ЛЫЖА Российский патент 2000 года по МПК A63C5/44 

Изобретение относится к спортивному инвентарю или транспортным средствам, предназначенным, преимущественно, для передвижения по снегу, в частности к лыжам и сноубордам.

Предшествующий уровень техники
Известна монолыжа (сноуборд), имеющая загнутый вверх конец и плоскую скользящую поверхность с острыми боковыми гребнями и приподнятыми наружными кромками (патент US N 5462304, 1995 г.). Боковые гребни предназначены для придания большей устойчивости при скольжении по снегу. Однако они в недостаточной степени удерживают монолыжу от бокового смещения. Кроме того, при движении лыжа испытывает повышенное встречное сопротивление.

Известна лыжа со скользящей поверхностью в виде нескольких параллельных цилиндрических сводов. Между смежными сводами образуется острый гребень (патент RU N 2000832, 1993 г.). Такая форма скользящей поверхности обеспечивает устойчивость от бокового смещения, но недостаточно облегчает движение в прямом направлении.

Сущность изобретения
Лыжа предлагаемой конструкции за счет формы скользящей поверхности позволяет заметно повысить устойчивость от бокового смещения при одновременном уменьшении встречного сопротивления скольжению. При этом различные конструктивные варианты изобретения можно использовать для коротких лыж снегокатов и снегоходов, а также для горных и беговых лыж или сноубордов (монолыж).

Согласно изобретению лыжа имеет по крайней мере один загнутый конец, верхнюю поверхность с опорной площадкой и скользящую поверхность в виде совокупности продольных цилиндрических сводов. Опорная площадка представляет собой участок верхней поверхности, на который непосредственно становятся спортсмены или на который опирается конструктивный элемент, соединяющий лыжу со снегокатом или другим транспортным средством. Смежные своды разделены гребнем с острой нижней кромкой в области под опорной площадкой. Гребень плавно уменьшается по высоте, меняя форму поперечного сечения от остроконечной на близкую к трапецеидальной. При этом поверхности сводов сохраняют свою первоначальную форму и ориентацию на остающихся участках гребня. В результате при движении происходит постепенное уплотнение снега под лыжей, приводящее к значительному снижению встречного сопротивления скольжению.

У горных и беговых лыж с незагнутым задним концом гребень плавно уменьшается и к заднему концу лыжи, но полностью не исчезает. У сноуборда, имеющего задний за-гнутый конец, гребень плавно сходит на нет и к заднему концу лыжи.

Число продольных цилиндрических сводов на скользящей поверхности может составлять от двух и более, число гребней между сводами в каждом случае будет на единицу меньше. В оптимальном варианте скользящую поверхность образуют три цилиндрических свода, причем в поперечном сечении верхние точки двух крайних сводов совпадают с боковой кромкой лыжи.

Если скользящая поверхность образована двумя продольными цилиндрическими сводами, то острая нижняя кромка гребня находится, как правило, на оси симметрии лыжи.

Цилиндрический свод может быть образован поверхностью не только кругового цилиндра, но и другими ею видами, например, эллиптическим или параболическим цилиндром. В любом случае желательно, чтобы соотношение между высотой цилиндрического свода и расстоянием между острыми нижними кромками соседних гребней составляет не менее 1:2,5.

Лыжи предлагаемой конструкции могут быть изготовлены как единая деталь из одного материала или составными из разных материалов. Например, острую нижнюю кромку гребня можно выполнять из материала с повышенной износоустойчивостью, а затем соединять ее с лыжей неразъемно или с возможностью частичного выдвижения в вертикальном направлении для увеличения бокового сопротивления.

Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана лыжа (преимущественно для снегоката) на виде сбоку, вид снизу на скользящую поверхность и ряд поперечных сечений лыжи, демонстрирующий последовательное уменьшение высоты гребня вплоть до его полного схода на нет.

На фиг. 2 изображена лыжа аксонометрической проекции. Для наглядности лыжа показана скользящей поверхностью кверху.

Фиг. 3 и 4 выполнены аналогично первым двум фигурам чертежей и показывают конструктивный вариант сноуборда (монолыжи) с двумя загнутыми вверх концами.

Фиг. 5 и 6 для конструктивного варианта горной лыжи с одним загнутым вверх концом выполнены аналогично первым двум фигурам чертежей.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

На фиг. 1 показана короткая лыжа, опорная площадка которой расположена ближе к заднему концу. Скользящая поверхность лыжи образована средним продольным цилиндрическим сводом 1 и боковыми цилиндрическими сводами (полусводами) 2. Своды 1 и 2 разделены гребнями 3, имеющими острую нижнюю кромку на участке ближе к заднему концу лыжи. В направлении к переднему загнутому концу 4 лыжи высота гребня плавно уменьшается вплоть до исчезновения гребня, что графически показывают последовательные сечения Б-Б, В-В, Г-Г и Д-Д. При этом поперечное сечение гребня меняет форму от остроконечной на близкую к трапецеидальной.

На фиг. 3 и 4 для варианта сноуборда форма скользящей поверхности от середины к переднему загнутому концу меняется аналогично первому конструктивному варианту. Задняя половина сноуборда со вторым загнутым концом 5 может быть несколько короче передней (как на чертежах) или быть симметричной передней половине. В последнем случае любой из концов лыжи может приниматься за передний (или задний).

На фиг. 5 и 6 горная или беговая лыжи отличаются формой скользящей поверхности от середины к заднему незагнутому концу. В этом случае высота поперечного сечения гребня также постепенно уменьшается, но гребень у заднего конца лыжи полностью не исчезает.

Предлагаемая форма скользящей поверхности лыжи согласно изобретению выбрана исходя из следующего.

Снежный покров, как среда для передвижения транспортных средств, характеризуется реологическими свойствами, которые могут значительно варьировать в зависимости от ряда трудно учитываемых факторов, таких как температура и влажность воздуха, вид снежных кристаллов, слоистость покрова и его местоположение и других.

Сопротивление прямому движению лыжи определяется не только коэффициентом трения скольжения (который может быть существенно снижен путем подбора материала покрытия скользящей поверхности и лыжной мази), но и глубиной погружения или врезания лыжи в снег, что заставляет ее постоянно въезжать на бугор, образуемый под загнутым передним концом лыжи.

Глубина погружения лыжи в снег определяется несущей способностью снега, зависящей от степени его уплотненности и возможностью выпучивания снега в поперечном направлении вдоль линий скольжения, поле которых образуется при внедрении плоской полосы лыжи в снежный покров и захватывает область, значительно превышающую ширину лыжи.

Как известно (Беккер М.Г. Введение в теорию систем местность-машина. М.: "Машиностроение", 1973, стр. 47; Вонг Дж. Теория наземных транспортных средств. М. : "Машиностроение", 1982, стр. 74), действие полосовой нагрузки на грунт сопровождается появлением зоны, в которой грунт находится в напряженно-деформированном состоянии. Эта зона состоит из нескольких участков, один из которых представляет собой недеформируемый клин, основанием которого служит полоса, а вершина направлена вниз. К этому участку симметрично примыкают два центрированных веера, переходящих соответственно в два симметричных клина, основания которых выходят на свободную поверхность. Углы клиньев зависят от вида напряженного состояния и от соотношения нормальных σ и касательных τ напряжений и определяют так называемый угол внутреннего трения ϕ. Для различных видов снега угол внутреннего трения лежит в пределах 15 - 45^o, при этом угол 45^o соответствует льду.

При воздействии на снежный покров цилиндрическим сводом, касательные к направляющей кривой которого наклонены к снежной поверхности под углом ϕ, в снегу создается напряженное состояние, соответствующее оптимальному соотношению нормальных и касательных напряжений. Это заметно уменьшает глубину погружения лыжи. При этом в зависимости от плотности снега, лыжа будет погружаться на разную глубину: в рыхлый снег - до вершины свода, в очень плотный - весьма незначительно.

Для снижения сопротивления прямому движению лыжи гребни, образованные сводами, по плавной кривой сходят на нет к переднему концу лыжи, что обеспечивает постепенное уплотнение снега под лыжей, вместо врезания в снег острых кромок.

Экспериментально установлено, что, при прочих равных условиях, лыжа, имеющая скользящую поверхность согласно изобретению, оказывает сопротивление прямому движению на 25 - 30% меньше, чем традиционная лыжа с плоской скользящей поверхностью.

Сопротивление лыжи поперечному (боковому) смещению определяет ее устойчивость на курсе и влияет на управляемость. Оно зависит от сопротивления снега напряжениям среза касательным τ и сжатия (нормальным σ), которые связаны указанным выше соотношением. Использование лыжи предлагаемой конструкции позволяет повысить как касательные напряжения, так и нормальные, что в итоге приводит к резкому увеличению поперечного сопротивления при уменьшении сопротивления прямому движению.

При наличии нескольких гребней необходимо обеспечить самостоятельную работу каждого из них, исключив перекрытие зон, в которых снег находится в напряженно-деформированном состоянии при поперечном перемещении. Это достигается расположением гребней на расстоянии b, превышающем высоту свода h не менее чем в 2,5 раза, т.е. b/h≥2,5 (фиг. 1, Б-Б).

Для улучшения управляемости и исключения перерегулирования ("избыточной" управляемости) центр бокового сопротивления лыжи (ЦБС), примерно совпадающий с центром тяжести боковой проекции гребней, должен быть смещен относительно середины лыжи в сторону пятки. Величина смещения зависит от назначения лыжи (для скоростного спуска, слалома, слалома-гиганта), а также от индивидуальных особенностей лыжника и может быть оптимально подобрана для каждого конкретного случая.

Выполнение скользящей поверхности лыжи в виде одного полного свода 1 и двух полусводов 2 повышает маневренность лыжи и ее устойчивость в повороте за счет того, что при поперечном перемещении полусвод, находящийся на внешней стороне поворота, под действием реакции снега на наклонную поверхность выталкивается вверх, заставляя противолежащий гребень углубляться в снег и в предельном случае - становиться на кант. При этом резко возрастает сопротивление поперечному смещению.

В результате экспериментов определено, что предпочтительные значения углов α и β (фиг. 1, Б-Б), которые составляют с вертикалью касательные к сводам в точке схода, лежат в диапазоне 15 - 75^o; (α+β) = 45 - 90^o, при этом углы α и β могут быть не равны между собой.

Изобретение относится к спортивному инвентарю или транспортным средствам, предназначенным, преимущественно, для передвижения по снегу. Лыжа имеет скользящую поверхность в виде смежных продольных цилиндрических сводов. Смежные своды разделены гребнем с острой нижней кромкой под опорной площадкой, причем высота гребня плавно уменьшается по меньшей мере к переднему концу лыжи, при этом форма поперечного сечения гребня меняется от остроконечной до близкой к трапецеидальной. Такое выполнение скользящей поверхности обеспечивает повышение устойчивости лыжи от бокового смещения при одновременном уменьшении встречного сопротивления скольжению. 4 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Лыжа со скользящей поверхностью в виде смежных продольных цилиндрических сводов, разделенных гребнем с острой нижней кромкой в области под опорной площадкой, отличающаяся тем, что гребень плавно уменьшается по высоте, по меньшей мере к переднему концу лыжи, меняя остроконечную форму на близкую к трапецеидальной. 2. Лыжа по п.1, отличающаяся тем, что высота гребня, плавно уменьшаясь, сходит на нет. 3. Лыжа по п.1, отличающаяся тем, что скользящая поверхность образована тремя продольными цилиндрическими сводами, причем в поперечном сечении верхние точки двух крайних сводов совпадают с боковой кромкой лыжи. 4. Лыжа по п.1, отличающаяся тем, что соотношение между высотой цилиндрического свода и расстоянием между острыми нижними кромками соседних гребней составляет не менее 1:2,5. 5. Лыжа по п.1, отличающаяся тем, что острая нижняя кромка гребня выполнена в виде отдельной детали и соединена с лыжей неразъемно или с возможностью выдвижения в вертикальном направлении.