專利名稱:水上行走器的制作方法
本發(fā)明涉及一種供單人在江河湖海的水面上或特殊的水域上行走的交通工具，特別它是不使用能源而只依靠個人行走能力來實現(xiàn)走渡水域的第一代水上行走器。
據(jù)八三年聽說，美國發(fā)明有水上行走器，因屬軍用品機密，不得而知。本人曾查過中文檢索和英文版的《世界專利申請索引》，在可能的歸類里均沒查到有這方面的申請。另外約一年前，本人曾看過一則中文科普報道(忘記出處)，日本有人設計了一種不成熟的滑雪板式水上行走器，在平靜的水面上行走達一公里。
本發(fā)明由四個部分組成一、浮體部分，分左右兩只，它們除以鏡面對稱外，右腳浮體上底還多一個氣咀，見圖1a;二、推進膜部分，由起恢復失穩(wěn)之前狀態(tài)的高彈性鋼條同兩片橡膠膜構成，見圖2;三、腳平板部分，它保持與腳底面平行狀態(tài)，并做為下一部分工作的臺基-以配合氣體交換的完成，見圖1a-〔1〕;四、氣體交換部分，主要由聯(lián)通左、右浮體的蛇皮管〔1〕，及啞鈴球〔2〕和其中的水銀組成，見圖3。
這四部分各有自己的功能和作用。浮體1.因跨腿時浮體內氣體不會全排到另一只浮體內，行走時它對水面還有相撞的機會，所以前側面設計成流線弧型。2.劃水加厚環(huán)有助于后蹬時增大劃水的能力;另一方面，它在浮體上的位置使其浮力有助于浮體的重心頃向內側，這便利于人的行走，也加強了人在水面上的平衡能力。3.浮體豎直看近拱門狀，前半部寬于后半部。因此，a在腳向后蹬時有增加劃水的能力，b使浮力重心向前移，參見圖4b，以減小6→8過程腳與水的沖撞，即減小行走阻力。4、劃水加厚環(huán)除了2的作用外，還能利用外側不同方向的水流以一定的前行推力，參見圖1b。5、浮體通過氣體交換的充盈方式來實現(xiàn)它的最大浮力，這時增大的壓強迫使橡膠浮體做定形體膨脹。推進膜彈簧鋼條夾于兩層冠形橡膠膜中，防止鋼與水直接接觸導致生銹;彈簧鋼條〔1〕的作用是，增大推進膜〔2〕從失穩(wěn)態(tài)恢復到常態(tài)的力量和速度。腳平板腳平板與腳底的接觸面是從腳小指跟稍后開始的，后至腳跟以外，這樣1、使整個腳在水面行走的運動狀態(tài)同陸路行走狀態(tài)盡量接近;2、使后蹬時的較大壓強得到利用;3、起把浮體固定到腳上的作用;4、為氣體交換系統(tǒng)提供基座，并起聯(lián)通口圖3a-〔3〕的作用。氣體交換1、啞鈴球是這部分的主要部件，它利用內腔水銀的水平保持性，自動控制啞鈴球的振動，并使這種振動與行走的步頻同步。2、啞鈴球振動與腳平板運動的綜合結果，是控制聯(lián)通口的封啟原因;當兩者處于α角時為封口狀態(tài)，兩者處β角時為開啟狀態(tài)圖3b。3、支軸座圖3a-〔4〕安裝于啞鈴球柄上，它的設計對啞鈴球振動時的靈敏度有影響，支軸同支軸座的處理對此也有一定的影響。4、保護罩對啞鈴球及其工作均有保護作用。
本發(fā)明的基本原理是這樣的人在水上行走時，腳底面與水平面的二面角的變化自然地調整水銀在啞鈴球腔內的流向，使啞鈴球按人行走的變化規(guī)律來控制聯(lián)通氣口的開閉-利用換步的變化和行走時浮體壓強的變化，使大部分氣體在左、右兩只浮體內交替充入，總保證落“地”的那只腳上的浮體處于充盈狀態(tài)，即保證支撐腿上總能夠達到所需求的浮力，而擺腿的那只腳上的浮體卻處于干癟狀態(tài)-減小行走時阻力及達到水上行走的動作近似于陸上行走的動作。另外，利用推進膜，使部分行走時的沖擊動能(即浮體內壓強的快速增加)轉化為前行的推進能，加速行走的速度。
借助這一代發(fā)明，人除了可以在水上站立、行走外，還能實施特定姿勢配合下的跑或跳。下面，參照前面的幾幅圖和圖4，詳細說明本發(fā)明的特點和水上行走的實施。
水上站立姿勢站立時浮體的基本形式如圖4b-5所示。人站立在浮動的水平面上時，身體保持平衡的能力前后較強，左右較差。對此，可以用腳平板控制浮體內的壓強以改變氣體在其中的分配量;還可以象陸地上那樣，用曲膝等方法調整身體平衡。因不能利用本發(fā)明倒著走圖4a，所以調整前后重心時向前移較好。
站立時，雙腳啞鈴球均處于圖3b-β狀態(tài)。
水上行走運動這是本發(fā)明的主要功能，現(xiàn)在作逐步分解介紹1.從站立狀態(tài)到行走運動時，如果散步般的緩行時最好這樣開始，在行走之前，有意識地把跨腿浮體內的氣體壓向支撐腿的浮體內，并在支撐腿浮體快要達到充盈狀態(tài)的同時，把跨腿腳平板向前下傾斜，使其啞鈴球從圖3b的β狀態(tài)變成α狀態(tài)。這是方法之一，對疾行的快速起步就可以不需要這種準備。當腿跨出去時，雖然支撐腿浮體的壓強較大，但α狀態(tài)的啞鈴球封住了跨腿的聯(lián)通口，使支撐腿的浮體能暫時處于充盈狀態(tài)而保證浮力不消失。參見圖4b，跨腿處于2狀態(tài)時腳平板已滿足把啞鈴球以α改變到β的傾斜條件，但由于向前運動的慣性作用及水銀從O2球流向O1球需要△t＜0.02秒的平均瞬時時間，這種變化并不是很快完成的，而是在3→4狀態(tài)才完成的。
2.按圖4b繼續(xù)運動，跨腿處在3→4的運動狀態(tài)，支撐腿則擺到6→7狀態(tài)。這個過程因跨腿使啞鈴球已處于β狀態(tài)，左右聯(lián)通口均打開，所以壓強大的支撐腿浮體內的氣體通過聯(lián)通管會很快壓向位于空中的又處在干癟狀態(tài)的跨腿浮體-時間約0.2～0.4秒。在這一過程的末尾，支撐腿處于7狀態(tài)時，會很快使啞鈴球從β狀態(tài)改成α的封口狀態(tài)，這時慣性不起足夠的影響作用，因6→7已改變到這種慣性狀態(tài)。
支撐腿在6→7過程的時候，因其浮體剛處于干癟中，再向前擺動時就能減小水產生的阻力。
3.按圖4b再繼續(xù)運動，跨腿已處在5的支撐狀態(tài)，支撐腿已處在8的空中前擺狀態(tài)。這時，雖然跨腿處在支撐狀態(tài)中浮體內的壓強要增大，支撐腿處于空中狀態(tài)浮體內的壓強與外界相同并小于前者，但只因跨腿已在狀態(tài)7之后封住了聯(lián)通口，所以變換狀態(tài)下的新的支撐腿，其浮體還在具有充盈狀態(tài)時等于允許載荷的浮力。
跨腿處在新的支撐狀態(tài)時，身體重心前移給浮體帶來的壓強沖擊能便傳給了推進膜，使膜開始向后推水。這種剩余能量的最大利用，要進一步地通過樣品的試驗，才能找出最佳的設計參數(shù)。
4.按圖4b再繼續(xù)運動下去，跨腿從支撐狀態(tài)5向6狀態(tài)過度，這時因身體重量還在這個腿上，而腳對浮體的接觸面在減小-壓強就再增大，這也就增強了推進膜向后推水的能力。
以后跨腿成了新的支撐腿;支撐腿成了新的跨腿，將反復重行上述運動……水域上的跑或跳根據(jù)上述水上行走的特點，只要能熟練地掌握以腳平板使啞鈴球對聯(lián)通口起到有效的控制，就能進行跑的運動。從理論上分析，跑的速度可以在這種控制能力提高的基礎上得到提高。因為，水銀從一只球流向另一只球所需的時間可以小到0.01，這再加上啞鈴球的角動量變化的速度所需時間，也不超過0.14秒-這是啞鈴球靈敏度的一個重要指標。
啞鈴球的靈敏度反映了在圖4b中，從前一個動作到第三個動作之間允許的最短時間。按照靈敏度為0.14秒計算運動的變化節(jié)奏，那么就允許在約0.5～0.6秒的時間內完成圖4b從1～8的一個跨步動作-這早能滿足快速疾走的需要，已與中高速跑的換步頻率相當。
本發(fā)明除了做一般水上行走交通工具外，還可以供水田、沼澤、荷塘等特殊環(huán)境的水面作業(yè)使用;也可以用來開展一類多項的水上體育活動。從理論評估，若按陸路行走所付的相同代價作分析，本發(fā)明在水上相對于水的行走時速約3公里/小時，在改進、完善的基礎上，相對水的時速可達4公里/小時。陸路行走的標準能力約為5公里/小時。這一代發(fā)明抗風浪的能力，還有待于樣品的試驗及改進后的實驗。
特注本發(fā)明是水上行走器的一種基本雛型，預計抗風浪的能力還較低，故做民用品申請專利較宜。
權利要求
1.水上行走器是供個人在水面上獨立使用的、無需能源的一種交通娛樂工具，該裝置有兩副(雙)一套的浮體可承受載荷，本發(fā)明的特征在于a、聯(lián)通管3a-[1]通過聯(lián)通口3a-[3]的連接，把左右兩只浮體聯(lián)通為一個氣密性的漂浮整體，利用行走時的壓強沖擊能量做輔助動力的推進膜是這個氣密性整體的一部分1a-[4]，b、浮體內具有氣閥功能的啞鈴球3a-[2]和腳平板3a-[5]一起構成了本發(fā)明氣體交換的控制系統(tǒng)，這一系統(tǒng)依靠行走的壓強變化同步地控制氣體在兩浮體之間充盈。
2.根據(jù)權利要求
1所述裝置，其特征是每只做1.2～1.6倍定形膨脹的浮體由前半部分大，后半部分小的拱門形狀的主體1a-〔3〕，以及主體下底面前內側的劃水加厚環(huán)1a-〔2〕和后側面1a-〔4〕上粘接的推進膜構成，其浮力重心處在通常站立時腳前后重心的區(qū)域內，而位于單腳左右平衡重心線的外側。
3.根據(jù)權利要求
2所述裝置，其特征是形似L、厚2～4厘米并且有多種輔助功能的劃水加厚環(huán)同主體是一個橡膠整體，這不僅便于利用洞1a-〔4〕以模具工藝制做浮體，而且也利于安裝浮體內部的所有部件。
4.根據(jù)權利要求
1所述裝置和權利要求
2所規(guī)定，其特征是利用浮體內外同步變化的壓強差產生助推力的推進膜，由橡膠膜〔2〕夾十字形彈簧鋼條〔1〕為主要部分，冠膜邊緣有一條給鋼條提供較大振動自由度的、厚與膜近似的8～12毫米寬的橡膠環(huán)帶〔3〕。
5.根據(jù)權利要求
4所述裝置，其特征是a、幫助膜從失穩(wěn)狀態(tài)快速恢復原狀態(tài)的彈簧鋼條的自然形狀呈同膜自然曲率相同的拱形，鋼條的總長小于膜冠的張口直徑，b、冠膜的面積小于以其曲率半徑為球體面積的二分之一，c、圍繞彈簧鋼條處的橡膠膜較厚。
6.根據(jù)權利要求
1所述裝置，其特征是具有氣閥功能的啞鈴球3a-〔2〕在于內腔與外觀形狀均象體育用的球形啞鈴，球O1與球O2內徑和外徑分別相同，外徑大于聯(lián)通口3a-〔3〕下部管口的內徑，它的真空腔體內裝容有一定量的以控制其振動的水銀，并在封聯(lián)通口時，水銀在O1球腔內起抗衡聯(lián)通口壓力的杠桿作用。
7.根據(jù)權利要求
6所述裝置，其特征是以球心O1O2軸線對稱的啞鈴球在與腳平板可以形成的最大α角狀態(tài)與最大β角狀態(tài)的相互轉變中所需的時間小于或等于2×0.14＝0.28秒，β＞α，同時還要保證水銀在只占滿一個球腔的條件下，啞鈴球柄的長度應滿足其力矩大于封口所需的最大力矩。
8.根據(jù)權利要求
1所述裝置，其特征是腳平板的前半部分位于腳跟至腳小趾稍后為止，后半部分用做氣體交換系統(tǒng)的基座，全板上除有一個內管為圓臺形的短管聯(lián)通口外，還有與浮體上底面-對應的八個螺徑相同的固腳螺母孔和六個孔徑相同的鉚釘孔，浮體在這些孔上起到腳墊圈的作用，以保證權利要求
1所述裝置的各處氣密性。
9.根據(jù)權利要求
8所述裝置和權利要求
6所規(guī)定，其特征是聯(lián)通口上部管口的內徑較下部管口的內徑大，上部管口的內徑略小于或等于1～1.2米長的聯(lián)通蛇皮管的內徑，其外觀在腳平板的上半部分是圓柱形。
10.根據(jù)權利要求
1所述裝置和權利要求
2-9所規(guī)定，其特征是浮體內的壓強變化與載荷量的大小和行走狀態(tài)有關，這種與行走步頻相同的周期變化規(guī)定了a、最大定形膨脹體積為66～88立方分米，最大膨脹體積所提供的浮力為88公斤以下，b、當人跨腿讓浮體內壓強減小時推進膜復原，當人踩水后蹬使壓強增大時推進膜失穩(wěn)向后推水。按照這種運動節(jié)奏，權利要求
1所述裝置可以在對橡膠沒有明顯破壞作用的其它液態(tài)、濁液態(tài)或泥濘區(qū)域上使用。
專利摘要
本發(fā)明是一種不用能源，僅供單人在多種水域上行走的工具，它屬于八十年代受人注意的一種邊緣運載裝備。在水上行走以致跑跳時，它以三個方面配合工作一、各腳一只的浮體用來提供浮力；二、與行走同步的氣體控制系統(tǒng)使氣體向兩個浮體交替充氣；三、推進膜，把部分行走的沖擊能量轉為推進動力能量。本水上行走器能在許多領域發(fā)揮作用水上交通、旅游、體育、湖泊生產、海洋開發(fā)、國防等。
文檔編號B63B35/00GK86103157SQ86103157
公開日1987年11月11日 申請日期1986年5月1日
發(fā)明者周勝剛 申請人:周勝剛導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan