Устройство для передвижения в воде

 

Изобретение относится к средствам для облегчения передвижения пловца в воде. Устройство содержит штангу 1 с ремнями 2 для крепления к телу пловца на одном ее конце и угловым рычагом 4 на другом. Рычаг несет педали 8 и горизонтальный плавник 6 симметричного обтекаемого профиля, установленный на плече 9 с возможностью ограниченного угла поворота , величина которого ai равна углу поворота а2 рычага. Плечи рычага расположены над штангой и могут быть выполнены разной длины. Усилие на педалях регулируют длиной несущего их плеча рычага. Устройство экономично преобразует мускульную энергию пловца в энергию движения. 8 ил. S со ОО О1 со cpus.i

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (ц 4 А 63 В 35/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3823575/31-12 (22) 07.12.84 (46) 30.05.87. Бюл. № 20 (71) Северо-Западный заочный политехнический институт (72) И. С. Ковалев и А. И. Ковалев (53) 685.73 (088.8) (56) Патент Великобритании № 1144305, кл. А 6 D,1969. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ В ВОДЕ (57) Изобретение относится к средствам для облегчения передвижения пловца в воде.

ÄÄSUÄÄ 1313459 А 1

Устройство содержит штангу 1 с ремнями 2 для крепления к телу пловца на одном ее конце и угловым рычагом 4 на другом. Рычаг несет педали 8 и горизонтальный плавник 6 симметричного обтекаемого профиля, установленный на плече 9 с возможностью ограниченного угла поворота, величина которого п1 равна углу поворота а рычага. Плечи рычага расположены над штангой и могут быть выполнены разной длины. Усилие на педалях регулируют длиной несущего их плеча рычага. Устройство экономично преобразует мускульную энергию пловца в энергию движения. 8 ил.

1313459

Изобретение относится к плавучим средствам, приводимым в движение мускульной силой человека, в частности к устройствам для облегчения и ускорения передвижения пловца в воде и под водой.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных свойств устройства.

На фиг. 1 представлено устройство, вид сбоку; на фиг. 2 — то же, вид сверху; на фиг. 3 — то же, вид спереди; на фиг. 4 а, б — векторные схемы сил, действующих на плавник, при ni=Î; на фиг. 5, а б — то же при ni(na, на фиг. 6 а, б — то же, при а1=а, на фиг. 7 а, б — то же, при ni)nz, на фиг. 8 а, б, в, r — зависимость величины сил F и Р„от величины угла а2 при а,=

=0; ni (а2, а1=а2 и n))nv.

Устройство состоит из штанги 1 со средством для фиксации на теле пловца, например, в виде ремней 2 и шарниром 3, соединяющим штангу с угловым рычагом 4, на котором шарниром 5 закреплен горизонтальный плавник 6 с концевыми шайбами 7.

На свободном конце рычага 4 имеются две педали 8. Шарнир 5 выполнен с возможностью поворота плавника в обе стороны от оси плеча 9 рычага на угол ni (фиг. 1), равный углу поворота я2 плеча 9 в вертикальной плоскости от оси, параллельной оси тела пловца.

Устройство работает следующим образом.

Сгибая и разгибая обе ноги одновременно, пловец воздействует на педали 8 и поворачивает в шарнире 3 рычаг 4, плечо

9 которого поворачивается на угол а в обе стороны от оси, параллельной оси тела пловца. В результате движения сгибания и разгибания ног преобразуются в колебательное движение плавника в вертикальной плоскости. При разгибании ног пловцом плавник движется сверху вниз, а при сгибании — снизу вверх. Вследствие размещения рычага 4 в плоскости симметрии тела пловца колебания плавника происходят полностью под поверхностью воды без выхода плоскости плавника из воды, что повышает эффективность работы плавникового движителя.

При движении плавника сверху вниз (фиг. 6а) давлением воды пластина плавника поворачивается в шарнире 5 на угол ni от оси плеча 9 углового рычага (по часовой стрелке) и двигается в воде под углом

90 — сс1 к вектору скорости движения W, направленному по касательной к дуге, по которой движется плавник. При этом согласно закону гидродинамической подъемной силы, действующей на пластину плавника со стороны потока, на плавник действует гидродинамическая подъемная сила

F, перпендикулярная вектору скорости движения W и пропорциональная по величине углу атаки, равному 90 — n>, которая

2 через шарнир 5, плечо 9, шарнир 3 и штангу 1 сообщает ускорение телу пловца.

При движении плавника снизу вверх (фиг. 6б) давлением воды пластина плавника поворачивается на угол ni от оси плеча 9 рычага 4, но в противоположном направлении (против часовой стрелки), а физическая схема появления движущей силы F идентична случаю движения плавника сверху вниз. Выполнение профиля плавника симмет10 рично обтекаемым позволяет получить при движении как сверху вниз, так и снизу вверх, равные величины движущей силы F и обеспечить равномерность движения пловца, а также уменьшить сопротивление воды движению плавника сверху вниз и снизу вверх. Кольцевые шайбы 7 устраняют завихрения воды у торцов плавника и связанные с ними потери энергии. Уменьшение сопротивления воды движению плавника сверху вниз и снизу вверх происходит

20 при обтекании его встречным потоком воды со скоростью V в направлении, противоположном направлению движения пловца. Так как плавник образует угол с направлением вектора скорости V этого потока, то встречный поток прижимается к одной стороне плавника и отрывается от другой стороны, что приводит к уменьшению скорости и возрастанию статического давления на одной стороне плавника, а также к возрастанию скорости и уменьшению статического давления на другой стороне. Согласно уравнению Бернулли разность давлений AP на верхней и нижней сторонах плавника создает гидродинамическую подъемную силу, величина и направление которой зависит от соотношения между величиной угла ni отклонения плавника от оси плеча 9 рычага и величиной угла я отклонений этого плеча от оси, параллельной оси тела пловца.

Рассмотрим случаи, отличающиеся величиной угла п1, при постоянной величине угла а .

40 На фиг. 4 а, б и фиг. 8 а, представлен случай, когда ni=O. Вследствие перпендикулярности плоскости плавника вектору W сила г =О. При движении плавника сверху вниз (фиг. 4а) сила F в первойчетверти полного периода колебания

45 плавника совпадает по направлению с вектором скорости движения плавника

W, а во второй четверти периода противоположна направлению вектора W. При движении плавника снизу вверх (фиг. 4б)

50 сила F в третьей четверти периода совпадает с вектором W, а в четвертой четверти периода противоположна направлению вектора W.

В итоге при ni=0 действие потока, набегающего на плавник со скоростью

55 способствует его колебательному движению со скоростью W в первой и третьей четвертях полного периода колебаний и препятствует движению плавника во вто1313459

3 рой и четвертой четвертях. При переходе плавника через положение, в котором его плоскость параллельна вектору скорости набегающего потока V и обе стороны плавника обтекаются равномерно, направление действия силы F меняется на противоположное.

На фиг. 5а, б и фиг. 86 представлен случай, когда аг(а2. Действие набегающего потока аналогично рассмотренному выше.

Однако положение плавника, в котором его плоскость параллельна вектору скорости набегающего потока V, а величина силы

F меняет свое направление на противоположное, смещается во вторую четверть периода при движении плавника сверху вниз и в четвертую четверть периода при движении плавника сверху вниз и в четвертую четверть периода при движении плавника снизу вверх. Зоны, в которых действие силы F> препятствует колебательному движению плавника со скоростью W, сохраняются.

На фиг. ба, б и 8а представлен случай, когда а =а2. При этом величина силы F„ в первой, второй, третьей и четвертой четвертях полного периода колебаний сохраняет направление, совпадающее с направлением вектора W, и способствует колебательному перемещению плавника 5 сверху вниз и снизу вверх. Величина движущей силы F несколько уменьшается за счет увеличения угла а1 и уменьшения угла атаки 90 — аь

Дальнейшее увеличение угла а1 (а1)

)а, фиг. 7а, б и фиг. 8г) приводит к дальнейшему уменьшению угла атаки 90 — а при движении пластины плавника в направлении вектора W и, как следствие, к уменьшению движущей силы Р, что снижает эффективность работы устройства.

Таким образом, оптимальным соотношением между величинами ni и а следует считать равенство а =а, при котором величина движущей силы Р„наибольшая, а поток, набегающий со скоростью V на плавник в направлении, параллельном оси тела пловца, способствует преодолению сопротивления воды при колебательном перемещении плавника в вертикальной плоскости, создавая силу F„, действующую в на10 правлении скорости W.

В предлагаемой конструкции устройства, усилие, передаваемое пловцом на плавник, может быть увеличено удлинением рычага 4 благодаря размещению рычага с лицевой

15 стороны в плоскости симметрии тела пловца, жесткий горизонтальный плавник симметричного обтекаемого профиля с концевыми шайбами экономично преобразует мускульную энергию пловца в энергию движения при равенстве между углом ni отклонения

20 плоскости плавника от оси рычага и углом а отклонения плеча 9 рычага от оси, параллельной оси тела пловца.

Формула изобретения

Устройство для передвижения в воде, содержащее штангу со средством для фиксации на теле пловца, поворотным горизонтальным плавником симметричного обтекаемого профиля и угловым рычагом и negp далями, отличающееся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных свойств, угловой рычаг выполнен двуплечим, установлен в продольной плоскости устройства с размещением его плеч над штангой, при этом педали установлены на одном плече рычага, З5 а плавник — на другом с возможностью ограниченного угла поворота, величина которого равна углу поворота рычага.

1313459

f313458

1313458

+ w

+ v

4 1 = 1-г

+,T, г) сс )N8

Риг. д

Составитель Н. Володина

Редактор И. Рыбченко Техред И. Верес Корректор М. Демчнк

Заказ 1995/5 Тираж 397 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4