Платформа на воздушной подушке

Платформа на воздушной подушке

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к транспортным средствам на воздушной подушке и предназначено для активного отдыха и спорта людей с использованием безмоторных платформ на воздушной подушке.

Известен аппарат на воздушной подушке фирмы "Arbortech Industries Ltd", специально предназначенный для активного отдыха и спорта [1]. Он содержит силовую установку и вентилятор, создающий воздушную подушку. Однако указанное устройство имеет высокий уровень шума, большую массу и стоимость. Это ограничивает его использование для активного отдыха и спорта.

Известно также транспортное средство в виде безмоторной платформы на воздушной подушке, предназначенное для активного отдыха и спорта. Платформа не имеет двигательной установки и вентилятора и выполнена в виде плоского основания с гибким ограждением по периметру [2]. Перемещение платформы происходит по специальной неподвижной опоре с несущей поверхностью, выполненной в виде плоской коробки, напоминающей фальшпол (фиг.1). В несущую поверхность 1 опоры встроены автоматические клапаны 2 с целью подачи воздуха внутрь коробки от стационарных центробежных вентиляторов. Клапаны 2, вмонтированные в поверхность опоры, автоматически открываются только в тех местах, где в данный момент находится платформа. Воздух выходит из внутреннего пространства 3 опоры через клапаны и создает между платформой и несущей поверхностью 1 воздушную подушку. Позади движущейся платформы клапаны автоматически закрываются.

По совокупности признаков и назначению данная платформа близка к предлагаемому изобретению и ее можно принять в качестве прототипа.

Рассматриваемая в качестве прототипа платформа может быть неподвижной на горизонтальной несущей поверхности при симметричном истечении воздуха из-под платформы. В этом случае центр тяжести платформы с человеком и вектор давления воздушной подушки на платформу лежат на одной вертикальной оси. Для горизонтального движения платформы ее наклоняют в направлении желаемого движения. Величина горизонтальной силы, действующей на платформу, зависит от угла наклона платформы и силы давления воздушной подушки на платформу. В то же время максимальный угол наклона платформы зависит от ее размера в плане и толщины воздушной подушки.

Таким образом, двигаться с большой скоростью платформа может только при больших углах наклона. Однако движение платформы с большим углом наклона требует большого расхода воздуха и энергии, так как в этом случае велика площадь кольцевого зазора для истечения воздуха из-под платформы.

В прототипе платформа выполнена с гибким ограждением воздушной подушки для того, чтобы увеличить высоту парения платформы при умеренном расходе воздуха. Но, как показали испытания, при попытке увеличить угол наклона такой платформы гибкое ограждение в передней части платформы прижимается давлением воздуха к несущей поверхности и тормозит ее. Указанное обстоятельство ухудшает также управляемость платформы.

Итак, недостаток прототипа - невозможность получения больших ускорений платформы и ее плохая управляемость.

Цель предлагаемого изобретения - создание безмоторной платформы на воздушной подушке, способной двигаться с большим ускорением и высокой маневренностью.

Указанная цель достигается тем, что внутренняя поверхность обечайки, встроенной в платформу, имеет форму сферического пояса, диск платформы является подвижным, центр диска закреплен на шаровом шарнире, при этом опора для шарового шарнира прикреплена к обечайке или корпусу платформы. В верхней плоскости корпуса платформы расположены дополнительные обечайки, лежащие в одной верхней плоскости корпуса симметрично относительно центра платформы, при этом в верхний торец каждой обечайки вставлен соответствующий подвижный диск, центры дисков закреплены на шаровых шарнирах, а опоры шарниров прикреплены к обечайкам или непосредственно к корпусу платформы.

Опора для шарового шарнира прикреплена к обечайке или непосредственно к корпусу платформы с помощью гибких растянутых элементов. Между подвижным диском и опорой для шарового шарнира помещены один или несколько демпфирующих элементов.

Подвижный диск опирается на несущую конструкцию с помощью демпфирующего элемента.

На фиг.1 представлен общий вид платформы на воздушной подушке со следующими деталями: 1 - опора с несущей поверхностью, 2 - автоматический воздушный клапан, 3 - внутреннее пространство опоры, 4 - обечайка платформы, 5 - гибкое ограждение воздушной подушки, 6 - несущая конструкция, 7 - шаровой шарнир, 8 - диск, 9 - демпфирующий элемент.

Стрелками на фиг.1 показано направление движения воздуха. Контурной стрелкой показано направление движения платформы при наклоне диска 8 влево.

На фиг.2 показан вариант платформы с поручнями 10.

На фиг.3 показана платформа на воздушной подушке с двумя подвижными дисками 8.

На фиг.4 изображена платформа в виде вытянутого эллипса с двумя подвижными дисками 8.

На фиг.5 представлена платформа для парных спортивных танцев. Стрелка указывает направление вращения платформы относительно вертикальной оси при изображенном положении подвижных дисков.

В зависимости от размеров платформ, показанных на фиг.1-5, они могут быть для одного, двух или нескольких человек.

Работа устройства. При горизонтальном положении диска 8 (фиг.1) воздух, поступающий под платформу через клапаны 2, вытекает из-под платформы равномерно во все стороны. Незначительная часть воздуха может вытекать через малый кольцевой зазор между краем диска 8 и обечайкой 4. Это истечение также симметрично относительно центра платформы. Поэтому платформа стоит на месте или медленно дрейфует вследствие турбуленции воздушного потока.

При наклоне диска 8 зазор с одной стороны диска увеличивается. Через зазор происходит истечение воздуха. Появляется горизонтальная сила, направленная в сторону наклона диска. Эта сила состоит из двух частей: а) горизонтальная составляющая силы давления воздуха на диск; б) реактивная сила от вытекающего через зазор воздуха.

Благодаря использованию шаровой опоры 7 диск 8 может поворачиваться в любую сторону на большой угол. Как известно из механики, шаровой шарнир не может передавать вращающий момент. Поэтому корпус платформы с обечайкой 4 остается горизонтальным или имеет незначительный наклон даже при большом наклоне диска. Таким образом, большой наклон диска 8 позволяет получать большую горизонтальную силу для движения платформы.

Как показывают расчеты различных режимов движения, при равном ускорении платформа с подвижным диском расходует воздуха и энергии в 3-4 раза меньше, чем прототип.

Торможение платформы осуществляют, используя тягу с отрицательным знаком. Для этого наклоняют диск 8 в сторону, обратную направлению движения. Более сильное торможение осуществляют, отклоняя диск на максимальный угол. Вследствие этого расход воздуха сильно возрастает. Давление воздуха под платформой падает настолько, что платформа ложится на несущую поверхность и сила торможения увеличивается.

Балансирование на диске 8, закрепленном на шаровом шарнире, требует определенной тренировки. Для ограничения чрезмерной подвижности диска возможно применение демпфера. Демпфер 9 установлен между диском 8 и несущей конструкцией 6. В качестве демпфера 9 используют кольцо или вкладыши иной формы из пористой резины, вспененного полимера и т.п. материалов.

Возможен вариант, когда вместо шарового шарнира 7 для крепления диска применяют только демпфер 9. Для этого используют более жесткий демпфер, способный удержать диск 8 в центре обечайки.

Поручни 10 на платформе (фиг.2) облегчают получение навыков управления движением платформы.

Несущая конструкции 6, связывающая обечайку 4 и опору шарового шарнира 7 может иметь различное исполнение. Наиболее простой вариант, когда несущая конструкция выполнена в виде ортогональной или радиальной решетки, элементы которой представляют собой ребра жесткости.

Кроме того, опора для шарового шарнира может быть прикреплена к обечайке или непосредственно к корпусу платформы с помощью гибких растянутых элементов. Использование растянутых элементов (вант) позволяет изготовить легкую прочную конструкцию с минимальным сопротивлением для движения воздуха под платформой.

С целью повышения маневренности платформы и уменьшения ее высоты она может быть выполнена в виде корпуса, в верхней части которого расположено несколько обечаек с подвижными дисками (фиг.3-5). Обечайки расположены в одной плоскости и симметрично относительно центра платформы. В верхний торец каждой обечайки вставлены подвижные диски, центры дисков закреплены на шаровых шарнирах. Опоры шарниров прикреплены к обечайкам или непосредственно к корпусу платформы.

Для одиночного спортивного и фигурного катания удобна платформа с двумя дисками (фиг.3, 4). Такая конструкция расширяет возможности управления платформой и делает возможным движение по траектории большой сложности.

Платформа в виде сильно вытянутого эллипса с двумя подвижными дисками (фиг.4) может быть удобна для людей, имеющих опыт катания на сноуборде.

Платформа для парного спортивного катания может иметь 4 диска (фиг.5). Например, при одновременном наклоне двух или четырех дисков в противоположные стороны платформа будет вращаться относительно своей вертикальной оси, как показывает стрелка на фиг.5.

Это обусловлено тем, что давление воздуха на диски и его истечение в противоположных направлениях создает пару сил относительно центра платформы. Величина углового ускорения платформы зависит от угла наклона дисков и момента инерции платформы. Изменение положения дисков на противоположное создает тормозящий момент, который останавливает вращение платформы.

Проведенные расчеты заявляемой платформы на воздушной подушке подтверждают, что устройство работоспособно и поставленная в изобретении цель достигается.

Источники информации

1. Материалы фирмы "Arbortech Industries Ltd", 2004, http://www.arbortech.com.au/ airboard/frameset/purchase/spec.html.

2. Патент РФ N2271290 от 20.04.2004. B60V 1/00 (2006/01); B60V 3/04 (2006.01).

1. Платформа на воздушной подушке преимущественно безмоторная, имеющая возможность перемещения по несущей поверхности опоры с воздушными клапанами и корпус со встроенной в него обечайкой, причем в верхний торец обечайки вставлен диск, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность обечайки имеет форму сферического пояса, диск является подвижным, центр диска закреплен на шаровом шарнире, при этом опора для шарового шарнира прикреплена к обечайке или корпусу платформы.

2. Платформа по п.1, отличающаяся тем, что в верхней плоскости корпуса платформы расположены дополнительные обечайки, лежащие в одной верхней плоскости корпуса симметрично относительно центра платформы, при этом в верхний торец каждой обечайки вставлен соответствующий подвижный диск, центры дисков закреплены на шаровых шарнирах, а опоры шарниров прикреплены к обечайкам или непосредственно к корпусу платформы.

3. Платформа по п.1, отличающаяся тем, что опора для шарового шарнира прикреплена к обечайке или непосредственно к корпусу платформы с помощью гибких растянутых элементов.

4. Платформа по п.1, отличающаяся тем, что между подвижным диском и опорой для шарового шарнира помещены один или несколько демпфирующих элементов.

5. Платформа по п.1, отличающаяся тем, что подвижный диск опирается на несущую конструкцию с помощью демпфирующего элемента.