ГРЕБНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к мелкому судостроению, а именно к лодкам с гребным устройством для движения гребца лицом вперед.
Известно шарнирно-сочлененное весло, у которого рукоять и веретено с лопастью на конце, взаимодействующей с водой, соединены через шестерни зацепления, что позволяет грести, сидя лицом вперед (Патент RU №2279993). Недостаток шарнирно-сочлененного весла - его сложность, препятствующая его широкому использованию в гребных устройствах.
Известно гребное устройство, обеспечивающий движение лицом вперед, содержащее весла, закрепленные посредством уключин на бортах лодки, и приспособление для создания нагрузки на весла, имеющее упруго-эластичный элемент, прикрепленное одним концом к борту лодки ближе к корме, а другим - к середине веретена весла. Устройство позволяет выполнять гребок силой, создаваемой упруго-эластичным элементом (а.с. SU №1751050 от 26.07.90). Недостаток гребного устройства - в том, что сила гребка и скорость лопасти весла, создаваемая упруго-эластичным устройством, максимальна в начале гребка и минимальна в конце, что делает гребок неэффективным и снижает возможную скорость движения лодки в сравнении со скоростью, развиваемой при выполнении гребка гребцом.
Известно гребное устройство легкого плавсредства (например, катамарана), позволяющее движение лицом вперед, которое состоит из стойки, расположенной на оси плавсредства, и двух весел, конец каждого из которых вращается относительно оси, закрепленной на стойке (патент Франции №2782059 от 10.08.98). Недостатки гребного устройства, снижающие эффективность гребков - увеличенная длина и вес весел, а также большой угол наклона весла относительно водного зеркала.
Известно гребное устройство лодки, позволяющее движение лицом вперед, которое содержит весла, вращающиеся относительно оси, закрепленной на кронштейне, вынесенном за борт наиболее удаленной оси лопасти весла (заявка GB №2209723 от 09.08.1988; заявка DE №102005003854 от 27.01.2005). Недостатки гребного устройства, снижающие эффективность гребка - его сложность, увеличенная длина и масса весла, увеличенный угол наклона весла относительно водного зеркала.
Известно гребное устройство, позволяющее гребцу грести, сидя лицом вперед, состоящее из прикрепленной к борту лодки дуги, выпуклой относительно борта, с заданным радиусом кривизны; каретки, установленной с возможностью движения относительно дуги для совершения гребка и возвратного движения; весла, имеющего рукоятку с веретеном и лопастью, характеризуемого расстоянием от геометрического центра лопасти до дуги; средств соединения весла с кареткой, обеспечивающих возможность возвратно-вращательного движения для погружения лопасти в воду и вывода из воды (патент US №4052951 от 9.01.1976). Основной недостаток гребного устройства - низкая эффективность гребка вследствие большого радиуса кривизны дуги, который (как следует из чертежа) сравним с длиной весла. Отсутствие ограничения радиуса кривизны не позволяет получить необходимое увеличение скорости движения лопасти и лодки в сравнении со скоростью движения рук гребца при совершении гребка, и, следовательно, невозможно достижение заданной скорости движения лодки. Дополнительный недостаток гребного устройства - усложненная конструкция каретки с роликами, катающимися по дуге с цилиндрическим сечением. Такая конструкция позволяет крепить дугу к бортам только с помощью концевых опор и не допускает установку дополнительных опор для увеличения длины дуги, жесткости ее крепления и повышения эффективности гребка.
Техническая задача, решаемая полезной моделью - повышение эффективности гребка (установление отношения радиуса кривизны и расстояния от дуги до геометрического центра лопасти); основной технический эффект от
решения - повышение скорости движения лопасти весла и, соответственно лодки. Достижению этого эффекта способствует и увеличение импульса гребка за счет увеличения длины дуги при увеличенной жесткости ее крепления к борту лодки.
Задача решена в гребном устройстве, состоящем из прикрепленной к борту лодки дуги, выпуклой относительно борта, с заданным радиусом кривизны; каретки, установленной с возможностью движения относительно дуги при совершении гребка и возвратного движения; весла, имеющего рукоятку; веретено и лопасть, характеризуемого расстоянием от геометрического центра лопасти до дуги, средств соединения весла с кареткой, обеспечивающих возможность возвратно-вращательного движения весла для погружения лопасти в воду и вывода из воды.
Для дополнительного повышения эффективности гребка за счет повышения жесткости гребного устройства. Дуга имеет коробчатое -образное сечение, а каретка, форма которой соответствует форме внутренней поверхности дуги, размещена с необходимым для движения зазором внутри дуги; средства соединения весла с кареткой включают уключину со стержнем, прикрепленную к веслу и выступ каретки с отверстием для стержня уключины.
Достижение технического эффекта - повышение эффективности гребка и скорости лодки в сравнении с прототипом обеспечивается тем, что отношение радиуса кривизны дуги к расстоянию от геометрического центра лопасти до дуги находится в интервале 1/3÷1/2. Меньшие значения отношения соответствуют гребным устройствам более скоростных лодок.
Дополнительное увеличение технического эффекта достигается за счет увеличения жесткости гребного устройства. Конструкция дуги имеет коробчатое -образное поперечное сечение, а каретка, форма которой соответствует форме внутренней поверхности дуги, размещена с необходимым для движения зазором внутри дуги; средства соединения весла и каретки включают уключину со стержнем, прикрепленным к веслу и выступ каретки с отверстием для стержня уключины.
На фиг.1 показана лодка с гребным устройством.
На фиг.2 - сечение А-А каретки и дуги на фиг.1.
На фиг.3 - сечение В-В каретки и дуги на фиг.2.
На фиг.4 - кинематическая схема гребного устройства на фиг.1.
На фиг.5 - кинематическая схема гребного устройства с веслом, вращающимся относительно оси, расположенной на конце весла.
На фиг.6 - кинематическая схема весла с рукоятью и веретеном, соединенным через зубчатые секторы с передаточным отношением, равным 1.
Гребное устройство (фиг.1, 2, 3) состоит из прикрепленной к борту лодки дуги 1, выпуклой относительно борта, с заданным радиусом кривизны ρ (фиг.1, 4); каретки 2, установленной с возможностью движения относительно дуги 1 при совершении гребка и возвратного движения. Дуга 1 имеет коробчатое -образное поперечное сечение (фиг.3), а каретка 2, форма которой соответствует форме внутренней поверхности дуги, размещена с необходимым для движения зазором внутри дуги 1.
Весло 3 имеет рукоятку 4 и веретено 5 с лопастью 6 (фиг.2, 3). Весло характеризуется расстоянием L от геометрического центра лопасти 6 до дуги 1 (фиг.1, 4), а гребное устройство характеризуется отношением ρ/L=1/3÷1/2.
Средства 7 соединения весла 3 с кареткой 2 обеспечивают возможность возвратно-вращательного движения весла 3 для погружения лопасти 6 в воду и вывода из воды, и включают уключину 8 со стержнем 9, имеющим сечение, отличное от цилиндрического (квадрат, треугольник со скругленными углами), выступ 10 каретки 2 с отверстием, форма которого соответствует форме стержня 9 уключины 8. В выступ 10 встроен фиксатор 11. На поверхность скольжения каретки 2 по дуге 1 нанесено покрытие 12 из антифрикционного материала. Например, если дуга из стали, то материал покрытия 12 - капролон, имеющий низкий коэффициент трения по стали при смазке водой.
Гребец сидит в лодке лицом вперед. При совершении гребка весло с кареткой 2 движутся от носовой части лодки к кормовой. Для предложенного гребного устройства мгновенная скорость движения лопасти 6 при положении весла, перпендикулярном относительно лодки (фиг.4), определяется в зависимости от скорости движения рукоятки 4 по формуле:
где  - скорость движения лопасти весла в конструкции предложенного гребного устройства;
p
υ - скорость рукоятки весла, достигаемая гребцом;
ρ - радиус кривизны дуги;
R - расстояние от конца рукоятки до оси вращения весла в вертикальной плоскости;
L - расстояние от геометрического центра лопасти до оси вращения весла в вертикальной плоскости.
Для гребного устройства с веслом, вращающимся относительно оси в его конце (фиг.5), скорость лопасти определяется по формуле:
л1
где υ - скорость лопасти весла, вращающегося относительно оси в конце весла.
Для гребного устройства с веслом, у которого рукоятка и веретено соединены через зубчатые секторы при соотношении диаметров секторов, равном 1 (фиг.6), скорость лопасти определяется по формуле:
л2
где υ - скорость лопасти весла, у которого рукоятка и веретено соединены через зубчатые секторы, при соотношении диаметров секторов, равном 1.
л1
л2
Из сравнения скоростей , υ, υ лопастей трех гребных устройств следует, что при равных длинах весел и рукояток и равных скоростях движения рукоятки весла, наибольшую скорость приобретает лопасть весла в предложенном гребном устройстве.
Например, при R=ρ/2:
л1
л2
то есть лопасть приобретает наибольшую скорость в сравнении с известными гребными устройствами, >υ>υ. Гребок эффективнее, чем у известных гребных устройств.