Музыкальный инструмент "Пирогармония"
"PYROGARMONY" MUSICAL INSTRUMENT

Изобретение относится к духовым музыкальным инструментам, преимущественно переносным автоматическим, для использования на открытом воздухе, в частности в ритуальных церемониях - погребения с воинскими почестями (церемониальный инструмент).
Известно множество духовых музыкальных инструментов, широко и давно используемых, в частности, в полевых условиях вообще и, в частности, в упомянутых ритуальных церемониях. Это, как правило, - различные духовые трубы [1. RU 2694249 С1, G01D 7/00б П09И 15.00, 10.07.2019; 2. RU 24724 U1, G01D 7/02, 20.08.2002].
Однако эти аналоги однофункциональны: используются исключительно как музыкальные инструменты, при этом источником воздуха под давлением выше атмосферного выступают легкие музыканта, а мехи аккордеона [3. RU 2267169 С1, G10D 11/00] - заменитель-аналог легких музыканта.
Среди аналогов заявляемого частного инструмента с ресивером (см. далее по тексту) уместно вспомнить волынку, снабженную эластичной емкостью (мешком из шкуры), а по сути - пневматическим буферным аккумулятором выдыхаемого музыкантом воздуха [4. Волынка // Википедия. URL: http.//ru.wikipedia.org/wiki/Волынка].
Однако в волынке используется невысокотемпературная газовая смесь, выдыхаемая человеком под небольшим избыточным давлением.
Известны и музыкальные полуавтоматы для открытого пространства (шарманка, в которой для воспроизведения мелодии достаточно «оператору» крутить рукоятку) и автоматы (как правило, развлекательные), предусматривающие участие человека лишь для обслуживания: выбор или замена репертуара в устройстве звуковоспроизведения, вкл./выкл., очистка поверхности, смазка, охрана и т.д. [5. RU 101571 U1, G10F 1/00, 20.01.2011; 6. RU 2072743 С1, G10F 1/12, приор. 10.01.1994].
Однако эти аналоги однофункциональны: используются исключительно как устройства звуковоспроизведения
С другой стороны, известно семейство автономных газоструйных насосов, которые содержит корпус, эжектор, всасывающую и нагнетающую патрубки, источник инициирующей газовой струи под давлением, выполненный в виде пиротехнического устройства с пороховыми зарядами и средством его инициирования, при этом пороховые заряды выполнены в виде холостых патронов к огнестрельному стрелковому оружию, а также предусмотрено и присоединение к корпусу самого стрелкового оружия [7. RU 2162550 С2, F04F 5/14, 27.01.2001; 8. RU 2602945 С2, F04F 5/14, 20.11.2016; 9. RU 2655429 С1, F04F 5/14, 28.05.2018].
Однако это - устройство назначения иного, чем заявляемое.
Известны применяемые в пожарном деле автономные системы противопожарной и противовзрывной защиты, в которых в качестве исполнительных элементов используются взрывоподавляющие гидроимпульсные устройства с пирозарядами [10. Мешман A.M., Некрасов В.П., Попов Б.Г. Исследование баллистики взрывоподавляющих гидроимпульсных устройств // В сб. науч. трудов «Проблемы развития пожарной техники». - М.: ВНИИПО, 1986. - 164 с. - С. 140].
Однако и этот аналог - устройство назначения иного, чем заявляемое.
Среди пиротехнических устройств интересны также проекты пиротехнических ножниц, пиротехнического нагревателя и даже комплексного многофункционального инструмента для обработки металлов [11. RU 94037614 А1, B23D 17/00, B23D 29/00, 10.08.1996; 12. RU 2007688 С1, F42B 4/00, 15.02.1994; 13. RU 2116170 С1, B23D 29/00, В26 В 15/00, приор. 11.06.1996] и ряд др., а также газогенераторы на основе пороховых шашек медленного горения [14. RU 2459657 С2, B01J 7/00, F23R 5/00, 27/03/2012].
Но и они не имеют отношения к музыке, в то время как за ближайший аналог (прототип) заявляемого изобретения следует принимать устройство того же назначения.
А теперь посмотрим на уже упомянутую выше организацию ритуальных церемоний - погребения с воинскими почестями, где традиционно предусмотрены довольно многочисленный (от отделения до роты включительно) почетный эскорт с духовым оркестром и отделения стрелков со стрелковым оружием (карабинами, автоматами и др.), вплоть до артиллерии [15. Отдание воинских почестей при похоронах // Устав гарнизонной и караульной служб ВС РФ (Гл. 11, п. 353). URL: https://sudact.ru/law/ustav-garnizonnoi-i-karaulnoi-sluzhb-vooruzhennykh-sil/ustav/chast-tretia/glava-11/otdanie-voinskikh-pochestei-pri-pogrebenii/; 16. В Екатеринбурге похоронили летчиков, разбившихся в 1943 году / Семен Чирков. URL: https://www.oblgazeta.ru/politics/9873/].
Представляется целесообразным рассмотреть возможности «оптимизации» таких церемоний (кадрового сокращения, снижения требований к музыкальной и стрелковой подготовке и т.д.). Однако ни известные музыкальные инструменты, ни технические средства производства салюта непригодны для реализации идеи совмещения в одном устройстве функций траурно-музыкального сопровождения (например, исполнения Государственного гимна) ружейного салюта.
Наиболее близким по назначению и совокупности существенных конструктивных признаков аналогом (прототипом) является музыкальный инструмент («электронно-акустический музыкальный инструмент»), содержащий корпус, блок звуковых труб с камерами в их основании, источник энергии, возбуждающей акустические волны в звуковых трубах в определенных изменяемых последовательности и продолжительности звучаний и пауз, распределительное и программное устройства, и систему управления двумя последними [17. RU 2010353, G10H 1/00, 30.03.1994].
Он выполнен электронно-акустическим, с использованием электричества, электроники и динамиков, а упомянутые камеры в основании звуковых труб выполнены резонансными по отношению к размещенным в них динамикам.
При всех своих положительных качествах, прототип, однако, имеет относительно большие энергопотребление (в виде электрической энергии), стоимость и габариты (главным образом из-за большой потребной длины звуковых труб - св. 1 метра), привязан к что по каждому недостатку и в их совокупности определяет его неприспособленность к использованию в качестве переносного «полевого» церемониального музыкального инструмента с достаточно большой для открытого пространства силой звука (звучания). Кроме того, прототип непригоден для реализации идеи совмещения в одном устройстве функций траурно-музыкального сопровождения (например, исполнения Государственного гимна) ружейного салюта в ритуальных церемония с воинскими почестями, поскольку звук холостого выстрела из огнестрельного оружия плохо моделируется в прототипе с его физическими принципами извлечения звуков, а одновременное звучание обоих акустических источников плохо сочетаемы (салют заглушает музыкальный инструмент). В результате, остается лишь возможность раздельного (сдвинутого во времени) функционирования обоих акустических источников.
Проблемой (задачей), на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание двухфункционального акустического инструмента: с возможностью совмещения в пространстве и времени традиционных функций музыкального инструмента (исполнение или воспроизведение определенной мелодии) и имитации ружейного (или артиллерийского) салюта с использованием огнестрельного оружия с холостыми боеприпасами или пороховыми шашками.
Это - относительно узкое, специфическое, но, как представляется, полезное назначение.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что музыкальный инструмент, содержащий корпус, блок звуковых труб, источник энергии, возбуждающей акустические волны в звуковых трубах в определенных изменяемых последовательности и продолжительности звучаний и пауз, распределительное и программное устройства, и систему управления двумя последними, и устройство электропитания, согласно заявляемому изобретению, выполнен духовым, с использованием пороховых газов в качестве энергоемкого текучего рабочего тела под давлением выше атмосферного, при этом упомянутые одна или несколько камер выполнены в виде камер сгорания пороховых зарядов, с возможностью временного размещения в них пиротехнических расходных изделий с упомянутыми зарядами в качестве источника энергии, инициирования зарядов и последующего газораспределения пороховых газов по звуковым трубам, а устройство питания выполнено автономным.
Решение проблемы (поставленной задачи) обеспечивается также дополнительными признаками устройства (в сочетании с указанными основными):
- камера сгорания в нем может быть выполнена в виде патронника под холостые патроны, с возможностью их инициирования посредством устройства инициирования ударным или электрическим способом и устройства управления (это, по исторической аналогии с областью огнестрельного оружия и боеприпасов к нему, существенно ускоряет ряд операций, включая подготовительную, повышает удобство и безопасность комплекса «инструмент - расходные пиротехнические изделия к нему», снижает себестоимость расходных материалов и т.д.);
- при этом холостые патроны могут быть либо уложены в отъемном коробчатом магазине и предусмотрено устройство экстракции стреляных гильз и осечных патронов, либо вставлены по одному, с возможностью извлечения стреляных гильз и осечных патронов, в индивидуальные патронники, предусмотренные в основаниях звуковых труб или группы звуковых труб (в первом частном случае это в еще большей мере расширяет возможности использования технических достижений в стрелковом оружии - удобство и скорострельность за счет применения коробчатых отъемных магазинов с унитарными патронами; во втором частном случае это позволяет «сэкономить» на отказе от трубчатого типа газораспределения в пользу электрической подводки «в параллель» к капсюлям-воспламенителям патронов);
- источник пороховых газов может быть выполнен в виде, по крайней мере, одной общей сменной пороховой шашки замедленного горения в упомянутой камере сгорания (это максимально продлить процесс газогенерации «с одной единицы» пиротехнического расходного изделия и сэкономить на гильзах и устройстве инициирования);
- при этом между камерой сгорания и входом в газораспределительное устройство может быть предусмотрен буферный ресивер (это позволяет достичь большей стабильности, «нивелирования» давления пороховых газов как рабочего текучего тела, направляемого в звуковые трубы, при необходимости продлить время как звучания на отдельных нотах, так и пауз, снизить температуру пороховых газов в системе газораспределения и трубах, понизить при необходимости расход газов в единицу времени, оставить резервный запас газов на некоторое время);
- устройство управления выполнено с возможностью синхронизации работы программного устройства, распределительного устройства и инициирования пороховых зарядов (это существенно расширяет технические возможности инструмента за счет оптимизации параметров текучей среды (давления, скорости в газораспределительном устройстве и т.л.).
Среди известных аналогичных устройств не обнаружены такие, совокупность существенных конструктивных признаков которых совпадала бы с заявленной и которые обладали бы такой же технико-эксплуатационной возможностью. В то же время, именно за счет последней достигается новый технический результат, что обусловливает наличие у заявляемого устройства квалификационного признака «мировой уровень новизны».
Это убедительно демонстрирует очевидная оригинальность («сверхэффект»), в конечном счете - изобретательский уровень разработки как второй из триады квалификационных признаков изобретения.
Третий квалификационный признак, - «промышленная» применимость, - очевиден из дальнейшего описания примера реализации технического предложения и наличия разнообразного спектра пиротехнических устройств.
Суть изобретения проиллюстрирована:
фиг. 1 - обобщенная блок-схема музыкального инструмента, пример с индивидуальными камерами сгорания в виде патронников;
фиг. 2 - обобщенная блок-схема музыкального инструмента, пример с общей камерой сгорания под пороховую шашку медленного горения;
фиг. 3 - схема музыкального инструмента, пример с общей камерой сгорания под пороховую шашку медленного горения и ресивером;
фиг. 4 - фрагмент конструкции музыкального инструмента, пример с общим патронником, ресивером и коробчатым магазином с патронами,
где позициями обозначены:
1 - корпус инструмента; 2 - блок звуковых труб; 3 - камера(ы) сгорания порохового(ых) заряда(ов); 4 - источник энергии; 5 - холостой(ые) патрон(ы) как пример источника энергии 4; 5а - пороховой(ые) заряд(ы) патрона(ов) 5; 6 - пороховая(ые) шашка(и) как пример источника энергии 4; 6а - пороховой(ые) заряд(ы) шашки(ек) 6; 7 - устройство инициирования источника энергии; 8 - распределительное устройство; 9 - программное устройство; 10 - система управления; 11 - автономное устройство электропитания; 12 - отъемный коробчатый магазин с холостыми патронами; 13 - ресивер; 13а - клапан ресивера 13; 13б - вентиль ресивера 13; 13в - манометр ресивера 13.
Музыкальный инструмент содержит (см. фиг. 1, 2) корпус 1, блок звуковых труб 2 (различной внутреннего диаметра и/или длины, желательно в количестве минимум 6-8 труб), по меньшей мере с одной камерой 3 сгорания в основании труб 2, источник энергии (основной) 4, возбуждающей акустические волны в звуковых трубах 2 в определенных изменяемых (посредством системы управления 10) последовательности и продолжительности звучаний и пауз, распределительное 8 и программное 9 устройства, систему управления, как минимум, устройствами 8 и 9, а также автономное устройство 11 электропитания.
Инструмент выполнен духовым, с использованием пороховых газов в качестве энергоемкого текучего рабочего тела под давлением выше атмосферного. Одна или несколько камер сгорания 3 выполнены с возможностью временного размещения в них пиротехнических расходных изделий - патронов 5 или пороховых шашек 6 с упомянутыми зарядами 5а или 6а соответственно, в качестве источника энергии 4, инициирования зарядов 5а или 6а и последующего газораспределения пороховых газов по звуковым трубам 2.
Конструктивные и функциональные взаимосвязи устройств и систем музыкального инструмента очевидны из приведенных иллюстраций. В частности, устройство электропитания и система управления электрически и/или механически связаны (см. фиг. 1-3) со всеми остальными устройствами: программного 9, распределительного 8 и инициирования 7.
Для расширения звуковых тембровых возможностей инструмента звуковые трубы 2 выполнены прямыми (см. фиг. 1-3) и/или изогнутыми (для повышения компактности инструмента), а также могут быть постоянного или из набора различного сечения и установлены как вертикально, так и наклонно. Такое выполнение инструмента осуществлено с целью улучшения тембра звучания.
Общее количество труб 2 в блоке регламентируется количеством, хотя бы тонов (в принципе, и полутонов), укладывающихся в полосу диапазона частот инструмента. В этом плане, заявляемый пиротехнический инструмент может быть более «грубым» в сравнении с традиционными однофункциональными. Под этим углом зрения сравнивать лучше со звуковой гаммой такого духового инструмента, как дудка.
Красота звукового тембра инструмента зависит от материала, геометрических размеров труб и их количества.
Ниже описаны частные случаи (примеры) выполнения инструмента - не обязательные, но рекомендуемые как рациональные.
Камера сгорания 3 может быть выполнена в виде патронника под холостые патроны 5, с возможностью их инициирования посредством устройства 7 инициирования (с капсюлем-воспламенителем) ударным или электрическим способом и системы управления 10.
Пи этом холостые патроны 5 могут быть
- либо (см. фиг. 4) уложены в отъемном коробчатом магазине 12 и предусмотрено устройство экстракции стреляных гильз и осечных патронов 5 (не показано, может быть выполнено, как в стрелковом оружии),
- либо вставлены по одному (см. фиг. 1), с возможностью извлечения стреляных гильз и осечных патронов 5, в индивидуальные патронники 3, предусмотренные в основаниях звуковых труб 2 или группы звуковых труб 2.
Источник пороховых газов может быть выполнен в виде, по крайней мере, одной общей сменной пороховой шашки 6 замедленного горения в камере сгорания 3 (см. фиг. 2).
При этом между камерой сгорания 3 и входом в (газо)распределительное устройство может быть предусмотрен буферный ресивер 13. Последний выполнен, предпочтительно, с клапаном 13а на входе, вентилем 13б на выходе и устройством (прибором) 13в количественной оценки давления в ресивере 13 - как правило, статического давления в его полости, например, стрелочным или цифровым манометром. Что, впрочем, можно отнести к системе 10 управления.
В наиболее рациональном, рекомендуемом примере выполнения инструмента, ресивер 13 снабжен усиленной теплоизоляцией его корпуса, например, выполнен с двойными стенками и/или с неметаллическим пористым кожухом (на фигурах не показано в связи с достаточностью словесного описания для инженеров в данной области знаний).
Система управления 10 выполнена с возможностью синхронизации работы программного устройства 9, распределительного устройства 8 и устройства 7 инициирования пороховых зарядов 5а или 6а.
Возможны другие варианты конкретного выполнения устройства в рамках заявляемой совокупности существенных конструктивных признаков.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Музыкальный инструмент предварительно подготавливают к исполнению мелодии (например, Государственного гимна): открывают крышку корпуса 1; проверяют или заменяют содержание программы в устройстве 9; включают устройство электропитания 11; выполняют соответствующие тестовые проверки оборудования; выключают питание; заряжают патронник(и) или непосредственно камеру(ы) сгорания патроном(амии) 5 или шашкой(амии) 6; подготавливают устройство инициирования 7; вновь включают устройство питания 11.
Началом собственно работы устройства является приведение в действие устройства инициирования 7 (например, кнопкой «Пуск» в составе системы управления 10). Для безопасности и отхода обслуживающего лица, программное устройство 9 обеспечивает выдержку времени порядка 30…60 с. По команде с программного устройства 9 через систему управления 10, срабатывает устройство инициирования 7, с механическим или электрическим (в зависимости от частного случая конструктивного выполнения) инициированием капсюля-воспламенителя общего или соответствующего номеру трубки 2 (ноте) по программе в устройстве 11, патрона 5 или шашки 6. В свою очередь, начинается горение порохового заряда 5а или 6а соответственно. Пороховые газы под давлением выше атмосферного поступают либо непосредственно в соответствующую трубу блока 2 (при индивидуальных патронниках 3), либо через распределительное устройство 8 - систему трубок и клапанов, в трубу 2 с соответствующим номером (при общем патроннике 3 или камере 3 сгорания шашки 6).
В последнем случае медленное горение в сочетании с большой производительностью шашки 6 обеспечивают исполнение всей мелодии (как правило, в упрощенном воспроизведении) без перезарядки.
В случае применения холостых патронов 5 с малой продолжительностью газогенерации, программное устройство 9 через систему управления 10 и распределительное устройство 8 синхронизирует либо инициирование очередного патрона 5 со временем очередного звука (при индивидуальных патронниках 3), либо открытие соответствующего клапана на вход «уже готовых» газов в трубу 2 с соответствующим номером (при общем патроннике 3 или камере 3 сгорания шашки 6).
Попав в трубку блока 2, пороховые газы производят звук в соответствии с акустическими характеристиками данной трубки 2 и с особенностями «холостого выстрела через ствол с его характеристиками.
Второй (в дополнение к описанному) «инструмент» воспроизведения мелодии (с условием ее различимости и узнавания) - задание пауз индивидуальной продолжительности, что также обеспечивает программное устройство 9 через систему управления 10, распределительное устройство 8 и (при индивидуальных камерах 3) устройство инициирования 7.
В устройстве, снабженном ресивером 13, при срабатывании источника энергии 4 пороховые газы под давлением поступают через клапан 13а в ресивер 13 при предварительно закрытом вентиле 13б. Контролируют давление газов в ресивере 13 - по показаниям манометра или др. устройства 13в (как правило, при подготовке и после основной программы, на предмет оценки остаточных газов). При достижении «порогового» давления (в зависимости от особенностей типоразмера инструмента и конкретных условий его эксплуатации) открывается (от программного устройства 9 и систему управления 10) вентиль 13б. Пороховые газы под давлением устремляются из полости ресивера 13 через открытый вентиль 13б в соответствующие трубы блока 2 по уже описанному пути. При этом его параметры (прежде всего давление) существенно стабильнее, чем без ресивера 13.
При наличии развитой теплоизоляции корпуса (стенок) ресивера 13, теплопередача от горячих пороховых газов в окружающую среду (атмосферу) всеми ее видами (теплопроводностью, излучением и конвекцией) существенно понижена, в связи с чем давление газов в ресивере 13 при закрытом вентиле 13б снижается медленнее, а при работе инструмента (т.е. при открытом клапане 13б) уменьшается, при прочих равных условиях, менее интенсивно.
Как двухфункциональное устройство, заявляемый музыкальный инструмент реализует одновременно и функцию разнозвучного салюта, исключая необходимость производить салют холостыми патронами из стрелкового оружия (при погребении с воинскими почестями).
Стреляные гильзы, осечные патроны или отработавшие шашки удаляют вручную или приспособлениями (экстракция, перезаряжание), т.е. аналогично тому, как это организовано в стрелковом оружии. В том числе и отъемом с последующей заменой пустого коробчатого магазина.
Таким образом, использование заявляемого изобретения позволяет решить поставленную задачу: создать двухфункциональный акустический инструмент, а именно с возможностью совмещения в пространстве и времени традиционных функций музыкального инструмента (исполнение или воспроизведение определенной мелодии) и имитации ружейного (или артиллерийского) салюта с использованием огнестрельного оружия с холостыми боеприпасами или пороховыми шашками.