CN116096632A - 动态鳍片对齐系统 - Google Patents

Abstract

一种水上工具鳍片，其在用户响应于流动条件选择具有和/或改变的角度范围内动态地保持中性对齐，从而减小阻力。因此，本发明使得能够通过旋转轴承和轴承壳在一定角度范围内旋转鳍片，该旋转轴承和轴承壳接纳具有轴颈基座的鳍片。壳体将被装配到例如冲浪板的水上工具上，壳体具有可改变的圆形键槽，以便在轴颈基座的下侧宽松地接收剪切键，从而允许剪切键以及相应地轴颈基座和鳍片在键槽的选定圆形长度的限制内的自由圆形运动。在一种形式中，鳍片装配有根部部分，该根部部分适于插入到在轴颈基座中径向延伸的接收部分中，并被限制在轴承的孔内。

Description

动态鳍片对齐系统

发明领域

本发明大致涉及附接到水上工具上用于控制的鳍片的操作机构。具体地，本发明涉及一种实现可移除鳍片的机械装置，其使得能够更好地应用它们的操作机构。更具体地，本发明涉及一种动态地实现鳍片的更好对齐以减小阻力、实现推力和保持控制的装置。

发明背景

传统的冲浪板鳍片是向前朝向前端瞄准安装的。鳍片相对于中心线以对称的布置安装。现今的优选布置包括三个鳍片。当鳍片的布置包括位于中心的鳍片时，中心鳍片通常安装在最靠近后端的位置，并与中心线正好对齐，而其余的鳍片对称地放置在中心鳍片的前面。有两个角度与对称地远离中心线安装的鳍片有关。一个角度测量在包含冲浪板的平面上的鳍片的对齐，另一个角度测量包含鳍片的平面相对于包含冲浪板的平面的角度。前者在此被称为趾部角度(toe angle)，在其目前优选的布置中，该角度使鳍片的冲角在朝向中心线稍微向内倾斜的方向上对齐；后者在此被称为倾斜角度，其使鳍片稍微向外倾斜远离中心线，并且被测量为与90度位置的偏差，通常大约为4度。本发明涉及保持目前优选的固定倾斜角度的同时鳍片的对齐。

随着新材料和技术的可用性，针对该主题的冲浪板设计和冲浪板鳍片的开发不断尝试。因此，上述鳍片的角度和对齐是该过程的结果。值得注意的是，自从1981年由SimonAnderson首次引入以来，三鳍片冲浪板以与今天所使用的大致相同的布置来实施两个角度。因此，它在当时看来直觉上是合乎逻辑的，而在此时看来也是合乎逻辑的。通常，冲浪板造型师使用优选的角度，并且在一些非常罕见的情况下，冲浪板骑手要求他们优选的角度偏离不超过几度。

当鳍片安装在冲浪板上时，通过与活的生物(例如鲨鱼和海豚)的关联，鳍片满足直觉，然而，冲浪是独特的。没有一种生物进化到像冲浪板那样，能永久性地在来流中侧向航行。在水和空气之间的水平面上滑行对于水上工具也是特有的。

鳍片可以永久地固定到冲浪板上，或者通过通常称为鳍片盒的内置附接系统来固定。通常，大多数现有技术涉及开发独特的装置来将鳍片附接到冲浪板上，而不需要在冲浪板的构造过程中对盒中设定的角度或鳍片本身进行任何调整，例如作为说明性实例的在Hort等人的8,465,334号美国专利中的那些装置，和Kelley的6,695,662号美国专利中的那些装置。在一些情况下，趾部角度被调节不超过几度，并且鳍片被固定在该角度，而不能在冲浪过程中改变，例如作为这些情况的说明性实例如在English和Belitz的20,060,035,543号美国专利中描述的那样，和Oates的5,567,190号美国专利中描述的那样。在其他情况下，鳍片的倾斜角可以调节，例如作为说明性实例在Larkin的2,004,024,848号美国专利中描述的那些，和在Garcia的2,004,023,537号美国专利中描述的那样。Pouchkarev的6,439,940号美国专利描述了具有涉及至少一对不可移除鳍片和水上工具本身的功能的可移除鳍片的内部工作。Jean Francois Iglesias的20,160,090,169号美国专利已经寻求为鳍片提供灵活性以改变它们的冲角。

目前优选的方法是通过鳍片盒角度固定的可移除鳍片。可移除鳍片具有许多所寻求的优点，例如易于运输和能够针对不同的波浪条件使用不同的鳍片。

冲浪板的行进方向通常相对于波浪的运动方向是侧向的。冲浪板总是侧向滑行或滑动，以抵消将冲浪板推向波浪方向的力，然而，在没有鳍片的情况下，冲浪板仍然可以侧向滑动。鳍片提高了操纵性和控制能力。

方向鳍片(例如冲浪板上的那些鳍片)被安装成通过使它们的冲角在运动的相同方向上而将阻力减小到最小。鳍片相对于来流的角度的小变化引起力，该力试图使鳍片与来流重新对齐，从而改变它们所附接的水上工具的方向。由于冲浪板几乎永久地侧向滑动，所以鳍片的对齐应该与滑动的方向几乎匹配，以减小阻力。

冲浪中的操纵包括至少90度的转弯和最常见的180度的转弯。这是因为冲浪者总是避免沿波浪的方向直接滑下，除非这是严格必需的或者当他正在航行的部分迫使他这样做时。在冲浪者直接滑下的情况下，所寻求的操纵至少为90度，以接合波浪的浪壁，为此他急剧地转动板头以接近相对于波浪的方向的90度角，从而当波浪沿板缘提升冲浪板并继续前进时，实现所寻求的侧向滑动。

在进行90度的转弯以到达所寻求的方向时，鳍片的冲角急剧地倾斜几乎相同的90度，在侧向上抵靠来流，从而在原始方向上引起过大的阻力，而不是在不失去速度的情况下平滑的过渡。对于在转动板时所寻求的操纵，倾斜角度总是过大的。

为了减小相对于冲浪板下方的侧向流的倾斜角度，需要减小倾斜角度以减小阻力并实现平滑的过渡。对于冲浪板通过有效地瞄准相对于波浪的方向向右约45度的方向而从波浪的浪壁骑行到波浪的右侧，矢量分析指示所得到的流速相对于冲浪板的中心线的方向向冲浪板的右后方大概右后10度(Re10Ri)到右后20度(Re20Ri)。矢量分析表明，吸力速度越大，这一角越大，吸力速度是波浪将水从其底部排出以使其围绕浪尖倾斜的速度，在一些波浪中浪尖是出了名的高，例如在大溪地岛的提阿胡普或纳米比亚的骷髅湾中的那些波浪。

冲浪板将在没有鳍片的情况下向右或向左滑行，并依靠它们的形状来实现。永久性倾斜角度将略微偏离其中性位置，在当前情况下，所有鳍片的尾部偏离中性位置Re10Ri至Re20Ri。在当前情况下，当冲浪板在波浪的右边向下滑动(大致与右边成45度对齐)时，通过将冲浪板从该45度方向向左或向右转动来完成操纵。当冲浪板转向该方向的左边时，冲浪板沿波浪浪壁向下滑行，不需要鳍片，以便在中性方向上更好地对齐并且其冲角与来流对齐，而沿浪壁向上滑行是通过将冲浪板转向右侧，使鳍片与流入的侧向水流成适当的倾斜角，需要鳍片以获得更大的响应能力，但同时最小化阻力以保持速度。当满足某些条件时，向右和向左的高达45度的角似乎符合向前推的力学原理。

可以看出，附接在固定位置上的鳍片缺乏对冲浪板和水上工具下方的侧向流的独特动力学的识别，这些冲浪板和水上工具在方向上很大程度地依赖它们的形状。正如在所有现有技术中那样，这种与中心线瞄准的方向正好对齐或非常接近的鳍片由于它们的冲角相对于冲浪板的运动过度倾斜或完全侧向，从而引起不必要的阻力。虽然冲浪者必须依赖倾斜角的角度，但最大程度将阻力减小并保持期望的响应能力的最佳角度将需要比任何可用系统所能提供的更精细的调试。另一方面，由于在任何系统中不能调节中心鳍片的事实，总是存在过度倾斜的冲角问题。

尽管可以看出鳍片保持中性的能力对于冲浪运动的动力学是有利的，并且通常对于水上工具也是有用的，特别是对于在方向上很大程度地依赖它们的形状的水上工具。

需要一种可移除的冲浪板鳍片，对于该冲浪板鳍片，后缘可绕靠近鳍片前缘的轴线在一定程度上摆动，从而实现鳍片接合的自由度。鳍片接合的自由度需要允许鳍片在沿浪壁向下滑动时自然地保持中性位置，并且在沿波浪的浪壁向左或向右滑下时保持接近中性位置。中性位置是鳍片的冲角与流速矢量正好相反地对齐的位置。摆动的幅度应该是可变的，并且到达接近侧向流的方向但稍微倾斜的停止位置，以允许对来自工具的操作员或冲浪者的命令输入进行适当的响应。该系统应该允许容易地改变自由角，容易地将鳍片安装在冲浪板上，容易维护，并且容易改变鳍片类型以适应不同的波浪条件。

下文将提供一种旋转轴承和轴承壳，其被安装到水上工具上以固定具有可选择的有限旋转的轴颈基座的鳍片。

发明目的

本发明的目的是通过以下方式来减少安装的和/或能够在固定方向上操作的鳍片的缺点和不足：

(a)使水上工具鳍片能够部分地旋转，从而实现鳍片接合的自由度，并且也易于移除和更换。

(b)当水上工具沿波浪浪壁向左或向右滑行时，使保持相对于流速矢量稍微倾斜的方向的动态向左或向右改变的鳍片的接合角能够最小化阻力并提供足够的响应能力。

(c)提供使冲浪者能够发现鳍片的最佳操作角度的装置，使该鳍片最佳地适应不同的波浪、不同的波浪大小或不同的冲浪者风格。

(d)使得能够鳍片对齐，其将有助于阐明关于鳍片的功能性的领悟，该领悟将进一步推进水上工具的设计。

发明内容

为了满足本发明的目的，通过旋转轴承的内部运作方式和部件来实现鳍片的操作原理。

相应地，本发明提出了提供一种用于旋转轴承的各部件的组件，以使得鳍片具有轴颈基座或者鳍片能够附接到轴颈基座上，从而能够在自然作用在水上工具上的流体力的作用下自由地或者部分地旋转。在本发明的鳍片的部分旋转的关键方面，自由部分旋转的角度的大小可以通过可更换的插入件来设定或禁止。鳍片方向也可以通过可更换的插入件设定在固定的角度，从而能够实现任何固定的对齐角度。

附图的简要说明

为了更完整地理解本发明，参考以下描述和附图，其中：

图1是鳍片的分解视图，该鳍片具有轴颈基座、两件式轴承、轴承壳和相应地具有选定键槽长度的插入件，以满足本发明的目的；

图2是一组示例性的插入件(27)，用于使图1中的实施例的支撑中的鳍片接合的多个自由度能够满足本发明的目的；

图3是鳍片的示例性分解视图，该鳍片具有待插入鳍片基座中的根部主体，该根部主体要固定在轴承的孔的界限内；并且

图4示出了如何将图3中的实施例组装部署到轴承的孔中。

优选实施例的详述

图1中的分解视图示出了本发明的优选实施例用于层压有玻璃纤维的工具的示例性布置。在图1中可以看到旋转轴线1，该旋转轴线1上下取向地定位在鳍片3的前缘2的最前部分附近，鳍片3围绕该旋转轴线1旋转。

鳍片的底部前端4与主体材料连接，该主体具有两个共轴圆盘堆叠的几何形状，这两个共轴圆盘又与旋转轴线1共轴，圆盘基座5在下侧具有圆盘轴颈6，被支承在轴承中，该轴承包括第一部件7和第二部件8，该第一部件7和第二部件8利用将第一部件7和第二部件8精确对齐的对齐销9和接收孔10等被装配在一起，鳍片的底端11的尾部与水上工具(未示出)的下侧接近且平行地延伸。整个鳍片3及其圆盘基座5的视图也在图1的左上侧以较小的比例示出。

轴承7和8具有外侧面13和下侧面14，该外侧面13和下侧面14从孔15径向延伸到外边沿16，外边沿16在尺寸上适于会合轴承壳18的孔17，轴承的下侧面14具有可释放地固定到轴承壳18的孔17的装置，在本实施例中，该装置包括利用凹口20上的硬边缘可驱动的螺纹连接19，轴承的外侧面13与叠层饰面(未示出)齐平。

轴承壳18在水上工具的叠层(未示出)的下侧形成同轴的圆柱形外壳，其孔17面朝上以接纳轴承7和8，并且具有外侧面21和内侧面22，外侧面21可以具有框架，以便其与用于将鳍片盒固定到水上工具上的粘合剂材料进行互锁接合，在该实施方式中，粘合剂材料被包含在外侧面21上。

轴承壳18的面向上的内侧面22具有尺寸上适于会合圆盘轴颈24的下侧的圆形突起23，并且在圆形突起23的轴线1和圆形突起23的边沿26之间具有细长的圆形槽25，该槽的形状适于接纳对应形状的插入件27，该槽关于在该槽中心处的与旋转轴线1同心的圆形轴线28轴对称，该槽沿着圆形轴线28圆形地延伸有限距离，并且具有用于可释放地固定相应形状的插入件27的装置，在该实施例中，该装置包括沿着槽的侧壁的突起29，以在插入件27被压入圆形槽25中时接合相应形状的腔30，该圆形槽25可能延伸到使得便于移除的装置中，在该实施例中，该使得便于移除的装置包括凹口31，以手动地将撬动力施加到插入件27上的倾斜底切32上，以便于移除。

插入件27具有关于圆形槽25的圆形轴线28轴对称的细长圆形键槽33，键槽33尺寸上适于径向地和圆形地宽松地接收从圆盘轴颈24的下侧相应伸入到键槽33的中心的剪切键34。

剪切键34优选为圆形部分35的横截面的形状，以承受由作用在鳍片上的旋转力引起的侧向力，并且当从一侧移动到另一侧时，允许水从一侧移动到另一侧以防止压力的积聚。剪切键的另一个优选实施例可以在键槽内径向紧密配合，以允许针对在转弯的初始时间和鳍片在插入件中的停止点处的最终位置之间缓慢过渡而增大压力。

图1中的布置在尺寸上和结构上适于承受允许在键槽33和剪切键34之间的长度差的限制内自由旋转的载荷。轴向向外的载荷沿着轴承下侧的座圈36承受，该座圈36通常邻近轴承的孔15，轴颈是邻近圆盘基座的边沿38的圆盘轴颈的上侧37。径向载荷沿着轴承的孔15承受，轴颈是圆盘基座5的边沿38。轴向向内的载荷优选地沿着轴承壳18中的圆形突起23，沿着通常邻近其边沿26的边缘39被承受。

图1中的示例性实施例还包括优选地在轴承壳的尾侧中叠层内的量角器40图像，以在视觉上获得关于当前对齐和范围的信息。

图2示出了一组用于不同自由度的鳍片接合的示例性插入件及其对鳍片对齐的影响。在图2中，可以看到冲浪板的下侧41的后部、其中心线42以及现今优选的三个鳍片的布置，这三个鳍片从第一位置44到第二位置45自由地对称地旋转自由角43，该自由角43由三个相同的插入件27实现。

在该图的上方、下方和右侧示出了通过其他组的三个插入件在冲浪板上实现的鳍片的自由度43。在图2的右侧可以看到，插入件能够实现非对称对齐46，这可以是优选的，以便能够实现用于浪管冲浪(tube riding)的减速，或者切回到专用于向左或向右的波浪的优选部分中。图2还示出了用于撬出插入件27的倾斜底切32，为了便于参考，还可以看到如同其被部署时那样位于键槽33中的剪切键34的圆形部分35的横截面的虚线周边，以及键槽33沿其延伸和剪切键34沿其移动的圆形轴线28。

图2中的该组插入件包括标记方案，该标记方案用来指代由插入件设定的角度，在所述方案中，水上工具以常规方式被称为具有板面、下侧、中心线、前端和后端，并且使用者提及的鳍片和该工具的对齐为站立在其板面上朝向前方看时鳍片和工具的对齐。所述方案由如下所述的字母和数字组成，图2中未示出。

由插入件设置的一个鳍片的对齐或对齐范围是在尾侧上参照穿过鳍片的旋转中心、平行于中心线的线(进一步被称为中心线)给出。该方案可应用于固定鳍片或具有自由度(该自由度也被称为自由)的鳍片，其中中心线在鳍片扫掠的角度范围内。鳍片可以是固定的(Fixed)、或具有对称(Symmetric)或不对称(Asymmetric)的扫掠、向左(Left)或向右(Right)的，这些都在方案中使用字母F、S、A、L和R相应地表示。术语“Simon Anderson”(SA)可应用于在其当前优选的3至5度范围内以单个趾部角度限定的固定对齐。当需要时，斜线“/”用作分隔符，y×形式的前缀表示冲浪板上的鳍片数y。

字母和数字的顺序如下：3×A20L/10R，表示具有20+10＝30度自由的3个鳍片，不对称扫掠，20度向左和10度向右。相应地作为示例，对称的30度自由插入件被标记为S30，固定为向左30度的鳍片被标记为F30L。该方案中的SA4表示固有的3个插入件以相应的角度固定3个鳍片，以满足已知的具有4度趾部角度的鳍片布置。

图3示出了替代实施例，其中鳍片3具有根部47，该根部47用于滑入配合槽48中，该配合槽48在旋转鳍片基座49的大致范围内径向延伸，该旋转鳍片基座49被支承在轴承50中。在图3中可以看到鳍片的旋转轴线1和在鳍片的底部前端4与旋转轴线1垂直相交的前后轴线51。根部47是平行于前后轴线51的细长棱柱，其具有对称梯形52形状的横截面，其将被接收在相应形状的配合槽48内。配合槽48在圆盘基座的边沿38上的开口端53和该边沿的相对侧附近的止挡件54表面之间径向延伸，从而使根部47的梯形横截面52的较宽侧55接合梯形配合槽48的较窄侧和较宽侧56之间的材料。圆盘基座49在其下侧具有圆盘轴颈6，该圆盘基座49和圆盘轴颈6与旋转轴线1共轴被支承在轴承50中。轴承50具有外侧面13和下侧面14，该外侧面13和下侧面14从其孔15径向延伸到外边沿16，该外边沿16在尺寸上适于会合轴承壳18的孔17。轴承的下侧面具有可释放地固定到轴承壳18的孔17的装置57，轴承的外侧面13与叠层饰面(未示出)齐平。

在图4中，可以看到根部47是如何插入轴承的孔15的顶部中的，轴承的孔15保持倾斜以使滑动运动58的路径畅通，从而将根部47插入配合槽48至槽端部处的止挡表面54。根部47在尺寸上适于允许与圆盘基座5的几何形状匹配配合，使得其前端59与止挡表面54相遇，根部47的尾端60在基座的开口端53处封闭基座的边沿的圆弧61，然后将具有根部47的圆盘基座5插入轴承的孔15中，使得鳍片能够与圆盘基座5卡在一起，同时允许旋转和支承。然后将轴承50附接到壳中，该壳相应地装配有附接该轴承的装置。

因此，可以看出，在从上述描述中变得明显的那些目的中，可以有效地实现上述目的。并且，由于在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在执行上述方法中和在所提出的结构中进行某些改变，因此，包含在上述描述中并且在附图中示出的所有内容都应当被解释为说明性的，而不是限制性的。

还应该理解的是，所附权利要求书旨在覆盖本文描述的本发明的所有一般和特定特征，并且本发明范围的所有陈述，作为语言问题，可以说介于两者之间。

Images