ИГРОВОЙ ДРОТИК Российский патент 1998 года по МПК A63B65/02 

Изобретение относится к снаряжению для спортивных игр типа "Дартс", а более конкретно, к снаряду, предназначенному для ручного метания в мишень на близкие расстояния.

Игровые дротики для ручного метания по мишеням на близкие расстояния состоят из осесимметричного корпуса, как правило, из тяжелого сплава, расположенного впереди него заостренного наконечника (иглы) с диаметром, значительно меньшим, чем диаметр корпуса, и хвостовика, на котором в пазах закрепляется, как правило, съемное X-образное оперение, предназначенное для стабилизации дротика при полете к мишени.

Известно X-образное оперение для дротика, состоящее из четырех радиальных лопастей (крыльев), обеспечивающих аэродинамическую устойчивость дротика и защиту его хвостовика от прямого попадания другим дротиком (патенты США N 4583745, кл. 273 - 423, 1986 и Великобритания N 2166059, кл. A 63 B 65/02, 1986).

Оперение изготавливается из легкого упругого материала и может за счет упругости складываться для уменьшения объема при транспортировке и хранении. Так как толщина оперения небольшая и, как правило, составляет 0,15 - 0,20 мм, очевидно, что при подготовке оперения перед броском дротика трудно обеспечить его геометрически идеальное расположение в двух перпендикулярных плоскостях, пересекающихся под заданным углом.

Кроме того, из-за неточности установки и изготовления оперения и хвостовика линия пересечения крыльев оперения всегда расположена под некоторым углом к оси корпуса наконечника и хвостовика дротика.

Все это приводит к тому, что в полете после броска дротика он получает от оперения дополнительные возмущения, не связанные с неточностью бросания, вследствие чего появляется дополнительный, не зависящий от мастерства игрока промах.

Известно оперение для стрелы спортивного лука, жестко установленное на опорной лопасти, которая отходит радиально от передней части корпуса стрелы и несколько изогнута по спирали для закрутки стрелы в полете (патент США N 3756600, кл. 273 - 106.5, 1973). Закрутка стрелы, так же как и других неуправляемых метаемых снарядов, обеспечивает осреднение массовой и аэродинамической асимметрии конструкции, что уменьшает их рассеивание по причинам, не зависящим от игрока или метательного устройства.

Подобное решение для закрутки дротика для игры "Дартс" неприемлемо, так как оно увеличивает габариты дротика, смещает центр его аэродинамического давления вперед, что уменьшает его аэродинамическую устойчивость. Кроме того, в силу малого расстояния, на которое метают дротик в игре "Дартс" (2 - 2,5 м), и относительно большого момента инерции J_x по отношению к возможному крутящему аэродинамическому моменту M_x от спирального или косого оперения дротик просто не успеет провернуться вокруг своей продольной оси.

Конструкция дротика, принятого за прототип (патент США N 4101126, кл. 273-95, 1978), состоит из корпуса и жестко связанного с ним хвостовика с радиальным оперением, подпружиненной иглы с возможностью отклонения в радиальных плоскостях. Отклоняющаяся игла предназначена для уменьшения вероятности рикошета дротика при попадании в традиционную для игры "Дартс" проволочную разметку мишени: игла как бы огибает арматуру разметки, скользя по ней, и внедряется в мишень.

Однако при слабом броске или при броске под большим к оси мишени углом нередко наблюдается плохое сцепление наконечника с мишенью, что может привести к недостаточному внедрению дротика в мишень и его падению.

Отклоняющаяся игла в силу своей податливости именно при больших углах подлета может даже ухудшить внедряемость дротика в мишень, так как часть его кинетической энергии тратится на деформацию пружины, удерживающей иглу.

Целью изобретения является уменьшение той части промаха при бросании дротика, которая обусловлена несимметричной установкой оперения и деформацией крыльев оперения, а также повышение его сцепляемости с мишенью за счет проворота наконечника в процессе его внедрения в мишень.

Обе указанные цели достигаются тем, что конструктивными мерами обеспечивается неоднократный поворот вокруг собственной оси оперения и иглы за время полета к мишени (от момента броска дротика до полного его внедрения в мишень), вследствие чего вектор аэродинамического возмущающего момента, действующий на дротик из-за дефекта формы и неточности установки оперения, осредняется, а игла дротика глубже входит, как бы вворачивается, как правило, в ворсовый податливый слой мишени, усиливая сцепляемость дротика с последней.

Увеличение глубины внедрения вращающейся иглы дротика по сравнению с невращающейся можно объяснить тем, что скорость внедрения иглы увеличивается за счет тангенциальной составляющей скорости , касательной к поверхности иглы и перпендикулярной вектору продольной скорости полета V, где и r - угловая скорость вращения и средний радиус иглы соответственно. Векторное сложение продольной (основной) и тангенциальной (дополнительной) скоростей дает, что суммарная скорость внедрения иглы (скорость скольжения внешней поверхности иглы) .

Проворот наконечника и оперения осуществляется за счет установки крыльев оперения под некоторым углом δ к продольной оси дротика, чем обеспечивается появление в полете на крыльях подъемной силы и как следствие крутящего аэродинамического момента M_x вокруг продольной оси дротика.

Величина M_x прямо пропорциональна скоростному напору , а угол проворота ϕ прямо пропорционален крутящему моменту M_x и обратно пропорционален моменту инерции J_x вращающейся части дротика относительно продольной оси, где ρ - плотность воздуха. С учетом небольшого (2 - 2,5 м) расстояния до мишени и специфики иглы скорость полета дротика V невелика и может меняться в зависимости от мастерства игрока в незначительных пределах, в то же время момент инерции J_x можно существенно уменьшить, вращая не весь дротик целиком, а возможно меньшую часть его и тем самым существенно увеличить угол поворота оперения ϕ .

В предлагаемом изобретении (фиг. 1) вращающейся частью дротика является игла 1 и веретено 2, выполненные в виде единого стержня, на котором закреплен, например, с помощью резьбы хвостовик 3 со вставленным в него оперением 4. В корпусе 5 выполнено осесимметричное сквозное ступенчатое отверстие, в котором расположен указанный стержень. Контакт стержня и корпуса осуществляется через внутреннюю поверхность отверстия и боковые и торцевые поверхности буртиков 6 и 7. Для уменьшения реакций, а следовательно, момента трения, действующих на стержень со стороны корпуса в полете, буртики максимально (насколько позволяет длина корпуса) разнесены друг от друга. Для того чтобы стержень не выпадал из корпуса при бросании и в полете, торцевые отверстия имеют диаметр, меньший, чем диаметр буртиков. Таким образом, перемещению стержня относительно корпуса вперед препятствует передний торец буртика 6, а назад - задний торец буртика 7.

Для осуществления сборки дротика его корпус выполнен из двух частей, соединяемых в одно целое, например, с помощью резьбы или на трении.

В предлагаемой конструкции, чтобы не усложнять узел крепления оперения и не увеличивать момент инерции хвостовика J_x, для создания крутящего момента четыре плоских крыла оперения трапециевидной, овальной или другой формы центрально симметрично устанавливают на четырех взаимно перпендикулярных пилонах треугольной или трапециевидной формы, зафиксированных, например, в крестообразной прорези хвостовика, при этом плоскость каждого крыла и линия соединения его корневой хорды со смежным пилоном образуют с продольной осью дротика острый угол δ с вершиной, обращенной в сторону, противоположную острию иглы (изометрическая проекция оперения представлена на фиг. 2). Необходимо отметить, что из-за аэродинамических ограничений угол δ не должен превышать критический угол атаки α_кp , а для того, чтобы оперение минимально загораживало мишень для следующего дротика, оно должно иметь минимальную проекцию на плоскость мишени. Их этих соображений, а также из-за массово-инерционных характеристик и конструктивных особенностей, используемых для игры дротиков, рациональное значение угла δ должно лежать в диапазоне 5 - 10^o.

Предложенная конструкция дротика позволяет обеспечить не менее двух проворотов операция и наконечника за время полета дротика на расстояние ≈ 2 м при скорости бросания от 5 до 10 м/с. Для указанных расстояний и скоростей бросания в качестве примера на фиг. 3 приведены расчетные зависимости от времени t угла поворота ϕ (в радианах) и угловой скорости (1/с) вращающейся части дротика.

В качестве исходных данных при расчетах приняты следующие параметры, близкие к параметрам спортивных дротиков:
длина стержня (игла вместе с хвостовиком) - 150 мм;
диаметр стержня - 2 мм;
материал стержня - сталь;
вес оперения - 0,5 г;
толщина каждого из четырех крыльев оперения - 0,2 мм;
угол установки каждого из четырех крыльев δ = 5^o;
форма крыла (масштаб 1:1) представлена на фиг. 3;
расстояние от аэродинамического фокуса крыла до буртика 6 L₆ = 70 мм и до буртика 7 - L₇ = 60 мм;
диаметр буртика - 2,8 мм;
коэффициент трения поверхности буртиков и поверхности корпуса - 0,15;
угол атаки дротика α - 10^o;
движение дротика на участке набора скорости (в руке) длиной 0,5 м - равноускоренное;
полет на расстояние 2 м с постоянной скоростью V за время t = 2 м/V;
коэффициент подъемной силы крыла C_y = 0,154;
параметры атмосферы - нормальные.

Как видно из графика, увеличение скорости бросания дротика в два раза с 5 до 10 м/с приводит при одинаковом времени полета к увеличению угла поворота также примерно в два раза.

Следовательно, если рассматривать угол поворота как функцию расстояния, пролетаемого дротиком, то она почти не зависит от скорости бросания.

Таким образом, предлагаемая конструкция дротика позволяет независимо от скорости бросания уменьшить ту часть промаха, которая обусловлена естественной несимметричной формой и установкой легко деформируемого оперения, а также повысить сцепляемость иглы дротика с мишенью за счет ее проворота в процессе внедрения в последнюю, т.е. улучшить эксплуатационные характеристики спортивных дротиков.

Апробация опытных образцов дротиков описанной конструкции подтвердила их повышенные аэродинамические качества и лучшую сцепляемость с мишенью.

Использование: снаряжение для спортивных игр типа "Дартс". Сущность изобретения: игровой дротик содержит сборный корпус, в сквозном продольном отверстии которого размещены игла и хвостовик, в который вставлено оперение, имеющее крылья. На оперении выполнены пилоны, на которых центрально симметрично установлены упомянутые крылья. Плоскости крыльев расположены под острым углом к продольной оси дротика, вершина которого обращена в сторону, противоположную острию иглы. Игла жестко соединена с хвостовикоми выполнена в виде центрального стержня, установленного с возможностью вращения в упомянутом продольном отверстии корпуса. На стержне выполнены буртики, предназначенные для взаимодействия с поверхностью продольного отверстия корпуса. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Игровой дротик, в сквозном продольном отверстии сборного корпуса которого, состоящего из двух жестко соединенных между собой соосных частей, размещены игла и хвостовик, в который вставлено оперение, имеющее крылья, отличающийся тем, что на оперении выполнены пилоны, на которых центрально симметрично установлены упомянутые крылья, причем плоскости крыльев расположены под острым углом к продольной оси дротика, вершина которого обращена в сторону, противоположную острию иглы, при этом последняя жестко соединена с хвостовиком и выполнена в виде центрального стержня, установленного с возможностью вращения в упомянутом продольном отверстии корпуса, при этом на стержне выполнены буртики, предназначенные для взаимодействия с поверхностью упомянутого продольного отверстия корпуса. 2. Дротик по п.1, отличающийся тем, что стержень установлен с возможностью взаимодействия буртиков с цилиндрической и торцевыми поверхностями, ограничивающими сквозное продольное отверстие корпуса.