КРЫШКА ДЛЯ БУТЫЛКИ
BOTTLE CAP

Изобретение относится к игровым и укупорочным средствам и может быть использовано для закрывания легких пластмассовых сосудов, имеющих резьбу на горловине, с целью придания им свойств летающих игрушек с реактивной тягой, например бутылок-ракет, движимых реакцией истечения водяной или воздушной струи.
Известна крышка для закрывания сосудов, выполненная в виде заглушенного с одной стороны цилиндра, на внутренней поверхности которого имеется резьба для взаимодействия с резьбой на горловине сосуда (патент США №3010596, кл. 215-56, опубл. 19.01.1959).
Данная крышка имеет единственную функцию - укупорку сосуда и не может быть эффективно использована по какому-либо другому назначению, например для познавательных и развлекательных детских игр.
Известна крышка-волан для закрывания сосудов с резьбовой горловиной (патент РФ №2225336, опубл. 03.10.2004), которая после открывания сосуда и отсоединения специального контейнера высвобождает прикрепленный к крышке пук нитей из волокнистого материала и может быть использована для игр в качестве летающего волана, но только отдельно от самого сосуда, что существенно снижает ее игровые возможности.
2
Известен винтовой затвор для пластмассовых сосудов (патент РФ №2170197, опубл. 07.10.2001), который после использования по своему первому назначению может быть использован в качестве пускового устройства для игрушечной газожидкостной ракеты, функцию которой выполняет упомянутый сосуд. При этом горловина сосуда является реактивным соплом ракеты. Серьезным недостатком этого устройства как детской игрушки является его травмоопасность, так как подавляющее большинство производимых промышленностью пластмассовых сосудов (бутылок) имеет достаточно большой стандартный диаметр горловины 21,5 мм, которая здесь выполняет функцию сопла. Такое сопло имеет сечение более 362 мм и дает кратковременный, но избыточный для игрушки стартовый импульс. Поэтому очень быстро набирающая скорость бутылка-ракета может сильно ударить играющих сразу после схода со стартового приспособления.
Известно устройство для использования пластиковой бутылки в качестве игрушечной ракеты (патент Японии №10033837, опубл. 02.10.1998), выполненное в виде винтовой крышки с реактивным соплом, к которой крепится переходник с аэродинамическими стабилизаторами. Такое устройство после присоединения к бутылке обеспечивает высокие летные свойства игрушки. Однако оно также весьма травмоопасно для окружающих, поскольку несмотря на меньшее по сравнению с вышеописанным сопло, которое снижает высокое стартовое ускорение, стабилизаторы, выполненные в виде тонких продольных плоскостей, с общим размахом, приблизительно втрое превосходящим диаметр бутылки (корпуса ракеты), могут ранить играющих или зрителей. Кроме того, сопло имеет дозвуковой профиль, т.е. сужается к своему выходному срезу. Поэтому для высокого полета ракеты она неизбежно нуждается в большом стартовом импульсе, что по описанной выше причине опасно для детской игрушки.
Наиболее близким к заявляемому объекту (прототипом) является пластмассовая бутылка (патент Великобритании №2145001, опубл. 20.03.1985), которая после использования по своему первому назначению может быть использована в качестве пускового устройства для игрушечной жидкостной ракеты, функцию которой выполняет упомянутая бутылка. Пластмассовая бутылка включает в себя крышку с цилиндрической резьбовой частью, дно с элементом уплотнения для герметического присоединения к бутылке, сопло и аэродинамические стабилизаторы. Обеспечивается устойчивость ракеты в полете и безопасность в использовании, а также достигнут большой стартовый импульс за счет добавления в воду пенящегося агента. Недостатком данного изобретения является то, что при снижении опасности травмирования играющих и зрителей не обеспечивается сохранение высоких летных свойств игрушки.
Целью изобретения является снижение опасности травмирования играющих и зрителей при использовании пластиковых сосудов (бутылок), имеющих резьбу на горловине в качестве игрушек-ракет с жидкостной или газовой реактивной струей при сохранении высоких летных свойств игрушки, ее образовательного и развлекательного эффекта.
2
Технический результат достигается тем, что крышка для бутылки снабжена сверхзвуковым соплом с площадью критического сечения не более 80 мм и аэродинамическим стабилизатором в виде юбки, коаксиально окружающей сопло, причем дно и сопло выполнены как одно целое.
Технический результат может быть улучшен при следующих вариантах исполнения. На наружной поверхности сопла может быть выполнено одно или несколько углублений. Дно и аэродинамический стабилизатор могут быть выполнены как одно целое. Максимальный поперечный размер стабилизатора не превосходит максимальный поперечный размер бутылки более чем в 1,8 раза.
Стабилизатор выполнен перфорированным, со сглаженными снаружи кромками отверстий.
Плоскости среза сопла и стабилизатора отдалены друг от друга на расстояние не менее чем 40 мм.
Минимальная толщина стенки сопла в его критическом сечении составляет не более 1,0 мм.
Углубление на внешней поверхности сопла может быть выполнено в виде кольцевой канавки.
На фиг.1 схематически показана заявляемая крышка-сопло в основном игровом положении, когда соответствующая ей запускаемая или летящая вверх бутылка-ракета находится в вертикальной позиции горловиной вниз.
Крышка состоит из корпуса 1, в котором выполнена глухая цилиндрическая резьба 2, дна 3 с элементом уплотнения 4, например кольцевой эластичной прокладкой или буртиком для герметичного присоединения крышки к бутылке при навинчивании. Дно снабжено соплом 5, имеющим так называемый сверхзвуковой профиль (сопло Лаваля). На наружной поверхности сопла выполнены углубления или кольцевая канавка 6. К корпусу крышки 1 присоединена юбка 7. Юбка 7 может быть выполнена конической, цилиндроконической, ребристой, полуэллипсоидной, в виде параболоида или однополостного гиперболоида, но обязательно обладает свойством лучевой симметрии относительно продольной оси сопла 5, которое она окружает коаксиально. Геометрическая плоскость, касающаяся наиболее удаленных от дна 3 краев (среза) юбки 7, отстоит от среза сопла 5 не менее чем на 40 мм. Юбка 7 может быть выполнена из упругого полимерного материала, например полиэтилентерефталата, полиэтилена, полипропилена и т.п.
Углубления на наружной поверхности сопла 5 или заменяющая их кольцевая проточка 6 служат для фиксации бутылки-ракеты на стартовом приспособлении перед полетом.
В полете юбка 7 выполняет роль аэродинамического стабилизатора подобно волану для игры в бадминтон. Лучевая осесимметричная, расширяющаяся к краям форма юбки-стабилизатора необходима для обеспечения направления полета игрушки, заданного стартовым приспособлением в момент пуска. Удлиненность юбки, срез которой в полете находится позади среза сопла (точки приложения реактивной силы), уменьшает курсовое рысканье ракеты-бутылки в полете и компенсирует возможные отклонения от заданного направления. В том случае, когда юбка стабилизатора выполнена достаточно удлиненной, т.е. плоскости среза сопла и стабилизатора отдалены друг от друга на расстояние не менее чем 40 мм, достигается хороший эффект аэродинамической стабилизации. Слишком короткий стабилизатор таким эффектом обладает не в полной мере. Перфорация юбки увеличивает эффект аэродинамической стабилизации игрушки, а сглаженные снаружи кромки отверстий 8 перфорации не могут нанести царапин. При падении с высоты сочетание аэродинамической формы и развесовки такой ракеты-бутылки с юбкой-стабилизатором приводит к тому, что снижение происходит при горизонтальном положении игрушки с невысокой скоростью.
Стабилизатор может быть напрессован на крышку или удерживаться на ней с помощью дополнительных элементов крепления, например выступов и углублений. С целью упрощения технологии изготовления юбка-стабилизатор может быть отформован как одно целое с остальными элементами крышки.
В отличие от плоскостных (в виде крыла с острой кромкой) стабилизаторов в прототипе юбка-стабилизатор не может нанести травм играющим или зрителям, поскольку его конструкция дает возможность только скользящего касательного воздействия, а упругость материала, из которого он выполнен, минимизирует последствия такого воздействия, т.е. практически исключает травмирование игроков.
2
2
В отличие от прототипа в предлагаемом объекте сопло имеет сверхзвуковой профиль, т.е. расширяется к своему выходному срезу. Такое сопло более эффективно при сверхзвуковом истечении из него рабочего тела (жидкости или газа). На бытовом уровне это кажется невероятным, но опубликованные опытные и расчетные данные показывают, что при давлении перед соплом на уровне 5-6 кг/см (что легко выдерживает широко распространенная стандартная бутылка из-под газированных напитков, изготовленная из полиэтилентерефталата) истечение из него газа, например азота, носит выраженный сверхзвуковой характер. Таким образом, применение сопла со сверхзвуковым профилем является оправданным и целесообразным. Повышенная по сравнению с прототипом эффективность сверхзвукового сопла для летающей игрушки позволяет уменьшить площадь его критического сечения в (наиболее узкой части), что при сравнительно небольшом стартовом ускорении дает возможность обеспечить большую финальную высоту взлета ракеты-бутылки. Игрушка достигает максимальной скорости на расстоянии 5-6 м от места старта, т.е. на значительном удалении от игроков. Иными словами, предлагаемое техническое решение обеспечивает безопасный медленный старт и зрелищный высокий полет игрушки. Оптимальное сочетание безопасности и эффектности игрушки при использовании предлагаемой реактивной крышки-сопла с бутылками из-под газированных напитков, изготовленными из полиэтилентерефталата методом выдувания, емкостью от 0,25 до 0,6 л дает сопло с критическим сечением площадью не более 80 мм. Более крупные бутылки емкостью 1-2,5 л, заполненные водой на 1/3 объема (что дает оптимальное сочетание веса игрушки и ускоряющего импульса), с таким соплом либо невысоко взлетают, либо вовсе не сходят с пускового устройства. Это приводит к тому, что играющие дети будут выбирать для ракет-бутылок с заявляемой крышкой-соплом только легкие бутылки малого размера, которые взлетают на высоту до 40 м, но являются в данном случае совершенно травмобезопасными.
В том случае, когда стенка сопла выполнена так, что ее толщина в критическом сечении сопла составляет не более 1,0 мм исключается несанкционированное рассверливание сопла с целью получения более высокого ускоряющего импульса. Такое рассверливание, которое в принципе может привести к травмоопасности игрушки, необратимо испортит сопло и сделает запуск ракеты-бутылки невозможным.
На фиг.2 изображена предлагаемая крышка, соединенная с бутылкой 9 (бутылка-ракета) в стартовом положении или восходящей фазе полета.
Предлагаемую крышку следует использовать следующим образом.
В порожнюю легкую пластиковую бутылку приблизительно на 1/3 ее объема наливают воду, навинчивают крышку, присоединяют стартовое приспособление, которое фиксируется с помощью углублений или кольцевой проточки на наружной поверхности сопла, нагнетают воздух в бутылку и переворачивают ее кверху дном, устанавливая в вертикальном (стартовом) положении. При отсоединении крышки от стартового приспособления бутылка-ракета, движимая реактивной струей, сначала водяной, а затем воздушной, постепенно ускоряясь, взлетает ввысь. Сочетание предлагаемых конструктивных элементов делает игрушку безопасной для окружающих даже при пуске со стартового приспособления, удерживаемого в руках. Падает такая бутылка-ракета боком и достаточно медленно, чтобы случайно не нанести сколько-нибудь сильного удара игрокам или зрителям.