CN107223106B - 流动鳍状物 - Google Patents

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Abstract

一种人力推动的船艇，其具有由桅杆支撑的延伸到水中的一对柔性鳍状物，每一鳍状物适合于相对于所述船艇的中心纵向尺寸在大体上横向方向上穿过弧形路径振荡。提供用于施加输入力的踏板，借此当施加输入力时，所述柔性鳍状物能扭曲以形成攻角，以便在沿所述弧形路径在两个方向上移动时相对于所述船艇的所述纵向尺寸提供前向推力。所述鳍状物中的每一者优选地由环绕所述桅杆的一层硬且耐用的材料构成。两层材料在后缘处触碰，且其相对于彼此自由滑动。优选地，所述鳍状物中的每一者在所述桅杆的尖端处被赋予可调整的绷紧。

Description

流动鳍状物
技术领域
本发明大体上涉及推动船的构件，且更具体来说，本发明涉及推力产生振荡鳍状物的设计。
背景技术
已使用振荡鳍状物推进来产生有效的推进。这种技术出现在第6,022,249号美国专利及第7,637,791号美国专利中，所述美国专利的正文及附图通过引用方式明确地并入本文中，此技术揭示一种新颖船艇，例如皮艇或立式艇，其通常包含具有延伸到水位线下方的推进构件的艇身。推进构件包括一对鳍状物，各鳍状物具有前缘及后缘且适合于相对于船艇的中心纵向尺寸在大体上横向方向上穿过弧形路径振荡。脚踏式踏板操作上与推进构件相关联，以用于向推进构件施加输入力。推进构件包含一对鳍状物，其扭曲以形成攻角，以便在沿弧形路径在两个方向上移动时相对于船艇的纵向尺寸提供前向推力。
现有鳍状物设计限于相对软且具柔性的材料以允许弯折及扭曲以呈现推进器叶片的形状。
现有鳍状物设计是实心的，且重量与体积直接相关。
现有鳍状物设计具有大体上方形尖端，且沿展向逐渐变小。当前鳍状物设计的根部处的弦大于尖端处的弦。
发明内容
简要来说，本发明包括一种用于对船艇提供推进力的鳍状物，所述船艇具有承载鳍状物的桅杆，所述鳍状物相对于所述船艇的中心纵向尺寸在大体上横向方向上穿过弧形路径振荡，所述鳍状物包括适合于环绕所述桅杆以形成前缘的薄材料片，且具有触碰彼此但相对于彼此自由滑动的后缘。
本发明进一步包括一种船艇，其具有：推进构件，其延伸到水位线下方，其包括各自具有前缘及后缘的一对柔性鳍状物，每一鳍状物在其前缘处由桅杆支撑，每一鳍状物适合于相对于所述船艇的中心纵向尺寸在大体上横向方向上穿过弧形路径振荡；及操作上与所述推进构件相关联的构件，其用于对所述推进构件施加输入力，借此当施加输入力时，所述柔性鳍状物能扭曲以形成攻角，以便在沿所述弧形路径在两个方向上移动时相对于所述船艇的所述纵向尺寸提供前向推力；改进是，其中所述鳍状物中的每一者由环绕所述桅杆以形成所述前缘的薄材料片制成，所述鳍状物中的所述每一者具有触碰彼此但相对于彼此自由滑动的后缘，所述薄材料片弯曲90°以封闭尖端以形成中空腔室。
另一方面，本发明包括一种船艇，其具有：推进构件，其延伸到水位线下方，其包括各自具有前缘及后缘的一对柔性鳍状物，每一鳍状物在其前缘处由桅杆支撑，每一鳍状物适合于相对于所述船艇的中心纵向尺寸在大体上横向方向上穿过弧形路径振荡；及操作上与所述推进构件相关联的构件，其用于对所述推进构件施加输入力，借此当施加输入力时，所述柔性鳍状物能扭曲以形成攻角，以便在沿所述弧形路径在两个方向上移动时相对于所述船艇的所述纵向尺寸提供前向推力；改进是，其中所述鳍状物中的每一者具有大体上与NACA0015相符的厚翼型截面轮廓以提供更有效的推进。
NACA0015是由美国国家航空咨询委员会指定的翼截面。15指示翼为15％厚，且00指示翼不具有弯度。
又此外，本发明包括一种船艇，其具有：推进构件，其延伸到水位线下方，其包括一对柔性鳍状物，每一鳍状物具有前缘及后缘且适合于相对于所述船艇的中心纵向尺寸在大体上横向方向上穿过弧形路径振荡；及操作上与所述推进构件相关联的构件，其用于对所述推进构件施加输入力，借此当施加输入力时，所述柔性鳍状物能扭曲以形成攻角，以便在沿所述弧形路径在两个方向上移动时相对于所述船艇的所述纵向尺寸提供前向推力；改进是，其中所述鳍状物中的每一者在桅杆的尖端处具备用以提供所述前缘的可调整绷紧的构件。
在优选实施例中，本发明包括一种船艇，其具有：推进构件，其延伸到水位线下方，其包括各自具有前缘及后缘的一对柔性鳍状物，每一鳍状物在其前缘处由桅杆支撑，每一鳍状物适合于相对于所述船艇的中心纵向尺寸在大体上横向方向上穿过弧形路径振荡；及操作上与所述推进构件相关联的构件，其用于对所述推进构件施加输入力，借此当施加输入力时，所述柔性鳍状物能扭曲以形成攻角，以便在沿所述弧形路径在两个方向上移动时相对于所述船艇的所述纵向尺寸提供前向推力；改进是，其中所述鳍状物中的每一者由环绕所述桅杆以形成所述前缘的薄材料片制成，所述鳍状物中的所述每一者具有触碰彼此但相对于彼此自由滑动的后缘，且在所述桅杆的尖端处具有用以提供所述前缘的可调整绷紧的构件，每一鳍状物的所述前缘经绷紧以增强每一鳍状物的变形、扭曲及弯度。
鳍状物是中空的。鳍状物的尖端优选地经塑形使得其呈圆形且光滑。本发明的鳍状物设计允许更坚韧且更硬的鳍状物材料，且还允许鳍状物扭曲及弯折以呈现更有效的形状。柔性的关键在于后缘相对于彼此自由移动。如果后缘不是自由的，那么鳍状物将会太硬。在本发明中，使用坚韧且硬的无孔材料，已发现，其增加耐久性且以几何结构的改变而增进柔性。
鳍状物本身对扭曲(扭转)几乎不具有阻力，但当鳍状物作为组合件的部分时，所述组合件将所述鳍状物置于张力中。此张力产生于桅杆的尖端与帆耳之间。帆耳是鳍状物基座处接近后缘的拐角。随着此张力增加，鳍状物变得更硬。
鳍状物还相对具柔性(弦向柔性)，使得弯度可改变。此柔性是后缘相对于彼此自由滑动的结果。鳍状物的松弛形状不具有弯度。在负载下，鳍状物弯折以具有正弯度。
本发明包括鳍状物设计，其允许较轻结构与壳体类型结构结合使用。本发明使用更少但更坚韧且更硬的材料来减轻重量且改进性能。
在本发明中，每一所述鳍状物具有方形尖端，但沿展向具有恒定的弦。效果是使具有给定翼展长度的鳍状物的表面最大化。结果改进鳍状物的效率及取得更紧凑的设计。
已发现，厚翼型截面轮廓是有益的，且较薄鳍状物更易于失速或在鳍状物中效率不高的低压侧上更易受湍流的影响。
因为鳍状物是中空的，所以不会使重量、成本或硬度受损以使鳍状物更厚。
本发明的鳍状物的中空结构及自由后缘大体上允许截面轮廓在振荡时改变且具有正弯度。正弯度增强鳍状物的性能。
优选地，每一桅杆在桅杆尖端处具备螺纹构件以提供前缘的可调整绷紧。本发明更优选地包括鳍状物设计，其中每一鳍状物的前缘在鳍状物振荡时被绷紧。已发现，这在鳍状物的松缓侧上提供更大柔性，且增强鳍状物的变形、扭曲及弯度。
本发明可适用于通过两个横向振荡的鳍状物或帆的动作而推动的踩踏式皮艇或立式艇。随着踏板上的力增加，鳍状物或帆的较不受限制端扭曲以呈现类似推进器的形状。当鳍状物或帆振荡时，一旦到达其弧形移动的结尾时，也就是说，当在其弧形路径的相对端处同时颠倒移动方向时，它们就改变间距或形状。此帆动作有点类似于在帆船中顶风行驶时帆在其两个移动方向上施加前向推力分量时发生的动作。
皮艇具有大体上细长的艇身，所述艇身具有艇舱，座位经定位使得用户的臀部基本上完全在皮艇的上层甲板下方。艇舱还含有一组踏板，其适合于由用户的脚部一个接着另一个地推动。艇身还具备舵及舵柄。
立式艇可使用驱动加以推动。用户站在一对踏板上，且交替地对每一踏板施加力。板具有用以操控板的舵。板还具有一组手柄以辅助板上的平衡。舵的控制件放置在所述手柄上。
踏板操作上由踏板轴件连接到推进构件，所述推进构件延伸穿过艇身中心内垂直安置的隔室。
鳍状物从其桅杆的基座附近的枢转点开始振荡。此运动引发垂直于鳍状物的速度场，其强度与距基座的距离成比例地增加。为了实现有效升力(避免失速且接近最优升力系数而操作)，鳍状物必须以与增加的垂直流速成比例的方式扭曲。已发现，在尖端处具有宽的弦长度(本质上方形顶部设计及沿展向恒定的弦)及厚轮廓(本质上翼型轮廓)产生所期望的鳍状物扭曲，且因此产生更有效的推进。
鳍状物的经优化弦向的柔性会产生更有效的升力。正如适当的弦向水动力翼形状对飞机机翼很重要，或帆形状对帆船很重要一样，具有有效的提升表面对于鳍状物有效地操作来说是必要的。翼型(如NACA0015)通常具有这样的横截面：最大厚度(或在帆的情况下，最大外向曲线)位于从前缘往后开始的局部弦长度的约1/3处。与帆类似，且与大多数商用翼截面不同，第6,022,249号美国专利的鳍状物是柔性的。此柔性要求在操作期间鳍状物硬度及形状与周围的流场组合来确定翼的形状。
在本发明中，基于在前缘处连接且在后缘处自由移动的壳体结构的创新几何结构产生弦向柔性，其在操作期间导致有效的鳍状物形状。改进是使用单种材料、更简单的结构及更厚的翼截面。此构造显著增强性能。
本发明提供可调整的桅杆长度，其是鳍状物绷紧装置，用于允许针对各种操作者定制踩踏阻力且针对不同船长度优化水动力性能。鳍状物张力是鳍状物中桅杆的尖端与鳍状物的底部船尾拐角之间的张力。鳍状物张力影响鳍状物的形状，且因此影响鳍状物的性能。增加鳍状物张力有效地使鳍状物更硬，且增加鳍状物迎向水的攻角，这对踏板产生更多升力及更多阻力。定位于桅杆的尖端且可通过鳍状物的尖端处的孔接近的桅杆长度调整装置容易由用户调整。
更具体的改进是，其中归因于壳体结构，绷紧对踏板上的阻力具有显著影响。踏板上的阻力可适应于操作者及/或所使用的艇的类型。体型较大、较强壮的操作者、希望以较慢的节奏踩踏的操作者、或用于较长、较快的船上的鳍状物可能喜欢以较大张力进行操作。喜欢以较高频率踩踏的操作者、不太强壮的踩踏者或较短且较慢的小船的操作者可能喜欢较小的鳍状物张力。
附图说明
在图中：
图1及图2展示具有使用新颖鳍状物的驱动的立式艇的侧视图及俯视图。
图3及图4展示具有使用新颖鳍状物的驱动的船艇(例如皮艇)的侧视图及俯视图。
图5及图6展示立式艇的驱动的侧视图及前视图。展示处于变形或扭曲状况中的鳍状物。
图7展示鳍状物组合件的截面图。
图8是在图7的“a”处截取的截面图。
图9展示鳍状物组合件的分解图。
图10是鳍状物的顶端的平面图。
图11是在图10的“a-a”处截取的截面图。
图12是在图11的“b”处截取的截面图。
图12a是在图11的“c-c”处截取的截面图。
图13展示处于松弛状态及变形状态中的鳍状物的横截面图。
具体实施方式
鳍状物1本质上是环绕桅杆2的薄材料片。前缘12在材料环绕桅杆2处形成。后缘11是两块材料相接之处。帆耳7是在鳍状物的基座的接近后缘11处穿过鳍状物的两块材料的孔。鳍状物1的后缘11与前缘12平行，且鳍状物1的尖端16平行于振荡轴。
所述鳍状物可由单种材料(例如纯尼龙或填充玻璃的尼龙)注射成型。
尖端16包含接纳桅杆2的内袋15，鳍状物1在桅杆2上以振荡方式旋转。桅杆2固定到由链条驱动的链轮6。本专利的图中所展示的整个机构穿过皮艇22或立式艇23的艇身***且进入到水中，如图1及图3中所展示。
鳍状物1的帆耳7利用穿过帆耳7的U型销8连接到外拉索块18。外拉索18围绕链轮6自由旋转。前部整流罩5由两个螺钉4牢固地附接到链轮6，且用于减小组合件的水动力阻力。
通过推动踏板24'及24(可在船艇22中接近)及踏板25及26(可在立式艇23上接近)提供用于施加输入力的构件。
应理解，存在前部鳍状物1a及后部鳍状物1b，每一鳍状物具有其自己的链轮6，如图5及图6中所展示。
桅杆2的尖端具有可调整的长度构件10、凹头螺钉(可从鳍状物1的尖端穿过孔14接近)。用户利用内六角扳手(allen wrench)将螺钉10旋转穿过孔14以调整桅杆长度。螺钉10与袋15的末端保持接触且增加鳍状物1中的张力。帆耳孔7大于销8，从而允许鳍状物的未处于张力中的侧自由滑动。接着，应理解，随着螺钉10以逆时针方向转动，鳍状物中的张力将增加，且鳍状物将更硬。
每一桅杆在桅杆尖端处具备螺纹构件以提供前缘的可调整绷紧。本发明更优选地包括鳍状物设计，其中每一鳍状物的前缘在鳍状物振荡时被绷紧。已发现，这在鳍状物的松缓侧上提供更大柔性，且增强鳍状物的变形、扭曲及弯度。
如图10、11及12中所展示，鳍状物1的结构是由单种材料制成的中空腔室，且仅沿着前缘12连接。如图11中所说明，可将鳍状物1的截面轮廓识别为NACA0015。因为鳍状物基本上是环绕桅杆2的薄材料块，所以其对扭曲几乎没有阻力。
如图11及12a中所展示，在尖端处，平坦材料片进行90度弯曲以形成突出部27，突出部27的边缘触碰彼此但相对于彼此自由滑动。突出部27在尖端的全部或部分弦向范围内延伸以封闭尖端，且减小水动力阻力。
变形导致图13中所说明的带弯度轮廓。

Claims (9)

1.一种用于对船艇提供推进力的鳍状物，所述船艇具有承载鳍状物的桅杆，所述鳍状物相对于所述船艇的中心纵向尺寸在大体上横向方向上穿过弧形路径振荡，所述鳍状物包括前缘及后缘，所述鳍状物进一步包括在所述前缘处环绕所述桅杆的薄材料片，且所述薄材料片形成触碰彼此但相对于彼此自由滑动的后缘。
2.根据权利要求1所述的鳍状物，其是中空的，且具有弦向柔性使得所述后缘不具有剪切强度。
3.根据权利要求1所述的鳍状物，其中所述鳍状物具有弦向柔性使得其弯度可改变。
4.根据权利要求1所述的鳍状物，其具有恒定的弦向翼展。
5.根据权利要求1所述的鳍状物，其中所述鳍状物具有方形尖端，其拥有呈圆形且光滑的拐角。
6.一种船艇，其包括：推进构件，其延伸到水位线下方，其包括各自具有前缘、后缘及尖端的一对柔性鳍状物，每一鳍状物在其前缘处由桅杆支撑，每一所述鳍状物适合于相对于所述船艇的中心纵向尺寸在大体上横向方向上穿过弧形路径振荡；及操作上与所述推进构件相关联的构件，其用于对所述推进构件施加输入力，借此当施加输入力时，所述柔性鳍状物能扭曲以形成攻角，以便在沿所述弧形路径在两个方向上移动时相对于所述船艇的所述纵向尺寸提供前向推力；
改进是，其中所述鳍状物中的每一者包括在所述前缘处环绕所述桅杆的薄材料片，所述鳍状物中的所述每一者具有触碰彼此但相对于彼此自由滑动的后缘，所述薄材料片弯曲约90°以至少部分封闭所述尖端以形成中空腔室。
7.一种船艇，其包括：推进构件，其延伸到水位线下方，其包括各自具有前缘及后缘的一对柔性鳍状物，每一所述鳍状物在其前缘处由桅杆支撑，每一所述鳍状物适合于相对于所述船艇的中心纵向尺寸在大体上横向方向上穿过弧形路径振荡；及操作上与所述推进构件相关联的构件，其用于对所述推进构件施加输入力，借此当施加输入力时，所述柔性鳍状物能扭曲以形成攻角，以便在沿所述弧形路径在两个方向上移动时相对于所述船艇的所述纵向尺寸提供前向推力；
改进是，其中所述鳍状物中的每一者包括在所述前缘处环绕所述桅杆的薄材料片，所述鳍状物中的所述每一者具有触碰彼此但相对于彼此自由滑动的后缘，且具有与NACA0015相符的厚翼型截面轮廓以提供更有效的推进。
8.一种船艇，其具有：推进构件，其延伸到水位线下方，其包括各自具有前缘及后缘的一对柔性鳍状物，每一鳍状物在其前缘处由桅杆支撑，每一所述鳍状物适合于相对于所述船艇的中心纵向尺寸在大体上横向方向上穿过弧形路径振荡；及操作上与所述推进构件相关联的构件，其用于对所述推进构件施加输入力，借此当施加输入力时，所述柔性鳍状物能扭曲以形成攻角，以便在沿所述弧形路径在两个方向上移动时相对于所述船艇的所述纵向尺寸提供前向推力；
改进是，其中所述鳍状物中的每一者包括在所述前缘处环绕所述桅杆的薄材料片，所述鳍状物中的所述每一者具有触碰彼此但相对于彼此自由滑动的后缘，且所述前缘能通过所述桅杆的尖端处的构件可调整地绷紧，每一所述鳍状物的所述前缘经绷紧以增强每一所述鳍状物的变形、扭曲及弯度。
9.根据权利要求8所述的船艇，其中所述船艇是踩踏式皮艇或踩踏式立式船艇。
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