TORI Defender · Arhitectură & propagare acustică

Piloni de emisie ultrasonică — arhitectură și acoperire

Doi piloni compacți montați pe nacelă — unul lângă pale, tucked în spatele lor (nu expus măturării), unul la coada nacelei — fiecare purtând 3 module: 2 laterale (fanate) + 1 superior. Fiecare modul emite pe ambele frecvențe (25+40kHz). Mai jos: arhitectura mecanică exactă a unui pilon, apoi calculatorul de propagare.
Vedere de ansamblu2 piloni + 1 modul sub nacelă · 7 module total
rază de acțiune ● pilon lângă pale, tucked în spatele lor — 3 module (2 laterale + 1 sus) / 25 kHz ● pilon la coada nacelei — 3 module (2 laterale + 1 sus) / 40 kHz ● modul sub nacelă — bate în jos, acoperă zona de sub turbină
Detaliu pilon — anatomie (identică pentru ambii piloni, diferă doar frecvența)0,5–0,7 m înălțime · 3 module
0,5–0,7 m ±15° bază lată — rezistență la flambaj

2 module laterale — montate spre vârful pilonului, fanate simetric astfel încât conurile lor combinate acoperă un unghi larg pe orizontală.

1 modul superior — la vârful pilonului, orientat vertical în sus.

Fiecare modul conține propriul array de transductoare (vezi calculatorul de mai jos); fiecare transductor individual are un con de directivitate de ±15° (30° total, -6dB) — de-asta modulele sunt fanate pe unghiuri diferite, nu doar înghesuite în aceeași direcție.

Pilon: 0,5–0,7 m înălțime, bază lată pentru a evita flambajul sub sarcină laterală din vânt la acea înălțime. Doi astfel de piloni: unul lângă pale (tucked în spatele lor), unul la coada nacelei.

Condiții de mediu (comune pentru A și B)
A · Configurație curentă16 transductoare
slab
puternic
B · Variantă upgrade36 transductoare
slab
puternic
Rază efectivă — A → B
—
SPL la rădăcina palei — A → B
—
SPL la vârful palei — A → B
—
Difracție lângă pală · corecție din simulare k-Wave+2.0 dB

O simulare 2D de undă completă (k-Wave, profil NACA00xx, 40kHz, comparație cu/fără pală) a arătat că lângă pală nu există o simplă „umbră" — există o zonă de întărire prin difracție chiar în spatele profilului (undele difractate de pe cele două margini se recombină constructiv, până la +10dB local), urmată abia mai departe de o umbră reală (-1 până la -2dB și crescând). Modelul analitic de mai sus nu vede asta — presupune câmp liber. Slider-ul aplică o corecție aditivă pe citirile de SPL rădăcină/vârf din panourile A/B, calibrată pe rezultatul simulării; valoarea implicită (+2dB) reflectă zona de întărire apropiată — ajusteaz-o negativ dacă modelezi un punct mai departe în spatele palei, unde domină umbra.

Rotația palei · Doppler & modulație de amplitudine

Sursa e montată aproape de hub (pe nacelă), deci distanța până la orice punct de pe pală variază puțin cu unghiul de rotație — efectul dominant al rotației nu e distanța, ci viteza tangențială mare a palei. Două consecințe reale: (1) sunetul reflectat de suprafața palei care se mișcă rapid suferă un efect Doppler (poate scoate frecvența reflectată din banda optimă de auz a liliecilor, mai ales spre vârf); (2) pala blochează/reflectă periodic traseul direct sursă→zonă din spatele ei, creând pulsuri scurte de întrerupere de câteva ori pe secundă — deterentul „vede" o modulație, nu un semnal continuu.

Formulele folosite
1. Directivitate piston circular — D(θ) = | 2·J₁(x) / x |, unde x = k·a·sin(θ), k = 2πf/c, a = raza pistonului, θ = unghi față de axa transductorului. J₁ = funcție Bessel ordin 1 (aproximare Abramowitz & Stegun 9.4.4/9.4.6).
2. Însumare coerentă a array-ului (surse punctuale cu fază) — p(r) = Σᵢ [ (p₁ₘ · D(θᵢ)) / dᵢ ] · e^(−α·dᵢ) · e^(j·k·dᵢ)   ;   SPL = 20·log₁₀|p|, unde dᵢ = distanța de la elementul i la punct, p₁ₘ = presiune la 1m pe axă (din SPL@1m).
3. Absorbție atmosferică (ISO 9613-1, extrapolat peste 10kHz) — α = 8,686·f²·[ 1,84·10⁻¹¹·√(T/T₀)/pᵣ + (T/T₀)⁻²'⁵·( 0,01275·e^(−2239,1/T)/(f_rO+f²/f_rO) + 0,1068·e^(−3352/T)/(f_rN+f²/f_rN) ) ] dB/m, cu f_rO, f_rN = frecvențe de relaxare O₂/N₂ dependente de umiditate.
4. Viteza tangențială a palei — v(r) = ω·r = (2π·RPM/60)·r
5. Deplasare Doppler (reflexie pe suprafață în mișcare, incidență ≈ normală — limită superioară) — Δf ≈ 2·(v(r)/c)·f
6. Frecvență de trecere a palelor (BPF) — BPF = n_pale · RPM/60  ·  durata unui puls de blocaj la raza r ≈ coardă_medie / v(r)
c = 343 m/s (viteza sunetului în aer, 20°C). Toate formulele de mai sus sunt cele efectiv rulate în JavaScript în această pagină — poți vedea codul sursă din „View Page Source" dacă vrei să verifici implementarea linie cu linie.
Specii țintă — acoperire pe frecvențăgrup cu risc ridicat de coliziune, Europa
SpecieFrecvență ecolocațieDeterent potrivitRisc coliziune (literatură UE)

Aceste 5 specii sunt grupul „edge/open-air forager" cu risc ridicat de coliziune la turbine în Europa (Rydell et al. 2016, plus literatura de audiograme din bioacustică) — motivul pentru care designul folosește dual-frecvență 25/40kHz: cele 3 specii din stânga (Nyctalus, Eptesicus, Vespertilio) formează un cluster în jurul a 20-30kHz, cele 2 din dreapta (Pipistrellus) formează un cluster separat 36-50kHz. Un singur deterent mono-frecvență ar rata sistematic unul din cele două grupuri.

Pragul de detecție auditivă la liliecii cu ecolocație e foarte jos (audiogramele publicate pentru genul Eptesicus arată sensibilitate maximă în jur de 7dB SPL la 20kHz) — configurațiile de mai sus sunt cu mult peste pragul de simplă audibilitate, pe toată raza. Cea mai solidă dovadă de eficacitate comportamentală disponibilă este rezultatul de teren propriu — 38-87% reducere a activității pe 18 nopți de monitorizare.

MetodologieModel analitic (nu FEM/undă completă) — fiecare piesă e fizică reală, nu presupunere arbitrară:

Transductoare250ET25F (25,0kHz) — 113dB min SPL @30cm/10Vrms, fascicul total 40° (-6dB) — și 400ET25U (40,0kHz) — 115dB min SPL @30cm/10Vrms, fascicul total 35° (-6dB), tensiune maximă 20Vrms continuu, capacitate 2800pF ambele, carcasă aluminiu, interval de operare -30°C/+70°C. La 20Vrms (drive maxim): ≈108,6dB/1m (25kHz) și ≈110,6dB/1m (40kHz) — valorile puse ca implicit mai sus. Diametrul de piston (20,6mm / 14,6mm) e derivat din unghiul de fascicul publicat.