Диск фрисби

Настоящая полезная модель относится к спортивному инвентарю и касается, в частности, конструкции так называемых летающих дисков - дисков фрисби.
Летающий диск - общее название спортивного снаряда, представляющего собой пластиковый диск с загнутыми краями диаметром 20-25 см. Диск сделан таким образом, чтобы при его полете создавалась подъемная сила, что позволяет бросать диски на значительные расстояния и с большой точностью. Большинство русскоязычных людей назовут подобный диск «летающей тарелочкой». Следующим по популярности вариантом будет «фрисби». Люди же, которые занимаются различными видами спорта, в которых используется летающий диск, называют его просто «диск» или «тарелка». «Фрисби» формально является не общим названием летающих дисков, а товарным знаком игрушечного подразделения корпорации Wham-O- компании Mattel. Подобно ситуации с наименованием любых копиров ксероксами, слово «фрисби» используют и для обозначения летающих дисков вообще.
Чтобы справиться с 4-мя физическими силами (тяги, тяжести, подъемной и сопротивления воздуха) диск должен держаться за счет вращения вокруг собственного центра. Для полета ему необходимо иметь выпуклую и вогнутую поверхности. Над выпуклой обтекающий поток воздуха будет ускоряться, под вогнутой - замедляться. Более высокая скорость создаст более низкое давление и родится подъемная сила. Как правило, выпуклая поверхность по толщине выполняется тонкой, а загнутая кромка - толстой. Так как основная масса сосредоточится по краям, то полет и вращение будут устойчивее, чем у плоского изделия. Тарелка «с бортиками» больше сопротивляется воздуху, но зато и воздействия распределяются равномерно. Например, благодаря задней кромке увеличивается подъемная сила сзади и диск не опрокидывается.
Так, известен диск фрисби, содержащий пластиковый корпус, представляющий собой круглую в плане тонколистовую конструкцию, лицевая часть которой выполнена выпуклой и представляет собой фрагмент сферической поверхности, по краям которой выполнена кромка, загнутая в направлении, противоположном выпуклости, а на внутренней поверхности конструкции по ее центру выполнено гнездо с боковой стенкой, закрываемое крышкой и внутри которого расположен один светодиод, источник питания и кнопка включения/выключения узла освещения корпуса, в состав которого входит набор оптических волокон, при этом на внутренней поверхности конструкции сформированы радиально отходящие от боковой стенки гнезда через проемы в ней и доходящие до кромки корпуса ребра с продольной по длине каждого ребра канавкой, внутри которой в каждом ребре закреплено оптическое волокно, обращенное с одного торца к светящейся части светодиода, закрепленного в центре диска в гнезде (US 2005090177, А63Н 33/18, А63Н 33/22, опубл. 28.04.2005).
Это решение принято в качестве прототипа для заявленного объекта.
Недостаток этого решения заключается в недостаточной эксплуатационной и длительной надежности диска, заключающейся в недостаточно конструктивной прочности, приводящей к разрушению конструкции. Это объясняется тем, что диск фрисби используется в качестве игрового снаряда, который бросают по правилам игры или в раках развлечения. При таких играх диск подвергается ударным нагрузкам (в случае падения или удара о стену, если игра проводится вы закрытом помещении). В связи с этим корпус современных дисков фрисби изготавливается из полипропилена, обладающего высокими упругодеформационным сопротивлением динамическим нагрузкам. Но выполнение корпуса из современного материала не дает высокой надежности по прочности конструкции в целом. Например, в известном решении оптические волокна плотно уложены в открытые канавки в ребрах и удерживаются в них за счет трения материала. При ударе происходит колебательный процесс, который выдавливает эти волокна из канавок из-за того, что материал корпуса и соответственно ребер отличается по структуре и упругим свойствам от материала оболочки оптического волокна.
Слабая эксплуатационная надежность диска так же определена тем, что ребра не выполнены заодно с корпусом, а закреплены традиционным способом на корпусе. Само гнездо для электронных компонентов так же выполнено в виде отдельной детали и закреплено в центре диска. Таким образом в местах прикрепления образуется структура материала, которая отличается от структуры материала соединяемых деталей. Прочность любого диска определена тем, что он способен принимать пиковую внешнюю нагрузку в отдельном локальном месте. В момент нагружения в структуре материала возникает колебательный процесс, распространяющийся в направлении от точки приложения пиковой локальной нагрузки. За счет межмолекулярных связей происходит распространение этого процесса по структуре и гашение частоты и амплитуды колебаний по мере их удаления от точки приложения нагрузки. За счет этого происходит внутреннее гашение энергии удара в пределах упругих связей молекул материала.
Если на пути распространении колебательной волны возникает отличная структура с иным расположением молекул и связей между ними, то происходит удар волны об эту структуру без гашения энергии. Места приклейки или приварки гнезда и ребер являются такими структурами. То есть энергия удара переносится на другие детали. Это и приводит к разрушению конструкции.
Кроме того, в известном решении оптические волокна используются для распространения светового излучения от светодиода по всей поверхности корпуса. Это статическое освещение диска используется для видимого контроля за летящим диском и местом его падения и не несет иной функциональной нагрузки. При ударах волокна выпадают из ребер, что приводит к прекращению функционирования режима подсветки.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении конструктивной прочности диска для увеличения времени эксплуатационной долговечности как корпуса, так и электронной части, отвечающей за подсветку корпуса.
Указанный технический результат достигается тем, что в диске фрисби, содержащем корпус из полимерного материала, представляющий собой круглую в плане тонколистовую конструкцию, лицевая поверхность которой выполнена выпуклой и представляет собой фрагмент сферической поверхности, а по краям которой выполнена кромка, загнутая в направлении, противоположном выпуклости лицевой части, на внутренней поверхности конструкции по ее центру выполнено гнездо с боковой стенкой с отверстиями, закрываемое крышкой и внутри которого расположен источник питания и кнопка включения/выключения узла освещения корпуса, при этом на тыльной поверхности конструкции сформированы радиально отходящие от боковой стенки гнезда и доходящие до кромки корпуса ребра для размещения оптических элементов узла освещения корпуса, ребра выполнены полыми с расположением их полостей напротив отверстий в боковой стенке гнезда, каждый оптический элемент узла освещения корпуса выполнен в виде светодиодной ленты, пропущенной через соответствующее отверстие в боковой стенке гнезда для размещения в полости ребра и подключенной к размещенной в гнезде плате с электронными компонентами управления свечением светодиодов, а корпус, ребра и гнездо с боковой стенкой выполнены в виде одной детали методом 3D-печати.
При этом электронные компоненты управления свечением светодиодов включают в себя микропроцессор, осевой датчик движения и блок Bluetooth.
На лицевой стороне корпуса в центре выполнено гнездо USB-разъем, а кнопка включения/выключения узла освещения корпуса выведена на тыльную сторону корпуса.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - общий вид диска фрисби с лицевой стороны;
фиг. 2 - общий вид диска фрисби с тыльной стороны, вид на ребра;
фиг. 3 - разрез по гнезду;
фиг. 4 - вид на расположение светодиодных лент в ребрах, корпус показан с лицевой стороны и прозрачным;
фиг. 5 - показано размещение платы в гнезде и светодиодной ленты по отношению к гнезду;
фиг. 6 - вид на плату с одной ее стороны;
фиг. 7 - вид на плату с другой ее стороны.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается новая конструкция диска фрисби, используемого в качестве спортивного снаряда, способного лететь на большие расстояния без переворачивания. Особенностью заявленного диска является его повышенная конструктивная прочность, определяющая его эксплуатационную долговечность без потери функции демонстрации светящихся рисунков на поверхности корпуса.
В общем случае, диск фрисби содержит корпус из полимерного материала, представляющий собой круглую в плане тонколистовую конструкцию, лицевая поверхность которой выполнена выпуклой и представляет собой фрагмент сферической поверхности, а по краям которой выполнена кромка, загнутая в направлении, противоположном выпуклости лицевой части.
На внутренней поверхности конструкции по ее центру выполнено гнездо с боковой стенкой с отверстиями, закрываемое крышкой и внутри которого расположен источник питания, кнопка включения/выключения узла освещения корпуса и электронные компоненты управления свечением светодиодов, которые включают в себя процессор, осевой датчик движения и блок Bluetooth.
На тыльной поверхности конструкции сформированы радиально отходящие от боковой стенки гнезда и доходящие до кромки корпуса ребра для размещения в каждом светодиодной ленты, пропущенной через соответствующее отверстие в боковой стенке гнезда для размещения в полости ребра и подключенной к размещенной в гнезде плате с электронными компонентами управления свечением светодиодов. Для этого ребра выполнены полыми с расположением их полостей напротив отверстий в боковой стенке гнезда.
Особенностью является то, что корпус, ребра и гнездо с боковой стенкой выполнены в виде одной детали методом 3D-печати. Как вариант исполнения корпус может быть выполнен из уникального полимера нового поколения - полипропилена, который очень устойчив к различным механическим воздействиям, не боится воды и высоких температур. При этом этот материал обладает упругодеформированностью структуры и способностью восстанавливать форму.
Ниже приводится пример конкретного исполнения диска фрисби (фиг. 1-7).
Базовым элементом диска фрисби, определяющим его эксплуатационные качества, является полимерный корпус 1 (фиг. 1-3).
Корпус 1 из полимерного материала представляет собой круглую в плане тонколистовую конструкцию, лицевая поверхность 2 (лицевая сторона) которой выполнена выпуклой и представляет собой фрагмент сферической поверхности. По краям конструкции выполнена кромка 3, загнутая в направлении, противоположном выпуклости лицевой части.
На внутренней поверхности конструкции (на тыльной стороне) по ее центру выполнено гнездо с боковой стенкой 4 с отверстиями в ней. Гнездо закрывается отдельной крышкой 5.
На тыльной поверхности конструкции сформированы радиально отходящие от боковой стенки 4 гнезда и доходящие до кромки 3 корпуса ребра 6 для размещения оптических элементов узла освещения корпуса. Эти ребра 6 выполнены полыми с расположением их полостей напротив отверстий в боковой стенке 4 гнезда. Корпус, ребра и гнездо с боковой стенкой выполнены в виде одной детали методом 3D-печати. При использовании этого метода изготовления корпуса в материале всех его составляющих элементов формируется однородная структура без концентраторов напряжения, как в теле корпуса, так и в местах перехода одной поверхности в другую. То есть создаются условия работы корпуса исключительно в режиме упругой деформации.
При ударе о препятствие (например, дерево или стена) на корпусе в месте ударного контакта формируется смятие, приводящее к образованию колебательной волны внутри структуры материала корпуса. При однородной структуре материала волна проходит в направлении удара и оказывает давление на молекулы, которые увеличивают собственную частоту и амплитуду колебания в диапазоне упругих связей с другими молекулами. Это увеличение приводит к потере энергии удара и рассеиванию этой энергии, которая выражается в потере частоты и амплитуды колебательного процесса от удара. Дойдя до противоположного края, волна возвращается с меньшей энергией и полностью ее теряет в точке нанесения ударного воздействия. Этот процесс проходит в диапазоне упругой характеристики материала корпуса. Такие деформации для однородной структуры полимерного материала являются естественными и выражаются в тысячных циклах до момента старения материала и потери им упругих свойств. Для срока жизни корпуса диска этого более чем достаточно.
При ударе корпус испытывает деформацию формы, которая отражается на форме ребер в зоне линии направления удара. Но эта форма восстанавливается. Эта особенность тела с однородной структурой материала позволяет использовать более сложные электронные системы для освещения корпуса диска, так как ударная нагрузка на них не передается. При ударе волна колебаний двигается вдоль линии удара и отражается от боковой стенки гнезда, возвращаясь в обратном направлении. В связи с этим стало возможным разместить в гнезде не только источник питания 7 (аккумулятор или батарейку) и кнопку 8 включения/выключения узла освещения корпуса, но и электронные компоненты управления свечением оптических элементов.
Каждый оптический элемент узла освещения корпуса выполнен в виде светодиодной ленты 9, пропущенной через соответствующее отверстие в боковой стенке 4 гнезда для размещения в полости ребра 6 и подключенной к размещенной в гнезде плате 10 с электронными компонентами управления свечением светодиодов (фиг. 4).
Особенностью применения светодиодных лет является то, что все деформации. Приходящие на этот элемент, воспринимаются самой лентой, то есть основой, на которой закреплены светодиоды. Сами светодиоды, чувствительные к механическим нагрузкам, не подвергаются этим нагрузкам, а претерпевают смещение своего положения в ребре. То есть, при ударе корпуса о препятствие происходит деформация формы корпуса и. соответственно ребра или ребер. Но при этом внутри ребра деформируется сама лента, как носитель светодиодов, не передавая деформационную нагрузку оптическим элементам. Это важное свойство и то, что деформационная нагрузка от удара не переходит границу боковой стенки гнезда, позволило в гнезде смонтировать плату 10 с электронными компонентами управления свечением светодиодов.
При монтаже оператор пропускает светодиодную ленту через отверстие в боковой стенке гнезда до упора в торец и прикрепляет ее токопроводящие выводы к плате. Ленты находятся в полости ребер свободно расположенными.
Электронные компоненты управления свечением (фиг. 6 и 7) светодиодов могут включать в себя микропроцессор 11, 2-6 или 9-осевой датчик движения 12 и блок 13 Bluetooth (для управления в удаленном режиме). При таком составе становится возможным не только подсвечивать диск для видимости его траектории перемещения, но и формировать на поверхности корпуса динамические или статические картинки (через Flash-память 14, на которой хранятся картинки, отображаемые при вращении диска). Процесс формирования алгоритма свечения светодиодов для получения полноценной картинки в рамках данной заявки не рассматривается (зависит от программного обеспечения и алгоритма функционирования процессора). В целях малогабаритности монтаж компонентов проводится на обеих сторонах платы (фиг. 5). Так на фиг. 5 показано, что источник питания размещается на дне гнезда. На одной стороне платы (фиг. 6) закреплены микропроцессор, датчик движения и блок Bluetooth. А на оборотной стороне платы (фиг. 7) закреплены кнопка, USB-разъем 15 и Flash-память, на которой хранятся картинки, отображаемые при вращении диска. При этом в гнезде плата находится в точке, где отсутствует путь прохождения процесса колебания молекул, вызванный ударным воздействием. Такое стало возможным за счет выполнения боковой стенки гнезда заодно с корпусом.
Для обеспечения подключения диска к компьютеру на лицевой стороне корпуса в центре выполнено гнездо 16 USB-разъема (фиг. 1). А для удобства пользования кнопка включения/выключения узла освещения корпуса выведена на тыльную сторону корпуса.
Настоящая полезная модель промышленно применима и реализована в рамках мелкосерийного выпуска. Эксперименты на ударные нагрузки показывают стабильность и непрерывность работы электронной части диска, сохранение картинки на поверхности без искажения и разрывов. На корпусе не обнаружены трещины и сколы. На поверхности полых ребер не выявлены нарушения структуры материала, которые могли бы быть спровоцированы изменением формы при ударе корпуса о препятствие. Под силой удара принималась сила броска пользователя, направляющего диск на препятствие на расстоянии 5 м, что существенно превышает ударные нагрузки, возникающие при падении диска во время игры.
Полезная модель позволяет повысить конструктивную прочность диска для увеличения времени эксплуатационной долговечности как корпуса, так и электронной части, отвечающей за подсветку корпуса.