УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА В ВОДЕ

Предлагаемое устройство относится к технике передвижения человека в воде основанной на использовании свойств ортогонального клапана и мускульной энергии человека и предназначено для расширения этих возможностей. Может быть использовано для передвижений по вязкой или сыпучей среде. Клапан ортогональный можно определить как устройство, содержащее две шарнирно связанные части - «поворотную», представленную пластиной (лопастью) способной совершать ограниченный ортогональный (90***) поворот относительно «другой» части. Если эта «другая» часть неподвижна, например, представлена трубопроводом или его секцией, то ортогональным клапаном можно считать обратный клапан перекрывающий трубопровод при ортогональном повороте пластины, вызванным обратным потоком. Прямой поток переводит клапан в «открытое» состояние, обратный - в «закрытое». «Другая» часть -«приводная» (привод), может быть представлена подвижным относительно воды приспособлением, осуществляющим прямые и обратные передвижения, согласованные с поворотами пластин. Тогда получим ортогональный клапан, работающий на передвижение человека. Прямые и обратные передвижения привода выполняются, в основном, с помощью ног или рук человека. Имеем, соответственно, ножной, ручной, и комбинированный варианты передвижения привода и человека в воде.
Пример использования ножного откидного ортогонального клапана для передвижения человека по воде на лыжах-поплавках представлен в журнале «Моделист -Конструктор» (М.-К.) №4 1989 с.6, 7, 8. Этот ножной вариант аналога можно взять в качестве прототипа и для ручного ортогонального клапана. Он содержит две шарнирно связанные части (1,5). Здесь поворотная часть (5) представлена шестью последовательно расположенными снизу на каждой из лыж откидными лопастями - плицами. Шарнирная связь представлена осями лопастей и хомутами-опорами. Ортогональный поворот обеспечивается установкой специального упор - ограничителя (6) на угол 80 90.*** В качестве привода используются лыжи - поплавки и ноги человека.
Основная часть рассматриваемых ниже ортогональных клапанов прямые и обратные передвижения осуществляют с помощью рук и реек. При этом под «рейкой» можно условиться понимать деревянные, пластиковые или металлические профили выбранной длины и сечения включая шесты, черенки, стержни, трубки. Клапана характеризуются направленными свойствами и к ним применимы такие понятия, как последовательное, параллельное, смешанное и встречное расположение. Можно говорить о перспективе стандартизации, позволяющей свести конструирование ортогонального устройства к выбору типоразмера клапана, их числа и схемы расположения.
Опорное ортогональное устройство.
При передвижении человека в воде, например, на обычной лодке, байдарке, каноэ, или плоту используются приспособления позволяющие ему отталкиваться от воды. Это - обычное весло, весло для байдарки, каноэ, простейшее опорное приспособление - рейка с закрепленной на торце пластиной. Все они являются аналогами рассматриваемого ручного опорного ортогонального устройства. Каждый - со своими достоинствами и недостатками. К аналогам можно отнести «поплавковые» или «парашютные» лыжные палки (М.-К.) №4 1989 с.6, 7, 8. Использование для отталкивания опорных ортогональных устройств расширяет ассортимент таких приспособлений, а сами передвижения могут стать более удобными. Это связано, например, с тем, что рабочие и холостые передвижения привода таких устройств - простые (прямые и обратные). При этом во время рабочего хода имеется возможность эффективно отталкиваться, а во время холостого хода - передвигаться с минимальными потерями.
В простейшем случае опорное ортогональное устройство представляет собой рейку с расположенным (закрепленным) на конце ортогональным клапаном. Другой конец рейки используется в качестве привода - для осуществления руками прямых и обратных, передвижений поворотной части и преобразования их в соответствующие повороты пластин. Один из множества таких вариантов представлен на фиг.1.
Он показан в двух крайних положениях рабочей пластины а)-в закрытом, б) - в открытом. Здесь 1 рейка, 2 петля. Неподвижная планка петли крепится к двум накладкам 3 скрепленным болтом 4. Подвижная планка крепится к несущей «скребковой» пластине 5 с помощью накладки 6. Пластина 7 - дополнительная, сменная, крепится с помощью накладки 8. Две реечных накладки 9 крепятся к несущей пластине 5, повышают ее жесткость и используются для ее фиксации в открытом положении с помощью эксцентриковых фиксаторов 10, 11 - шарнир. Крепление накладок 3 болтом 4 позволяет осуществлять «разовый» поворот клапана относительно рейки. Рабочий ход выполняется в закрытом (1 рейке) положении пластины, а холостой ход - в открытом (параллельном рейке). В качестве ортогонального ограничителя закрытого состояния используется торец и концевые накладки рейки. В открытом состоянии пластина клапана может быть зафиксирована. Это вариант «отталкивающего» опорного ортогонального устройства с одним клапаном. Может использоваться- в качестве приспособления для отталкивания от воды при передвижении человека, например, на лодке или плоту, или в качестве ортогональных лыжных палок для передвижений на лыжах - поплавках, т.е. может расширить ассортимент палок представленный в (М.-К.) №4 1989 с.6, 7, 8 «поплавковыми» и «парашютными» лыжными палками.
Наряду с «отталкивающим» легко (путем соответствующего подбора и крепления ортогональных ограничителей) получить «притягивающий» вариант опорного ортогонального устройства, который также можно использовать для передвижений в воде человека, например, используя его в качестве плавающего однолопастного весла.
Перспективным представляется использование опорного ортогонального устройства для разного рода передвижений и перемещений в сыпучей среде. Так в комплекте с дополнительной пластиной представленный на фиг.1 отталкивающий вариант может быть доработан, например, под лопату, под грабли. Может использоваться также - в качестве выравнивающего, скребкового или отталкивающего приспособления на песчаных земельных участках. А «притягивающий» вариант может быть использован, например, для взятия на глубине проб зерна на зернохранилищах.
На фиг.2 представлены варианты опорного устройства, использующие по несколько последовательно или/и параллельно расположенных на рейке клапанов Здесь 1 рейка, 2 петля, 5 пластина, 10 фиксатор пластины в открытом состоянии, 12 ограничитель, 13 штырь, 14 синхронизатор, 15 прокладка. Там же приведены и соответствующие им схемы расположения. Использование символа схемного обозначения диода для схемного обозначения клапана связано с тем, что в идеальном случае оба имеют только два состояния - открытое и закрытое. «Диодный вектор» на схеме не связан с ориентацией диода в пространстве. Но он, как и «клапанный вектор» показывает направление пропускания - открытое состояние. «Клапанный вектор» схемы должен отражать еще и пространственную ориентацию пластины клапана относительно рейки. Параллельное расположение одинаковых клапанов кратно увеличивают эффективную опорную поверхность их пластин, также кратно уменьшается время на смену открытых и закрытых состояний. Можно подобрать интервал между последовательно расположенными на рейке клапанами, при котором эти свойства сохраняются и здесь.
На фиг.2 а) показаны две симметрично расположенные относительно оси Х сборки (верхняя и нижняя или правая и левая) с последовательным расположением на каждой из реек трех одинаково ориентированных клапанов. Сборки можно объединить и получить одну спаренную 3-х лопастную. Если каждая из сборок имеет не по три, а по одному одинаково расположенному клапану, то их объединение образует спаренный однолопастной вариант устройства с двумя параллельными клапанами. При этом возможны, как «отталкивающие», так и «притягивающие» варианты.
Если у двухлопастной сборки клапана симметрично размещены по концам рейки и если при этом в качестве рабочих используются открытые состояния, то сборка может использоваться в качестве ортогонального «весла для байдарки» (фиг.2 е) или «инерционного элемента» и применяться, например, для стабилизации состояния той же байдарки. Для этого надо закрепить-L движению по веслу в носовой и кормовой ее части. Рабочее положение таких весел - горизонтальное, на поверхности воды.
Если у двухлопастной сборки клапана ориентированы одинаково и последовательно, и размещены на концевых участках рейки, и, если там же размещены поплавки, то очевидна возможность использования такой сборки в качестве горизонтального «плавающего» опорного приспособления (весла). Рабочее положение такого весла - горизонтальное, на поверхности воды, (в плоскости ХОУ) ориентированное (пластины -внизу, концевые поплавки - вверху), а средина рейки приспособлена для управления рукой. Такое весло может быть и многолопастным.
На фиг.2 б) показан вид сверху на трехлопастное весло. Оно здесь дополнено дверной ручкой или штырем 13 для управления рукой. На фиг.2 в) весло показано в исходном, подготовленном к транспортировке состоянии, с закрепленными фиксаторами 10 пластинами. Если пару трех или двухлопастных весел представить в качестве «подлокотников», то можно получить приспособление для удержания верхней части туловища человека на поверхности воды, например, в виде приспособления для обучения плаванию или спасательного устройства. От других аналогичных устройств оно выгодно отличается тем, что позволяет стоя плыть за счет совершаемых руками прямых и обратных передвижений последовательно размещенных на рейке одинаково ориентированных клапанов. А если дополнить «подлокотники» ортогональными ластами, то передвижение человека в воде может стать и более скоростным.
Инерционное устройство.
Если по концам рейки симметрично закрепить по одному - двум клапанам, то можно получить ортогональное устройство, которое может использоваться для стабилизации состояния, связанного с ним плавательного устройства. На фиг.2 г), д), е) показаны варианты инерционных устройств, и соответствующие им схемы встречного расположения. На фиг.2 г) показан вариант схемного расположения 4-х (попарно сходящихся) клапанов на рейке, на фиг.2 д) - 2-х расходящихся. Эти сборки нельзя использовать в качестве весел -клапана по разному ориентированы, но можно - в качестве, например, килевых, рулевых стабилизаторов состояния.
Видно, что вращательному моменту возникшему, например, в вертикальной, 1 движению плоскости (бортовая качка), будет попеременно препятствовать (в зависимости от знака момента) то одна, то другая половина используемых для стабилизации пластин. На фиг.2 г) показана схема варианта, в котором встречно расположены два «сходящихся» клапана, каждый из которых состоит из двух последовательно расположенных. Встречному расположению двух «сходящихся» клапанов пространственно соответствуют «сложенные», «сходящиеся» в открытом состоянии пластины.
На фиг.2 д) показан вариант, в котором встречно расположены два «расходящихся» клапана. Пространственно ему соответствуют «расходящиеся», «раскрытые» в открытом состоянии пластины клапанов (это весло для байдарки), которые, в отличие от «сходящихся», могут препятствовать повороту и после перехода в открытое состояние. Инерционный элемент можно сделать съемным и разместить его, например, в носовой и в кормовой части приспособленной для его крепления байдарки. Рабочее положение элемента- горизонтальное, на поверхности воды. А стабилизация состояния связана с увеличением затухания в образующемся колебательном процессе.
Весло ортогональное.
Ортогональное весло можно рассматривать и как результат «ортогонализации» обычного весла, весла для каноэ, весла для байдарки, заключающейся в выделении плоской «лопастной» и протяженной «реечной» части. «Лопастная» часть позволит определить количество, например, стандартных клапанов, а реечная,- длину весла. Далее вводится шарнирная связь между этими частями, например, посредством петель, и вводятся ортогональные ограничители поворота. Ортогональный вариант весла для каноэ и соответствующая ему схема расположения клапана на рейке показаны на фиг.2 ж. Ортогональный вариант весла для байдарки и соответствующая ему схема расположения двух расходящихся клапанов показаны на фиг.2 д), е).
Представляет интерес и вариант многолопастного весла выполненного на основе опорного устройства с последовательно размещенными вдоль рейки одинаково ориентированными клапанами. Трехлопастной вариант весел, выполненный на такой основе показан на фиг.2 а), б), в). Пара таких сборок могут заменить весла, используемые для передвижений на обычной весельной лодке и, таким образом, перейти от обычных движений весел к более удобным прямым и обратным передвижениям сборок. Сборки можно использовать либо непосредственно в качестве левого и правого весла, либо «привязав» их к соответствующим бортам с помощью направляющих. Таким образом, прямые и обратные передвижения сборок обеспечат выбранное направление движения лодки. Сборки можно объединить и получить спаренный вариант, который также может быть использован и для подводных передвижений.
Все конструкции осуществимы. Пробный образец варианта представленного на фиг.1 изготовлен. Возможность отработки элементов конструкции имеется.