КАЙТ С РУЧКАМИ УПРАВЛЕНИЯ И ИЗМЕНЯЕМОЙ КРИВИЗНОЙ КРЫЛА

Область применения
Полезная модель относится к парапланам. Более конкретно к кайтам с ручками управления и может быть использована при слабом и сильном ветре.
Уровень техники
Кайты представляют из себя подобие уменьшенного параплана (мягкое крыло) управляемого системой из двух или четырех полетных строп длинной от 10 до 50 метров. Чем длиннее стропы, тем больше тяга крыла, но сложнее управление и увеличивается риск спутывания строп.
Кайт состоит из: купола (крыла), купольных строп, силовых строп, строп управления, средств управления (ручки, планка) и системы отцепки.
Каркасный (баллонный) кайт. Крыло изготовлено из одного слоя ткани. Для придания крылу аэродинамической формы и возможности поднятия кайта с воды к крылу пришиты надувные баллоны: один центральный по передней (ведущей) кромке и несколько под углом к нему до задней кромки. На традиционных кайтах такой конструкции нет купольных строп и стропы управления крепятся непосредственно к концам крыла. На bow-кайтах есть А-ряд купольных строп, что позволяет более эффективно использовать площадь кайта.
Парафойл - это маленький параплан. Крыло состоит из двух слоев ткани, задающих продольную форму кайта и внутренних нервюр, формирующих поперечную форму крыла. Нервюры могут быть прямые и косые (на более дорогих кайтах). Косые нервюры позволяют уменьшить количество купольных строп и соответственно сопротивление кайта в полете. Для наполнения крыла воздухом на передней кромке кайта имеются воздухозаборники - специальные проемы, которые могут быть открытыми, прикрытыми сеткой или снабжены клапанами. Для наилучшего распределения воздуха внутри крыла в нервюрах сделаны отверстия. К нервюрам же крепятся петли, за которые привязываются купольные стропы. Обычно купольные стропы расположены рядами, начиная от передней кромки, считаются А,
В, С и Д ряды. Как правило к А, В и С рядам крепятся силовые стропы, а к Д ряду - управляющие стропы На краях купола (ушах) на некоторых кайтах имеются специальные дренажные клапаны для удаления посторонних предметов (воды, мусора, песка, снега и т.д.).
Купольные стропы, как правило, настраиваются производителем и во многом задают форму крыла. Некоторые производители допускают вмешательство в подкупольные регулировки с целью изменения угла атаки, крутки ушей и пр. Силовые стропы и Стропы управления крепятся одним концом к купольным стропам, а другим концом к средствам управления (ручки, планка). Как правило, силовые стропы и стропы управления изготавливаются из полиэтилена. В зависимости от назначения толщина строп варьируется: используются стропы прочностью от 80 до 300 кг на разрыв. Длина строп варьируется от 40 до 20 метров (чем меньше площадь кайта, тем короче стропы управления). На концах стропы сделаны петли, при помощи которых стропа управления соединяется с купольными стропами и средствами управления. Эти соединения происходят посредством затягивания петли-удавки строп управления на узелках, которыми заканчиваются купольные стропы и поводки средств управления.
К средствам управления относятся ручки или планка.
Ручками снабжаются чаще всего гоночные кайты, либо кайты для начального обучения, кайты для начинающих. К ручкам изогнутой формы крепятся поводки из шнура толщиной 5-6 мм. К верхним поводкам крепятся силовые стропы. К нижним - управляющие стропы, которые крепятся к задней кромке кайта. Верхние концы ручек соединены специальным веревочным концом, который используется для подсоединения к ролику трапеции. Планкой управления чаще всего снабжаются фрирайдные кайты, так как устройство планки позволяет использовать несколько систем управления тягой кайта. Силовые стропы, соединенные выше планки идут к ее середине и, пройдя через отверстие в планке, крепятся к системе chicken-loop. Эта система позволяет прикреплять планку к крюку трапеции и предотвращать непроизвольное отсоединение кайта от пилота. Кроме того, между системой chicken-loop и силовыми стропами имеется система быстрого отцепа, позволяющая очень быстро отсоединить кайт от пилота в случае возникновения опасной ситуации. Выше планки на силовых стропах имеется система регулировки угла атаки кайта - триммер. Суть этой регулировки в изменении угла атаки крыла к набегающему воздушному потоку. При
отпускании триммера тяга кайта увеличивается, но ухудшаются летные качества кайта. При затягивании триммера тяга кайта падает, но он значительно лучше летит. При помощи триммера можно регулировать тягу кайта прямо на ходу. Кроме этой регулировки имеется еще одна, которая может моментально изменить тягу кайта. Эта система «планка к себе и от себя» действует аналогично триммеру, но более оперативна. Эта система хороша при отработке порывов ветра и при прыжках. Планки имеют разную длину: чем меньше площадь кайта, тем короче планка.
Кайты с ручками имеют малый ветровой диапазон, поскольку не имеют возможности уменьшать угол атаки крыла и его тягу при усилении ветра. Для каждой силы ветра используется кайт подходящей площади.
Кайты же с планками имеют широкий ветровой диапазон, т.к. в них имеется возможность уменьшать угол атаки крыла при усилении ветра, но при этом они не имеют возможности увеличить кривизну профиля крыла до оптимальной величины при слабом ветре.
К системам безопасности относится и лиш, который одним концом крепится к стопам управления, а другим - к снаряжению пилота. В случае активизации системы безопасности на chicken-loop, кайт остается прикрепленным к пилоту только посредством лиша. Но если ситуация совсем плоха, то пилот может отцепить от себя и лиш. Из уровня техники известно решение [1]. Устройство представляет собой баллонный кайт с планкой. Длины строп меняются при перемещении планки. Управление производится изменением угла установки профиля. Данное решение позволяет менять угол атаки для изменения тяги. Недостатком является малая тяга кайта при слабом ветре из-за малой кривизны профиля.
Из уровня техники известно решение [2]. Устройство представляет собой баллонный кайт с планкой. Длины строп меняются при перемещении планки. Управление производится изменением угла установки профиля. Данное решение позволяет менять угол атаки для изменения тяги. Недостатком является малая тяга кайта при слабом ветре из-за малой кривизны профиля.
Наиболее близким аналогом является кайт IMP Quattro фирмы Ozone [3]. Представляет собой кайт с ручками. Длины строп купола фиксированы и соединены с силовыми стропами, которые соединены с ручками. Управление производится отклонением задней кромки
профиля управляющими стропами и наклоном крыла вокруг продольной оси перемещением одной ручки в направлении к крылу, а другой в направлении от крыла.
Кайт содержит силовой шкот, который передает тяговое усилие на подвесную систему спортсмена через роликовый блок, находящийся между ручками. Система управления имеет три степени свободы: поворот правой ручки, поворот левой ручки и перемещение одной ручки в направлении к крылу, а другой в направлении от крыла. При перемещении левой ручки в направлении к крылу, а правой в направлении от крыла центральная часть крыла поворачивается вокруг продольной оси и боковая составляющая подъемной силы крыла заставляет кайт поворачивать в сторону правой ручки. При повороте правой ручки отклоняется задняя кромка правого полукрыла. При этом на правом полукрыле значительно возрастает подъемная сила и сила сопротивления. Боковая составляющая подъемной силы и сила сопротивления правого крыла заставляют кайт поворачивать в сторону правой ручки. При повороте правой ручки и одновременном перемещении ее в направлении от крыла управляющие воздействия суммируются и кайт энергично поворачивает в сторону правой ручки. При повороте обеих ручек отклоняется вся задняя кромка кайта. Тяга кайта может быть увеличена до максимума, но при этом заметно падает аэродинамическое качество (увеличивается сила сопротивления).
При разных курсах к ветру и разной силе ветра требования к характеристикам кайта тоже разные.
При движении в лавировку (против ветра) курсом бейдевинд (курсовой угол 45 градусов от направления ветра) нужно максимально возможное аэродинамическое качество и наличие достаточной тяги (избыток тяги так же вреден, как и недостаток). На этом курсе задняя кромка кайта должна быть отпущена для увеличения аэродинамического качества, подруливание осуществляется перемещением ручек к крылу, от крыла.
При движении курсом бакштаг (по ветру) (курсовой угол ~135 градусов от направления ветра) нужна максимальна возможная тяга, аэродинамическое качество не так важно. На этом курсе задняя кромка кайта должна быть затянута для увеличения тяги. Тяга кайта возрастает, если гонять его вправо - влево по синусоиде (пампинг). При пампинге возрастает вымпельный ветер кайта и соответственно тяга.
Ручки позволяют совершать такому кайту множество других маневров, необходимых в гонке.
Три степени свободы в управлении кайтом позволяют спортсмену эффективно адаптировать кайт к меняющимся условиям. Эти преимущества позволили кайтам с ручками долгое время господствовать в гонках, несмотря на существенный недостаток - узкий ветровой диапазон. Таким образом, прототип обеспечивает большую тягу при слабом ветре за счет отклонения задней кромки и управления наклоном крыла. Недостатком является малый ветровой диапазон (нельзя уменьшить тягу при сильном ветре), поскольку не меняется угол установки профиля (длины строп фиксированы).
Технический результат: обеспечивается режим работы, сочетающий в себе преимущества известных прототипов: большую тягу при слабом ветре и большой ветровой диапазон (возможность работы как при слабом, так и при сильном ветре).
Осуществление полезной модели
Заявленный технический результат достигается за счет того (см. Фиг.1, где показано конструктивное устройство кайта), что кайт с ручками в качестве средства управления, содержащий купол (крыло) (13), купольные стропы (12), стропы управления (3), соединенные с купольными стропами (12) и ручками (11), содержащий силовые стропы, присоединенные к ручкам (11) и купольным стропам (12), отличающийся тем, что содержит дополнительную силовую стропу на каждой ручке управления (11), которая вместе с другими силовыми стропами и стропами управления (3) соединены от каждой ручки управления (11) не менее чем через два ролика (4, 8) друг с другом и с купольными стропами (12), причем дополнительная силовая стропа через ролик (4) связана посредством дополнительных строп (5) со всеми купольными стропами (12), кроме строп (14), ведущих к кромке крыла. Схема работы кайта в разных положениях кривизны крыла показана на Фиг.2. Переключение между режимами (слабый ветер/сильный ветер) осуществляется с помощью силовых строп (1) и (2). При переключении в режим малой тяги при сильном ветре (малая кривизна профиля) стропа (2) выбирается (перемещается в сторону спортсмена) на определенное фиксированное значение (до упора), а стропа (1) одновременно выдается (перемещается от спортсмена). Переключение дискретное, двухуровневое. Промежуточных положений нет. В режиме сильной тяги при слабом ветре (большая кривизна профиля) ролики (4) и стропы (5) нагружены, ролики (6) разгружены (волнистые стропы на чертеже имеют слабину). Длины
купольных строп (12) фиксированы стропами (5), управление производится отклонением задней кромки стропой управления (3) за счет слабины стропы (7). В режиме сильной тяги при слабом ветре (Фиг.2(б)) силовая схема кайта полностью аналогична силовой схеме классического кайта с ручками (прототип [3]).
Относительное перемещение силовых строп (1, 2) осуществляется посредством перемещения строп в кольцах (9,10) и роликах (4, 8). Относительное положение силовых строп (1,2) фиксируется силой трения в кольцах (9,10) или с помощью дополнительных приспособлений.
В режиме малой тяги при сильном ветре (Фиг.2(в, г)) ролики (4) не нагружены, стропы (5) имеют слабину, ролики (6) нагружены. Длины строп (12) определяются положением роликов (6), управление производится изменением угла атаки профиля управляющей стропой (3) и роликами (6). В режиме малой тяги при сильном ветре силовая схема кайта (Фиг.2(в, г)) полностью аналогична силовой схеме классического кайта с планкой (прототип [1, 2]). От прототипа [3] заявленное решение отличается наличием «арретира»: ролики (4), (8), стропы (5) и дополнительной силовой стропы для управления «арретиром» (арретир -устройство для закрепления чувствительного элемента различных приборов в нерабочем положении) (а также наличием блоков 6 и соответствующих строп). В прототипе [3] есть только одна силовая стропа, в заявленном решении: стропы (1), (2). От прототипов [1, 2] отличается наличием «арретира»: ролики (4), (8), стропы (5) и дополнительной силовой стропы для управления «арретиром».
В результате, при выбирании стропы (2) и выдаче стропы (1) уменьшается кривизна профиля (см. Фиг.2(в, г)), что позволяет уменьшить тягу и повысить устойчивость при сильном ветре. При выдаче стропы (2) и выбирании стропы (1) увеличивается кривизна профиля купола (крыла) (13) для целей увеличения тяги при нормальном (Фиг.2 (а)) и слабом ветре (Фиг.2(б)). Дополнительная степень свободы в системе управления кайтом позволяет пользователю расширить его ветровой диапазон.
На Фиг.2 показаны примеры изменений кривизны и угла атаки профиля крыла при разной силе ветра, где а и б - оптимальные положения профиля крыла кайта при нормальном и слабом ветре, соответственно; в и г-оптимальные положения профиля крыла кайта при сильном и штормовом ветре, соответственно. На Фиг.2 видна большая степень свободы в управлении кривизной и углом атаки профиля крыла в сравнении с прототипами, которые
либо ограничены положениями (а, б), либо положениями (в, г). Таким образом, степень свободы в системе управления кайтом заявленного устройства несравнимо выше, в сравнении с прототипами.
В решениях [1, 2] в кайтах с планками кривизна профиля крыла может меняться только совместно с изменением угла атаки по фиксированному закону. Этот закон и кривизна профиля обычно оптимизируются для сильного ветра, поэтому в слабый ветер эти кайты малоэффективны. В заявляемом решении за счет введения роликов и дополнительной силовой стропы, осуществляется переключение в режим слабого ветра. В этом режиме устанавливаются и фиксируются оптимальные для слабого ветра настройки купольных строп 12 (оптимальная кривизна и угол атаки профиля). Кроме того «арретир» воспринимает нагрузку с купольных строп и частично разгружает стропы управления. Также появляется возможность эффективно отклонять заднюю кромку (закрылок) для увеличения тяги
Источники информации:
1. Патент FR 2887223
2. Патент FR 2873093
3. http://www.flyozone.com/landkites/en/products/fix-bridle-line-kites/imp-quattro/