устройство для передвижения по водной поверхности

Формула изобретения

Устройство для перемещения по водной поверхности, содержащее поплавковое основание, педали и лопатки, отличающееся тем, что лопатки жестко соединены попарно под углом 90° и шарнирно смонтированы вершиной угла на продольной оси поплавкового основания с возможностью возвратно-вращательных колебаний и выхода их из воды при горизонтальном положении, при этом лопатки имеют симметрично обтекаемый профиль и снабжены кронштейнами, на которых шарнирно закреплены педали.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для передвижения по водной поверхности.

Известно устройство для передвижения по водной поверхности - водные лыжи по патенту Франции №2349350, кл. А 63 С 15/00, 1977 года, содержащее поплавковые основания с килями и креплениями для ног, а также размещенные под основаниями и шарнирно закрепленные лопатки. При использовании данного устройства скорость его продвижения по водной поверхности невелика, так как движение осуществляется при отталкивании лыжником ногами и лыжами от воды. При этом сопротивление движению лыжи назад создается шарнирно закрепленными лопатками, которые поворачиваютя при толчке своей плоскостью перпендикулярно к направлению движения. Из-за низкой плотности воды эффективность таких отталкиваний невелика и для передвижения по водной поверхности необходимы большие затраты физической энергии лыжника.

Известно принятое в качестве прототипа устройство для перемещения по водной поверхности по патенту Франции №2709282, кл. А1, опубл. 03.03.1995 г., содержащее поплавковое основание, педали и лопатки. Недостаточная эффективность в пользовании для данного устройства обусловлена тем, что лопатки не выходят из воды после совершения рабочего хода (как это имеет место, например, для гребной лодки с веслами). В результате возрастает гидродинамическое сопротивление перемещению устройства по водной поверхности и снижается скорость его перемещения. Движущая сила, создаваемая лопатками в разных точках траектории рабочего хода, не параллельна продольной оси устройства и уменьшается на косинус угла между продольной осью устройства и хордой лопатки. При возрастании этого угла уменьшение движущей силы возрастает, что препятствует увеличению амплитуды рабочего хода, так как при амплитуде соответствующей углу поворота лопатки 90° косинус угла равен нулю. В итоге КПД данного устройства невелик, что также снижает его эффективность в пользовании.

Целью предложенного изобретения является повышение эффективности в пользовании устройством для перемещения по водной поверхности.

Поставленная цель достигается в конструкции устройства для перемещения по водной поверхности, содержащего поплавковое основание, педали и лопатки, тем, что лопатки жестко соединены попарно под углом 90° и шарнирно смонтированы вершиной угла на продольной оси поплавкового основания с возможностью возвратно-вращательных колебаний и выхода их из воды при горизонтальном положении, при этом лопатки выполнены с симметрично обтекаемым профилем и параллельной ориентацией вектора движущей силы отностительно продольной оси устройства и снабжены кронштейнами, на которых шарнирно закреплены педали.

Предложенное изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено предложенное устройство в плане, на фиг.2 - разрез А-А по фиг.1, на фиг.3 - разрез В-В по фиг.1 и векторная схема скоростей и сил, действующих на каждую лопатку, на фиг.4 - вид Б по фиг.1 и на фиг.5-а и 5-б - крайние положения лопаток относительно поверхности воды, занимаемые ими при движении устройства.

Предложенное устройство состоит из поплавкового основания и содержит лопатки с симметрично обтекаемым профилем - правую 2 и левую 3, жестко соединенные раскосом 4 под углом 90° между собой и шарниром 5 с основанием 1. При этом ось поворота (возвратно-вращательных колебаний) лопаток 2 и 3 в шарнире 5 совпадает с продольной осью основания 1. Лопатки 2 и 3 снабжены кронштейнами 6 и 7, на которых в шарнирах 8 и 9 закреплены педали 10 и 11. Поплавковое основание 1 снабжено рулем 12 и штурвалом 13.

Предложенное устройство работает следующим образом.

Передвижение устройства по водной поверхности происходит в результате последовательного премещения веса тела человека с педали 10 (фиг.5-а) на педаль 11 (фиг.5-б) и обратно. В результате лопатки 2 и 3, жестко соединенные раскосом 4, совершают одновременный поворот вокруг оси шарнира 5: лопатка 2 из горизонтального положения (фиг.5-а) переходит в вертикальное (фиг.5-б), а лопатка 3 - из вертикального положения (фиг.5-а) в горизонтальное (фиг.5-б). При перемещении веса тела человека с педали 11 (фиг.5-б) на педаль 10 (фиг.5-а) лопатки 2 и 3 совершают поворот из положения, приведенного на фиг.5-б, в положение по фиг.5-а. Амплитуда рабочего хода каждой лопатки 2 и 3 равна 0,25 длины окружности, а при одновременном повороте двух лопаток 2 и 3 амплитуда рабочего хода равна 0,5 длины окружности.

Согласно векторной схеме скоростей и сил, представленной на фиг.3, при возвратно-вращательном движении лопаток 2 и 3 их симметричный профиль обтекается водой со скоростью V₁ (равной скорости возвратно-вращательного движения лопаток 2 и 3), а при поступательном движении устройства по водной поверхности профиль лопаток 2 и 3 обтекается водой со коростью V₂ (равной скорости движения устройства). При сложении векторов скоростей V₁ и V₂ результирующая скорость обтекания водой профиля лопаток 2 и 3 V создает на их поверхности подъемную силу Жуковского Fп, а проекция этой силы на плоскость симметрии прфиля лопаток 2 и 3 является движущей силой Fдв, которая через шарнир 5 приводит в движение по водной поверхности поплавковое основание 1.

Движущая сила Fдв совпадает с хордой симметричного профиля лопаток 2 и 3 (фиг.3). При этом хорда профиля в любом сечении лопатки и при любом положении лопатки при ее перемещении из горизонтального положения в вертикальное и обратно параллельна продольной оси устройства, поскольку лежит на образующей цилиндрической поверхности, осью которой является продольная ось устройства (фиг.5-а и 5-б). Следствием постоянной параллельности вектора движущей силы Fдв и продольной оси устройства является возможность увеличения амплитуды рабочего хода лопатки до 90° и общей амплитуды для двух лопаток до 180° (фиг.5-а и 5-б), что неосуществимо для известных типов плавниковых движителей, а также для гребных лодок. В результате существенно увеличивается КПД предложенного устройства и его эффективность в пользовании. Величина движущей силы Fдв прямо пропорциональна площади поверхности лопаток 2 и 3, длине рабочего хода лопаток и скорости их возвратно-вращательных колебаний.

Предложенное устройство, в сравнении с прототипом, обеспечивает значительно большую скорость перемещения вследствие значительно большей длины рабочего хода лопаток (0,5 длины окружности) и одновременности рабочего хода, совершаемого жестко соединенной парой лопаток при нажатии на одну из двух педалей и передачей усилия нажатия через кронштейн 6 или 7 лопаткам 2 и 3.

Вследствие жесткого соединения пары лопаток 2 и 3 раскосом 4 под углом 90° при переходе лопатки 2 или 3 из вертикального положения в горизонтальное лопатка выходит из воды (как весло после совершения гребка), что снижает гидродинамическое сопротивление движению предложенного устройства и увеличивает скорость его перемещения по водной поверхности в сравнении с прототипом (фиг.5-а и 5-б).

Присоединение педалей 10 и 11 шарнирами 8 и 9 к кронштейнам 6 и 7 обеспечивает постоянную горизонтальность педалей 10 и 11 при возвратно-вращательном движении лопаток 2 и 3 и устойчивость (равновесие) человека при перемещении веса тела с одной педали на другую. Руль 12 приводится в действие штурвалом 13 через систему тросов (не показаны).

Отмеченные особенности конструкции предложенного устройства повышают эффективность в пользовании предложенным устройством в сравнении с прототипом.