Ласт Советский патент 1984 года по МПК A63B31/08 

Изобретение относится к спортивному инвентарю, а именно к ластам.

Известны ласты, состоящие из галош и жестких упругих лопастей, например, из стеклопластика, которы соединены под отрицательныт- углом к спорной поверхности галош 1J.

Недостаток таких ласт состоит в том, что они обладают малой пропульсивной силой, так как угол межд галошами и лопастью приводит к возрастанию гидродинамического сопротивления.

Известны также ласты, состоящие из эластичных галош и общей жесткой лопасти, например, из стеклопластиков, скрепленной с галошами 2.

Недостаток их состоит в том, что для стабилизации лопасти при плавании по осевой линии последней устанавливается массивный эластичный киль, увеличивающий вес ласта почти на 25%- и кроме того, гасящий упругие колебания лопасти, поэтому эффективность плавания таких ластов снижена.

Наиболее близким к изобретению является ласт, содержащий галошу и соединенную с ней лопасть переменно жесткости, выполненную с продольными- прорезями, кромки которых соединены эластичными перемычками.При гребке тонкая перемычка прогибается образуя по всей длине канальчики, п которым устремляется небольшая част воды, увеличивая силу тяги лопасти 3.

Недостаток этих ластов состоит в том, что прорези на лопастях предназначены лишь для увеличения гибкости последних, т.е. снижения жесткости, без учета рациональной закономерности изменения жесткости по всей длине лопасти.

В зависимости от силы толчка пловца, геометрических и физико-мехнических параметров лопасти возникает определенный изгиб лопасти,который можно оценивать по углу загиба Ч последней. Как известно,угол загиба лопасти находится в обратно пропорциональной зависимости от жесткосА лопасти

4

(11

2ЕЗ

где F.

-равнодействующая сил сопротивления воды, приводящая к изгибу лопасти;

бл

координата результирующей сил сопротивления воды на лопасти.

Как видно из уравнения (1), создание прорезей в лопасти прототипа приводит к уменьшению ж,есткости лопасти, что приводит к увеличению У1ла загиба i-f лопасти. Поэтому

создание прорезей на лопасти прототипа без учета рациональной закономерности изменения жесткости по длине лопасти приводит к недопустимому загибу лопасти h потере ластом возможности создания толчковых усилий. Кроме того, уменьшение жесткости приводит к уменьшению упругой потенциальной энергии, возникающей при загибании лопасти, которая при разгибании переходит в кинетическую энергию создавая дополнительную систему тяги. Продольные прорези в лопасти прототипа покрыты эластичной тонкой лентой. При гребке эластичные ленты прогибаются (фиг.10) в направлении, противоположном давлению воды, образуя канальчики малого объема, по которьзм движется вода, создавая реактивный эффект, который не приносит значительного увеличения силы тяги, так как поперечное сечение этих канальчиков не более 1 , следовательно, объем движущейся жидкости V негзначителен.

Кроме того, из уравнений гидродинамики известно, что изменение количества движения жидкости в единцу времени равно действующей силе

j) , (21 где р - плотность воды;

V - захватываемый объем воды

и - скорость движения;

F, - дополнительная сила тяги

Согласно прототипу ширина и глубна каналов на лопасти мала (1-0,5 с и объем захватываемой и отбрасываемой лопастью воды незначителен,что не может привести к ув.еличению силы тяги.

Кроме того, конструкция ластов не учитывает характер действия нагрузок от сил сопротивления воды, чт не позволяет оценить ее работоспособность .

Целью изобретения является увеличение срока службы ластов и эффективности гребка и плавания в них

Указанная цель достигается тем, что в ласте, содержащем галошу и соединенную с ней лопасть переменной жесткости, выполненную с продолными прорезями, кромки которых соединены эластичными перемычками,боковые участки лопасти выполнены с одинаковой жесткостью, превыиающей в поперечном сечении жесткость ее среднего участка, при этом по длине лопасть выполнена с уменьшающейся к свободному когщу жесткостью, закономерность изменения которой определяется из уравнения

k(

3

lii

гЧ) (2

где E - модуль упругости материала лопасти; текутнй момент инер xi ции произвольного сечения участка лопасти;

01 толщина переднего участка лопасти; bxi текущая ширина участка

лопасти, - толщина задней кромки

участка лопасти; X; - текущая длина участка

лопасти; Е - длина лопасти от мыска

галоши.

На фиг.1 изображен ласт с двумя перемычками; на.фиг.2 - то же, с тремя перемычками; на фиг,3 - ласт с тремя перемычками, вид сверху; на фиг.4 - ласт переменной ширины; на фиг.5 - ласт с прорезями, выполненными под углом к его продольной оси; на фиг. 6-8 - варианты перемычек; на фиг. 9 и 10 - деформация перемычек при взаимодействии с потоком ; на фиг. 11 - моноласт.

Упругая жесткая лопасть 1 (фиг.1,2,5 и 11), выполненная,например, из армированного пластика, скрепленная с эластичной галошей 2, имеет прорези 3, кромки 4 которых (фиг.б,7 и 8) соединены по всей длине прорези эластичной тонкой перемычкой 5. Эластичная лента может иметь вид гофры (фиг. 6 и 7). Прорези 3, начинай от задней кромки лопасти, доходят до 0,65lO,15 длины всей лопасти и имеют ширину 0,312 мм.

Крайние левая и правая части б лопасти имеют жесткость (EJ) на 515% больше жесткости любой средней части или частей 7 лопасти 1 .(фиг.1 .и 2) .

Крайние кромки частей б лопасти могут быть снабжены эластичными поясками с целью безопасности при эксплуатации.

Предлагаемое устройство применимо для моноластов, т.е. для лопасти со спаренными галошами (фиг.11) При плавании спортсмена с ластами движение вперед осуществляется за счет колебательного движения пловца. При движении ног вниз ло-. пасть ласта изгибается вверх в вертикальной плоскости так, что результирующая сил гидродинамического сопротивления (упор) со стороны жидкости дает максимальную силу тяги. При движении ног пловца вверх лопасть ласта изгибается в противоположную сторону, обеспечивая максимальную силу тяги.

В предлагаемом устройстве устанавливают оптимальную закономерност рзменения жесткости по длине лопасти исходя из учета характера действугощих сил сопротивления воды и обеспечения равенства напряжений в поперечных сечениях по всей длине лопасти.

Из равенства напряжений в любом сечении по длине лопасти следует,ч

-f/2

fi-i-V

Г

() 1 е/

следовательно, изменение толщины лопасти для обеспечения равенства напряжений, как видно из уравнения (4)подчиняется линейному закону.

Учитывая уравнение (4), зависимость для закона изменения толщины лопасти, имеющей толщину передней кромки h.,,- и толщину задней кромки

фиг. 3 и 4 ), имеет вид

ki

ЧгЧ

(5)

rV

Так как жесткость прямоугольного сечения определяется по уравнению (3)

ЪЛ

EJ--(Ы

12

то учитывая зависимость (5), получим зависимость изменения жесткостц

, xi bo.-f .)Г

Е где

модуль упругости материала лопасти;

т текущий момент инерции -Xi произвольного сечения участка лопасти;

boi толщина переднего учаска лопасти; Ьк

текущая ширина участка лопасти;

Ч.

толщина задней кромки участка лопасти;

текущая длина участка лопасти;

е

длина лопасти от мыска галоши.

Значение закономерности изменения жесткости по длине лопасти позволяет рассчитать упругую потециальную энергию при загибании лопасти (4)

Р

V |-JED,., (7) о

где К - кривизна гребной лопасти.

Зависимость (7) дает возможность прогнозировать дополнительную силу тяги, а также позволяет выбирать физико-механические характеристики материала лопасти дл обеспечения максимальной эффективности плавания и срока эксплуатации ластов.

В предложенной конструкции ластов лопасть при гребке прогибается (фиг.9), образуя вогнутую поверхность , что позволяет захватысать и отбрасывать большой объем V что по уравнению (2) приводит к увеличению силы тяги, а следовательно, к увеличению эффективности плавания.

Движущийся по вогнутому каналу большой объем воды создает согласно уравнению (2) дополнительно реактивную силу значительно большую, чем у конструкции ластов прототипа.

Прорези лопасти могут выполняться под наклоном к оси и образовывать между собой угол в 2-10° (фиг,5), что позволяет создать целенаправленный поток воды, обеспечивающий создание реактивной силы тяги, что повьшает эффективность плавания.

С целью увеличения срока эксплуатации ластов,для снижения напряжеНИИ, возникающих при деформациях в эластичных лентах (фиг.6,7 и 8) при гребке лопасти, указанные ленты целесообразно выполн1 ть в виде гофр. Это также дает возможность изготав0 ливать ленты не эластичными, а резинотканевыми или тканевыми.

Предлагаемая конструкция ластов по сравнению с прототипом позволяет увеличить срок эксплуатации лас5 тов на 15-20%, а также увеличить эффективность плавания на 5-8%, .что заключается в увеличении дальности проплыва с одновременным снижением устсшости пловцов.

S 5:;, 5

/1

I 1

5

:

3 фиг.г

ЛАСТ, содержащий галсяиу и соединенную с ней лопасть переменной жесткости, выполненную с продольными прорезями, кромки которых соединены эластичными перемычкгьми, о тличающийся тем, что, с целью повышения срока службы и эффективности гребка, боковые участки лопасти выполнены с одинаковой жесткостью, превышающей в поперечном сечении жесткость ее среднего участка, при этом по длине лопасть выполнена с уменьшающейся к свободному концу жесткостью, закономерность изменения которой определяется из уравнения Ч- Г х- 13 (,.) , Е - модуль упругости матегде риала лопасти; xiтекущий момент инерции произвольного сечения участка лопасти; ч толщина переднего участка лопасти, Ьх текущая ширина участка (П лопасти) Чг толщина задней кромки участка лопасти; i текущая длина участка лопасти} п длина лопасти от мыска Ktiui yL галоши. /

,/

/ ///ff /ЛУ

/

Фи1.8