ЛАСТ ДЛЯ ПЛАВАНИЯ (ВАРИАНТЫ)
SWIMMING FIN (OPTIONS)

Изобретение относится к приспособлениям для плавания, подводного движения и тренировки мышц и может быть использовано в конструкции ласта, надеваемого на ступню.
Известен ласт, описанный в патенте Российской Федерации на изобретение №2075320 С1 (опубл. 20.03.1997 г.).
Ласт содержит галошу и гребное устройство, которое имеет два продольных боковых ребра и поперечные гидравлические лопасти, прикрепленные между ребрами. Соединительный элемент между галошей и гребным устройством обеспечивает поворот гребного устройства относительно горизонтальной оси в обе стороны от исходного положения с упругим возвратом в исходное положение. Оба боковых ребра могут содержать ряд ослаблений для обеспечения изгиба лопасти в процессе эксплуатации. Жесткость боковых ребер непрерывно или дискретно уменьшается по направлению к задней кромке гребного устройства.
Описанная конструкция ласта обеспечивает поворот гидравлических лопаток на незначительный угол только совместно с продольными ребрами, что возможно только при значительных усилиях. Применяемые для изготовления ласт, различные виды резин и/или термоэластопластов обладают упругими свойствами, но не в достаточной мере, которая бы позволила боковым ребрам поворачиваться на значительный угол для обеспечения высокой эффективности ласта. Существенное ослабление соединительных участков позволит боковым ребрам поворачиваться на значительный угол, но может при постоянных изгибах привести к их ускоренному разрушению.
В патенте на полезную модель ФРГ №202007004633 U1 (опубл. 25.10.2007 г.) описан ласт, выполненный в виде единой сложной детали, состоящий из крепления для ступни и лопасти, содержащей набор поперечных лопаток, расположенных на расстоянии друг от друга между двумя боковинами, соединенными с носовой частью крепления для ступни. Лопатки установлены с возможностью упругого отклонения при работе относительно боковин в обе стороны от нейтральной позиции, в которой геометрические оси поперечных сечений лопаток совпадают.
В рассмотренной конструкции отклонение каждой лопатки осуществляется за счет упругой деформации ослабленного сечения соединительного участка между телом лопатки и перемычкой между боковинами гребного устройства. Применяемые для изготовления ласт различные виды резин и/или термоэластопластов обладают упругими свойствами, но не в достаточной мере, которая бы позволила лопаткам поворачиваться на значительный угол для обеспечения высокой эффективности ласта. Существенное ослабление соединительного участка позволит лопаткам поворачиваться на значительный угол, но может при постоянных изгибах привести к его ускоренному разрушению.
Известен ласт, описанный в патенте США на изобретение №8926385 В1 (опубл. 06.01.2015 г.), состоящий из крепления для ступни и гребной лопасти, содержащей набор поперечных лопаток, расположенных на расстоянии друг от друга между двумя продольными боковыми планками, соединенными с носовой частью крепления для ступни. Лопатки установлены с возможностью поворота относительно боковых планок в обе стороны за счет шарнирного крепления с двух сторон к боковым планкам, при этом шарниры расположены в детали из упругого материала, соединенной с лопаткой и боковой планкой и стремящейся удержать лопатку в нейтральном положении. Края лопаток и боковых планок соединены гибкими тканевыми перемычками, раскрывающимися при повороте лопасти и удерживающими лопатку на максимальном угловом отклонении в обе стороны от нейтрального положения при работе ласта.
Описанная конструкция ласта имеет сложные шарниры, выполненные комбинацией осей и деталей из упругого материала. Также конструкция сложна с точки зрения сборки продольных боковых планок с шарнирами и гибкими тканевыми перемычками. Кроме того, наличие большого количества гибких тканевых перемычек приведет к существенному ухудшению гидродинамического сопротивления ласта, особенно при скольжении пловца в воде.
Из патента США №4944703 (опубл. 31.06.1990 г.) известен ласт, состоящий из крепления для ступни и лопасти, содержащей набор поперечных лопаток, расположенных на расстоянии друг от друга между двумя боковыми планками, соединенными с носовой частью крепления для ступни. Лопатки установлены с возможностью поворота относительно боковых планок в обе стороны от нейтральной позиции, в которой оси поперечных сечений лопаток совпадают.
Ласт снабжен устройствами ограничения поворота каждой лопатки в обе стороны и возврата лопатки в нейтральную позицию. Устройство ограничения и возврата образовано фигурной выемкой в боковой планке гребного устройства и расположенным в выемке закрепленным на торце лопасти выступом, через который проходит ось вращения лопатки. На выступе сформированы упорные зоны для ограничения поворота лопатки и упругий язычок для возврата лопатки в среднее положение.
В рассмотренной конструкции применяются очень сложные в изготовлении шарниры с возвратным механизмом. Данные шарниры с возвратными механизмами помимо высокой стоимости имеют мелкие детали, которые будут засоряться песком и водорослями, что снижает надежность их работы.
Общим недостатком описанных выше ластов является их повышенное гидродинамическое сопротивление из-за наличия в гребном устройстве двух боковых планок, что приводит также к увеличению массы и необходимости усиления узла соединения лопасти с креплением для ступни.
Известно вспомогательное устройство для плавания, описанное в патенте США №3084355 (опубл. 09.04.1963 г.), состоящее из крепления для ступни и лопасти, образованной основанием с поперечными поворотными лопатками. Основание выполнено из состыкованных друг с другом под тупым углом стержней, выходящих из носка крепления для ступни, первый в его продолжение параллельно подошве, а второй вниз от подошвы с небольшим наклоном в ее сторону. Кромка основания, обращенная от ступни и образующая тупой угол, выполнена ступенчатой на каждом стержне, каждая зона перехода между ступенями снабжена поперечной двусторонней осью, на которой в обе стороны от стержня установлена поворотная лопатка с центральным краевым вырезом для свободного поворота на стержне. Смежные с вырезом края лопатки сформированы в виде петель, охватывающих с зазором обе стороны оси, таким образом, каждая лопатка установлена на оси своим краем.
Работа описанного устройства рассчитана на поворотное движение ног пловца, находящегося под водой, при этом центром поворота, в частном случае, является коленный сустав.
При поворотном движении ноги пловца вниз лопатки первого стержня, давление воды на которые осуществляется за осями, разворачиваются на осях под напором воды так, что их суммарная площадь минимальна в направлении, перпендикулярном напору, соответственно, минимально сопротивление. Лопатки второго стержня при этом воспринимают давление воды до осей и стремятся развернуться в противоположную давлению сторону, но упираются в поверхность стержня и формируют общую поверхность максимальной площади, посредством которой пловец отталкивается от воды.
При поворотном движении ноги вверх лопатки второго стержня, давление воды на которые осуществляется за осями, разворачиваются на осях под напором воды так, что их суммарная площадь минимальна в направлении, перпендикулярном напору, соответственно, минимально сопротивление. Лопатки первого стержня при этом воспринимают давление воды до осей и стремятся развернуться в противоположную давлению сторону, но упираются в поверхность стержня и формируют общую поверхность максимальной площади, посредством которой пловец отталкивается от воды.
Таким образом, каждый из стержней основания гребного устройства работает только в одном направлении, что снижает эффективность вспомогательного устройства для плавания при значительном увеличении его массы (инертных свойств) и сопротивления перемещению в воде. Кроме того, в описанном устройстве можно передвигаться только в воде, для перемещения по дну или по суше его необходимо снимать из-за наличия второго стержня, выступающего вниз от подошвы.
Известно также техническое решение ласта, описанное в патенте США №3081467 (опубл. 19.03.1963 г.), состоящего из крепления для ступни и лопасти, образованной стержнем с поперечными поворотными лопатками. Стержень в рабочем состоянии выходит из носка крепления для ступни вниз от подошвы, но может быть переведен в транспортное положение вверх от подошвы практически параллельно ноге пользователя. Кромка стержня, обращенная от ступни, снабжена закрепленными в нем поперечными двусторонними осями, на каждой из которых в обе стороны от стержня установлена поворотная лопатка с центральным краевым вырезом для свободного поворота на стержне. Смежные с вырезом края лопатки сформированы в виде петель, охватывающих с зазором обе стороны оси.
В другом варианте лопатка может быть выполнена из двух частей, каждая часть устанавливается на оси с противоположных сторон стержня. С этой компоновкой предусмотрены средства централизации лопастей для соединения двух частей вместе так, что предотвращается вращение, превышающее ограничение 180 градусов, и обе части функционируют как одна лопатка. В приведенном примере части лопатки соединены друг с другом с помощью зажима, расположенного поперек стержня и ограничивающего движение лопатки упором в стержень.
Работа описанного ласта рассчитана на маховое движение ног пловца, находящихся под водой.
При сгибании ноги пловца лопатки стержня, давление воды на которые осуществляется за осями, разворачиваются на осях под напором воды так, что их суммарная площадь становится минимальной в направлении, перпендикулярном напору, соответственно, минимально сопротивление.
При разгибании ноги пловца лопатки стержня воспринимают давление воды до осей и стремятся развернуться в противоположную давлению сторону, но упираются в поверхность стержня и формируют общую поверхность максимальной площади, посредством которой пловец отталкивается от воды и устремляется вперед.
В описанном решении существенно снижены недостатки конструкции ласта с двумя продольными боковыми планками, так как гидродинамическое сопротивление значительно уменьшено с использованием одного несущего стержня с лопатками.
Технической проблемой конструкции является работа рассмотренного ласта на отталкивание только в одном направлении, при которой формируется или полностью закрытая площадь взаимодействия с водой или полностью открытая площадь для возврата в толкающее положение. Эффективное использование подобного ласта для равномерного перемещения пловца, осуществляющего периодические движения ногами вверх и вниз, затруднительно.
Наиболее близким является техническое решение ласта, описанное в патенте Франции №2931690 (опубл. 04.12.2009 г.), включающего в себя галошу, соединенную с одной или несколькими лопастями. Лопасть имеет в своем составе удлиненный кронштейн с цилиндрическим гнездом, которое проходит сквозь него перпендикулярно его длине, и гребное устройство, состоящее из двух лопаток водообтекаемой формы, закрепленных их торцевой частью с одной и другой стороны на оси, причем ребро атаки лопаток проходит параллельно этой оси, установленной с возможностью вращения в гнезде кронштейна.
Для большей ясности уточняется, что термины «угол атаки», «ребро атаки», «хорда», «лопатка» заимствованы из аэродинамики.
Работа описанного ласта рассчитана на маховое движение ног пловца, находящихся под водой. При этом лопатки будут свободно поворачиваться относительно оси до момента их упора в ограничитель. Затем происходит отталкивание лопаток от воды с передачей реактивного усилия пловцу.
Несмотря на то, что в описании указывается, что угол поворота лопаток изменяется автоматически в зависимости от скорости перемещения пловца, никакого реального механизма автоматического регулирования не представлено.
В описании ласта представлен вариант исполнения, имеющего в своем составе ограничители поворота лопаток, которые соединены со стержнем, перемещающимся внутри кронштейна и имеющим на конце резьбу, на которую навинчен ролик с накаткой для регулировки. Также указано, что для изменения угла наклона лопаток, пловцу необходимо вручную вращать ролик с накаткой на конце кронштейна. При этом будет меняться угол наклона лопаток относительно кронштейна.
Для выполнения этой операции каждый раз будет необходимо прекращать движение в воде, останавливаться и выполнять эту регулировку. Нужно дополнительно отметить, что, не снимая ласта со ступни, выполнить это не очень удобно.
В данном техническом решении несколько раз указывается, что кронштейн выполнен жестким, чтобы исключить деформацию при работе ласта. Жесткий недеформируемый кронштейн также необходим для того, чтобы не был заблокирован механизм изменения угла атаки лопаток. Также в описании говорится, что кронштейн имеет наклон примерно 10 градусов вниз по отношению к подошве стопы. Такое исполнение кронштейна существенно осложняет заход в ластах с суши в воду, если они надеты на стопу.
Во всех вышеперечисленных патентах утверждается, что эффективность ласта повышается за счет применения нескольких лопаток, закрепленных на одной или двух продольных планках (кронштейнах).
Для оценки эффективности ласта использовался динамометрический стенд. Принципиальная схема стенда представлена на фигуре 12. Методика оценки эффективности ласта была следующей:
- на нижнюю горизонтальную штангу стенда устанавливался испытываемый ласт;
- привод стенда обеспечивал постоянную частоту махов горизонтальной штанги;
- в течение всего цикла выполнялись измерения угла поворота горизонтальной штанги, величины усилия, необходимого для привода стенда, и величины реактивной силы (толчка);
- выполнялись расчеты эффективности ласта и построение графиков.
Сравнительные испытания в бассейне на динамометрическом стенде показали, что ласт, выполненный согласно описания патента Франции №2931690, имеет незначительное повышение эффективности по сравнению с современным классическим ластом (торговой марки AQUALUNG).
Основных причин его невысокой эффективности две:
- первая - современный классический ласт выполнен с использованием высококачественных современных материалов и технологий и имеет хорошую эффективность,
- вторая - несовершенство динамики ласта с несколькими лопатками, закрепленными на одной или двух продольных планках (кронштейнах), показанное на фигуре 10. Из этой фигуры видно, что в начале маха ластом угол атаки лопатки небольшой. Поток воды G при этом не получает значительного сопротивления при воздействии на лопатку. Далее по мере совершения маха ластом сопротивление лопатки потоку воды возрастает. В момент прохождения ластом биссектрисы угла маха значение реактивной силы достигает наибольшей величины. Но после прохождения ластом биссектрисы величина реактивной силы начинает уменьшаться, а сопротивление лопатки потоку воды резко возрастает. Более наглядно изменение сил во время маха ласта показано на примере одной лопатки на фигуре 11.
Во время маха на поверхность лопатки действует давление воды Р. В результате появляется сила Q, которая прямо пропорциональна произведению этого давления и проекции площади лопатки
где:
k - постоянный для данной скорости потока, коэффициент;
Ρ - давление воды;
S - площадь лопатки;
α - угол атаки лопатки.
Направление силы Q перпендикулярно плоскости лопатки. При этом благодаря силе Q возникает реактивная сила R, которая направлена по оси движения вперед. Величина реактивной силы R вычисляется по формуле:
Во время маха ласта лопатке приходится преодолевать лобовое сопротивление воды. При этом сила лобового сопротивления будет
где:
Сх - коэффициент лобового сопротивления.
Лопатки ласта для данного случая следует отнести к пластинам, Сх будет близок к «1». И, соответственно, можно принять F=Q. Сила, прилагаемая к ласту для преодоления лобового сопротивления F, и будет той затратой энергии, которая преобразуется в реактивную силу R. Соответственно, эффективность работы η лопатки (лопаток) будет вычисляться по формуле
Три схемы (а, b, с) фигуры 11 наглядно показывают, что наибольшая эффективность лопатки получается в начале маха ласта. Затем в середине маха ласта (схема b) мы имеем наибольшую величину силы R при одновременном снижении эффективности. Далее реактивная сила R убывает, а сила сопротивления быстро возрастает, приводя к существенному снижению эффективности лопатки.
Выполнив несложные расчеты, мы видим, что для частного случая схемы «а» эффективность η=0,88, для частного случая схемы «b» эффективность η=0,64, а для частного случая схемы «с» эффективность η=0,34. Это показывает, что именно резкое снижение эффективности после прохождения ластом биссектрисы угла маха приводит к недостаточной эффективности такого ласта с несколькими лопатками в целом. Здесь приведены результаты расчетов идеальной эффективности. Реальная же эффективность всегда меньше идеальной.
Все это показывает, что заявленное в патенте Франции №2931690 повышение эффективности ласта реализуется недостаточно, что и является технической проблемой рассмотренной конструкции, взятой за прототип.
Указанная техническая проблема в ласте для плавания, содержащем устройство крепления к ступне пловца и соединенную с устройством крепления к ступне пловца лопасть, содержащую кронштейн и не менее двух водообтекаемых лопаток, шарнирно установленных на кронштейне по обе стороны от него с возможностью поворота относительно продольной оси вышеупомянутого кронштейна в обе стороны, решается тем, что кронштейн присоединен к устройству крепления к ступне пловца при помощи шарнира для обеспечения возможности поворачиваться относительно устройства крепления к ступне пловца во время маха ластом. Устройство крепления к стопе содержит, как правило, подошву с усилителем, к которому присоединяется кронштейн лопасти. Шарнир может быть снабжен по меньшей мере одной возвратной пружиной. Продольная ось кронштейна ориентирована преимущественно вперед относительно устройства крепления к ступне и расположена под углом от 0° до 20° к продольной оси устройства крепления к ступне. Кронштейн лопасти может быть по меньшей мере частично составлен из модулей с водообтекаемыми лопатками.
Указанная техническая проблема в ласте для плавания, содержащем устройство крепления к ступне пловца и соединенную с устройством крепления к ступне пловца лопасть, содержащую кронштейн и не менее двух водообтекаемых лопаток, шарнирно установленных на кронштейне по обе стороны от него с возможностью поворота относительно продольной оси вышеупомянутого кронштейна в обе стороны, решается также тем, что кронштейн выполнен упругодеформируемым и присоединен к устройству крепления к ступне пловца при помощи шарнира для обеспечения возможности поворачиваться относительно устройства крепления к ступне пловца во время маха ластом. Устройство крепления к стопе содержит, как правило, подошву с усилителем, к которому присоединяется кронштейн лопасти. Шарнир может быть снабжен по меньшей мере одной возвратной пружиной. Продольная ось кронштейна ориентирована преимущественно вперед относительно устройства крепления к ступне и расположена под углом от 0° до 20° к продольной оси устройства крепления к ступне. Кронштейн лопасти может быть по меньшей мере частично составлен из модулей с водообтекаемыми лопатками.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности ласта.
Приведенная совокупность признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности «новизна». Совокупность отличительных признаков, приводящая к решению технической проблемы, явным образом не следует из уровня техники, поэтому заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень». В то же время, заявляемое техническое решение применимо в конструкции ласта для подводного плавания, поэтому оно соответствует условию "промышленная применимость".
Заявляемый ласт для плавания (варианты) представлен на следующих рисунках.
На фиг. 1 показан ласт в аксонометрической проекции.
На фиг. 2 изображена взрыв-схема ласта в аксонометрической проекции.
На фиг. 3 представлен ласт с шарниром, связывающим усилитель подошвы и кронштейн, вид сбоку.
На фиг. 4 приведены этапы работы ласта при махе им вниз.
На фиг. 5а и фиг. 5b приведены схемы работы ласта при махе им вверх и вниз.
На фиг. 6 показана водообтекаемая лопатка.
На фиг. 7а приведен ласт с жестким соединением усилителя подошвы и кронштейна, вид сбоку.
На фиг. 7b и 7с представлены схемы работы ласта при махе им вверх при упругой деформации кронштейна лопасти.
На фиг. 8 изображен заявляемый ласт с модульным исполнением лопасти.
На фиг. 9 приведен вариант разборного исполнения ласта.
На фиг. 10 показаны этапы работы ласта-прототипа по патенту Франции №2931690 при махе им вниз.
На фиг. 11 представлены схемы приложения усилий к лопаткам ласта-прототипа по патенту Франции №2931690 на этапах работы при махе им вниз.
На фиг. 12 показана принципиальная схема динамометрического стенда для испытаний ласта.
На фиг. 1-12 приняты следующие номера позиций.
1 - устройство крепления к ступне пловца;
2 - лопасть;
3 - устройство крепления к ступне пловца, выполненное в виде галоши;
4 - устройство крепления к ступне пловца, выполненное в виде кармана с фиксирующими ремнями;
5 - кронштейн;
6 - носок устройства крепления;
7-7i, 8-8i - водообтекаемые лопатки;
9 - продольная ось кронштейна;
10 - продольная ось устройства крепления к ступне пловца;
11 - модуль с водообтекаемыми лопатками;
12-12i - отверстия в кронштейне;
13-13i - общая соединительная вращающаяся ось водообтекаемых лопаток;
14 - плоскость симметрии лопатки;
15 - маховое движение ногой пловца вверх;
16 - маховое движение ногой пловца вниз;
17 - передняя кромка (ребро атаки) водообтекаемой лопатки;
18 - задняя кромка водообтекаемой лопатки;
19 - ось вращения водообтекаемой лопатки;
20 - боковая кромка водообтекаемой лопатки;
21 - водообтекаемая поверхность лопатки;
22 - длина (хорда) водообтекаемой лопатки;
23 - ширина водообтекаемой лопатки;
24 - сквозные отверстия для перепуска воды;
25-25i - выступы на кронштейне, образующие ограничители поворота водообтекаемых лопаток;
26 - усилитель подошвы;
27 - шарнир;
28 - проушина;
29 - ось шарнира;
30 - возвратная пружина;
31 - стабилизатор;
32 - соединительное устройство;
33 - привод ласта;
34 - датчик угла маха ласта;
35 - динамометрические головки;
36 - штанга горизонтальная;
37 - штанга вертикальная;
38 - испытуемый ласт;
39 - тяга вертикальная;
40 - рама стенда;
41 - управляющее устройство;
42 - регистрирующее устройство;
α - угол атаки лопатки;
- углы, образуемые между плоскостью симметрии лопатки и продольной осью кронштейна в их жестком исполнении при махе ластом вверх;
- углы, образуемые между плоскостью симметрии лопатки и продольной осью кронштейна в их жестком исполнении при махе ластом вниз;
ϕ - угол отклонения оси кронштейна от биссектрисы угла маха ластом.
Ласт состоит из устройства 1 крепления к ступне пловца и лопасти 2, соединенной с устройством 1 крепления к ступне.
Устройство 1 крепления к ступне выполнено предпочтительно из резины и/или термоэластопласта в виде галоши 3 (фиг. 1), но могут быть другие варианты исполнения, например, в виде кармана (полугалоши) 4 с набором фиксирующих ремней (фиг. 2).
Устройство 1 крепления к ступне выполнено с жесткой подошвой и может для этой цели содержать усилитель 26. Усилитель 26 подошвы может быть выполнен заодно с галошей 3 из полимерного материала, а также может быть выполнен из какого - либо другого материала, например, металла, полимера, армированного карбоновыми и/или другими волокнами, фанеры, стеклопластика и т.д. При этом такой усилитель 26 может быть присоединен к подошве устройства 1 крепления к стопе при помощи заклепок, резьбовых соединений, клея, сварки и/или залит в «тело» подошвы устройства 1 крепления к стопе. Передняя часть устройства 1 крепления к ступне содержит проушину 28 для присоединения кронштейна 5.
Лопасть 2 содержит кронштейн 5, как правило, удлиненный, ориентированный вперед относительно носка 6 устройства 1 крепления, и не менее двух водообтекаемых лопаток 7, 8. Продольная ось 9 кронштейна 5 по его длинной стороне преимущественно параллельна продольной оси 10 галоши 3, но может быть также расположена под углом до 20° к продольной оси 10 галоши 3. Кронштейн 5 присоединен к устройству 1 крепления к ступне (фиг. 3) при помощи шарнира 27.
Шарнир 27 состоит из проушины 28, которая может быть частью, как кронштейна 5, так и устройства 1 крепления к ступне, а также ответной части шарнира 27 и оси 29, соединяющей их. Шарнир 27 позволяет кронштейну 5 поворачиваться относительно устройства 1 крепления к ступне. При этом продольная ось 9 кронштейна 5 может изменять свое положение относительно продольной оси 10 устройства 1 крепления к ступне.
Шарнир 27 снабжен, как минимум, одной возвратной пружиной 30. Возвратная пружина 30 непосредственно, либо в составе пружинного устройства, возвращает кронштейн 5 в среднее исходное положение по окончании маха ногой. Характеристика пружины 30 или пружинного устройства подобрана таким образом, чтобы обеспечивать эффективность использования усилий пловца. Характеристика пружины 30 или пружинного устройства может быть как линейной, так и нелинейной.
Кронштейн 5 выполнен жестким (фиг. 3, фиг. 4), но может быть также выполнен и упругодеформируемым (фиг. 7а, фиг. 7b, фиг. 7с).
Для упругодеформируемого кронштейна 5 также возможно и жесткое присоединение к устройству 1 крепления к стопе, например, посредством соединительного устройства 32. При этом продольная ось 9 кронштейна 5 изгибается вместе с кронштейном 5 относительно продольной оси 10 устройства 1 крепления к ступне благодаря упругой деформации самого кронштейна 5 во время маха ногой и/или благодаря наличию ослабленного участка на кронштейне 5.
Кронштейн 5, как правило, выполнен цельным, но, по меньшей мере частично, может быть набран из нескольких модулей 11 (фиг. 8) с водообтекаемыми лопатками 7i, 8i.
Кронштейн 5 снабжен по меньшей мере одним стабилизатором 31 в виде концевого расширения в плоскости, перпендикулярной оси 19 вращения водообтекаемых лопаток 7-7i, 8-8i.
Кронштейн 5 может быть выполнен из металла, полимера, армированного карбоновыми и/или другими волокнами, фанеры, стеклопластика и т.д.
i
i
i
i
Водообтекаемые лопатки 7, 8 шарнирно установлены на кронштейне 5 по обе стороны от него на общей соединительной вращающейся оси 13, расположенной в отверстии 12, как правило, с возможностью совместного поворота водообтекаемых лопаток 7, 8 вместе с соединяющей их осью 13 относительно вышеупомянутого кронштейна 5 в обе стороны на заданный угол. Как правило, поворот в одну сторону возможен на угол β между продольной осью 9 кронштейна 5 по его длинной стороне и плоскостью 14 симметрии i-той водообтекаемой лопатки 7, 8 при махе 15 ногой пловца вверх. В другую сторону поворот возможен на угол γ между названными осью 9 и плоскостью 14 при махе 16 ногой пловца вниз. При этом плоскость 14 симметрии i-той водообтекаемой лопатки 7, 8 проходит через переднюю кромку 17 лопатки 7, 8, ее заднюю кромку 18 и ось 19 вращения лопатки 7, 8. Углы β и γ поворота лопаток 7-7i, 8-8i могут отличаться для лопаток, расположенных около устройства 1 крепления к ступне, и тех, что расположены на дальнем конце кронштейна 5 лопасти 2 ласта.
В частном случае водообтекаемые лопатки 7, 8 могут быть выполнены съемными с кронштейна 5. Форма водообтекаемых лопаток 7, 8 в плане преимущественно трапециевидная со скругленными углами, но может иметь и другую форму. Каждая водообтекаемая лопатка 7, 8 имеет переднюю кромку 17 (ребро атаки), обращенную в сторону устройства 1 крепления к ступне, заднюю кромку 18, две боковых кромки 20 и две водообтекаемые поверхности 21 между ними (фиг. 6). В каждую водообтекаемую лопатку 7, 8 вставлена общая соединительная вращающаяся ось 13, размещенная в первой трети длины 22 (хорды) лопаток 7, 8 со стороны передней кромки 17.
Передняя кромка 17 лопатки выполняется криволинейной и/или прямой, но расположенной под углом к оси 19 вращения лопатки 7, 8. Передняя кромка 17 лопатки 7, 8 также может быть выполнена в виде ломаной прямой.
Водообтекаемые лопатки 7, 8 с одной стороны кронштейна 5 могут быть одинаковы или различны по размерам, например, по длине 22 и/или ширине 23, с водообтекаемыми лопатками 8, 7 с другой стороны кронштейна 5. Лопатки 7, 8 могут быть снабжены сквозными отверстиями 24 для перепуска воды и снижения давления на лопатки 7, 8.
Общая соединительная вращающаяся ось 13 водообтекаемых лопаток 7, 8 также может служить для повышения жесткости вышеназванных лопаток. В этом случае вышеупомянутая ось 13 вставляется в лопатку 7, 8 на значительную глубину.
Лопасть 2, как правило, снабжена двумя или более парами водообтекаемых лопаток 7-7i, 8-8i. При этом размеры каждой пары водообтекаемых лопаток предпочтительно одинаковы, но могут быть и различны, как все пары, так и одна или несколько пар. Водообтекаемые лопатки 7, 8 выполнены преимущественно жесткими, сохраняющими форму при воздействии на них водного потока, однако возможно их исполнение упругими с возможностью изгиба в продольном и/или поперечном направлениях относительно продольной оси 9 кронштейна 5 по его длинной стороне.
Лопасть 2 снабжена ограничителем поворота водообтекаемых лопастей 7, 8 на заданный угол предпочтительно вместе с соединяющей их общей соединительной вращающейся осью 13. Ограничитель выполнен в виде по меньшей мере одного выступа 25, расположенного на кронштейне 5 с возможностью упора в него по меньшей мере одной из водообтекаемых лопаток 7, 8 в крайнем положении ее поворота (фиг. 5а, 5b). Выступ 25 на кронштейне 5 выполнен предпочтительно цилиндрическим на боковой стороне кронштейна, но может иметь и другую форму. Как правило, каждой паре водообтекаемых лопаток 7-7i, 8-8i соответствует выступ 25-25i.
Возможно выполнение ограничивающих выступов 25 с противоположных боковых сторон кронштейна 5 для каждой водообтекаемой лопасти 7 или 8, по меньшей мере по одному выступу 25 по разные стороны относительно оси 19 вращения водообтекаемых лопастей 7, 8. Выступы 25 могут быть выполнены заедино с кронштейном 5 или установлены на нем как отдельные детали.
На ограничивающий поворот лопатки 7, 8 выступ 25 может быть наложен резиновый материал для смягчения контакта лопатки 7, 8 с выступом 25. Также для этого может быть использован и другой материал, обеспечивающий демпфирование контакта. Сам выступ 25 на кронштейне 5 может быть выполнен целиком из материала, обеспечивающим демпфирование и/или смягчение контакта между лопаткой 7, 8 и ограничивающим выступом 25.
В частном случае ласт может быть изготовлен из материалов с положительной плавучестью.
Ласт работает следующим образом.
Пловец в процессе движения в воде совершает ногами махи 15 вверх и махи 16 вниз, показанные на фиг. 4, 5а, 5b, 7b.
i
Во время маха 15 при движении ласта вверх (фиг. 5а) под действием давления воды водообтекаемые лопатки 7, 8 поворачиваются на угол β Лопатки 7, 8 при повороте в крайнем положении упираются в ограничивающие выступы 25, расположенные на кронштейне 5. Затем происходит отталкивание лопаток 7, 8 от воды, передаваемое пловцу через кронштейн 5 и устройство 1 крепления к ступне. Далее при движении ласта вверх происходит увеличение давления воды на лопасть 2 ввиду того, что угол атаки водообтекаемой лопатки 7, 8 увеличился. Под действием увеличившегося давления воды кронштейн 5 преодолевает усилие пружины 30 и поворачивается в шарнире 27, посредством которого прикреплен к устройству 1 крепления к стопе. За счет поворачивания кронштейна 5 угол атаки водообтекаемой лопатки уменьшается, что приводит к уменьшению сопротивления лопасти 2 и увеличению толчковой силы. Далее, по мере выполнения маха ластом и увеличения давления воды на лопасть 2 кронштейн 5 поворачивается на еще больший угол относительно устройства 1 крепления к стопе, уменьшая таким образом угол атаки лопатки 7, 8. Это позволяет уменьшать сопротивление лопасти 2. Когда маховое движение ластом прекращается, то, под действием пружины 30 шарнира 27, лопасть 2 возвращается в исходное положение относительно устройства 1 крепления к стопе и обеспечивает дополнительный толчковый импульс пловцу.
i
Затем, во время маха 16 при движении ласта вниз (фиг. 5б), под действием давления воды водообтекаемые лопатки 7, 8 поворачиваются на угол γ. Лопатки 7, 8 при повороте в крайнем положении упираются в ограничивающие выступы 25, расположенные на кронштейне 5. Затем происходит отталкивание лопаток 7, 8 от воды, передаваемое пловцу через кронштейн 5 и устройство 1 крепления к ступне. Далее, при движении ласта вниз происходит увеличение давления воды на лопасть 2 ввиду того, что угол атаки водообтекаемой лопатки 7, 8 увеличился. Под действием увеличившегося давления воды кронштейн 5 поворачивается в шарнире 27, посредством которого прикреплен к устройству 1 крепления к стопе. За счет поворачивания кронштейна 5 угол атаки водообтекаемой лопатки 7, 8 уменьшается, что приводит к уменьшению сопротивления лопасти 2 и увеличению реактивной силы. Далее, по мере выполнения маха ластом и увеличения давления воды на лопасть 2 кронштейн 5 поворачивается на еще больший угол относительно устройства 1 крепления к стопе, уменьшая таким образом угол атаки лопатки 7, 8. Это позволяет уменьшить сопротивление лопасти 2. Когда маховое движение ластом прекращается, то, под действием пружины 30 шарнира 27, лопасть 2 возвращается в исходное положение относительно устройства 1 крепления к стопе и обеспечивает дополнительный толчковый импульс пловцу.
При другом варианте исполнения ласта кронштейн 5 выполнен упругодеформируемым.
i
В этом случае во время маха 15 при движении ласта вверх под действием давления воды водообтекаемые лопатки 7, 8 поворачиваются на угол β (аналогично фиг. 5а). Лопатки 7, 8 при повороте в крайнем положении упираются в ограничивающие выступы 25, расположенные на кронштейне 5. Затем происходит отталкивание лопаток 7, 8 от воды, передаваемое пловцу через кронштейн 5 и устройство 1 крепления к ступне. Далее, при махе ласта вверх происходит увеличение давления воды на лопасть 2 ввиду того, что угол атаки водообтекаемой лопатки 7, 8 увеличился. Под действием увеличившегося давления воды кронштейн 5 упруго деформируется и его продольная ось 9 изгибается относительно устройства 1 крепления к стопе. За счет изгиба кронштейна 5 угол атаки водообтекаемой лопатки уменьшается, что приводит к уменьшению сопротивления лопасти 2 и увеличению реактивной силы. Далее, по мере выполнения маха ластом и продолжающегося увеличения давления воды на лопасть 2, кронштейн 5 упруго изгибается на еще больший угол относительно устройства 1 крепления к стопе, уменьшая таким образом угол атаки лопатки 7, 8. Кроме того, кронштейн 5 преодолевает усилие пружины 30 и поворачивается в шарнире 27. Это позволяет уменьшить сопротивление лопасти 2 и увеличить толчковую силу. Когда маховое движение ластом прекращается, то кронштейн 5 упруго выпрямляется, и лопасть 2 под действием пружины 30 шарнира 27 возвращается в исходное положение относительно устройства 1 крепления к стопе, что в сумме обеспечивает дополнительный толчковый импульс пловцу.
Затем, во время маха 16 при движении ласта вниз, под действием давления воды водообтекаемые лопатки 7, 8 поворачиваются на угол  (аналогично фиг. 5b). Лопатки 7, 8 при повороте в крайнем положении упираются в ограничивающие выступы 25, расположенные на кронштейне 5. Затем происходит отталкивание лопаток 7, 8 от воды, передаваемое пловцу через кронштейн 5 и устройство 1 крепления к ступне. Далее, при махе ласта вниз происходит увеличение давления воды на лопасть 2 ввиду того, что угол атаки водообтекаемой лопатки увеличился. Под действием увеличившегося давления воды кронштейн 5 упруго деформируется и его продольная ось 9 изгибается относительно устройства 1 крепления к стопе. За счет изгиба кронштейна 5 угол атаки водообтекаемой лопатки 7, 8 уменьшается, что приводит к уменьшению сопротивления лопасти 2 и увеличению реактивной силы. Далее, по мере выполнения маха ластом и продолжающегося увеличения давления воды на лопасть 2, кронштейн 5 упруго изгибается на еще больший угол относительно устройства 1 крепления к стопе, уменьшая таким образом угол атаки лопатки 7, 8. Кроме того, кронштейн 5 преодолевает усилие пружины 30 и поворачивается в шарнире 27. Это позволяет уменьшить сопротивление лопасти 2 и увеличить реактивную силу. Когда маховое движение ластом прекращается, то кронштейн 5 упруго выпрямляется, и лопасть 2 под действием пружины 30 шарнира 27 возвращается в исходное положение относительно устройства 1 крепления к стопе, что в сумме обеспечивает дополнительный толчковый импульс пловцу.
Представленный ласт позволяет оптимизировать углы β и γ поворота для
каждой пары лопаток 7-7i, 8-8i. При этом меньшие величины углов β и γ поворота лопаток 7-7i, 8-8i обеспечивают больший толчковый импульс пловцу. А большие величины углов β и γ поворота лопаток 7-7i, 8-8i способствуют экономичному использованию мускульной силы пловца.
Изменение положения продольной оси 9 кронштейна 5 относительно продольной оси 10 устройства 1 крепления к ступне пловца во время маха ластом позволяет получить высокую эффективность использования мускульной силы пловца.
Следующим элементом, повышающим эффективность представленного ласта, является упругая деформация лопаток 7, 8 под воздействием на нее давления воды. Изгиб лопатки, увеличивающийся от оси 19 вращения к задней кромке 18, способствует снижению ее гидродинамического сопротивления.
Также существенного повышения эффективности лопаток можно достичь, выполнив перепускные сквозные отверстия 24 в водообтекаемых лопатках 7-7i, 8-8i (фиг. 6).
Изменение величины площади водообтекаемых лопаток 7, 8 позволяет регулировать толчковый импульс.
Применение только одного кронштейна 5, связанного с устройством 1 крепления к ступне пловца, обеспечивает существенное снижение гидродинамического сопротивления при махах ластом.
Поскольку пловец при перемещении в воде совершает ногами возвратно-поступательные движения, то масса ласта влияет на силу инерции, которую необходимо преодолевать при таком движении. Применение только одного кронштейна 5 позволяет снизить массу ласта, что также положительно влияет на эффективность использования мускульной силы пловца.
Также применение только одного кронштейна 5 приводит к легкому решению проблемы рассоединения его с носочно-стопной частью устройства 1 крепления к ступне (фиг. 9). Такое рассоединение позволяет уменьшить общий размер ласта и упростить его транспортировку к месту использования.
В отличие от других конструкций применение только одного кронштейна 5 способствует упрощению присоединения к нему и отсоединения от него водообтекаемых лопаток 7-7i, 8-8i. Благодаря этому еще более упрощается транспортировка ласта к месту его использования.
Легкость присоединения и отсоединения водообтекаемых лопаток 7-7i, 8-8i позволяет использовать несколько комплектов лопаток с различными характеристиками. При этом основная часть ласта (кронштейн 5 с устройством 1 крепления к ступне пловца) остается прежней. Комплекты водообтекаемых лопаток 7-7i, 8-8i оптимизируются: один для плавания с мощным толканием, другой для спокойного плавания при минимальной затрате энергии.
Также предлагаемый ласт предусматривает модульность конструкции. Это означает, что базовая конструкция ласта содержит, например, три пары водообтекаемых лопаток 7, 7а, 7b, 8, 8а, 8b и работает согласно принципам, изложенным выше. Предполагается, что при 3-х парах лопаток совершается спокойное плавание при минимальной затрате энергии. А для целей повышения мощности толкания устанавливается дополнительный модуль 11 с дополнительными водообтекаемыми лопатками 7i, 8i (фиг. 8).
Также легко можно заменить и возвратную пружину 30 или пружинное устройство на другие, имеющие отличающиеся характеристики. Это также позволяет получить ласт с мощным толканием или для спокойного плавания.
Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают представленное устройство, и что специалисты в данной области техники будут способны разработать множество альтернативных вариантов осуществления без отступления от объема приложенной формулы изобретения. Сам по себе тот факт, что определенные критерии перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что комбинация этих критериев не может быть использована для получения положительного эффекта.