Водный степпер
WATER STEPPER

Водный степпер относится к индивидуальным плавучим средствам, а именно, к водным велосипедам с педальным приводом, предназначенным для активного отдыха и спортивных соревнований, туризма, прогулок по поверхности водоемов. Модифицированным вариантом устройства, в котором движитель приводится в действие не мускульной силой ног человека, а электрическим двигателем, могут пользоваться также люди с ограниченными физическими возможностями.
Водный степпер содержит самонесущий не тонущий корпус в виде доски, например, из экструдированного пенополистирола. Конструкция устройства позволяет изготавливать его разборным для обеспечения мобильности и удобства перевозки к водоемам.
Движителем в заявляемом устройстве является моноласта из гибкого материала (резина или пластик), закрепленная на нижней плоскости корпуса в цилиндрическом шарнире. Современная орфография в равной степени допускает использование этого слова как в мужском роде - «ласт», «моноласт», так и в женском - «ласта, «моноласта». В настоящем описании далее используется вариант женского рода. В животном мире подобный движитель с горизонтальной ориентацией имеется у китообразных и называется хвостовой лопастью. У рыб хвостовые плавники в подавляющем большинстве случаев расположены вертикально. Биологи такое различие связывают с направлениями эволюционного развития. Единого мнения о преимуществах вертикального или горизонтального расположения хвостовых движителей водных обитателей нет. В настоящем изобретении выбран горизонтальный вариант как легче реализуемый конструктивно.
Для преобразования мускульной энергии человека и передачи ее движителю используется педальная конструкция, подобная известным конструкциям кардиотренажеров-степперов. Выполнение педалей предпочтительно из современных пластиковых досок, не боящихся воды и высокой влажности атмосферного воздуха, достаточно длинных и прочных. Каждая из досок-педалей на одном из своих торцов имеет цилиндрическое шарнирное соединение с приподнятой опорой в задней части водного степпера и контактирует со своей шариковой опорой на качающемся коромысле. Местом установки коромысла между задним шарнирным соединением досок-педалей и местом расположения на них ног человека, управляющего водным степпером, можно, благодаря принципу рычага, изменять передаваемое на моноласту усилие и амплитуду движения моноласты. Моноласта соединена с длинным концом коромысла шатуном с шарнирными наконечниками.
Другим возможным вариантом силовой установки является работающий от аккумулятора электрический привод. В качестве такого привода может использоваться мотор-колесо современного электрического самоката и (или) велосипеда с шарнирно закрепленным к его ободу и моноласте шатуном. В этом случае педальный механизм и коромысло становятся ненужными и вместо них может устанавливаться сидение, что особенно важно при использовании предлагаемого устройства людьми с ограниченными физическими возможностями (маломобильными людьми).
Повороты водного степпера осуществляются вращением руля, к которому под корпусом прикреплена управляющая плоскость, одновременно выполняющая функцию киля. Руль является также опорой находящегося на водном степпере человека.
Известно множество индивидуальных плавучих средств. Компания ООО «СИБАЙК» (сайт компании - siabike.com/ru/) разработала и производит портативные водные велосипеды SIABIKE. Преимущественно из карбона и титана изготовлены тонкий цилиндрический корпус, педали в его середине и пропеллер на заднем (нижнем) конце. Конструкция крепится к телу ремнем и при прокручивании педалей позволяет быстро передвигаться по водной поверхности или в дайвинге (полностью под водой). Практически это подводный велосипед, что существенно ограничивает возможности его использования большую часть года и в водоемах с холодной водой и при прохладной погоде, а это актуально для значительных географических территорий, особенно в России.
Известен также выпускаемый компанией Manta5 велосипед на подводных крыльях Hydrofoiler ХЕ-1 (сайт - manta5.com/product/hydrofoiler-xe-1/). Гидровелосипед оснащен подводными крыльями аэродинамической формы. Конструкция действует по тому же принципу, что и в полноразмерных судах на подводных крыльях. Гидровелосипед оснащен не только педальным приводом, но и электродвигателем. В обоих случаях тяга передается на небольшой пропеллер, который в условиях низкого аэродинамического сопротивления обеспечивает довольно сильный разгон на воде. Конструкция позволяет наезднику взбираться на велосипед как с пирса, так и с воды без посторонней помощи. Итальянский производитель гарантирует легкость сборки и разборки данной конструкции даже без особых навыков. Гидровелосипед на подводных крыльях Manta5 Hydrofoiler ХЕ-1 изготовлен из углеродного волокна для высокой прочности и минимального веса. Основными недостатками этого водного велосипеда являются сложность изготовления конструкции, высокая цена и необходимость хорошей физической подготовки человека, использующего гидровелосипед, что в целом существенно ограничивает возможности его массовой эксплуатации. С этого гидровелосипеда также невозможно заниматься рыбалкой и наблюдением за флорой и фауной водоемов.
В последнее время широкую популярность приобрели надувные доски с веслом для SUP-бординга (сайт с информацией - doskasveslom.ru). Они используются для прогулок, туризма, спортивных соревнований. От классического серфинга эта доска отличается тем, что, катаясь на ней по воде, райдер гребет не руками, а веслом. Преимущество SUP-бординга в том, что райдеру не нужно подстраиваться под волны или скорость ветра. Считается, что SUP-бординг возник на Гавайских островах. Появилось также предложение вместо весла использовать для создания тягового усилия винг крыло (каркасное или надувное). Подобные устройства интересны как спортивный инвентарь, но не могут использоваться для рыбалки, наблюдения за водным миром, в холодной воде и в холодную погоду.
Известный аналог - складной водный велосипед по патенту RU 2240952 (В63Н 16/18, приоритет - 2002.12.09, публикация патента - 2004.11.27) содержит соединенные между собой платформой поплавки, складное сидение, рулевое управление с румпелем и лопастной движитель с педальным приводом в виде коленчатого вала. Для улучшения управляемости использован управляемый поплавок с рулевым пером, а для уменьшения объема в сложенном виде -поплавки выполнены в форме усеченного конуса со съемной крышкой с их соединением эластичным уплотняющим кольцом. От аналога заявляемое изобретение отличается конструкцией трансмиссии, лопастного движителя, в котором лопасти закреплены на горизонтальной оси, и отсутствием подвижного поплавка, что обеспечивает улучшение маневренности и надежности.
Другим аналогом является водный велосипед по патенту RU 2520849 (В63Н 1/36, В63В 35/73, В63Н 16/10, приоритет - 2013.01.16, публикация патента - 2014.06.27). Для улучшения маневренности плавающего средства предложена конструкция, содержащая поплавки, скрепленные поперечными балками, сиденье и педальный привод движителя. Использование нескольких приводных цепей и нескольких пар огибающих звездочек для передачи крутящего момента на гребной винт с изменением плоскости действия крутящего момента усложняют устройство и отрицательно сказываются на его надежности, особенно с учетом его основного предназначения - эксплуатации на водоемах.
Аналогом является также водный велосипед по патенту RU 2485004 (В63В 35/73, В63Н 1/12, В63Н 16/18, приоритет - 2011.04.06, публикация патента - 2013.06.20). Для повышения коэффициента полезного действия и уменьшения уровня шума движитель, соединенный с педальным приводом через зубчатое колесо, цепь и редуктор, выполнен в виде цилиндра, внутри которого размещен вращающийся винт в виде шнека. Рулевое устройство водного велосипеда выполнено как продолжение хвостовой цилиндрической части движителя в виде шарового крана с поворотным рычагом или в виде воздушной заслонки с регулировочной лопаткой. Недостатками такой конструкции является сложная и мало надежная трансмиссия вследствие использования приводной цепи и механизма передачи вращающего момента с промежуточного зубчатого колеса на вал шнека, а также сложная конструкция рулевого устройства.
Наиболее близким аналогом-прототипом - заявляемого изобретения является представленная американской компанией Hobie Cat Company педальная доска Mirage Eclipse (сайт с информацией - https://goodsi.ru/pedalnaya-doska-mirage-eclipse/). Внешне индивидуальное плавсредство напоминает гибрид шагового тренажера и байдарки. В центральной части этой доски установлены педали, приводящие в движение пару подводных ласт. Эксцентриковый механизм обеспечивает движение ласт в двух плоскостях. При приближении к берегу ласты приподнимаются. Руль изготавливается из алюминиевого сплава и имеет рычаги, с помощью которых осуществляются повороты доски. Известно преимущественное использование педальной доски Mirage Eclipse в морских заливах и лагунах с достаточно глубокой и свободной от водорослей акваторией, однако, она не практична для многих внутренних российских водоемов (озер и рек) с большим количеством водорослей даже на значительном расстоянии от берега.
Задачей предлагаемого технического решения является устранение указанных в аналогах и прототипе недостатков и обеспечение в предлагаемом водном степпере:
- наиболее экологичного и щадящего для водной флоры и фауны движителя, подобного хвостовой лопасти китообразных, в отличие от вращающихся с большой скоростью винтов, запрещенных на многих водоемах;
- бесшумного перемещения по поверхности водоемов;
- хорошей мобильности и маневренности;
- удобного использования для спокойных прогулок и соревнований;
- эксплуатационной надежности и безопасности при нахождении на воде;
- возможности выбора вариантов использования педального привода от мускульной силы человека для дозированных кардионагрузок или механизированного привода от электродвигателя в случае необходимости удаленного перемещения или эксплуатации вопеда людьми с ограниченными физическими возможностями.
Указанный технический результат достигается:
- использованием корпуса с естественной положительной плавучестью; корпус может изготавливаться монолитным или сборным из легкого и прочного материала, например, из экструдированного пенополистирола, обеспечивая мобильность и безопасность устройства, не требующего наличия отдельного специального спасательного средства;
- применением быстро сборного силового каркаса, одновременно обеспечивающего надежное соединение элементов плавучего корпуса, в случае исполнения его разборным, а также являющегося основой крепления приводных досок-педалей и коромысла, связанного шатуном с шарнирными наконечниками с движителем в виде моноласты;
- применением в качестве движителя моноласты, которая аналогична хорошо себя зарекомендовавшей у китообразных хвостовой лопасти;
- выполнением руля с управляемой подводной плоскостью, которая одновременно выполняет функцию стабилизатора (киля).
Сущность изобретения поясняется графическими изображениями частного случая реализации водного степпера: Фиг. 1 - вид сверху, Фиг. 2 - вид сбоку, Фиг. 3 - разрез по плоскости коромысла с двумя шариковыми опорами, шатуна с двумя шарнирными наконечниками и рычага моноласты. Плавучий корпус 1 вставлен и закреплен в силовом каркасе, на верхней плоскости 2 которого закреплены опора 3 с цилиндрическим шарниром крепления двух досок-педалей 4, опора 5 коромысла 6 с двумя шариковыми опорами 7 и руль 8 с управляющей плоскостью 9, выполняющей также роль киля-стабилизатора. Коромысло 6 через шатун 10 с двумя шарнирами на концах соединено с рычагом 11 привода моноласты 12, закрепленной через цилиндрический шарнир на опоре 13, которая установлена на нижней плоскости 14 силового каркаса.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Заявляемое устройство функционирует следующим образом. Водный степпер опускают на поверхность водоема. Человек становится на подвижные концы досок-педалей 4 водного степпера, закрепленных цилиндрическими шарнирами на опоре 3, и берет в руки руль 8 для своей устойчивости и управления водным степпером в движении. При движении правой доски-педали 4 вниз левая доска-педаль движется вверх и наоборот. Нижние поверхности досок педалей контактируют через шариковые опоры с коромыслом 6, приводя его в движение качения относительно опоры 5. При этом через закрепленный на конце коромысла 6 шатун 10 с двумя шарнирами на концах передает это движение коромысла рычагу 11 привода моноласты 12, которая благодаря цилиндрическому шарниру на опоре 13 воспроизводит движение, аналогичные движениям хвостовой лопасти китообразных.
Заявляемый водный степпер может быть также механизирован заменой досок-педалей и коромысла мотор-колесами электрических самокатов и(или) велосипедов, которые через шатун 10 с двумя шарнирами на концах будут приводить в движение рычаг 11 моноласты 12. Такой вариант водного степпера может оснащаться сидением для его использования людьми с ограниченными физическими возможностями (маломобильными гражданами).