Устройство для скоростного передвижения человека в воде

Область техники
Полезная модель относится к устройствам для передвижения в воде человека за счет использования его мускульных усилий.
Уровень техники
Известно устройство для передвижения в воде [Патент РФ №2102096, опубл.20.01.1998], выполненное в виде рамы со средствами крепления тела пловца и направляющей с возможностью возвратно-поступательного перемещения от усилий ног пловца. При разгибании ног движение передается на плоскую лопасть перпендикулярно по направлению движения пловца, таким образом, происходит гребок. Затем поворотом стоп пловца лопасть поворачивается в горизонтальное положение, продвигается вперед по направлению движения за счет сгибания ног, и цикл повторяется. Такая конструкция, однако, весьма громоздка, содержит большое количество деталей и подвижных соединений, а наличие плоской лопасти увеличивает сопротивление и существенно ограничивает маневренность пловца, оснащенного таким устройством.
Известно устройство для движения боевого пловца под водой [Патент РФ №2295372, опубл. 20.03.2007, БИ №8], содержащее соосные гребные винты разнонаправленного вращения, размещенные на корпусе и приводимые во вращение посредством передачи возвратно-поступательного движения конечностей пловца через зубчатые рейки и зубчатые колеса. Такая конструкция сложна, содержит большое количество точных деталей, ограничивает маневренность ввиду несовпадения направления движения пловца и направления тяги гребных винтов, что будет создавать трудности в управляемости при пользовании таким устройством. Применение такого устройства создает большое сопротивление, что не дает возможность развивать большую скорость пловцу.
Наиболее близким техническим решением является устройство для передвижения в воде [Патент РФ №199526, опубл. 07.09.2020, БИ №25], содержащее корпус в виде телескопической штанги, на одном конце которой закреплен редуктор с педальным приводом, на приводном валу которого расположен гребной винт, а на другом конце - средство крепления устройства к телу человека. Существенным недостатком такого устройства является то, что человек крутит педали как на наземном велосипеде. Однако в водной среде при такой кинематике основная доля усилий тратится на преодоление сопротивления среды, а не на передачу крутящего момента на гребной винт. Движение ног пловца создает большую турбулентность, что не позволяет достичь высоких значений скорости передвижения. При этом также создается высокий уровень акустического шума. Кроме этого, недостатком такого устройства можно считать необходимость регулировочного устройства для использования людьми разного роста.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом полезной модели являются устранение недостатков, свойственных прототипу, и повышение скорости передвижения.
Технический результат достигается за счет того, что устройство для скоростного передвижения человека в воде выполнено в виде корпуса, на котором закреплено средство крепления тела человека-пловца. Приводной вал одним концом закреплен в корпусе с возможностью свободного вращения вокруг своей оси, а на другом конце закреплен гребной винт. Вал выполнен винтовым, на нем установлена с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оси вала каретка, входящая в зацепление с валом поверхностью отверстия, которая соответствует винтовой поверхности вала, образуя несамостопорящуюся передачу типа винт-гайка. Каретка снабжена обгонной муфтой или храповым механизмом. Средства крепления конечностей человека закреплены на каретке. Конец вала, закрепленный в корпусе, снабжен муфтой для присоединения дополнительных устройств. В качестве дополнительного устройства может быть применен аналогично основному приводной вал с кареткой, на которой закреплены ручки для второй пары конечностей. В качестве дополнительного устройства может быть применен движитель, например, электрический. На концах лопастей гребного винта закреплен кольцеобразный маховик. На корпусе размещен руль в виде пластины с возможностью поворота под углом к направлению движения.
Перечень чертежей
На фиг. 1 изображена конструкция устройства, на фиг. 2 показана схема работы устройства с присоединенным дополнительным приводным валом для второй пары конечностей, здесь для рук.
Осуществление полезной модели
Устройство для скоростного передвижения человека в воде состоит из корпуса 1 (фиг. 1), с закрепленным на нем устройством для крепления тела человека 2. В корпусе установлен с возможностью свободного вращения вокруг своей оси приводной вал 3. Это осуществляется, например, за счет применения подшипниковой опоры скольжения или качения. Наружная поверхность вала выполнена винтовой. На валу установлена каретка 4 с закрепленными на ней средствами крепления конечностей человека 5. Поверхность отверстия каретки, обеспечивает с валом несамостопорящуюся передачу винт-гайка. На конце вала закреплена присоединительная муфта, или иной механизм, позволяющие присоединять к валу дополнительные устройства. На противоположном конце вала закреплен гребной винт 6 с защитным маховиком-кольцом 7. На валу установлены с обеих сторон от каретки защитные кожухи, например, в виде пружинных гофрированных трубок 8 или, как вариант (не показанный на чертеже), телескопических трубок. На корпусе установлен руль 9 (фиг. 2).
Устройство работает следующим образом. Пловец пристегивается к корпусу 1 устройства посредством средств крепления 2 и фиксирует пару конечностей, например, стопы в средствах крепления 5, расположенных на каретке 4. В таком положении верхняя часть туловища пловца остается свободной. При разгибании ног с приложением мускульных усилий каретка 4 перемещается, приводя во вращение приводной вал 3, то есть возвратно-поступательное движение каретки преобразуется во вращательное движение вала. При последующем сгибании ног за счет срабатывания обгонной муфты или храпового механизма, выполняющего ту же функцию, каретка без особых усилий перемещается в направлении корпуса устройства, и при последующем разгибании цикл повторяется. Возможен и вариант, когда гребной винт располагается впереди пловца, тогда средства крепления выполняются с возможностью для захвата руками. Возможен и универсальный вариант, когда работоспособны оба варианта при изменении направления движения. Гребной винт 6 при силовом воздействии конечностей создает тягу в направлении движения пловца. Кольцеобразный маховик 7, закрепленный на периферии гребного винта, служит для сглаживания неравномерности движения пловца, вызванной периодичностью приложения сил к каретке, а также служит защитным кожухом, предохраняя лопасти винта от контакта с окружающими предметами. В отличие от устройства с велосипедным типом привода здесь не требуется регулировка устройства, связанная с ростом пловца. Рабочая длина вала выбирается такой, чтобы обеспечить работу пловца широкого ростового диапазона. При изменении роста работают разные участки приводного вала. На конце вала, закрепленном в корпусе устройства, установлена соединительная муфта или иной соединительный элемент, при помощи которых к устройству возможно присоединение дополнительных устройств, расширяющих его функциональные возможности. На фиг. 2 показан вариант присоединения через соединительную муфту или другого типа соединительного устройства дополнительного приводного вала с кареткой, на которой закреплены держатели для второй пары конечностей, в частности, для рук. При этом пловец может работать как одновременно всеми конечностями для максимально ускоренного движения, так и в отдельности ногами или руками. Шаг винтовой поверхности дополнительного вала может отличаться от шага основного приводного вала. Например, если шаг дополнительного вала больше, чем основного, то усилий для движения дополнительной каретки потребуется меньше, но и скорость при этом также меньше. Таким сочетанием двух приводов на один гребной винт пловцу легче регулировать скорость. Через эту же муфту может быть подключен закрепленный дополнительно на корпусе движитель, например, электрический, что еще больше расширяет функциональные возможности устройства, учитывая постоянно возрастающие возможности современных аккумуляторов. При необходимости к корпусу устройства могут быть присоединены также иные дополнительные устройства, такие, например, как опорные элементы для пловца, защитные ограждения (например, от акул), обтекатель для снижения лобового сопротивления, рабочие механизмы с оснасткой, инструмент т.п. На корпусе устройства закреплен руль. Руль выполнен в виде пластины и может поворачиваться под углом к оси приводного вала (аналогично широкому кругу плавсредств). В данном случае руль выполняет роль стабилизатора. Угол поворота руля при движении определяется исходя из величины момента, требуемого для компенсации возникающего при движении вращательного момента, создаваемого валом с гребным винтом, и стремящегося вращать пловца в противоположном направлении (закон сохранения момента количества движения). Это особенно важно при применении дополнительного мощного движителя. Направление же движения определяет пловец манипулируя телом или дополнительным рулевым устройством, закрепленном или не закрепленном на корпусе. Устройство может найти применение в спорте, а также в профессиональной среде для подводных работ при обслуживании морских сооружений, плавучих транспортных средств, что особенно актуально при развитии, например, Северного морского пути.