ласт
Классы МПК: | A63B31/11 прикрепляемые только к ступням |
Автор(ы): | Толчинский М.С. |
Патентообладатель(и): | Товарищество с ограниченной ответственностью "ЛиК" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-03-14 публикация патента:
20.03.1997 |
Использование: для увеличения скорости передвижения и поддержания экономичного режима плавания. Ласт включает крепление 1 ступни, соединительный элемент 3 и лопасть. Лопасть в предпочтительном варианте состоит из двух продольных боковых ребер 4 и поперечно к ним расположенных гидрокрыльев 5. Соединительный элемент 3 обеспечивает возможность поворота лопасти относительно горизонтальной оси в обе стороны от исходного положения с упругим возвратом. Жесткость боковых ребер непрерывно или дискретно уменьшается в направлении к задней кромке лопасти. 14 з.п. ф-лы, 9 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9
Формула изобретения
1. Ласт, включающий крепление ступни и лопасть, содержащую по меньшей мере одно поперечное гидрокрыло, закрепленное на по меньшей мере одном продольном ребре с промежутками между креплением ступни и гидрокрыльями, отличающийся тем, что лопасть связана с креплением ступни соединительным элементом, обеспечивающим возможность поворота лопасти относительно поперечной оси в обе стороны от исходного положения с упругим возвратом в исходное положение, а жесткость ребер уменьшается в направлении к задней кромке лопасти. 2. Ласт по п. 1, отличающийся тем, что соединительный элемент обеспечивает возможность поворота лопасти на угол 5 75o, а хорда каждого из гидрокрыльев составляет с продольной осью лопасти угол![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075046/177.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к спортивному снаряжению для пловцов и ныряльщиков, а именно к ластам, и может быть использовано как для увеличения скорости передвижения, так и для поддержания наиболее экономичного режима плавания. Основным недостатком известных ластов со сплошной лопастью является большое сопротивление гребку, возникающее вследствие перетекания больших масс воды из области более высокого давления перед фронтальной поверхностью лопасти в область пониженного давления через боковые кромки ласта, что сопровождается повышенным вихреобразованием. При этом усилия, прилагаемые пловцом для передвижения, весьма значительны, а величина КПД относительно низка. Другим недостатком таких ластов является произвольный неконтролируемый изгиб ласта при гребке, не обеспечивающий оптимальных углов атаки вдоль всей длины лопасти. Достаточно эффективно работает только средняя треть длины лопасти, в то время как задняя и, особенно, передняя части лопасти имеют неэффективный режим работы. Указанные недостатки частично устраняются при использовании ластов, конструкция которых описана в патенте США N 4944703, кл. 441/62, опубл. 31.07.90, за счет выполнения лопасти ласта составной с несколькими поперечными гидрокрыльями, между которыми оставлены промежутки для прохода воды. Но и такое устройство не обеспечивает в работе оптимальных углов атаки вдоль всей лопасти ласта. Кроме того, жесткая конструкция ребер не позволяет рационально использовать эффект упругого возврата гидрокрыльев в исходное положение для создания добавочной силы тяги, так как амплитуда поворотного отклонения гидрокрыльев мала по сравнению с размахом гребного движения ласта. Предлагаемое изобретение позволяет увеличить тягу каждого гидрокрыла, обеспечить дополнительную тягу при перемене направления гребка, повышает удобство пользования и обеспечивает возможность индивидуальной подгонки ласта. Такой результат достигается тем, что в ласте согласно настоящему изобретению крепление ступни и лопасть связаны соединительным элементом, обеспечивающим возможность поворота лопасти относительно поперечной оси в обе стороны от исходного положения с упругим возвратом в исходное положение. Лопасть содержит по меньшей мере одно поперечное гидрокрыло, закрепленное на по меньшей мере одном продольном ребре с промежутками между креплением ступни и гидрокрыльями, а жесткость продольных ребер непрерывно или дискретно уменьшается в направлении к задней кромке лопасти. Дискретное уменьшение жесткости достигается выполнением продольных ребер из отдельных фрагментов, последовательно соединяемых эластичными амортизаторами. К каждому из таких фрагментов прикреплено гидрокрыло. Дополнительные эксплуатационные возможности предоставляют сплошные или полые гидрокрылья с обратимо изменяемым профилем. Под воздействием нагрузки гидрокрылья прогибаются, при этом максимальный прогиб наблюдается в средней части профиля гидрокрыла. На фиг. 1 изображен лист с соединительным элементом в виде местного ослабления ребра; на фиг. 2 ласт с соединительным элементом в виде торсиона; на фиг. 3 аксономентрическое изображение ласта (а жесткость продольных ребер уменьшается непрерывно, б жесткость продольных ребер уменьшается дискретно); на фиг. 4 различные конструкции соединительного элемента, обеспечивающего регулирование угла и усилия поворота лопасти (а вариант с вязко-упругим сопротивлением, б вариант с встроенными пружинами и упорами, в и г варианты с вынесенными пружинами); на фиг. 5 секция ласта при разборном исполнении; на фиг. 6 варианты расположения гидрокрыльев относительно продольной оси ласта; на фиг. 7 варианты исполнения гидрокрыльев в изменяемым профилем; на фиг. 8 типовые поляры симметричного и вогнутого профиля гидрокрыла; на фиг. 9 схема работы ласта. Лучший вариант осуществления изобретенияЛаст (фиг. 1-3) состоит из крепления 1 ступни, лопасти 2 и соединительного элемента 3. Соединительный элемент 3 может быть выполнен в виде местного ослабления ребра (фиг. 1, 3) или торсиона (фиг. 2), а также может иметь другую форму и/или устройство, обеспечивающие возможность поворота лопасти 2 относительно поперечной оси в обе стороны от исходного положения с упругим возвратом в исходное положение. Лопасть 2 в предпочтительном варианте исполнения включает два продольных боковых ребра 4 и поперечно расположенные гидрокрылья 5, закрепленные между ребрами 4. Однако возможно выполнение лопасти ласта и с другим числом продольных ребер (на чертежах не показано). Жесткость продольных ребер 4 (произведение модуля упругости материала на момент инерции поперечного сечения ребра) непрерывно или дискретно уменьшается в направлении к задней кромки лопасти 2. Непрерывное уменьшение жесткости может быть обеспечено постепенным изменением модуля упругости материала ребер 4 и/или постепенным изменением момента инерции поперечных сечений ребер относительно главной поперечной оси сечения. При выполнении лопасти 2 разъемной в виде секций (фиг. 3, б), каждая из ребер содержит гидрокрыло 5 и фрагменты 6 продольных ребер 4, жесткость продольных ребер 4 уменьшается дискретно. В этом варианте конструктивного исполнения фрагменты 6 продольных ребер 4 соединены между собой с возможностью ограниченного поворота. Эластичные амортизаторы 7 (фиг. 5), которыми снабжены стыкуемые участки соседних секций, обеспечивают возможность поворота на угол 1-8o. При любом конструктивном исполнении соединительный элемент 3 обеспечивает возможность поворота лопасти 2 (или ближайших к креплению 1 ступни фрагментов 6 боковых ребер 4) на угол 5-75o. Соединительные элементы, изображенные на фиг. 4, содержат регулируемые упоры 8 и упругие элементы 9, имеющие неодинаковую жесткость в направлении прямого и возвратного движения. Регулируемые упоры 8 и упругие элементы 9 могут быть встроенными по месту ослабления продольного ребра 4 (фиг. 4, б) или могут крепиться снаружи ласта (фиг. 4, а, в, г). В конструктивном варианте, показанном на фиг. 4, а, упругие элементы 9 размещены в гидравлическом цилиндре 10, снабженном обратными клапанами 11 для перепуска воды и имеющем проходные отверстия 12 с регулируемым сечением. Гидравлический цилиндр 10 соединен с креплением 1 ступни. В гидравлическом цилиндре 10 находится поршень 13 и проходит шток 14. Свободный конец штока 14 соединен с регулируемым упором 8, установленном на лопасти 2. Возможно также шарнирное крепление гидравлического цилиндра 10 к лопасти 2, а регулируемого упора 8 к креплению 1 ступни. Гидрокрылья 5 установлены так, что хорда каждого из них составляет с продольной осью лопасти 2 угол от +16o до 16o (фиг. 6). Конструкция ласта может предусматривать возможность регулирования угла установки гидрокрыльев 5 и их фиксацию в требуемом положении. Ближнее к креплению 1 ступни гидрокрыло 5 отделено от него промежутком не менее 0,5 длины хорды крыла 5, а ширина промежутков между гидрокрыльями 5 составляет 0,1-1,0 длины хорды. Промежутки между гидрокрыльями 5 имеют одинаковую ширину, либо ширина промежутков увеличивается в направлении задней кромки лопасти 2. Гидрокрылья 5 могут иметь симметричный или несимметричный профиль, как постоянный, так и обратимо изменяемый (фиг. 7). Последнее достигается за счет переменной деформируемости гидрокрыла 5, причем минимальную деформируемость имеет передняя часть гидрокрыла 5, пониженную задняя и максимальную деформируемость имеет средняя часть гидрокрыла 5. На фиг. 7, а, б интенсивность штриховки гидрокрыла 5 соответствует относительной величине упругости материала. Гидрокрылья 5 могут быть изготовлены сплошными (фиг. 7, а, б) или полыми, заполненными жидкостью (фиг. 7, в-е). И в том, и в другом случае гидрокрылья 5 могут содержать закладные элементы 15 в форме тонких пластин или стержней постоянного или переменного сечения (фиг. 7, б, д, е), в том числе составных. Для повышения упругости полых гидрокрыльев 5 в передней части могут быть использованы жесткие лонжероны 16 трубчатой (фиг. 7, в, д) или стержневой (фиг. 7, г, е) формы. Полнота профиля гидрокрыла 5 может поддерживаться с помощью свободного лонжерона 17, закрепляемого на проходящих сквозь него закладных элементах 15 с фиксацией в продольном направлении. Полость гидрокрыла 5 может сообщаться с окружающей водой с помощью щели 18 в задней кромке (фиг. 7, в) или может быть выполнена герметичной (фиг. 7, г-е). Работа устройства
Гидродинамическую силу, действующую на движущееся гидрокрыло, обычно рассматривают как векторную сумму силы сопротивления X, направленной навстречу движению и подъемной силы Y, направленной перпендикулярно силе Х. Их величины определяются по известным из гидродинамики соотношениям:
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075320/2075320-2t.gif)
где Cx коэффициент сопротивления,
Cy коэффициент подъемной силы,
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075030/961.gif)
Vнп скорость набегающего потока,
S площадь крыла в плане. При использовании подвижного гидрокрыла в качестве движителя можно из-за малости оптимального угла атаки в первом приближении считать, что максимальная развиваемая сила тяги близка к величине Y. На фиг. 8 представлены поляры зависимости Cy(Cx) при разных углах атаки для симметричного профиля (1) и несимметричного (вогнутого) профиля (2). Из графика видно, что угол атаки aэк, соответствующий максимальному значению гидродинамического качества Kmax Cy/Cx и, следовательно, наиболее экономичному режиму плавания, значительно меньше угла атаки
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075019/945.gif)
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075019/945.gif)
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075015/8776.gif)
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075019/945.gif)
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075019/945.gif)
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075015/8776.gif)
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075019/945.gif)
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075072/176.gif)
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075031/8773.gif)
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075019/945.gif)
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075031/8773.gif)
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075072/176.gif)
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075072/176.gif)
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075031/8773.gif)
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075019/945.gif)
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075031/8773.gif)
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075072/176.gif)
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075019/945.gif)
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075019/945.gif)
![ласт, патент № 2075320](/images/patents/397/2075019/945.gif)