поток формируются отдельно и независимо друг от друга, при помощи трех групп вентиляторов - по числу потоков. При этом, для обеспечения условий минимальной турбулентности на выходе устройства, все используемые вентиляторы должны иметь, по-возможности, максимально идентичные характеристики. При этом, чем большего размера (протяженности самого устройства в длину) предстоит сформировать нетвердотельный проекционный экран, тем сложнее становится техническая реализация такого устройства, связанная с необходимостью применения значительного количества вентиляторов и сложности их подбора.

Известны способ формирования «дымного экрана» и устройство для его реализации (Fogscreen, см. [4]), включающее в себя два блока вентиляторов, используемых для формирования двух широких поддерживающих воздушных потоков, которые подаются на соответствующие части входной поверхности ламинаризатора и, пройдя сквозь него, превращаются в ламинарные поддерживающие потоки и поступают на выход устройства для соединения с центральным потоком;

генератор тумана, с выхода которого, под действием воздушного потока, создаваемого вентиляторами, воздух, обогащенный туманом, через канал для транспортировки микрочастиц и ламинаризатор поступает на выход устройства, где поддерживающие ламинарные воздушные потоки, движущиеся в том же направлении и с той же скоростью, что и туман, охватывают его с обеих сторон, и начинают двигаться с ним в одном направлении, образуя, тем самым, нетвердотельный проекционный экран.

Это техническое решение положено в основу устройства для формирования туманного экрана, известное на рынке под торговой маркой «Fogscreen», см. ссылку [5].

К основным недостаткам данного способа и устройства следует отнести высокую сложность конструкции, на практике, содержащей в своем составе до нескольких десятков вентиляторов. Так в 8 метровой версии Fogscreen их число составляет 256 шт. (см. ссылку [6]), и в связи с этим, низкую надежность устройства, сложность подбора, идентичных по характеристикам, пар вентиляторов, высокое энергопотребление и высокую стоимость конструкции, сложность обслуживания устройства в процессе работы, заключающуюся в необходимости ручной регулировки (органами управления) - подбора оптимального соотношения скоростей центрального и поддерживающего воздушных потоков, для снижения турбулентности, а также периодической чистки вентиляторов от пыли (см. ссылку [7]).

Кроме того, из-за отсутствия встроенной системы автоматического поддержания одинаковой скорости центрального (обогащенного туманом) и сопровождающих воздушных потоков, формируемый нетвердотельный проекционный экран имеет невысокие качественные характеристики.

Однако, в аналогичных устройствах может применяться и по одному вентилятору для каждого из поддерживающих потоков (с обеих сторон от центрального потока), если эти вентиляторы тангенциального (диаметрального) типа. Такая схема подачи воздуха гораздо более эффективна и позволяет обеспечить без лишних затрат (использования значительного количества вентиляторов и подбора их в пары) удовлетворительные характеристики воздушных потоков.

Известны способ формирования нетвердотельного проекционного экрана и устройство для его реализации, описанное в заявке [8], содержащее в своем составе два, расположенных параллельно, тангенциальных (диаметральных) вентилятора [9], по-сути, двух воздушных завес, широко известных из повседневной жизни (см. [10], [11]), расположенных в непосредственной близости одна от другой и используемых для формирования двух широких (но, еще не ламинарных) воздушных потоков; генератор тумана, с выхода которого, по воздушному каналу, обогащенный туманом поток воздуха сквозь ламинаризатор поступает на выход устройства, где параллельные поддерживающие ламинарные воздушные потоки движутся в одном направлении и с той же скоростью, что и центральный воздушный поток, обогащенный туманом, охватывают «туманный» (центральный) воздушный поток с обеих сторон, в непосредственной близости от него, образуя, тем самым, нетвердотельный проекционный экран из тумана, движущегося вверх (или вниз).

Тем не менее, реализация устройства не получила широкого распространения ввиду отсутствия тангенциальных вентиляторных колес необходимой (значительной) длинны. На практике, их длина ограничена лишь 120 см, тогда как современные устройства формирования нетвердотельных экранов позволяют получать «воздушные экраны» с максимальной шириной более 8 м. Простое же увеличение количества этих вентиляторных колес в одном блоке не возможно из-за особенностей конструкции самих тангенциальных вентиляторов. У данного типа вентиляторов электродвигатель расположен с одного из торцов рабочего (тангенциального) колеса.

В сравнение с предыдущим аналогом, каждый из применяемых здесь тангенциальных вентиляторов способен заменить собой целую группу (от 3 до 12 штук, в зависимости от ширины «экрана») осевых вентиляторов, создавая при этом на входе ламинаризатора гораздо более равномерный воздушный поток, так как, вследствие особенностей своей конструкции, тангенциальные вентиляторы имеют значительную длину (в сравнении с осевыми). В дополнение ко всему, они создают в несколько раз меньший уровень акустического шума. К основным недостаткам данного аналога следует отнести следующие:

Данный тип вентиляторов (тангенциальных) также требует их попарного подбора, для обеспечения максимального совпадения характеристик создаваемых ими двух воздушных потоков, в разных рабочих режимах (это необходимо для снижения турбулентности суммарного воздушного потока).

Из-за отсутствия, как в предыдущем аналоге, системы автоматического поддержания одинаковой скорости центрального (обогащенного туманом) и сопровождающих воздушных потоков, формируемый таким устройством нетвердотельный проекционный экран имеет невысокие качественные характеристики.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемым способу и устройству являются способ формирования нетвердотельного проекционного экрана и устройство для его реализации по заявке [12], принятые в качестве способа-прототипа и устройства-прототипа.

В способе-прототипе генерируют три воздушных потока, из которых один воздушный поток используют для выдувания микрочастиц из генератора микрочастиц, в результате чего получают обогащенный микрочастицами воздушный поток, который затем ламинаризируют и получают центральный воздушный поток для формирования проекционного экрана; а два других, сгенерированных воздушных потока, симметричных относительно центрального, в дальнейшем, также ламинаризируют и используют в качестве поддерживающих воздушных потоков для формирования проекционного экрана.

На Фиг.1 изображена функциональная схема устройства-прототипа, используемая для реализации способа-прототипа, где обозначено:

1 - генератор микрочастиц (ГМЧ);

2 - вентилятор (генератор воздушного потока (ГВП));

3 - формирователь комбинированного ламинарного воздушного потока (ФКЛВП);

4 - канал для транспортировки микрочастиц (КТМ);

11, 12 - первый и второй блоки вентиляторов;

Pa - атмосферное давление;

Рв - повышенное давление, создаваемое на выходе ГВП 2;

Рв1 - повышенное давление, создаваемое на выходе блока 11;

Рв2 - повышенное давление, создаваемое на выходе блока 12;

Пв1 - воздушный поток на выходе блока 11;

Пв2 - воздушный поток на выходе блока 12;

П1 - воздушный поток на первом выходе ФКЛВП 3;

П2 - воздушный поток на втором выходе ФКЛВП 3;

Т - центральный ламинарный воздушный поток, насыщенный микрочастицами.

На Фиг.2 схематично представлено поперечное сечение устройства - прототипа (вид сбоку), где обозначено:

1 - генератор микрочастиц (ГМЧ);

2 - вентилятор (генератор воздушного потока (ГВП));

3 - формирователь комбинированного ламинарного воздушного потока (ФКЛВП);

4 - канал для транспортировки микрочастиц (КТМ);

11, 12 - первый и второй блоки вентиляторов;

13 - источник изображения (ИИ);

14 - ультразвуковые излучатели тумана;

15 - часть бака, заполненная водой;

16 - водяной туман;

Pa - атмосферное давление;

Рв1 - повышенное давление, создаваемое на выходе блока 11;

Рв2 - повышенное давление, создаваемое на выходе блока 12;

Пв1 - воздушный поток на выходе блока 11;

Пв2 - воздушный поток на выходе блока 12;

П1 - воздушный поток на первом выходе ФКЛВП 3;

П2 - воздушный поток на втором выходе ФКЛВП 3;

Т - центральный ламинарный воздушный поток, насыщенный микрочастицами;

Г - глаз наблюдателя.

На Фиг.3 схематично представлено поперечное сечение устройства-прототипа, в ортогональной плоскости (вид спереди), где обозначено:

11.1-11.n - вентиляторы с 1-го по n-ный первого блока вентиляторов 11;

1 - генератор микрочастиц (ГМЧ);

2 - вентилятор (генератор воздушного потока (ГВП));

3 - формирователь комбинированного ламинарного воздушного потока (ФКЛВП);

4 - канал для транспортировки микрочастиц (КТМ);

14 - ультразвуковые излучатели тумана;

15 - часть бака, заполненная водой;

Т - центральный воздушный поток, насыщенный микрочастицами;

Pa - атмосферное давление.

Устройство-прототип содержит первый 11 и второй 12 блоки вентиляторов, КТМ 4, ГМЧ 1, генератор воздушного потока (ГВП) 2 и ФКЛВП 3; причем выходы блоков вентиляторов 11 и 12 соединены соответственно с ФКЛВП 3, а входы блоков вентиляторов 11 и 12 являются первым и вторым входами устройства, при этом, вход ГВП 2 является третьим входом устройства, а выход ГВП 2 соединен со входом ГМЧ 1, выход которого через КТМ 4 подсоединен ко входу ФКЛВП 3, выход которого является выходом устройства.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Атмосферный воздух под давлением Ра поступает на вход ГВП 2, являющийся входом 3 устройства, на выходе которого давление воздуха приобретает повышенное значение Рв. Далее, воздушный поток под давлением Рв поступает на вход ГМЧ 1 и сдувает в КТМ 4 образующиеся в нем микрочастицы, которые, смешиваясь с воздухом, в процессе движения, через КТМ 4 поступают к центральной части входной поверхности ФКЛВП 3. Одновременно, атмосферный воздух (под давлением Ра), поступает на вход 1 и вход 2 устройства-прототипа, являющихся, соответственно, входами блоков вентиляторов 11 и 12, на выходе которых образуются воздушные потоки (Пв1 и Пв2) с давлениями Рв1 и Рв2 соответственно, которые сразу поступают на соответствующие боковые части входной поверхности ФКЛВП 3. Диаграмма распределения давления в этих потоках показана на Фиг.7а.

Воздушные потоки (П1 и П2), образующиеся на выходе ФКЛВП 3 из входных потоков (Пв1 и Пв2), являются ламинарными и движутся в одном направлении и с одинаковой скоростью с центральным воздушным потоком Т, насыщенны микрочастицами (водяным туманом), охватывая его с обеих сторон и формируя, тем самым, нетвердотельный проекционный экран.

Также как и у первого аналога (Fogscreen), основными недостатками прототипа (Heliodisplay) следует считать высокую сложность конструкции, низкую надежность устройства, невысокие качественные характеристики нетвердотельного проекционного экрана, связанные с применением в конструкции устройства значительного количества вентиляторов.

На практике, для обеспечения формирования нетвердотельного проекционного экрана значительной ширины (длины), общее количество вентиляторов может составлять несколько десятков штук. Так, в устройстве Heliodisplay, с размером «воздушного экрана» около двух метров по диагонали, число вентиляторов в блоках 11 и 12 составляет более 90 штук (см. ссылки в Интернете [13], [14]).

Как видно из Фиг.7а, диаграмма распределения воздушных потоков, формируемых вентиляторами в устройстве-прототипе, как по скорости, так и по создаваемому давлению, имеет нелинейную характеристику во всех плоскостях, а количество вентиляторов настолько значительно, что для выравнивания перечисленных характеристик разработчику требуется применять специальные конструкторские и технологические меры, позволяющие, хотя бы частично, скомпенсировать эту нелинейность. Не говоря уже, об обязательном подборе пар вентиляторов, располагающихся по разные стороны от центрального сопла (для обеспечения совпадения их аэродинамических характеристик).

Следует также принять во внимание суммарное энергопотребление значительного количества вентиляторов и, в связи с этим, низкую надежность устройства, состоящего из такого значительного числа электромеханических приборов, имеющих в своей конструкции прецизионные подшипники и электродвигатели.

Регулирование характеристик воздушных потоков (скоростью вращения различных групп вентиляторов) на выходе ГВП 2 и на выходах блоков 11 и 12 осуществляется независимо, поэтому, на практике, оказывается, практически, невозможным обеспечение полного совпадения скоростей центрального и сопровождающего воздушных потоков, во всем диапазоне регулирования скоростей. Это, в конечном итоге, отрицательно сказывается на качестве формируемого «воздушного экрана».

Указанные недостатки способа-прототипа и устройства-прототипа не позволяют реализовать недорогое и надежное устройство для формирования нетвердотельного проекционного экрана со стабильной и качественной поверхностью «воздушного экрана» значительной площади.

В основу изобретения положена задача создать простой и эффективный способ формирования нетвердотельного проекционного экрана и устройство, обеспечивающие более стабильную и качественную поверхность проекционного экрана при его большой площади.

Достигаемый технический результат - повышение качества проектируемого изображения и надежности устройства.

Для решения поставленной задачи, в способе формирования нетвердотельного проекционного экрана на основе микрочастиц, заключающемся в получении комбинированного ламинарного воздушного потока, состоящего из центрального ламинарного воздушного потока, обогащенного микрочастицами, и двух боковых, идентичных и поддерживающих его ламинарных воздушных потоков, для чего осуществляют формирование воздушного потока с помощью генератора воздушного потока (ГВП), выдувание микрочастиц из генератора микрочастиц (ГМЧ) в канал для транспортировки микрочастиц (КТМ), подачу с помощью КТМ, полученного обогащенного микрочастицами воздушного потока, к центральной части входной поверхности формирователя комбинированного ламинарного воздушного потока (ФКЛВП) и пропускание его сквозь воздушные каналы центральной части ФКЛВП, в результате чего получают центральный ламинарный воздушный поток, обогащенный микрочастицами, согласно изобретению, сформированный ранее с помощью ГВП воздушный поток стабилизируют с помощью стабилизатора воздушного потока (СВП), полученный стабилизированный воздушный поток нагнетают в камеру повышенного давления до получения необходимого значения давления и далее пропускают сквозь отверстия двух симметричных, относительно КТМ, частей перфорированной диафрагмы (ПД), в результате чего, на выходе ПД, получают два идентичных между собой, симметричных относительно КТМ, равномерных воздушных потока, которые затем пропускают сквозь воздушные каналы соответствующих боковых частей ФКЛВП, симметричных относительно его центральной части, в результате чего, получают два идентичных между собой, симметричных относительно центрального, ламинарного воздушного потока, обогащенного микрочастицами, и поддерживающих его, боковых ламинарных воздушных потока; кроме того, стабилизированный с помощью СВП воздушный поток ослабляют до необходимого значения при помощи аттенюатора воздушного потока, и далее используют для выдувания микрочастиц из ГМЧ в КТМ, а также для последующей подачи обогащенного микрочастицами воздушного потока, на центральную часть входной поверхности ФКЛВП и дальнейшего его пропускания сквозь воздушные каналы центральной части ФКЛВП.

Также, для решения поставленной задачи, в устройство для формирования нетвердотельного проекционного экрана на основе микрочастиц, содержащее генератор воздушного потока (ГВП), вход которого является входом устройства, формирователь комбинированного ламинарного воздушного потока (ФКЛВП), выходная поверхность которого является выходом устройства; генератор микрочастиц (ГМЧ), выход которого соединен со входом канала для транспортировки микрочастиц (КТМ), согласно изобретению, дополнительно введены камера повышенного давления (КПД), аттенюатор воздушного потока (АВП) и стабилизатор воздушного потока (СВП), при этом, КПД размещена в непосредственной близости от ФКЛВП и выполнена в виде закрытой емкости, одна сторона которой, прилегающая ко входной поверхности ФКЛВП, представляет собой перфорированную диафрагму (ПД); кроме того, КПД выполнена с возможностью подачи в нее воздушного потока от ГВП, на пути которого, установлен СВП; внутренний объем КПД через АВП сообщен со входом ГМЧ; причем, КТМ проложен с выхода ГМЧ вдоль всей длины ПД до центральной части входной поверхности ФКЛВП; ПД выполнена в виде симметричной относительно середины КТМ, конструкции, перфорационные отверстия в которой, обеспечивают по всей площади ПД равномерное выпускание воздушного потока из КПД с уровнем воздушного давления, достаточным для получения заданной скорости воздушного потока, подаваемого на боковые части входной поверхности ФКЛВП, при заданных характеристиках ГВП; по периметру ПД выполнена воздухонепроницаемая конструкция, ограничивающая от внешней среды внутренний объем, находящийся между ПД и входной поверхностью ФКЛВП.

Сущность изобретения поясняется с помощью следующих чертежей.

На Фиг.4 изображена общая функциональная схема заявляемого устройства, где обозначено:

1 - генератор микрочастиц (ГМЧ);

2 - генератор воздушного потока (ГВП);

3 - формирователь комбинированного ламинарного воздушного потока (ФКЛВП);

4 - канал для транспортировки микрочастиц (КТМ);

5 - камера повышенного давления (КПД);

6 - перфорированная диафрагма (ПД);

7 - аттенюатор воздушного потока (АВП);

8 - стабилизатор воздушного потока (СВП);

9 - воздухонепроницаемая конструкция (ВНК);

Pa - атмосферное давление;

Рв - повышенное давление, создаваемое на выходе ГВП 2, СВП 8 и внутри КПД 5;

Рвг - повышенное давление, создаваемое на выходе АВП 7 и внутри ГМЧ1;

Рвд - давление на выходе ПД 6;

П - боковые воздушные потоки, на входе ФКЛВП 3;

Пл - боковые воздушные потоки на выходе ФКЛВП 3;

Т - центральный ламинарный воздушный поток, насыщенный микрочастицами.

На Фиг.5 схематично представлено поперечное сечение заявляемого устройства (вариант выполнения), где обозначено:

1 - генератор микрочастиц (ГМЧ);

2 - генератор воздушного потока (ГВП);

3 - формирователь комбинированного ламинарного воздушного потока (ФКЛВП);

4 - канал для транспортировки микрочастиц (КТМ);

5 - камера повышенного давления (КПД)

6 - перфорированная диафрагма (ПД);

7 - аттенюатор воздушного потока (АВП);

8 - стабилизатор воздушного потока (СВП);

9 - воздухонепроницаемая конструкция (ВНК);

13 - источник изображения (ИИ);

14 - ультразвуковые излучатели тумана;

15 - часть бака, заполненная водой;

16 - водяной туман;

Pa - атмосферное давление;

Рв - повышенное давление, создаваемое на выходе ГВП 2, СВП 8 и внутри КПД 5;

Рвг - повышенное давление, создаваемое на выходе АВП 7 и внутри ГМЧ1;

Рвд - давление, получаемое на выходной поверхности ПД 6;

П - боковые воздушные потоки, подаваемые на входную поверхность ФКЛВПЗ;

Пл - боковые воздушные потоки, получаемые на выходе устройства;

Т - центральный ламинарный воздушный поток, насыщенный микрочастицами;

Г - глаз наблюдателя.

На Фиг.6 схематично представлено поперечное сечение заявляемого устройства (вариант выполнения) в ортогональной плоскости (вид спереди), где обозначено:

1 - генератор микрочастиц (ГМЧ);

2 - генератор воздушного потока (ГВП);

3 - формирователь комбинированного ламинарного воздушного потока (ФКЛВП);

4 - канал для транспортировки микрочастиц (КТМ);

5 - камера повышенного давления (КПД)

6 - перфорированная диафрагма (ПД);

7 - аттенюатор воздушного потока (АВП);

8 - стабилизатор воздушного потока (СВП);

9 - воздухонепроницаемая конструкция (ВНК);

14 - ультразвуковые излучатели тумана;

15 - часть бака, заполненная водой;

17 - сопла КТМ;

Pa - атмосферное давление.

Рв - повышенное давление, создаваемое на выходе ГВП 2, СВП 8 и внутри КПД 5;

Рвг - повышенное давление, создаваемое на выходе АВП 7 и внутри ГМЧ1;

Т - центральный ламинарный воздушный поток, насыщенный микрочастицами.

На Фиг.7 схематически показаны диаграммы распределения воздушных потоков, создаваемых блоками вентиляторов 11 и 12 в устройстве-прототипе (Фиг.7а) и блоком ГВП 2 в заявляемом устройстве (Фиг.7б).

На Фиг.7а обозначено:

11, 12 - первый и второй блоки вентиляторов;

11.1-11.n - c 1-го по n-ный вентиляторы блока 11;

Пв1 - воздушный поток на выходе блока 11;

Пв2 - воздушный поток на выходе блока 12;

Рв1 - повышенное давление, создаваемое на выходе блока 11;

Рв2 - повышенное давление, создаваемое на выходе блока 12;

Рв1.1 - Рв1.n - повышенное давление на выходах каждого из n вентиляторов блоков 11 и 12;

х, у, z - координатные оси, при этом по оси «у» отложено:

по оси «х» - линейный размер устройства в ширину;

по оси «z» - линейный размер устройства в длину.

На Фиг.7б обозначено:

2 - генератор воздушного потока (ГВП);

4 - канал для транспортировки микрочастиц (КТМ);

5 - камера повышенного давления (КПД);

6 - перфорированная диафрагма (ПД);

8 - стабилизатор воздушного потока (СВП);

Pa - атмосферное давление;

Рв - повышенное давление, создаваемое на выходе ГВП 2, СВП 8 и внутри КПД 5;

Рвд - давление на выходе ПД 6;

П - боковые воздушные потоки, подаваемые на входную поверхность ФКЛВПЗ;

х, у, z - координатные оси, при этом по оси «у» отложено:

по оси «х» - линейный размер устройства в ширину;

по оси «z» - линейный размер устройства в длину.

На Фиг.8 показан вертикальный вариант выполнения заявляемого устройства в аксонометрической проекции, где обозначено:

1 - генератор микрочастиц (ГМЧ);

2 - генератор воздушного потока (ГВП);

3 - формирователь комбинированного ламинарного воздушного потока (ФКЛВП);

4 - канал для транспортировки микрочастиц (КТМ);

5 - камера повышенного давления (КПД);

6 - перфорированная диафрагма (ПД);

7 - аттенюатор воздушного потока (АВП);

8 - стабилизатор воздушного потока (СВП);

9 - воздухонепроницаемая конструкция (ВНК);

14 - ультразвуковые излучатели тумана;

15 - часть бака, заполненная водой;

17 - сопла КТМ;

Pa - атмосферное давление;

Рв - повышенное давление, создаваемое на выходе ГВП 2, СВП 8 и внутри КПД 5;

Рвг - повышенное давление, создаваемое на выходе АВП 7 и внутри ГМЧ1.

Пл - боковые воздушные потоки на выходе ФКЛВП 3;

Т - центральный ламинарный воздушный поток, насыщенный микрочастицами.

На Фиг.9 показан горизонтальный вариант выполнения заявляемого устройства в аксонометрической проекции, где обозначено:

1 - генератор микрочастиц (ГМЧ);

2 - генератор воздушного потока (ГВП);

3 - формирователь комбинированного ламинарного воздушного потока (ФКЛВП);

4 - канал для транспортировки микрочастиц (КТМ);

5 - камера повышенного давления (КПД);

6 - перфорированная диафрагма (ПД);

7 - аттенюатор воздушного потока (АВП);

8 - стабилизатор воздушного потока (СВП);

9 - воздухонепроницаемая конструкция (ВНК);

14 - ультразвуковые излучатели тумана;

15 - часть бака, заполненная водой;

17 - сопла КТМ;

Pa - атмосферное давление;

Рв - повышенное давление, создаваемое на выходе ГВП 2, СВП 8 и внутри КПД 5;

Рвг - повышенное давление, создаваемое на выходе АВП 7 и внутри ГМЧ1.

Пл - боковые воздушные потоки на выходе ФКЛВП 3;

Т - центральный ламинарный воздушный поток, насыщенный микрочастицами.

Заявляемое устройство содержит генератор воздушного потока (ГВП) 2, вход которого является входом устройства, формирователь комбинированного ламинарного воздушного потока (ФКЛВП) 3, выходная поверхность которого является выходом устройства, камеру повышенного давления (КПД) 5, размещенную в непосредственной близости от ФКЛВП 3 и выполненную в виде закрытой емкости, которая со стороны, прилегающей ко входной поверхности ФКЛВП 3, ограничена перфорированной диафрагмой (ПД) 6. При этом, КПД 5 выполнена с возможностью подачи в нее воздушного потока от ГВП 2, на пути которого размещен стабилизатор воздушного потока (СВП) 8.

Внутренний объем КПД 5 через аттенюатор воздушного потока (АВП) 7 сообщен с входом генератора микрочастиц (ГМЧ) 1, выход которого, соединен с входом канала для транспортировки микрочастиц (КТМ) 4, который проложен по середине ПД 6, вдоль всей ее длины, до центральной части входной поверхности ФКЛВП 3. Причем, ПД 6 выполнена в виде симметричной, относительно середины КТМ 4, конструкции, перфорационные отверстия в которой обеспечивают формирование равномерного воздушного потока по всей площади ПД 6, с уровнем воздушного давления, достаточным для получения заданной скорости воздушного потока, подаваемого на боковые части входной поверхности ФКЛВП 3, при заданных мощностных (или аэродинамических) характеристиках ГВП 2.

При этом, внутренний объем, находящийся между ПД6 и входной поверхностью ФКЛВП 3, ограничен по периметру ПД6 от внешней среды воздухонепроницаемой конструкцией (ВНК) 9.

В основу реализации заявляемого способа с помощью заявляемого устройства положен закон Паскаля. Согласно закону Паскаля, давление, производимое на газ, передается в любую точку одинаково во всех направлениях.

Из курса физики известен классический опыт: если к трубке с поршнем присоединить полый шар с множеством мелких отверстий одинаковой формы и диаметра и, наполнив шар газом (дымом), нажать на поршень, чтобы увеличить в нем давление, то газ начнет выходить через все отверстия одновременно, причем напор газа, обусловленный внешним давлением, во всех отверстиях будет одинаковым [26].

Однако, закон Паскаля, на котором основана работа устройства, справедлив только для статического давления, а на практике - давление, создаваемое любым генератором воздушного потока, состоит (по закону Бернулли) из двух составляющих: статической - р и динамической - q.

То есть, на выходе ГВП 2 формируется поток воздуха, который движется с определенной (как правило, значительной) скоростью, и содержит, преимущественно, динамическую составляющую, определяемую по формуле:

q=0,0625×V2 [кг/м²],

где V2 - скорость ветра (потока воздуха на выходе ГВП 2), выраженная в [м/с].

Закон Бернулли гласит: сумма статического и динамического давлений в каждой точке потока - есть величина постоянная:

р+q=const.

Другими словами: в каждой точке воздушного потока увеличение скорости потока сопровождается снижением статического давления, а при уменьшении скорости потока - повышением статического давления, пропорционально изменению квадрата скорости:

р+0,0625×V2=const.

Нам же, для достижения необходимого результата, необходимо уменьшить динамическую составляющую давления, при этом увеличив статическую составляющую, то есть, преобразовать динамическую составляющую в статическую.

Следовательно, для преобразования динамического давления в статическое, скорость воздушного потока от ГВП 2 необходимо уменьшить до минимально возможного значения (замедлить до «0»).

В идеальном случае, при V2=0 получаем стабилизированный воздушный поток с постоянной составляющей статического давления:

р+0,0625×0=const.

р=const.

Для снижения скорости воздушного потока, подаваемого от ГВП 2, на пути воздушного потока установлен СВП 8, с помощью которого поток воздуха «затормаживается», вследствие чего динамическое давление снижается до минимально возможного, а статическое возрастает до максимально возможного, при этом поток воздуха стабилизируется.

Таким образом, в КПД 5 нагнетается, стабилизированный с помощью СВП 8, поток воздуха, который содержит минимально возможную динамическую составляющую, т.е. динамическое давление (вектор направлен параллельно стенкам емкости КПД 5) и максимально возможную статическую составляющую, т.е. статичный напор воздуха (вектор направлен перпендикулярно стенкам емкости КПД 5), который, как раз, и необходим для выдувания воздуха из перфорационных отверстий ПД 6.

При этом, по закону Паскаля, на любую точку внутренней поверхности КПД 5 начинает действовать одинаковое избыточное давление воздуха Рв. Это же давление действует и на каждую