JP3727142B2 - Water image forming device - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流水装置、特に側壁が設けられていない傾斜面に水流を供給する流水装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
過去２５年間、サーフボード乗り及び関連した波乗り活動、例えば、ニーボーディング，ボディあるいは“ブギ”ボーディング，滑走ボーディング、サーフカヤック，膨張用具乗り，及びボディサーフィング（すべて以下集合的に波乗りと呼ばれる）は、打ち寄せる波に恵まれた世界の海岸線に沿って人気を増し続けてきた。同時に、８０年代の１０年間は、参加型のファミリーウォーターレクリエーション施設、即ち、ウォーターパークの驚異的な成長をまのあたりに見てきた。人工波がある大型プールは、そのようなウォーターパークの必須の構成要素であった。幾つかの種類の波プールが成功裡に発展してきた。最もポピュラーな種類は、泳ぎ手或いはチューブ／膨張マットライダーが波装置によって作り出されたうねる砕けない大波上を動き漂うことを可能にするものである。小さい砕け波がこの種類の波プールから生じ得るけれども、それは波乗りにとって理想の波ではない。深みから浅いプール端へ押し寄せる大きな荒れ狂う白濁ボアを与える少数のプールが存在する。そのようなプールは白濁ボア（砕け波）波乗りを可能にするが、砕け波乗りは波乗りの世界のエキスパートに好まれない。波ライダーに対し最大の魅力を保持する波のタイプは、砕けないまだ乗れる波面と“砕ける”／“移行”カールあるいは溢れとの組み合わせであ。
【０００３】
理想的な砕けないまだ乗れる波面は、重力成分が、ライダーが抗力に打ち勝って水面滑走（例えばサーフィン）動作をその上で実行するのを可能にする充分な傾きの面を持ち高さが少なくとも１メートルの滑らかな傾斜した水マウンドと記述されることができる。標準的な砕け波は、１メートルを越える波高を持ち、岸に最も近い砕けた部分を有し、一方岸から最も遠い部分は滑らかな表面を持ち、数波高に及ぶ領域にわたり連続的に起こる波の滑らかな部分から砕けた部分への移行部を有し、及び１０秒を越える持続時間を持つ移行エリアを有する、動いて斜めに岸に入ってくる波と記述できる。砕け波において、この移行エリアは波ライダーにとって特におもしろい。移行エリアは、波ライダーが最適の水面滑走（例えばサーフィン）動作を実行するところである。移行エリアは、波面がその最大の勾配角度を達成するところでもある。
【０００４】
波ライダーが初心者から上達者へ技能を発展させるにつれて、彼又は彼女は異なるタイプの波を乗りこなすことを求めるだろう。始めての人は既に砕けた白濁ボアに対して“内側”で始める。これらの波は捕らえるのは最も易しいが、それらはサーフィン動作に対してほとんど機会を提供しない。次のステップは、“外側”、即ち、砕けゾーンを過ぎたすぐのところに移ることである。ここで初心者は、波を“捕らえる”のが可能な勾配しかない砕けていない波を好む。波が砕けるとき、初心者は易しい溢流タイプの波を好む。波ライダーが上達すればするほど、急勾配の波に対する嗜好が強まる。究極の波形状は連続するチューブ又はトンネルに似ている。
【０００５】
多年、発明者は、初心者と同様に上達した波ライダーに対し完全な範囲の波乗り経験を提供するだろう波乗りのための理想的な波を機械的に複製することを試みてきた。そのような試みの大多数は、岸で自然に起こるのが見られる移動する進行重力波の再現に焦点を当てている。不幸にも、そのような試みは波乗りに関しては限られた成功しかおさめられていない。移動する進行波技術に固有の問題は、安全性、熟練、コスト、サイズ及び容量を含んでいる。移動する進行砕け波の再現は高価な波発生装置を持つ大きなプールを必要とする。波サイズの増大を望むと、それは結果として必然的により危険な条件、例えばより深い水及び強い水流につながる。移動する進行波へのアクセスは、通例、砕けていない波の“離陸ゾーン”に適切に身を置くために、砕けた波を通過する骨の折れる泳ぎ又は漕ぐことを必要とする。進行砕け波を捕らえるには、ほんの一瞬のタイミングと発達した筋肉とを必要とする。進行砕け波に乗るには、滑走するボディに生じる流体動力学的揚力と押しのけボディに生じる浮力との平衡を取る広範囲の熟練を必要とする。進行波は本来的にウォーターパークにとり低収容能力のアトラクションである。即ち、波毎に１人又は２人のライダーである。限られた波質、法外な参加者熟練度、過度のコスト、潜在的危険性、及び低ライダー収容能力に対する大表面積比の帰結として、従来の移動する進行砕け波を作り出すように特別に設計された波プールは、僅かの例外を除いて、商業的適用において合理的でないことが証明された。
【０００６】
ルメハウテ（米国特許３，８０２，６９７）及び次の３出版物：（１）ホーヌング，Ｈ・Ｇ及びキレン，Ｐ，「サーフボードの実験室試験のための定常斜め砕け波」、流体力学ジャーナル（１９７６），第７８巻，第３部，４５９−４８４ページ；（２）Ｐ・Ｄ・キレン，「波乗り施設のモデル研究」，第７回オーストララシア水力学流体力学会議，ブリスバン，（１９８０）；及び（３）Ｐ・Ｄ・キレン及びＲ・Ｊ・スタルカー，「波乗り研究施設」，第８回オーストララシア流体力学会議，ニューカッスル大学，Ｎ，Ｓ，Ｗ，（１９８３），（３論文は全て集合的に「キレン」と呼ばれる）は、定常波と呼ばれる独自の種類の進行波を作り出すことを記述している。前述の移動波とは全く異なり、定常波は通例、水中の玉石が流れる川の水を妨げるように作用し、水流に向かって等しい反対の速度で進み、底に対して静止したままでとどまる波を作り出す川において見いだされる。
【０００７】
ルメハウテ及びキレンにより考察されている定常砕け波は、移動する進行重力波で生じる“動く目標”問題を回避する。したがって、岸に限定された観察者から見ると、それらはより予想可能であり、観察がより容易であり、アクセスがより容易である。改善されたけれども、ルメハウテ及びキレンの定常砕け波は、商業上のウォーターレクリエーション施設に適用される場合、なお重大な進行波問題に悩まされる。特にこれら問題は以下を含んでいる。波を捕らえ乗るための法外な熟練、深い水の溺れる可能性（水深は砕け波の高さより大きいから）及び波を形成するに必要な水流への動力供給に関連した高コスト。換言すれば、ルメハウテもキレンもなお海岸で見られるものと似ている比較的深い水ボディを考察している。
【０００８】
さらに、ルメハウテ及びキレンの波形成のプロセスは、閉じ込め壁に囲まれた水の流れ内に置かれた障害物を含んでいる。流れの水力学的状態は、障害物の面を上がる超臨界流（流れの運動エネルギーがその重力位置エネルギーと等しいような流れ）、波が砕けるときの（高くそびえた“跳水”）障害物の最上部あるいは頂点における臨界流（流れの運動エネルギーがその重力位置エネルギーと等しいような流れ）、及び障害物の後部上を流れる臨界内（流れの運動エネルギーがその重力位置エネルギーを下回るような流れ）部分である。沈没した分割流表面は、超臨界上流部分を各障害物の背後を流れる臨界内下流から分ける。この“臨界流れ”砕けプロセス（即ち、フルード数が砕け点において１に等しいところ）の必然的結果は、水深と波サイズの関係において得ることのできる最大波高が水深の４／５になることである。したがって、ルメハウテ及びキレンにおいて、望まれる波が大きくなればなるほど、関連した流れは深くなる。
【０００９】
上記の不利は甚だしい経済的重大性を持つ。キレン及びルメハウテは、大きなサイズの波を作り出すのに非常に大きな注排水能力を持つポンプを要求する。さらに、深い流れ条件下でのライダーの動作は大きな熟練を必要とする。
例証として、波ライダーが深い水流で波を捕らえるために漕ぐ場合（深い水流は、ライダー及び彼の乗り物による圧力乱れが近接した底により影響されないところである）、彼の乗り物は第１に浮力により支えられた押しのけ船体として役立ち、それから漕ぐことから及び波に乗ってから起こる流体動力学的揚力の結果として第１に滑走船体へ移行する（ボードの喫水の低下）。この波に乗るのに必要な力は浮力と流体動力学的揚力との組み合わせである。ボードが速く進めば進むほど、揚力がより一層のライダーの重さを支え、浮力はより小さくなる。この揚力に反応して、ボードのすぐ下で圧力の増加がある。この圧力乱れはボードからの距離において１対距離の二乗に比例して小さくなる。
【００１０】
深い水流環境では、圧力乱れが流れの底に達するまでに、それは既に底のその圧力乱れに対する影響が無視できるほど低いレベルに弱まっている。したがって、ライダーに反作用は伝えられない。深い水流における底の反作用が欠如するので、ライダーは支持されない。支えの欠如は、結果として、波を捕らえるために、漕ぐことや、サーフボードを押しのけ船体から滑走船体へ移行させるのに必要とされるより大きい肉体的力につながる。支えの欠如はまた、結果として、より大きい不安定性につながり、波に乗るのに要求される自明のより大きい熟練を伴う。
【００１１】
さらに、深い水流は高い溺れる可能性をもともと持っている。例えば、２フィートの高さの砕け波は２．５フィートの水において５．３８ノットの水流を必要とする。オリンピックスイマーでさえそのような流れの中で押し流されることを避けることはできないだろう。
フレンズル（米国特許番号３，５９８，４０２（１９７１），４，５６４，１９０（１９８６）及び４，９０５，９８７（１９９０））は、斜面を上がる水流を記述している。だが上記の不利に加え、フレンズルの構造は容器（コンテナ）の底として記述されている。この容器の側壁は、その後の再循環効率に対して最大位置エネルギーを保存することを期待し、水流をその上方軌道に閉じ込めるように機能する。だがそのような側壁は超臨界流の形成を妨げ、砕け波の可能性を消し得る斜め波を増殖することが見いだされている。即ち、フレンズルの容器は単に水を満たすものであり、超臨界流も水中に沈める。側壁閉じ込めは又、乗るためのアクセスを容易にする能力の点において不利であることがわかる。さらに、フレンズルの装置は、平衡状態での波乗りに対し設計されている。だが大多数の波乗り動作は、面白い動作を実現するために、さまざまの非平衡ゾーンにより平衡ポイントの周りでの運動あるいは振れを要求する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、前述のような先行技術の問題点を改善する装置を利用して、噴水等の美的な流水装置を得ることにある。
【００１３】
請求項１に係る水による像形成装置は、水源と、水源に隣接して配置され、上端部と下端部と上端部と下端部間に配置され対向する縁部と有する流水傾斜面と、シート状の水流とを備えている。シート状の水流は、傾斜面上を上方に、概ね下端部から上端部に流れ、傾斜面上で流れを形成するように傾斜面に沿っている。水流の一部は、縁部を越えていき、傾斜面から離れ落ちるようになっている。縁部は、縁部を超えて水流が流れることを防止する隆起を有していない。
【００１４】
請求項２に係る水による像形成装置では、請求項１の装置において、水流は、下端部に近接した部分の傾斜面上に導入され、上端部を越えて流れるように上方に流れる。
請求項３に係る水による像形成装置では、請求項２の装置において、傾斜面の傾斜は、下端部から上端部に向かって増加していく。
【００１５】
請求項４に係る水による像形成装置は、請求項３の装置において、傾斜面上にシート状水流を供給するためのノズルをさらに備えている。ノズルから流れる水の体積及び速度は、傾斜面上の水の形を望みに合わせて変更するように調整することができる。
請求項５に係る水による像形成装置は、第２水源と、第２シート状水流とをさらに備えている。傾斜面において少なくとも２つの流れが上方に放出され、各流れは傾斜面上に流水形状を形成する。
【００１６】
請求項６に係る水による像形成装置では、請求項 1 の装置において、波形成用の構造物が傾斜面上に配置され、波形成構造物は実質的に凹状の湾曲面を有しており、シート状水流は白濁波を形成するように前記波形成構造物上を流れる。
【００１７】
請求項７に係る水による像形成装置では、水流の少なくとも一部は波形成構造物における傾斜面から離れ、空中軌道を形成し、空中軌道は自身の流れの地点より上流の地点に向かう。
請求項８に係る水による像形成装置では、請求項１の装置において、傾斜面は下方部と中間部と上方部とを有している。流水は、下方部に導入され、中間部を流れ、そして前記上方部を流れる。
【００１８】
請求項９に係る水による像形成装置では、請求項１の装置において、シート状水流は、傾斜面上に形状を形成するように傾斜面に実質的に沿ってシート状水流にわたってほぼ同じ厚みを有している。
請求項１０に係る水による像形成装置では、請求項１の装置において、傾斜面はほぼ凹状である。
【００１９】
請求項１１に係るでは、請求項１の装置において、傾斜面上にシート状水流を供給するためのノズルをさらに備えている。ノズルの流量は、傾斜面をわたる水流の形状が変化するように、時間がたつにつれて変化させることができる。
請求項１２に係る水による像形成装置は、請求項１の装置において、第２水源と、第２シート状流水とをさらに備えている。傾斜面において少なくとも 2 つの流れが上方に放出され、流れは傾斜面上に全体的な流れ形状を作り出すために協動する。
【００２０】
請求項１３に係る水による像形成装置では、請求項１の装置において、傾斜面の傾斜部分は波形成用の構造物を形成し、シート状水流は、波形成用構造物上を上流に流れて、流入する流れの上に流れて白濁水を形成する。
請求項１４に係る水による像形成装置では、請求項１の装置において、水流のうち低速度流は、縁部を超えることで傾斜面から取り除かれる。
【００２２】
傾斜した流れ環境において、そのような斜め波が形成されることは、これら波が流れに抗して伝播するとき、それらは高さの下り変化から特別のエネルギー増加を得る下り成分を持つので、極めて容易である。斜め波が水流に抗して下って動くとき、このエネルギーゲインは結果として振幅ゲインにつながるので、それらは、単にライダーの水面滑走動作の実行を損なうのみならず、又伝播して流れ全体の阻止につながる“三角波”を作り出す。
【００２３】
それ故、これらの不利を解消するために、本発明は斜め波の形成を防ぐコンテナレス傾斜部を提供する。すなわち、傾斜部が容器状になっておらず単なる平坦な板状であり、その側方端部に水の流れを制限する隆起等がない構造の傾斜部を提供する。傾斜した滑り面は側方の水制限部なしに構成され、低速の水の流れ去りを可能にする。その結果、斜面を上がる主水流は、望みの又はそれ以上の速度であり続ける。こうして、乗る波の高性質又波タイプの多様性が達成され、維持されることができる。又、本発明の無数の構成に加え、この発明の主要部は、境界層誘発臨界内流れを消すための幾つかの他の方法にしたがって実行され得ることも指摘されねばならない。
【００２４】
本発明の別の重要な特徴は、コンテナレス斜面上の好ましい水流タイプは、先行技術で利用される比較的深い水よりむしろ比較的薄い“シート”流れであることである。シート流れは、水深が、ライダーと彼の乗り物により引き起こされる圧力乱れが、そのライダーと彼の乗り物に対する作用が一般に“地面効果（地面からの反作用）”として知られる反力を通じて滑り面により影響されるのに充分浅いところである。これはもともとより安定した波乗りに備え、こうして波を捕らえ乗るのに必要な技術を要する。
【００２５】
シート流れ状態では、ボードは固体境界、即ち、流れ底あるいは滑り面に非常に接近しているので、ボードからの圧力乱れはそれが固体境界と接触する前に減少する時間を持たない。これは結果として、流体を通じてのまた直接的な地面への圧力乱れ伝達につながる。これは、地面が反作用壁としてライダーの体の重さに抗する役割を果たし、地面効果によりライダーを支える助ける。こうして、シート流れはもともと深い水流より安定している。堪能なライダーの観点からは、地面効果原理は、より反応的なターン、速度の増加、及び乗り物滑走エリアの縮小を可能にする揚力増大の結果としてのよりきつい半径の動作の形において、性能の改善を提供する。
【００２６】
シート流れは又、流れが滑り面の輪郭にほぼしたがう意味において、同形の流れを与えることができる。それ故、これは、境界層での不充分な速度は輪郭付けられた流れ底からの流れ分離を計算に入れる場合なお波の特別の作用を達成しつつ、波は滑り面に同形になるので、波の形状をより良く制御することを可能にする。
【００２７】
この点で、コンテナレス傾斜部を上がるシート流れにより、波はライダーが本発明の主要部にしたがい構成されたウォーターアトラクションを楽しむために必ずしも必要とされないことが指摘されねばならない。必要なのは、ライダーが上方に流れてくるシート流れを滑り降りるのを可能にする充分の角度の斜面である。さらに、故意のライダー誘発抗力は、ライダーの速度を落とし彼を斜面を上がって戻し、追加動作を可能にできる。同様に、望まれるならば、ライダーは、上りの水流に対する彼の抗力を調整することにより、平衡（例えば流れに関する定常位置）を達成することができる。
【００２８】
本発明の別の特徴は、跳水が起こるときはいつも、障害物（すなわち、“コンテナレス斜面”）の最上部及び後部上に臨界及び臨界流れはなく、実際、該発明により利用される障害物の最上部あるいは頂上は乾いていることである。加えて該発明は、単に超臨界から臨界内への移行を定義するのみならず、傾斜表面の濡れた下部をその乾いた上部から分ける分離流線を記述する。分離流線の現象は先行技術に欠けている。該発明が波サイズと水深間に相応関係を持たない事実は大きな意味がある。つまり、大きな波のイリュージョンは浅い流れで作り出され好都合である。
【００２９】
本発明の原理は、途方もなく多様な定常波状態に対し適用可能である。例えば、傾斜滑り面の傾斜角は様々の作用を達成するために大きく変えられることができる。滑り面はまた、特別の形状の波を作り出すために、その縦軸の周りに傾けられあるいはマウンド、形状、形態、あるいは多様な輪郭を備えられる。
滑り面は、延ばされ、短縮されることができ、対称、非対称、平坦であることができ、あるいは複雑な湾曲をもつことができる。加えて、流れの深さあるいは速度は、１回の波乗り毎に、あるいはさらに１回の波乗りにおいて段階的に変えられることができる。又、もちろん、上のパラメータの全ては、個々にあるいは同時に、この発明の範囲内の他のパラメータとともに変えられることができる。
【００３０】
この中に記述された発明の利点をより良く理解するために、以下に述べられる幾つかの用語のより詳しい説明が与えられる。だが、これら説明はそのような用語の通常の意味に加えられるものであり、それに関して制限することを意図されていないことが指摘されねばならない。
深い水流は、ライダー及び彼の乗り物からの圧力乱れが底の存在により重大に影響されない充分な深さを持つ流れである。
【００３１】
水ボディは、ボディを構成する水の流れが絶えず変わり、その形状、少なくとも長さ、幅及び奥行きの形状がその上での水面滑走動作を可能にするに充分であり、またそれぞれのタイプの流れ、即ち、深い水の流れ又はシート流れにより制限又は拡張される多量の水である。
水面滑走動作は、コンテナレス傾斜部上の流体ボディ上で実行することができる動作で、以下を含む：水の表面を横切る波乗り、水平のあるいは水流に対しある角度での波乗り、傾斜部を上がる流れに対して逆に傾斜表面上の水流の下り、波乗り上方に弧を描くターンを刻むために水面に切り込むような滑走する体の操作、水ボディの傾斜表面に沿う戻り上がり及び水ボディの面を下り及び横切り戻るためのカッティングバック等、例えば、リップパッシング，フローター，インバート，エアリアル，３６０°等。水面滑走動作は、人間の体によりあるいはサーフボード，ボディボード，水上スキー，膨張用具，マット，チューブ，カヤック，ジェットスキー，セイルボード等のような漂うあるいは滑走する乗り物の上で又はその助けを借りて実行できる。水面滑走動作を実行するため、ライダー（彼が乗り得るどの滑走装置も含む）を安定した乗り位置に維持し及び流体抗力を克服するために必要とされる前進力成分は、主として形成表面上の高速上方突出水流からの運動量移行により平衡をとられる固体流れ形成表面の制限により生み出される重力の下り成分による。ライダーの上り運動（ライダー又は乗り物により加えられる運動エネルギーの過剰における）は、重力の下り成分を越える上方突出水流に対するライダーの抗力からなる。ターン、クロススロープ運動及び「波」表面上の異なる高さ間の揺りのような非平衡乗り動作は、上に記述されたそれぞれの力とライダーの運動エネルギーの使用との相互作用により可能にされる。
【００３２】
平衡ゾーンは、その上でライダーがその上を流れる上方に傾けられた水ボディ上で平衡状態にある傾斜滑り面部分である。したがって、水力学的抗力を通じてライダー及び彼の乗り物に伝えられる運動量の上り流れは、ライダー及び彼の乗り物の重さから生じる重力の下り成分により平衡をとられている。
超−等ダインエリアは、平衡ゾーンに隣接しているがその下流（上り勾配）の滑り面の部分で、斜面のスロープが、水面滑走ライダーが上方シート水流により生じる抗力を克服し、その上を下方に滑るのを可能にするのに充分に急である部分である。
【００３３】
サブ−等ダインエリアは、平衡ゾーンに隣接しているがその上流（下り勾配）の滑り面の部分で、斜面のスロープが、水面滑走ライダーが上方シート水流によりした生じる抗力を克服し、その上で平衡状態に止まるのを可能にするのに不充分に急である部分である。流体抗力のために、ライダーは場合により流れの方向に斜面を戻り上がるだろう。
【００３４】
フルード数は、流速の、砕けにより破壊されることなく所与の深さにおいて存在し得る最長可能波の位相速度に対する比を記述する数学的表現である。フルード数は、重力加速度と水深との積の平方根により割られた流速に等しい。二乗されたフルード数は、流れの運動エネルギーとその位置エネルギー間の比である。即ち、二乗されたフルード数は、重力加速度と水深との積により割られた流速の二乗に等しい。
【００３５】
臨界内流れは一般に遅い／厚い水流と記述されることができる。特に、臨界内流れは１を下回るフルード数を持ち、流れの運動エネルギーはその重力位置エネルギーを下回る。定常波が臨界内流れにある場合、それは非砕け定常波であるだろう。公式表示において、ｖ＝フィート／秒2 の流速、ｇ＝重力による加速度フィート／秒2 、ｄ＝シート水ボディの深さ（フィート）において、ｖ＜√ｇｄの場合、流れは臨界内である。
【００３６】
臨界流れは波砕けにより明示される。臨界流れは、流れの運動エネルギーと重力位置エネルギーが等しいところである。臨界流れは、自ら跳水の特別の物理的特性を持つ。波砕けの不安定な性質のために、臨界流れは、定常のままであるために波の速度は流れの速度に合致しなければならないとの条件の下では、動く水流において絶対的に定常状態に維持するのは困難である。これは微妙なバランス作用である。これら精密な条件に対し、ある特定の流速及び深さに対しただ１点において調和する点がある。臨界流れは１に等しいフルード数を持つ。公式表示において、ｖ＝流速、ｇ＝重力による加速度フィート／秒2 、ｄ＝シート水ボディの深さ（フィート）において、ｖ＝√ｇｄの場合、流れは臨界である。
【００３７】
超臨界流れは一般に薄い／速い流れと記述されることができる。特に、超臨界流れは１を越えるフルード数を持ち、流れの運動エネルギーはその重力位置エネルギーを上回る。定常波は含まれない。波がない理由は、砕け波も非砕け波も、どの波に対する最大可能速度も重力加速度と水深との積の平方根であるので、流速についていけないからである。したがって、形成され得るどの波も素早く下流に押し流される。公式表示において、ｖ＝フィート／秒の流速、ｇ＝重力による加速度フィート／秒2 、ｄ＝突出水ボディの深さ（フィート）において、ｖ＞√ｇｄの場合、流れは超臨界である。
【００３８】
跳水は、所与の水深において存在し得る最も速い波の波砕けの点である。跳水自身、実際にその波の砕け点である。砕け現象は、エネルギーの局所的集中の結果生じる。超臨界エリアにおいて跳水の上流に現れるどの波も、流れについていくことができず、したがってそれらは、跳水が起こるエリアに会うまで、下流に流れ出る。流れは突然厚くなり、波は突然より速く進むことができるようになる。同時に、より速く進むことができる下流波は上流に動き、跳水に出会う。こうして、この収束点での波の集中が波砕けに通じる。エネルギーの表現によれば、跳水は、流れのエネルギーが突然運動から位置に変わるエネルギー移行点である。跳水は、フルード数が１の場合に起こる。
【００３９】
定常波は、水流に逆らって進み、正確に水流の速度に合致する位相速度を持ち、こうして、波が定常的に見えることを可能にする進行波である。
白濁水は、流れが臨界から臨界内に移行する跳水の前縁での波砕けのために起こる。流れ環境において、波砕けからの残留乱流及び気泡は、単に下流に臨界内エリアを通って押し流され、跳水後方の７ジャンプの高さの距離内で消散する。
【００４０】
分離は、シート流れが斜面の壁又はその上に置かれた他の形態又は形状から離れるゼロ壁摩擦の点である。
流れ分離は、シート流れの深さによる運動エネルギーの差動損失の結果生じる。シート流れが斜面を上がって進むとき、それは減速し始め、運動エネルギーを重力位置エネルギーと交換する。傾斜部（境界層）の壁に直接近接したシート流れの部分は、壁摩擦に対する追加の運動エネルギー損失も受ける。これら追加の摩擦損失は、境界層が運動エネルギーを使い果たし、ゼロ壁摩擦の状態に静止するようにさせ、一方、シートの流れの外部分はなお残された残留運動エネルギーを持つ。この点でシート流れの外部分は斜面の下部から離れ（分離）、その残っているエネルギーで弾道軌道をたどり続け、こぼれるかカールして近づく流れの上を戻るかのいずれかを形成する。
【００４１】
境界層は、摩擦のための壁に直接近接した遅延流れの領域である。
分離流線は、摩擦作用の影響の下で静止しないが、分離点で壁表面から離れるシート流れの外部分による経路である。
流れ分割は、異なる水力学的状態を持つ流れの横区分である。
分割流線は、流れ分割の位置を定義する流線である。それに沿って流れが横に超臨界及び臨界水力学的状態間を分割する表面。
【００４２】
ボアは、ボア速度が水流に等しく、それと反対の場合、水流の中で定常的と見え得る進行跳水である。
速度勾配は距離に伴う速度の変化である。
圧力勾配は距離に伴う圧力の変化である。
同形流れは、水ボディの全深さ範囲の入射角が（流れがその上を流れる傾斜流れ形成表面に対する特別の点において）主にこの表面に対し接線方向である場合に起こる。したがって、傾斜表面上を流れる水は、傾きにおける徐々の変化、例えば曲線に、流れを分離させることなく同形になることができる。流れ同形の帰結として、傾斜表面の下流末端は常に物理的に流れを下流末端表面と一直線になる方向に向けるだろう。同形流れの方向の変化は１８０°を越えることができる。
【００４３】
本発明は、存在している非砕け波及び砕け波方法論の先に述べられた問題を解決することを単に求めるのみならず、又、まだ現行の技術によって探求されないウォーターライド動力学の全く新しい分野を開拓することを試みる。コンテナレス上方傾斜表面上の水のシート流れに加え、この組み合わせに対する代替は、水深，水速度，水方向，表面積，表面形状（輪郭），及び表面高さに対する調節を通じて、白濁ボア、砕けていないまだ乗れる波面、溢流砕け波、及び砕けるトンネル波をシミュレートする形状に似た波を作り出す。代替は又、自然に起こる進行波で利用可能な特性に勝る波乗り性能特性、例えばより大きい揚力及び速度を持つ流体環境を作り出すことができる。さらに、コンテナレス斜面に対する機能的構造的付加は、現在自然あるいはウォーターレクリエーション産業において知られていない多数の新しいウォーターライドアトラクションの創造を可能にするだろう。
本発明がその目的において成功できる理由は、自然に砕ける進行波を複製するのではなく、むしろ適切に形造られた形成表面上の高速シート流れから“流れ形状”を作り出すことにある。本発明により作り出される大多数の流れの現れは、技術的に波でない。それらは岸に対して斜めに砕ける重力波のように見えるかもしれないが、これらシート流れの現れは、次の４つの動力学の相互作用により引き起こされる独自の流体動力学現象である：（１）該発明の独自の表面構造、（２）流れ形成表面に対する水の軌道、（３）この表面からの流れ分離、及び（４）この表面上の流れの水力学的状態の変化（即ち、超臨界、臨界又は臨界内）。
【００４４】
従って、本発明の幾つかの利点は以下である
（ａ）その上で一様の水流が、波乗り第１段階のサーファーに捕らえられる種類、即ち、砕けておらず乗れる波面をシミュレートする水ボディを作り出すことができる傾斜したコンテナレス表面を提供する。この水ボディは臨界内流れの定常波の外見を有し、それは実際はコンテナレス表面の上を流れる超臨界の水によって形成される。コンテナレス表面実施例の利点は以下を含む：（１）一時うねりの側方排出によるスタート特性の改善、（２）囲い、例えば流路壁により引き起こされる望ましくない斜め波を避けることによる滑らかな水流、（３）流路壁障害のない安全で素早いライダーの入退場、（４）閉じ込め溢れにより生じる操作不能時間の消去、（５）閉じ込め溢れの除去に必要なポンプ及び弁装置の除去、（６）超臨界流れの瞬時スタートに必要な高価な速動開閉弁の除去、（７）弁の開閉及びポンプのオンオフ操作を調整するために必要な複雑で高価な制御装置の除去、及び（８）オープンな流れ構造を可能にすることによる波乗り収容容量の増大。
【００４５】
（ｂ）その上で一様の水流が、初めての波ライダーに捕らえられる種類、即ち、砕けた白濁水ボアをシミュレートする水ボディを作り出すことができる傾斜したコンテナレス表面を提供する。白濁水ボア効果は、傾斜部を上がる超臨界流れから結果的に生じる。この効果は傾斜部を横切る跳水を経て移行し、傾斜の後部サイド上の流れなしに、白濁水ボアをシミュレートする２次元の定常砕け波を生み出す。
【００４６】
（ｃ）レベル隆起線を持つコンテナレス表面を上がる水流に交差水流速度勾配を導入する。表面はそのとき、波に乗る間初心サーファーに捕らえられる種類、即ち、砕けない肩部を持つ溢流波をシミュレートする水ボディを作り出す。“砕け波のような”効果は、２つの共存する水力学的状態、即ち、隆起線の最上部上のより高速の超臨界流れと不充分な運動エネルギーのために隆起線に達しない隣接のより低速の超臨界流れとを持つ流れの結果生じる。このより低いエネルギーの超臨界流れは臨界状態に減速し、隆起線の下で跳水を形成し、超臨界流れの側部で起こる荒れ狂う水の臨界内溢れを伴う。隣接の流れが臨界内であったなら、それは流れ状の斜め跳水を経て超臨界流れに埋没するだろう。コンテナレス表面は、荒れ狂う白濁水が溢れて排出され、完全な超臨界流れ埋没を避けることを可能にする。
【００４７】
（ｄ）適切に設計されたポンプ手段かノズル手段のいずれかにより、制御可能に、流れ交差速度勾配が生じ、及び先に記述された砕けない肩部を有する溢流波をシミュレートするようにさせる。
（ｅ）その上で一様の流速が、初心者の波ライダーにより捕らえられる種類、即ち、砕けない肩部を有する溢流波をシミュレートする水ボディを作り出す非対称に延ばされたコンテナレス表面を提供する。非対称に延ばされたコンテナレス表面は、高さの増す下流隆起線を形成する。低いサイドを超臨界的に流れ過ぎるに充分の運動エネルギーを持つが、高いサイドを流れ過ぎるに不充分なエネルギーを持つ流れる水ボディは、流れ分割を示すだろう、即ち、高いサイドの流れは、跳水及びそれから生じる白濁水により明示される臨界内へ移行するだろう。コンテナレス表面非対称の必然的結果として、波乗りのスタートに関連した一時うねり問題及びライダーにより引き起こされる上方に傾斜した流れ表面上での流れ衰退を解決する能力が得られる。即ち、非対称に傾斜した流れ形成表面の創造は、高さの下がる最大高さ隆起線を与え、望ましくない一時うねり及び過度の白濁水の自己除去を助長する。
【００４８】
（ｆ）前述のコンテナレス傾斜表面を上流方向に延ばす実質的に水平の平らな表面（サブ−等ダインエリア）からなる延ばされた表面を提供する。延長表面は、以下に、加速プロセスとしてより詳しく記述される“ポンプターニング”のライダー自身の努力により前進速度を最大にするライダーの能力を助長する。加速プロセスは、ライダーが追加速度を、ぶらんこに乗る子供が追加の速度と高さを生み出すのと類似の方法で得ることを可能にする。サーフィンの真髄及び核心が、ライダーが平衡位置に対する超−等ダインエリアとサブ−等ダインエリア間の循環的移行の結果生じる速度増加の感覚及びパワーを楽しむのを可能にすることとするなら、延長表面は重要な利点を提供する。延長表面の付随的改善は、延長表面をその伸長方向に対し垂直方向に傾け、ライダーが落下方向に動くようにする重力によって生じる側方成分を与える。そのような運動は、装置を通してライダーのコースを急がせることによるスループット能力の増大とシート流れを停止し濁った水を滑り面から排水する改善による保守の安全／容易さの強化との追加的利点を持つ。
【００４９】
（ｇ）中級からエキスパートの波ライダーに捕らえられる種類、即ち、流速に従属した可変サイズのトンネル波を持つ砕けない乗れる肩部をシミュレートする水ボディを作り出す平らから傾斜までの３次元輪郭コンテナレス表面を提供する。即ち、基本的に２次元の滑り面が、独特の波特性を作り出す３次元の流れ底を作り出すために、輪郭付けられた形状又は形態を備えられる。この水ボディのトンネル部分は、口と、その中で波ライダーが乗ることを求める波形状の前面内に幾らかの距離分伸びる閉じたトンネルを持つ。このトンネル部分は、自然の岸で見られる突進する進行波の外見を持つが、それは実際は、輪郭により引き起こされる超臨界流れ分離の結果生じる。流れ分離の利点は、なお水深の増加あるいはコンテナレス傾斜部の形状あるいはサイズの変化を要求することなく、その上を流れる水の速度の増加に関係してサイズ（即ち、トンネルの直径）が増大するトンネル波を発生するように適切に形造られたコンテナレス傾斜部の能力である。この超臨界トンネルが傾斜部のつま先部分にそれ自身を再び付けるとき、コンテナレス表面は、乱水が排出され、超臨界流れ埋没を避けることを可能にする。流れ分離はまた、湾曲されて自らの上に戻らない、実際は実質的に垂直より小さくあり得るコンテナレス傾斜部形成表面上のトンネル波形成を可能にする。垂直より小さいコンテナレス傾斜部の流れ形成表面は、複雑な座標写像及び構造的支持問題を回避するので、設計及び建造がより容易である。加えて、このコンテナレス表面構造は、深い水及びシート流れ条件のいずれにおいてもトンネル波形成を可能にする。
【００５０】
（ｈ）中級からエキスパートの波ライダーに捕らえられる種類、即ち、砕けないで乗れる肩部を持つトンネル波をシミュレートする同形の水ボディを作り出す３次元の輪郭付けられたコンテナレス表面の垂直を越える延長部を与える。（ｇ）に記述されたトンネル波と区別される点として、垂直を越える超延長部は、分離なしに高速の流れのトンネル形成を可能にする。このコンテナレス表面構造は、流速水頭が波形成手段の垂直高さより相当高い状況においてトンネル波形成を可能にする利点を有している。
【００５１】
（ｉ）先に記述された輪郭付けられたコンテナレス表面上に水流を与え、それは（流速を漸進的に増すことにより）この流れを、形成手段全体に沿ったシミュレートされた白濁水定常ボアから、シミュレートされた砕けない肩部を持つ溢流波へと、さらに最終の砕けない乗れる肩部を持つトンネル波へと変換する。この方法は以下、“波変換プロセス”と呼ばれる。波変換プロセスは、単一の適切に輪郭付けられた装置においてすべて比較的短時間に、多様な波タイプ、例えば、白濁水ボア、砕けない波、溢流波、又はトンネルを、ライダーが楽しみあるいは操作員が与えることを可能にする利点を持つ。
【００５２】
（ｊ）充分なサイズの上方にシート水ボディの傾斜したコンテナレス表面にわたる縦方向運動を与え（以下“波幅”と呼ぶ）、ライダーが自分の縦速度を波幅の速度と一致させ、その上で水面滑走動作を実行するのを可能にする。この動く波幅は、ライダースループット能力を高め及び傾斜コンテナレス表面の全体にわたる流れの総エネルギー必要量を減らす実際的利益を与えるだろう。この実施例はまたライダー又は操作員に、参加者が開始点と異なる最終点へと移動する追加利益を与えるだろう。さらに、コンテナレス表面の輪郭あるいは流れの方向あるいは速度を変えることにより、異なる波条件（例えば溢流、チューブ化）が波乗りの経過中に生み出されることができる。
【００５３】
（ｋ）斜め波を含まない流水源を提供する。これについて、本発明の１つの実施例において、流水源のポイント、例えば開口、ノズル又はウェアーを傾斜表面に結合された水平表面に移行し、それから傾斜表面に移行するある高さに位置付ける。この傾斜表面は水平表面に移行し、さらに傾斜表面に移行する。
（ｌ）個々の異なるスポーツのスケートボーディング及びスノーボーディングの参加者に対する類推以外ではこれまで利用可能でなかったフォーマット、即ち、半割りパイプ滑りにおいてライダーが水面滑走動作を実行するのを可能にする装置を提供する。これについて、本発明は、安定した形状とそれに接する傾斜表面が実質的に縦方向に方向付けられた半割りパイプの形状を有する水ボディを形成するためのコンテナレス表面を提供する。そのような形状は以下、“流体半割りパイプ”と呼ばれる。流体半割りパイプに付随してくる改善点は、流体半割りパイプの深さをその長さの方向に増大することによりスループット能力の増大を可能にする装置を与えることである。この深さの増大は、ライダーが落下方向に動き波乗り中に自らのコースを促進するようにさせる追加利益をもたらすだろう。
【００５４】
（ｍ）補助運動発生装置によりねじれあるいは蠕動運動が可能な柔軟なコンテナレス表面を提供する。コンテナレス表面のねじれは流れ圧力勾配を変え、こうして定常でなお可変の波特性、例えば溢流波、トンネル波、又はさらにトンネル波の異なるタイプを明示するだろう。柔軟なコンテナレス表面の引き続くうねりあるいは蠕動運動は、可変波特性を持つ新しい進行波を与えるだろう。そのような装置は、ライダースループット能力の増大を伴う、開始点と異なる最終点への関係する動きという追加利益を持つ。
【００５５】
（ｎ）深い水のあるいはシート流れフォーマットのいずれにおいても、上記の全コンテナレス表面に対して水流を与える。コンテナレス表面上の深い水流は、海のようなサーフィン条件をシミュレートし、指導、コンテスト、又は一般レクリエーションのための制御された開催場所を可能にするだろう。コンテナレス表面上のシート流れは、水深の減少によって安全性を高め、処理される水量の減少によって水保守を減らし、ポンプ汲み揚げ水量の最小化によりエネルギーコストを減少し、“地面効果”によって得られる容易な波乗りアクセス及び改善された波乗り安定性の結果として参加者の必要な技能レベルを下げ、及び地面効果によって波乗り性能（即ち、揚力及び速度）を改善するだろう。
【００５６】
（ｏ）独特の波形成プロセス、即ち、有利な浅い流れの利用による大きな深い水の波のイリューンジョンを作り出す流れ分離を利用する。
（ｐ）傾斜コンテナレス表面を他のアトラクション、例えば、「レイジーリバー」、「渦プール」、従来の白濁水の急速ライド、従来の波プール、あるいは“アクティヴィティプール”と結び付ける。そのような結合は、ライダーが当業者に知られた他の成功しているアトラクションの独特な組み合わせを楽しむことを可能にするだろう。そのような組み合わせは、ライダー収容能力の追加及び傾斜コンテナレス表面から出ていった水の動きの運動エネルギーの利用という重大な利点を持ち、こうしてエネルギー同時生成能力に役立つ。例えば、結合された「レイジーリバー」の流れの周りにライダーにパワーを与える。
【００５７】
（ｑ）溢流白濁水の排出を可能にし、斜め波の形成を避け、及びコンテナレス傾斜部のあらゆる側部からのライダーの入場又は退場の制御を可能にするフェンスを提供する。そのようなフェンスは、ライダーの接触を防ぎ安全を促進するレーンを作り出す分割機構として役立つよう用いられることもできるだろう。
（ｒ）コンテナレス表面に接続され、流れ内の水上機に対して位置付けられた波乗り乗り物を提供する。可動つなぎ綱は、流れの外の開始位置から流れの中の滑走位置への運搬機構として用いられることができる。その後つなぎ綱は、運搬に用いられ続けて制御可能にライダーを流れの外の波乗りの終点へ運搬するか、あるいは解除されて、ライダーが自身の運命を制御することを可能にするだろう。可動つなぎ綱は、ライダーの入場を容易にしライダースループット能力を増大する実際的利益を与えるだろう。
【００５８】
（ｓ）参加者を安全に急速に傾斜コンテナレス表面流れに案内するスライド入場機構を提供する。
（ｔ）より低い高さへ流れるより高い高さの水ボディの過剰な位置エネルギーを分散させるための方法として、コンテナレス傾斜表面をダム又は貯水槽に合体させる。そのような方法は安全に溢れ出を制御し、下流浸食を防ぐために有利に用いられることができるだろう。
【００５９】
本発明の他の利点は、共に含まれる図面に関係する以下の記述から明らかになるだろう。
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
【００６０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のコンテナレス傾斜部１の一実施例を示す。図１に示された平面断面線は、特定のフレーム、案、及びプロフィールを例解するよりもむしろただ一般に３次元の形状を示すためのものである。実際、コンテナレス傾斜部に対して非常に多様な寸法及び構成が本発明の原理と両立可能であることに注意されねばならない。それ故、これら原理は、図面に示されたあるいはこの中に記述された特定の構成に限定されると考えられてはならない。
【００６１】
＜コンテナレス傾斜部＞
コンテナレス傾斜部１は、地下構造サポート２及び下流隆起端（線）４、上流端５及びサイド端６ａ及び６ｂに境界付けられた滑り面３からなる。滑り面３は地下構造サポート２を覆う外被であることができ、あるいは充分滑らかである限りそれと一体であることができる。外被である場合、滑り面３は、幾つかのよく知られた材料、例えば、プラスチック；フォーム；薄い外被コンクリート；成形金属；処理木材；ファイバーグラス；タイル；高張力織物；空気，フォーム又は水を充填させたプラスチック又は織物プラダー；あるいは摩擦損を最小にする充分滑らかで、関係する表面負荷に耐えるだろうあらゆる材料のいずれかから造られることができる。
【００６２】
地下構造サポート２は、砂／砂利／石；トラス及びビーム；固められた充填材，引っ張りポール，あるいは、上に流水及びライダーを予期し滑り面３をしっかり基礎付け、構造的に支えるあらゆる他のよく知られた方法であることができる。滑り面３の傾斜形状は、図１に示された勾配のついた傾斜部に制限される必要はない。滑り面３は、滑らかな水流を助力するために徐々に曲率を変化させることができる。例えば、滑り面３は、水流方向に平行の縦断面における上向き凹状、あるいは上向き凸状に移行する上向き凹状からなる縦断面、あるいはまっすぐ、凹状及び凸状の縦断面の組み合わせを認めることができる。これら曲げられた表面形状は以下の図に示されている。
【００６３】
極めて多数の形状が可能であるけれども、１つの要素がすべてのコンテナレス実施例に対し不変である。即ち、ライダーが水面滑走動作を実行するのを可能にする充分の長さ、幅及び角度の傾斜部分がなければならない。最低、そのような角度は水平から約７°である。より急な傾斜部の角度（９０°の垂直を越えて延びる凹状部分を伴う）は、より進んだ波乗り性能及び流れ現象を与えることができ、以下検討される。最低、コンテナレス傾斜部１の長さ（上流端５から下流隆起端４まで）及び幅（サイド端６ａからサイド端６ｂまで）は、滑り面３からの水の流れ去りを可能にするために、意図された波乗り乗り物又は体のそれぞれの長さ及び幅より大きくなければならない。コンテナレス傾斜部１の最大寸法は広範な値が可能であり、それは構造自身に対する特定的な制限よりもむしろより外部要因、例えば、場所の制限、資力、水流の利用可能性等に依存する。
【００６４】
あるケースにおいて、水流が３インチの深さを持ち、秒速３２フィートの流量が流れる場合、水平に対し２０°の角度を持つコンテナレス傾斜部が、本発明の目的を達成するに適切であると見いだされた。そのような傾斜部の長さ及び幅は、それぞれ約２０フィート対４０フィートであった。この場合、場所は、ライダーが傾斜部の一方の側が６フィート他方の側が２５フィートのコンテナレス傾斜部からの水の流れ去りを捕らえることを可能にした。加えて、以下により詳しく説明されるように、コンテナレス傾斜部１の周りの、上の及びそれを去る水流が他のウォーターライドアトラクションに利用されることができる。この傾斜部上の特定の速度の流れを達成するために、圧力水頭の作動高さが傾斜部の上流端５の上方１６．５フィートであった場合、分当たり１００，０００ガロンの水流が適切であると見いだされた。
【００６５】
図２は運転中の図１のコンテナレス傾斜部を示す。この装置の基本運転は、その上でライダー１０が水面滑走動作を実行する傾いた水ボディを形成するために、滑り面３（その側端６及び下流隆起端４が破線で示されている）上に主に単一の流れ方向９（矢で示されている）に超臨界シート水流８を形成する適切な流れ源７（例えばポンプ、速く動く水流又は高いダム／貯水槽）を必要とする。
【００６６】
ライダー１０は超臨界水流８上の彼の位置を力、例えば重力、抗力、流体動力学的揚力、浮力、及び自己誘発運動エネルギーのバランスを通じて制御する。ライダー１０は重力を利用し、彼の波乗り乗り物のハイドロプレーニング特性を最大にし及び抗力を強める手及び足を水流から取り除くことにより近づく流れを滑り降りる。同様に、ライダー１０はプロセスを逆にし、彼の乗り物を適切に位置付けてプレーニング能力を減少させ及び手及び足を流れに入れて抗力を高めることにより流れと共に坂を上る。ターン、クロススロープ運動及び“波のような”表面の異なる高さ間の振りのような非平衡の乗り動作は、上記のそれぞれの力とライダーの運動エネルギー使用との相互作用により可能にされる。
【００６７】
約２ｃｍの実際的最小値を伴う浅い流れが好ましいが、超臨界流れ８には最大深さはない。流れの深さの流速に対する好ましい関係は、好ましいフルード数によってできる。コンテナレス傾斜部１に対するフルード数の実際的変化は、２から７５で、好ましい範囲は４と２５の間である。１を越え２を下回るフルード数をもつ流れは、実際、波よりむしろ渦である“ロール波”として知られる脈動から汚れる傾向がある。コンテナレス傾斜部１上の浅い流れは、（ａ）深い水の溺れる可能性を避けることにより安全性を高め（人は薄いシート流れの中を歩き又は立つことができる）、（ｂ）処理される水流の減少のために水保守を減少し、（ｃ）ポンプで汲み上げられる水量を最小にすることによりエネルギーコストを減少し、（ｄ）“地面効果”のための容易な波乗りアクセス及び改善された波乗り性能の結果として必要とされる参加者の技術レベルを下げる。（ｅ）“地面効果”により波乗り性能（即ち、揚力及び速度）を改善する。シート水流が好ましいが、深い水環境を要求する状況、例えば、海のようなサーフィン条件が必須のコンテスト、あるいは深い水条件での訓練又は教育が存在することが予期される。
【００６８】
いかにコンテナレス傾斜部１が流れ出た水１１（破線の端を有する下に曲がる線で示される）を可能にし、側端６から及び下流隆起端４を越えて滝のように落ちるかが特別注意される。上に注意されたように、本発明の“容器なし”特性は好ましいシート流れ特性を達成するのに重要である。本質的に側方容器壁の欠如は、傾斜した滑り面３を上がる制限されない水流を可能にする。水の流線が整列し、実質的に互いに及び滑り面３の側端６ａ及び６ｂに平行である限り、シート水流の保全（即ち、速度及び滑らかな表面流特性）は維持される。したがって、側部制限されていない流れは、横境界層の作用を避ける利点を有しており、側部の水の流れ去りを可能にし、こうして、水のシート全体にわたって滑らかな流れ及び減らない速度を維持する。さらに、上で指摘されたように、本発明の原理は、必ずしも平行の側部６ａ及び６ｂを伴わない様々な構成の傾斜部表面に等しくよく適用される。逆に、容器側壁は境界層作用を生み出し、それは、容器側壁のエリアで水の静圧を高め、シート流れの速度を下げ、結果的に乱れた表面流につながる。容器あるいは側壁により、そのような境界層作用及び乱れは、摩擦力及びその結果としての斜め波の伝播のために避けられず、その両者は好ましい平行で一貫した水流線の維持を困難にする。単一側壁コンテナレス傾斜部は、該発明の意図された目的に対し機能するが、不都合な斜め波の形成によって、それは上方へのシート超臨界流れに合流する流れ状の斜め跳水が望まれる場合のみ好ましい構造である。
【００６９】
加えて、斜め波の伝播及び他の乱流は、シート流れの横端に沿って低静圧が維持される水流構造により消去される。他方、境界層作用の不都合は、シート流れが下方に傾斜表面上にある場合最も小さくされる。これは、乱流が重力に抗して上流へ伝播されにくいからである。さらに、形成され得るどの表面乱流も、乱流の運動エネルギーと比較した場合より大きい主水流の運動エネルギーによりより下流に押し流される傾向が強い。この主水流の運動エネルギーは下方流れの動力成分から生じる。
【００７０】
さらに、滑り面３を延ばし、その高さを上げ又は下げ、その表面積を付け加え、その輪郭を曲げ、水平及び傾斜表面を付け加え及び／又は入ってくる超臨界水流８の方向、速度及び厚さを変えることにより、ここで記述される多様なシート流れアトラクションが結果的に生じる。
＜水流サーキット内のコンテナレス傾斜部＞
図１，２で明らかなように、コンテナレス傾斜部１は、プールや水収容手段を必要としない。しかしながら、水の再循環が好ましい場合は、図３が、水の保持と再利用を可能にする下方収集水受け１２の上に滑り面３を配置するコンテナレス傾斜部１を示している。下方収集水受け１２は滑り面３の側縁６ａと６ｂから溢れる水流１１を受ける位置にある。これに加えて、同様の収集水受けを図３に示すように滑り面３の反対側の流水を収集するために反対側の縁に設けることができる。ポンプ１３ａは下方収集水受け１２から静水１４ａをパイプ１５ａを通して下流隆起縁４の高さより高い作動水頭を有する貯水タンク１６に転送する。実際の水頭差は、滑り面３の境界層効果とライダーが起こす乱流から生じる全体的な摩擦ロスにしたがって変動する。好ましい最小水頭差は下流隆起縁４の高さより２５％高いものとする。
【００７１】
貯水タンク１６に連結されたノズル１７が、コンテナレス傾斜部１の上を所要の超臨界流８が方向９に移動することを可能にしている。しかしながら、非溢流／無乱流作動を確保するためには、下方収集水受け１２の水位１８が滑り面３の最低高さに等しいか、又はそれより下である必要がある。選択可能な省エネルギー手段として、さらにはパイプ配管の費用を最低に抑えるため、別の上方収集水受け１９（又は一連の水受け、図示せず）を使用して上昇した流れ出た水１１の獲得した位置エネルギーを利用することができる。この目的のため、ポンプ１３ｂが静水１４ｂを上方収集水受け１９からパイプ１５ｂを通して貯水タンク１６に転送する。下方収集水受け１２及び上方収集水受け１９の深さと幅のサイズ決めは、システムを始動するに充分な水量を保持し、滑り面３から転落してきた場合にライダー１０に心地よく着水できる大きさの場所を与えるようにする必要がある。梯子２０は下方収集水受け１２及び上方収集水受け１９から出るのを容易にする。
【００７２】
コンテナレス流作動の出発点となる前提条件は水が傾斜部１の縁から流れ出ることにある。エネルギー効率とレクリエーションの楽しみを最大限にし、利用客の収容力を増加するため、図４はコンテナレス傾斜部１の隣接する循環プール又は水槽に対する好ましい方向付けを図示している。接線面に方向付けされていることで、流水の運動エネルギーがその運動量を効率的に転位し、付随する渦巻きプールやループ状のリバーコースに円環状に動力を与えることが可能になる。ループ状リバーコースは当該技術で所謂“レイジーリバー”として知られるものに類似する。レイジーリバーは、水が秒速１から２メートルで流れ、幅が約２から１０メートル、深さが０．５から１．５メートル、長さが１００から１０００メートルの水平方向に曲がりくねったプールである。レイジーリバーの第１の目的は、参加者を浮かべるための流速の緩やかなリバーで、ライダーを引きつける高い能力を有するものを提供することにある。従来のレイジーリバーはその底部又は側面に位置する多数のパイプ付マニホルドから水を噴射するポンプにより動力が与えられている。
【００７３】
これと対照的に、図４（斜視図）及び図５（立面図）は本発明により考案されたループ状リバーコース４０を示している。このループ状リバーコース４０は、コンテナレス傾斜部１から出る流水１１を利用して、ループ状リバーコース４０の水を並行発生的な能力で駆動する役目を果たすことでパイプ付マニホルドの費用をかけずに済む。コンテナレス傾斜部１からの大量の水流が、リバーのライダーに高く評価される強力で変化に富んだ水流状態をもたらしている。ループ状リバーの流れは負側の逆渦から毎秒８メートル強の流れに至る範囲にわたる。さらに、ループ状リバー流の水平の方向付け（即ち、実質的に均一の高さ）で、リバーライダーがループ中でばらばらに浮かぶことを可能にしている。
【００７４】
図４の実施例の別の長所は、ループ状リバー４０で進行又は移動波を作る能力である。川に遡るボアで見られる自然波の特性を呈するこのような波は、ノズル１７から発生する流れを脈動させたり循環させ、それにより流れにうねりが発生するようにすることで生ずることができる。適当な条件下において、このうねりにより生じた波がレイジーリバー４０の全体を周回できる。
【００７５】
コンテナレス傾斜部１と機能的なループ状リバーコース４０との独自の相助的組み合わせを実現するには、リバーコース４０とコンテナレス傾斜部１（即ち流れ出た水１１、ポンプ吸入口８０及びポンプパイプ出口８１）との正しい方向付けを必要とする。流れ出た水１１と渦プール５０又はループ状リバーコース４０内の水との集合点における跳水２４に対する最小のエネルギー損失による最大駆動力は次の２つの要素、即ち、（１）渦プール５０又はループ状リバーコース４０内の水の水面高さにおいて流れ出た水１１を導入すること、及び（２）渦プール５０又はループ状リバーコース４０内の流れの方向と接線をなす方向において流れ出た水１１を導入することの関数である。ループ状リバーコース上における連続したライダーの回遊は従来の「レイジーリバー」デザインのオープン水路と実質的に均一な水位とを必要とする。ポンプ吸入をリバー循環に対する助けとして適切に利用するため、ポンプステーション８２のポンプ吸入口８０は、上流で、流れ出た水１１の合流点とループ状リバーコース４０内の付勢されていない水の最長部分（例えば、レイジーリバー中の流速が最小となるところ）との近くに位置する必要がある。安全目的のため、床面／側壁格子８３（図５参照）がループ状リバーコース４０をポンプ吸入口から隔離している。システムサーキットを完成するため、ポンプステーション３２が水を貯水タンク１６に持上げ、コンテナレス傾斜部１に対する水を供給する。
【００７６】
流れ出た水１１は水平渦プール５０に力を与える役目も果たし得る。渦プール５０は１０から７０メートルの直径と０．５から１．５メートルの深さの好ましい寸法を有する円形プールで、秒速１から１０メートルで円環状にぐるぐる回る。渦プール５の高さはコンテナレス傾斜部１の頂上即ち下流縁と同じかすぐ下とすることができる。図示の通り、渦プール５０の高さは、このような渦プールからの水がリバーコース４０と跳水２４で合流する際に圧力水頭で増加された速度を与えるため、ループ状リバーコース４０の高さより上にある。適切なサイズの渦プールがリバーコースの代わりに機能することができるし、その逆も可能である。
【００７７】
ループ状リバーコース４０又はプール５０ｂは図５に示されるように、ポンプのパイプ出口８１の上部末端に設けることもできる。このような位置は流れの循環を駆動するポンプ速度水頭の利用を可能にする。利用できるエネルギーを効率的に用いることに加えて、このような位置は貯水タンク１６が沈殿池として働くことも可能にし、その結果ノズル１７から出る滑らかな流れを生ずる。この場合、渦プール５０ｂの高さはループ状リバーコース４０のそれよりも高くできるし、貯水タンク１６の水の高さと同じか、それより下（あるいは図５に示されるように、上であることすらできる）とすることができる。
【００７８】
図６（正面図）、図７（断面図）及び図８（正面斜視図）は出ていくライダーが着水するためのプール又は流れを利用しないコンテナレス傾斜部１の好ましい形状を示す。図６は前述の境界、すなわち、下流隆起縁４及び側縁６ａと６ｂ（図６で点線で識別されている）から下方傾斜転移面２１ａ，２１ｂ及び２１ｃとにより拡張された形のコンテナレス傾斜部１を示す。下方傾斜転移面２１は滑り面３並びに副表面支持材と隣接し、好ましくは同じ材料からなるものとする。
【００７９】
図８（正面斜視図）は、作動に際して下向き傾斜転移面２１により拡張される形のコンテナレス傾斜部１を示す。
水源７から流れ出て方向９で移動する超臨界流８がその上でライダー１０ａが水面滑走運動を行う水を作る。ライダー１０ｂはその最後の動作を終えて下方傾斜転移面２１ｂの上を停止／退出区域に向かって滑っている。この退出区域では、流れ出た水１１が休止フロア２２を通って流れ去り、その上でライダー１０ｃが楽に立ち上がって歩き去れるようになっている。停止フロア２２は下方傾斜転移面２１の後縁と整合してそれに対する突出部としての役目を果たし、滑らかなスリップ止め格子又は流れ出た水１１を排出するサイズの小排水孔が貫通したパネル面からなり、退出するライダーに対する確実な足場を提供する。断面図７に示されるように、ポンプ２３が停止フロア２２の下に位置して静止水１４を集める。ポンプ１８は静止水１４をパイプ１５を通して水源７へ転送し、そこで超臨界流８が再び流れ出る。図４に示されるようなコンテナレス傾斜部の実施例は深いプールやストリームが利用できないか、望ましくない場合、例えば泳がない人々を対象とする場合に利点を有する。
【００８０】
コンテナレス傾斜部１の独自の特性は、熟練度が広い範囲で異なるサーファーに対応する多数の波形をシミュレートする能力である。初心者用の波は波面の勾配がないことで特徴付けられる。一般的に、初心者は４５°以下の正面角度を持つ波を好む。このような傾斜角度においては、次の３種類の波形；（１）途切れがなく、なおかつ乗ることができる波面；（２）白濁水ボア；及び（３）滑らかな途切れがない肩部を有する溢流波が識別されている。コンテナレス傾斜部１の滑り面３の角度を、好ましくは２０°で、７から４５°の範囲に設定することにより、初心者用の波に対する適切な波面角度の理想的なシミュレーションを行うことができる。
【００８１】
＜シミュレートされた白濁水ボア＞
先に述べた図２〜４は、静的で途切れがなくなおかつ乗ることが可能な波をシミュレートする初心者向けコンテナレス傾斜部１を図示している。この“途切れのない”水流の輪郭の保持には、超臨界流８の運動エネルギーが下流隆起縁４における位置エネルギーを常に越えている必要がある。
【００８２】
図９は、静かな泡立ち白濁したボアを水流の輪郭によりシミュレートする初心者向けのコンテナレス傾斜部１を図示している。方向９に移動し、上方に傾斜するシート超臨界流８の速度（即ち運動エネルギー）が、下流隆起縁４における重力位置エネルギーより小さい場合、シート水流８は跳水２４を下流隆起縁４への到達に先立って形成する。したがって、白濁水２５は流れ出た水１１のごとく下方及び側縁方向にうねり、静的な白濁水に対する同様の効果はコンテナレス傾斜部１の滑り面３上において生じる。この水力学的状態を保持するには、超臨界流８の運動エネルギーが下流隆起縁４における位置エネルギーより常に小さい必要がある。コンテナレス傾斜部１が囲いやその他の側方制限手段を有しないため、白濁水２５は容易に側縁６ａと６ｂを出ていくこと及び超臨界流埋没を避けることが可能となる。跳水２４の相対的位置は超臨界流８速度により決定される。速度に比例して滑り面３上の跳水２４の位置は高くなる。ライダー１０は超臨界流８及び白濁水２５上において滑水動作を行う。
【００８３】
＜シミューレートされた溢流波＞
コンテナレス傾斜部１上においてスムーズで途切れのない肩部を有するシミュレート溢流波を形成する２種の一般的手法について；（１）交差水流速度勾配法；（２）交差水流圧力勾配法を具備するものがある。いずれの手法を用いるかは、コンテナレス傾斜部構造の全体的な目的と制約及び有効な水流特性次第である。交差水流速度勾配法は、コンテナレス傾斜部１の構造物が対称的配置に制限される場合好ましい手法である。交差水流圧力勾配法はコンテナレス傾斜部１を上昇する初期の超臨界流８の速度が一定である場合に好ましい手法である。
【００８４】
図１０は、シミュレートされたスムーズで途切れのない肩部を有する溢流波を表している。この溢流波は、方向９でコンテナレス傾斜部１を隆起縁４の高さに上昇する２種の不均等な超臨界水流８ａと８ｂとにより生じる交差水流速度勾配の導入により成立する。“溢流破砕”効果は、水源７ａと７ｂから２種の異なる速度で放出されなおかつ付随的に発生する２種の水力学的状態を表す最初の超臨界流８ａと８ｂとから生じる。即ち、２種の水力学的状態とは、隆起縁４の頂部に到達するより高い速度の超臨界流８ａ（流水源７ａに関連する）と不充分な運動エネルギーにより隆起縁４に到達し損なったより低い速度の超臨界流８ｂ（流水源７ｂに関連する）とである。より低速度の超臨界流８ｂは臨界状態にまで減速されて、跳水を臨界内の白濁乱水流２５溢流に付随して形成する。コンテナレス傾斜部１は溢流白濁水２５が流れ出た水１１のごとく側縁６を出ていくこと及び超臨界流埋没を避けることを可能にする。
【００８５】
交差水流速度勾配は、異なる運動エネルギーの複数の水源を並べて設置し図１０に示されるようなそれら水源を上方傾斜方向に一斉に突出させる、又はノズルかプリーナムの特別な配置による単一水源（例えばポンプ）の適切な配置のいずれかにより形成される。図１１は非対称大口径サイド２６ａ及び非対称的小口径サイド２６ｂから成り立ち、静水の傾斜を示す水流の形成が可能な非対称的口径２６を有するノズル１７を示している。図１２に示されるように、超臨界流８の非対称的口径２６からの最初の放出（鎖線と矢印で示される）のときに、水面が傾斜するので超臨界流は８ａ側において他の８ｂ側よりも厚く（例えばより深く）なる。もし超臨界流８が例えばコンテナレス傾斜部１のような固定された表面を上昇する場合、重力はより厚い水流を“押圧し”水流がそれ自体を平坦化するように作用する。この平坦化プロセスにおいて、より大量の水が非対称的大口径側２６ａから放出されるので、より大量の水は流体力学の連続の法則により加速する。
【００８６】
したがって適切な角度と長さを有するコンテナレス傾斜部１により、２種の水力学的状態が共存する。即ち、大口径側２６ａから放出された超臨界流８が下流隆起縁４を通り越えかつ自らの超臨界特性を維持して、他方、超臨界流８ｂは小口径側２６ｂからの放出の故に跳水が生じコンテナレス傾斜部１上面の低い場所で白濁水２５を生じている。コンテナレス傾斜部１は、溢流白濁流水２５が流れ出た水１１のごとく側縁６を通り越えること及び超臨界流の埋没を避けることを可能にする。
【００８７】
図１３に示されるように、交差水流速度勾配は、単一流水源７がコンテナレス傾斜部１上に開いて位置する口径３１によりプリナム３７の片側に水を注入する場合にも生じる。給水パイプ２９出口から直接放出される高速度水流コア２８は、開口３１の非直列性部３１ｂからではなく開口３１の直列性部３１ａからの一層優れた完全直列性（点線３０により示される）を保持する。したがって、適切な角度と長さを有するコンテナレス傾斜部１により２種の水力学的状態が共存する。即ち、直列性開口３１ａから放出の超臨界流８が下流隆起縁４を通り越えかつそれ自らの超臨界特性を維持しており、一方で超臨界流８ｂは非直列性開口３１ｂからの放出の故に跳水、コンテナレス傾斜部１面上で低い場所で白濁水２５を生じている。コンテナレス傾斜部１は、溢流白濁水２５が流れ出た水１１のように側縁６を通り越え、かつ超臨界流の埋没を避けることを可能にする。
【００８８】
スムーズで途切れのない肩部を有する溢流波をシミュレートするための２番目のアプローチは、交差水流圧力勾配を生成することである。このような交差水流圧力勾配は、たとえば、土台、窪地、注入された水、単一の側壁により生成される。コンテナレス傾斜部１の滑り面３において浸水及び断絶を避けるための好ましい技術は、水圧の増加による。このことに関連して、図１４は高度が上昇する下流隆起縁４を形成するための非対称的に延長された（破線で示す）コンテナレス表面１を示している。したがって適切な角度と長さを有するコンテナレス傾斜部１により２種の水力学的状態が共存する。即ち、短い方の隆起縁４ａを通り越える超臨界流８ａが自らの超臨界特性を維持していて、他方の超臨界流８ｂは不充分な運動エネルギーにより隆起縁４に到達し損ない、跳水を生じてコンテナレス傾斜部１面上の低い部分で白濁水２５を示す。同様の効果は、延長サイド４ｂを滑り面３より大きく傾斜させることで獲得／拡大される。したがって、この場合、延長サイド４ｂはより短いサイド４ａより単に長いだけでなく、より高くなっている。コンテナレス傾斜部１は、溢流白濁水２５が流れ出た水１１のごとく側縁６を通り越え、かつ超臨界流の埋没を避けることを可能にする。
＜移動する砕浪＞
不均等なコンテナレス表面に必然的に生じる効果は、一方では渦始動に生じる一時的なうねり問題を解決するために、及び他方では海辺に平行に砕ける海洋の波に類似した移動性砕浪をシミュレートする娯楽施設に創るのに採用される。始動状況においては、ポンプ／モータを段階的に作動し及びバルブを開くことにより生じる水流の徐々の滞留によって初期の奔流は体積、速度、圧力は後続に比べ小である。初期出発の水流がそれ以降放出のより強い水流に押し出されるため、この押し出しは水の滞留（即ち“移動性”跳水や一時的なうねり）を流れの先端で生じさせる。滑り面上方傾斜の増大は問題をさらに悪化させるのみである。即ち、臨界内に移行する超臨界流量が増加し、うねりを上方に押し続けるのに必要なエネルギー量が大きくなる。
【００８９】
流入する水流の初期運動エネルギーが臨界内滞留水を傾斜頂部にまで押し上げるには不充分である場合、一時的うねりは全開の水流が後で到達したときですら除去不可能な程に大きくなる。不均等さは、一時的うねり除去にしきいエネルギーを減少させてかつ除去プロセスを始動する“しきい”を与えることで、一時的うねり除去を助ける。
【００９０】
図１５，１６及び１７は、時間の経過に伴い非対称的コンテナレス傾斜部１の設計が始動時の圧力／水流の遅延問題を解決するために如何に機能するかを示している。図１５において超臨界流８は方向９で水源７から放出される。一時的うねり３２は、初期に出発した弱い水流が滑り面３上の急斜面領域３ａに接触するときに形成される。しかしながら、運動エネルギー及び超臨界流８の水量が溜まってくると、超臨界流は下流隆起縁４の低い方の側縁４ｂを通り越え、下向き傾斜転移面２１上を流れる。図１６は、水源７からの水圧／流れ比率が増大し、一時的うねり３２がさらにコンテナレス傾斜部１上を特に急斜面領域３ａをさらに上昇するこの始動時プロセスについて示している。図１７は、その間に一時的うねり３２が下流隆起縁４の高い方の側縁４ａから押し出され、全滑り面が超臨界流８に覆われる最終始動段階について示している。このプロセスを逆転させた場合、図１８と１９、図２０と２１、図２２と２３を通した時間の経過に伴い見られるごとく、浜辺に対し傾いて砕ける溢流波をシミュレートする効果が発生する。図１８（側面図）と１９（平面図）において、超臨界流８が方向９で貯水タンク１６から放出を始めている。水位１８ａにより示されるような貯水タンク１６の水頭は、この超臨界流８は、開口３１から流れ出て高運動エネルギーの超臨界流８を生じる。滑り面３を一面の流水で覆わせ、下流隆起縁４の全体から水１１を流れ出させる。この流れ出た水１１は図１８，１９に示すように収集水受け３４に落ちていく。ライダー１０が滑水行為を行うために出発プラットフォーム３３から乗り出す少し後に、ポンプ１３は貯水タンク１６を満たすことを停止する。さらにその数秒後に、図２０（側面図）と２１（平面図）は、水位１８ｂの低下とそれに伴う超臨界流８の運動エネルギーの減少とを図示している。したがって、白濁水２５に関連の跳水はまず最初に下流隆起縁４の高い方の末端４ａにおいて生じ、引き続き下流で生ずる下流隆起縁４の低い方の側端４ｂに向かって“剥離”を開始する。同時に、ライダー１０ａは“剥離する波”の真正面にとどまるために巧妙に切り抜ける。かようにして浜辺に対し傾いて砕ける溢流波をシミュレートする。
【００９１】
さらに図２２（側面図）と２３（平面図）は少し後の貯水タンク１６底部における水位１８ｃを示している。超臨界流８の運動エネルギーが下流隆起縁４の低いほうの側端４ｂにおける位置エネルギーに等しい場合、続いて“剥離”効果は停止して、水流は減少する白濁水ボアの外観をもたらす。ライダー１０ａは収集水受け３４上に進入して波乗りを完了する。そのとき、ポンプ１３は貯水タンク１６を再充填して、以上のサイクルをライダー１０ｂのために繰り返すことを可能にする。
【００９２】
＜滑り面の延長部分＞
図２２に示された貯水タンク１６と開口３１がライダー１０ａに接近していることはオペレーターに安全上の心配を生じさせるかもしれない。前の図の全てにも同じ心配があるが、これらは滑り面３を水平の上流方向に延長することで容易に取り組むことができる。水平方向に延長することにより、ライダー１０と上流の作動装置との間の距離が延ばせるし、ライダーを上流方向に移動させる重力により生じる分力を解消できる。安全性が改善するとともに、滑り面３の適切な比率を有する水平方向の延長部は滑りの性能特性、即ち加速プロセスを大幅に改善することができる。
【００９３】
この点に関しては図２４に記載されたコンテナレス傾斜部１の水平方向の延長部の概略図を参照されたい。重力にほぼ垂直な水平サブ領域（以後サブ−等ダインエリア３５と呼ぶ）を追加することにより滑り面３の延長部は傾斜部の機能を持つ３つの領域に概念的に分割できる。即ち、超−等ダインエリア３６とここから移行する（破線３７により表された）平衡ゾーン３８と、ここから移行する（破線３９で表された）サブ−等ダインエリア３５とである。
【００９４】
超臨界水流（図示せず）が矢印９の方向に流れることによりサブ−等ダインエリア３５、平衡ゾーン３８及び超−等ダインエリア３６の表面に沿って斜流が形成され、この上でライダー（図示せず）はサーフィン又はウォーター滑走を楽しむことができる。このようなプレーは、上記のサブ領域を巧みに組合せなければ到底不可能である。
【００９５】
これらのサブ領域の機能上の特徴は、物理的な比率を正しく選ぶことにより、ライダーが速度を高めかつ正しい組合せが無ければ行うことのできぬウォーター滑走動作を行うことを可能にする。滑り面のサイズを正しく選ぶことによりウォーター滑走動作の楽しみをさらに高めることができるかを説明するには、波乗りの技術をさらに論じる必要がある。最新のサーフィン及び滑走動作の特性にとって不可欠な要素は振り、速度及びその上で滑る“ウエーブ”表面の領域の割合の正しいことである。これらの３つの要素の各々を次に詳述することにする。
【００９６】
［１．振り］
最新のサーフィンの真骨頂は、ライダーが限界を越える流れの領域と限界以下の流れの領域との間で振りを充分に楽しめる機会を持ち得ることにある。人は慣れてくるに従い、平衡の領域は上記の２つの流れの領域へのルートの中で必然的に通過する移行領域としか感じなくなる。振りの動きは、ライダーが自らのスピードを増やすようにできる利点を加える。
【００９７】
［２．速度］
速度は、最近のサーフィング動作を行う上で不可欠な要素である。充分な速度がなければサーフ動作を始めることはできない。正しい形の波の上で速度を高めるための方法と手段は、サイエンティック・アメリカン誌１９８９年３月号１０６−１０９頁で検討されているごとき行楽地でのスイングの速度の高め方を参考にすれば明らかとなる。即ち、スイングを“補給する”ことにより速度と到達し得る高さとを増やすことができるのと同様に、サーファーは同様の“補給”動作により波の上での自らの速度と高さとを増やすことができる。
【００９８】
スイングの動作中、その最高の位置で足を曲げてうずくまる時には、その人のエネルギーは全てが位置エネルギーになる。最高位置から下降するにつれてエネルギーは次第に運動エネルギーに変わり、速度は増大してくる。人が最低位置に達すると波のエネルギーは全てが運動エネルギーとなり波は最高の速度で走行することになる。次に円弧面を上昇して行くときには上記のエネルギーの変わり方は逆になる。即ち、速度は次第に低下するとともに、円弧の頂部では瞬間的に停止する。スイング動作中にいかに高く（かついかに速く）走行できるかは、ライダーがこのスイング中にいかなる動きをするかにかかっている。彼がうずくまる姿勢を変えない時には上向きのモーションは下向きのモーションの正反対の姿となるに過ぎず、ライダーの重心の高さは彼が前進スイングを始めるときと同じ高さで終わってしまう（但し摩擦を考えなければ）。上記とは反対で最低点にあるときに彼が立ち上がっている（即ちスイングを“補給”する）場合に彼のスイングはさらに高く速くなる。
【００９９】
スイング力学の上記の考察からすればサブ−等ダインエリア３５の重要性は、それが性質上コンテナレス傾斜部及び波の上での最低点であることにある。この低い点で立ち上がり／延び動作をすることにより、彼がライディング面の他のいずれかの点で立つときよりも速度を高められる。この速度と全運動エネルギーの増大は２つの別の機械的な原理によるものであり、このいずれの原理も滑り面３又は波の上でライダーにより利用できるものである。
【０１００】
振りの可能な進路の最低点で立ち上がることにより、ライダーの重心は上昇し、したがって最初の下降時よりもスロープを上がる垂直移動量は増大する。軌道の頂部でうずくまりかつ次に底部で立ち上がることにより、垂直運動量を増大しかつ流体の摩擦によるエネルギーの損失を取り戻すことができる。
さらにもう１つのメカニズムである運動エネルギーの増大は回転角の増大によるものである。ライダーがその軌道上で波の面の上方一点を中心に回転する場合、低い位置での延び／立ち上がり動作が自らの角速度を高めることは、スケーターが腕を引っ込めることで運動量を温存して（即ち慣性モーメントを高める）回転速度を高めるのと極めて似ている。しかし、運動エネルギーは遠心力に抗して立ち上がることの仕事により増大しかつ角速度の二乗に比例するために、運動エネルギーのこの増大は速度の上昇を意味する。
【０１０１】
スイングの力学との類似性は例又は説明によってのみ行われている点が重要である。サーファーの振り動作はさらに複雑な機械的かつ運動的なものである。しかし本発明の持つ利点を説明する上で、他との類似性を利用することは後述のように有利であると考えられる。
［３．正しい領域の比率］
図２４に示されたごとくコンテナレス傾斜部１は正しい比率でサブ−ダインエリア３５、平衡部３８及び超−等ダインエリア３６の各領域を組み合わせることにより、ライダーが振り動作により希望の速度に達しかつ最近のサーフィング及び滑走動作を行うための必要な移行領域を利用することを可能にする。
【０１０２】
図２５はサブ−等ダインエリア３５、平衡ゾーン３８及び超−等ダインエリア３６を有する図２４の断面を表す。サブ−等ダインエリア３５、平衡部３８及び超−等ダインエリア３６の各領域サイズと相互の関係は下記の通りである。
流れ９の方向に測定されたサブ−等ダインエリア３５の長さの好ましいサイズは、コンテナレス傾斜部１の立ち上がり量（サブ−等ダインエリア３５の最低点から超−等ダインエリア３６の頂点までの垂直距離）の少なくとも１．５倍から４倍である。大きい比例長さは高さの低いコンテナレス傾斜部１（例えば１ｍ）に用いられるものであり又小さい比例長さは高さの高いコンテナレス傾斜部１（例えば６ｍ）に用いられる。
【０１０３】
平衡ゾーン３８の好ましい形状は、（流れの方向の）断面において変化する曲線の部分、例えば楕円；放物線；双曲線又は螺旋により限定される。変化する曲線においては平衡ゾーン３８の形状は実質的に弓形である（即ち上昇する水はコンテナレス傾斜部１の面を上るときには次第に縮小する半径又は“閉鎖形”の曲線に向かわねばならない）。しかも上記の閉鎖曲線の半径はその最小位置で超−等ダインエリア３６の突端の半径にほぼ等しく、又はその最長部では水平に対して接線方向にある。簡素化とスケール上の理由で（制限するためでないが）平衡部ゾーン３８の昇り勾配部の長さはライダーのフロー滑走乗り物の長さにほぼ等しい距離、即ち約３から１０フィートにより一般的に限定されることができる。
【０１０４】
超−等ダインエリア３６の好ましい形態は（流れの方向の）断面において変化する曲線の部分、例えば楕円；放物線；双曲線；又は螺旋により限定される。変化する曲線においては超−等ダインエリア３６の形状は最初は弓形である（即ち上昇する水は、流れを作る手段の面を上昇するにつれて増大する半径に向かう）。上記の閉鎖曲線の半径はその最長部では必ず平衡ゾーン３８の最長の円弧の半径よりも小さく又その最短部ではライダーが“トンネル波”（後述）の中に嵌まり込むのに充分なサイズを持つ。超−等ダインエリア３６の流れ９の方向の長さは少なくともライダーが逆流方向で加速されるために充分なものでなければならない。流れ９の方向での超−等ダインエリア３６の最大長さは最大でも上向きに流れる水流の持つ利用可能な水頭によって限定される。
【０１０５】
次に図２６には正しい比率のサブ−等ダインエリア３５，平衡領域３８及び超−等ダインエリア３６の各領域により改善されたコンテナレス傾斜部１の上でのサーフィング動作の各段階におけるライダー１０を示している。超−等ダインエリア３６のライダー１０はうずくまった姿勢にあり、水源７から発しかつ方向９に流れる超臨界水流８の底面に沿って形成された水面を下るにつれて速度を高める。サブ−等ダインエリア３５の最低点に達するとライダー１０は体を延ばし、かつ同時に方向を転じて超−等ダインエリア３６に戻る。この動作の結果、ライダー１０は速度を高めることができ、さらに多くのサーフィン動作を充分にすることができる。サーフィング又はウォーター滑走ライダーが速度を高めるために活発に動作を行うプロセスを加速プロセスと呼ぶ。
【０１０６】
滑り面３のサブ−等ダインエリア３５及び平衡ゾーン３８には、側方に（即ち側辺から側辺に）これらの面を流れの方向９に直角な方向に傾けることにより実用上変化をつけれる。このような傾斜はそれがコンテナレス傾斜部１に施された場合にはスループット能力を高めることができる。ライダーが傾斜の方向での自らの体重に起因する重力のベクトル成分の増大の故に傾斜の方向への運動を行うためである。このような傾斜は、傾斜方向のライダーの運動を起こすのに少なくとも充分なものでなければならない。又それは最大でもウォーター滑走動作を可能にするものでなければならない。
【０１０７】
ライド収容能力は、ある定められた時間にわたりコンテナレス傾斜部１を滑ることのできるライダーの数の関数である。実際にはコンテナレス傾斜部１のサイズには限度があるために、スループット能力はあるライダーにかかる時間の長さを制限することにより増やされる。したがって滑り面３を傾けることは重力がライダーのスタート点からゴール点までの移動を助けることになっている。一般的には好ましい傾斜は１対２０である。
【０１０８】
図２７はそのサブ−等ダインエリア３５が流れの方向９に直角な方向４１に傾斜するコンテナレス傾斜部１を示す。図２８は、水源７から発して方向９にサブ−等ダインエリア（傾斜した）、平衡ゾーン３８及び超−等ダインエリア３６にわたって移動する超臨界水８を示す。ライダー１０ａがコンテナレス傾斜部１では上下方向に振れる際に、ライダーは同時に出発プラットフォーム３３から終点のプール４２まで曲がりくねった軌道４３を進むことになる（サブ−等ダインエリア３５が傾いているので）。その後間もなく、ライダー１０ｂがコンテナレス傾斜部１の中に入ることができるために、スループット能力の改善は明らかである。スループット能力の向上の他に、サブ−等ダインエリア３５の傾斜は、コンテナレス傾斜部１からの停止時の水の排出を助けることになる。
【０１０９】
＜コンビネーション波＞
コンテナレス傾斜部１は、中級者から上級者のサーファーにとって理想的な波と砕け波の形状をシミュレートするためにも用いることができる。さらに、大波はその前面の形状と急勾配に特徴がある。一般に、熟達したサーファーは正面の前面角が４５°を越える波を好む。このような傾斜角では、上述の波形のさらに勾配の大きくなった次のごとき２つのものが識別される：（１）砕けてはおらず乗れることのできる波の前面；及び（２）その肩部が平滑で砕けていない溢流波。より重要で、しかも正しい条件下では、最も好まれる第３の波形も又シミュレートできる。即ち、水平から垂直状態を経て前方に巻き込むことによりチューブあるいはトンネルを形成し、その中をサーファーが滑り抜けることのできる波形である。理想的には、トンネルは勾配の次第に緩やかになる砕けていない波の肩部に対して開いている。熟練したライダーはトンネルから肩まで移動して再び戻ることができる。
【０１１０】
図２９（フィートで表した形状等高線）及び図３０（斜視図）は、砕けていない波の肩に対して開いているチューブ又はトンネルを作るために、超臨界流の分離を可能にするコンテナレス傾斜部１の基本形状を示す。この基本的な形状の持つユニークな特性は、この分離する流れのトンネルが垂直を上回って曲がることを要求されぬコンテナレス傾斜部において広範囲な流速と厚みを有するようにする能力にある。図３０の斜視図に示された基本的な形状は、図示されたトンネル波を形成する肩部４４，エルボー４５，へこみ４６及びテイル４７を包含する。
【０１１１】
流れの方向９を識別されている図２９に示された形状等高線によれば、滑り面３上の４つの識別される分割領域は、傾斜した次のごとき基本的な形状を限定している：肩部４４（破線垂直線の左の領域）、エルボー４５（破線の垂直ラインと垂直の点線との間の領域）、へこみ４６（垂直点線と垂直破線との間の領域）、及びテイル４７（垂直破線の右側）である。
【０１１２】
肩部４４は砕けているが滑ることのできる波の面を作る上述の滑り面形状（例えば図２，３及び４）に似た形状を持つ。エルボー４５に移行する際に滑り面３は下に向かって滑らかな曲線で曲がり始める。下流への湾曲とともに滑り面３は勾配を増やし始め、下流の隆起線４は同時に高さを増していく。その勾配角度が最大になった点で、エルボー３６はへこみ３７に移行し、滑り面は勾配と凹面性に関してピークに達しかつ隆起線４は最高の高さに達する。図２９に示されたごとく形状等高線図は肩部３５かつエルボー３６、さらにはへこみ３７に対する好ましい関係位置を示している。スウェイル４９は、スタートアップ中の臨界内の溢流白濁波を取り除くために、またトンネルのリップが再結合する時に現れる白濁波を取り除くために用いられる。スウェイル４９は、サブ−等ダインエリア３５の平滑に造形された窪みにより形成される。
【０１１３】
図３１に示された流線特性は初期の流れの方向９（矢印で示された）水の超臨界シート流れを作り出す適切な給源（例えばポンプ，速い水流又は高いダム／水貯水タンク）を必要とする。流れの水現実的特性及びそれらの相助的な相互作用は各分割領域に関して記載するのが最良である。
肩部領域４４においては、外圧の唯一の給源は重力であるので、表面の一定の勾配は主として２次元的にストレートな線を招くアップ滑り面３と流線４８ａにより示された流れ落ちる隆起線４を持つ流れ８を作り出す。エルボーサブ領域４５では後向きのスイープはバックスエプト側に向かう低圧領域を作り出す。流れ８がエルボー４５の上まで上昇して水圧の増大が回避されるときに、流れ８は流線４８ｂにより示された低圧の領域に変わり始める。このときに、流れ８はもはや２次元的ではなくなり、この交差流の圧力勾配のために３次元に変わる。
【０１１４】
流れ８の流線４８ｂにより示された軌道は放物線形状に傾いている。仮想的にこれを延長すると（連続した破線により示されている）、この放物線の後半は下りスロープに向かっており、滑り面３からは角度的に外れて行く。
へこみ領域４６では、サブ−等ダインエリア３５のスウェイル４９が滑り面３の勾配の増大と組み合わされることにより、流線４８ｃにより示されるごとくよりストレートに上昇し、より密に閉じる放物線状の軌道に変わる。したがって、軌道がはっきりと傾いた放物線状になるために、流線４８ｂと４８ｃは合流する。合流時に運動量が交換されるために、両方の流れは滑り面３から方向を変える。これにより、流れは分離し、砕けぬ肩に開いている望ましい定常的なトンネルが生まれ、その上でライダー１０が水上滑走動作を行うことができる。
【０１１５】
超臨界流８が滑り面３から分かれることより、流線４８ｂｃにより示される流れの新しい方向は、流れの最初の方向９と直交する。流線４８ｂｃが流れ９から再び合流するときに白濁水２５が現れかつテイル領域４７により導かれたテイルレース５１を形成する。
流れのトンネルのための前提条件は、限界を越える流れ８が肩領域４４の下流隆起線４を乗り越えるのに充分な速度を少なくとも持たねばならぬことである。超臨界流８の速度の増大によりトンネルの径は増大する。即ち、見かけ上の波のサイズは増大する。波の速度の増大が制約因子ではないときに、最大トンネル径はへこみ４６の超−等ダインエリアにおける傾斜の度合いにより主として決まる。傾きが垂直に近づくのみであれば、合流時に超臨界流８が分離しないとき、即ち、底面に沿った流れになるとき、トンネル径サイズは最大となる。滑り面３０の傾きが垂直を越えると、図３３に示されるごとく巻き戻り現象が生じ、底面に沿った流れからトンネルの形成が起こり得る。図３３の実施例は、超臨界流８の速度水頭が下向きの隆起線４の垂直方向の最高点を大幅に上回る状況では、流れのトンネルを作り得る長所を持つ。
【０１１６】
所定の範囲内では、エルボー４５，へこみ４６及びテイル４７の方向を許される範囲で変更することにより、場所の制限に合わせたりある種の流れのトンネル効果を果たすことが可能である。このことは、テイルレース５１を再度使用することが必要なとき、例えば上述のごとくループリバーコースを駆動する必要がある場合には特に重要である。定められた領域を通してそれぞれの分割領域（即ち、肩部４４，エルボー４５，へこみ４６及びテイル４７）の方向をシフトすることにより、流線４８ｂ及び４８ｃの合流度に増減を作り出すことができる。流線の合流があまりに乏しいときには分離とその結果のトンネルの形成は起こらない。流線の合流が適度に起きるときには、限界を越える流れの流速，跳水の出現及びそれから発生する白濁水２５の現象が見られる。しかしこのような効果を適宜誘発することが好ましい場合がある。局所的な跳水の力を受けて超臨界流が分離すると、異なったタイプの“波様”の形状、例えば溢流とトンネル流との各種の組み合わせが生まれる。これらの流れは外観が異なり、ライダーから見ても異なった動作でそれぞれ別の利用になる。例えばへこみ４６の中に白濁水のスノーボールを作りながら高トンネル波により巻かれているテイル部４７における跳水形成により引き起こされる流れのトンネルの中の“スノーボール効果”は、ライダー、例えばボディーサーファーの“肩”の方向への加速に利用されることができる。図２９及び３１に示された方向は、流線の合流を最大限にし得る範囲に向かっている。図３２における方向は流線の合流の許される最低範囲に向かっている。
【０１１７】
さらに肩部４４，エルボー４５，へこみ４６及びテイル４７のサイズ，方向及び配置のごとき他のパラメーターを変えることにより、各種の波形を作り出せる。肩部４４，エルボー４５，へこみ４６及びテイル４７を実際とは逆に配置することにより、流れ９の方向を変えることができる。この場合に用いられる最小／最大の角度関係は同じである。同様に後向きのスイープの方向を変えることにより、左に砕けるか、又は先に述べた右に砕ける流れの左右対称の波を作ることができる。
【０１１８】
図３４，図３５，図３６，図３７，図３８及び図３９は、図２９〜３２のコンテナレス傾斜部１の特徴、即ちその独特の流れの形成能力を図示している。即ち、波形は水源（図示せず）から９の方向で生じた超臨界流８を（水流の速度を次第に増加させることで）、波形成手段全体にわたる定常白濁水ボア（図３４に図示されたような）と；肩部の砕けぬ定常溢流波（図３５に示されたような）と；肩部の砕けぬ定常流トンネル（図３６に示されたような）とへの移行を可能にする。この漸次的な波形のシミュレーションの形成法は、“流れ移行プロセス”と呼ぶこととする。
【０１１９】
図３７、３８及び３９に示されたような流れ移行プロセスはライダー（複）１０ａ又は１０ｂが順次多数のシミュレート波のタイプ、例えば白濁水ボア、砕けぬ、溢流又はトンネルを、単一の適切な形状を持つコンテナレス傾斜部１の上で、かつそのすべてを比較的短い時間内で楽しむ（又はオペレーターが次々と実施する）ことを可能にする利点を持つ。例えば、図３７〜３９に示された各種の波形を作るために水流がパルス化（脈動化）されまたはリズミカルな反復を行うことができ、これにより海岸で経験される変化の多い波をシミュレートできる。
【０１２０】
水流の速度は、ゲートによりコントロールされる水頭の可変な貯水タンク又は公知の組み合わせにより、変速モータ，電気的な変速駆動システム又はギヤ／クラッチ機構によって実現するポンプの直接の体積及び速度の制御により行われる。
＜移動ウォーター波幅＞
コンテナレス傾斜部１のスループット能力を高めるための別の選択手段は、移動ウォーター波幅５３を作り出す可動開口５２の形であり、図４０，４１及び４２において経時的に図示されている。移動ウォーター波幅は、流れ９の以前に記載の方向９以外に側方成分または運動方向（矢印５４に示されたような）を有する。モーションの側方成分５４は毎秒１から５メートルの速度で移動するのが望ましい。図４０に示されたごとく、ライダー１０は出発プラットフォーム３３から移動ウォーター波幅に乗り、水上滑走動作を行いつつ、側方モーション成分５４と同じ速度にまで増速を試みる。数秒後、ライダー１０は図４１に示されたごとく自分の側方モーションを移動ウォーター波幅５３の側方モーション成分５４と同期させて加速プロセスにしたがってターン動作を行う。数秒後の図４２において、ライダー１０は移動ウォーター波幅５３の頂上部に移行して、最終のプール４２に向かって折り返して下り始める。移動開口５２は移動ノズル、移動堰、シーケンシャルに開く単一開口又はシーケンシャルに開く複数開口（図示せず）のいずれかから作り出せる。移動ウォーター波幅技術の他の利点は、ライダーによって使用されずに終わる周辺流を最小にし得る能力とライダーをある点から他の点に移す際の配置デザインを任意に選択し得る長所とを含む。
【０１２１】
波のシミュレーションに関して、図４０は初心者に好まれる砕けずに乗ることのできる波の面を示している。あらゆる他のシミュレートされた波形（例えば白濁水ボア；肩のスムースな、砕けていない溢流波；又は肩のスムースな、砕けていない流れのトンネル）はコンテナレス傾斜部１の表面の傾きと上述のごとく水流の方向及び速度を変えることにより、又はその一方を変えることにより容易に実現できる。この点に関して、図４３は移動ウォーター波幅５３ａ，５３ｂ及び５３ｃにそれぞれ同時に乗っているライダー１０ａ，１０ｂ及び１０ｃを示し、そのすべてが移動開口５２から生じるモーションの側方成分を伴っていることを表している。上述の法則にしたがって水の速度と滑り面の形状を漸進的に変化させることにより、ライダー１０ａは砕けていない肩の上で、ライダー１０ｂは砕けていない肩を有する溢流水上で、又ライダー１０ｃは砕けていない肩を有する流れのトンネルの上でそれぞれ水上滑走動作を行うことができる。移動波幅技術により、シミュレート水形が点Ａから点Ｂへエネルギーを移すことを可能とし、かつ波の位相が点Ａから点Ｂに変わることを可能にすることに留意すべきである。このように定常パターンというものは存在せず、そこにあるものは開口の移動の方向に進む運動量の平均移行である。
【０１２２】
滑り面運動も、運動量の平均移動及び非定常流れパターンをも作り出す。図４４は適切な水流の給源７を有するコンテナレス傾斜部１を示している。この給源７は、初期流れ方向９（矢印で示す）に超臨界水流を流し、分割面補助モーション発生装置による蠕動のような動的シーケンス揺動を行うしなやかな滑り面３上に流す。分割面モーション発生装置５６は、しなやかな滑り面をシーケンシャルに膨張及び収縮することにより矢印５４により示される複数の方向のモーションの成分５４を作り出す空気式／油圧式の袋体により、上昇下降させる。ライダー１０は揺動する滑り面の力を借りて上方に傾斜するシート流上で水上滑走動作を行うことができる。一般に利用できる他の方法は機械的な動力を利用する楔又はローラを用いている。
【０１２３】
コンテナレスの表面の歪みは流れの圧力勾配を変え、したがって変化の可能な波、例えば溢流、波、流れのトンネル、又は各種のトンネル効果さえも含む波の特性を表すことができる。しなやかなコンテナレスの表面のシーケンス揺動又は蠕動運動により各種の流れの特性を持つ斬新な移動傾斜部が可能となる。少なくとも、しなやかなコンテナレスの表面の運動の範囲にはたとえば図３２のテイル４７及びへこみ４６が流れ９の方向とは逆方向に移動することにより溢流を伴う跳水を誘起する場合のように、特定の流れの一部のみを変更しかつ方向を変えるのに必要な運動を含むことができよう。最大の場合には、傾斜部全体が流れの方向に平行又は直交する方向に移動できる。このような装置はライダー１０がスタート点と異なる終点に移り得させて、スループット能力を増やすことをさらに可能にする。さらに分割面補助モーション発生装置５６は定常流にも用いられるためにある位置にロックされることができる。
【０１２４】
＜斜波の防止＞
この点に関しては、コンテナレス傾斜部１上の流れは傾斜部の上で又は水平方向に作り出されると記載されてきた。かかる流れのための給源がポンプ又は開口、例えばノズルを持つダム／貯水タンクからの場合には斜めの（即ち一貫していない流れの流線）波が開口の囲いにより生じる境界層乱れに角度をなして作り出される可能性が大きい。斜波はライダーの水上滑走動作を阻害するのみならず、それは増大して最後には流れ全体を閉塞する。
【０１２５】
斜波の出現に対する解決法が図４５に示されている。即ちコンテナレス傾斜部１のある角度をなす延長部により下りランプ５５が作られ、その上を開口３１がその上に超臨界流８を放出する。サブ−等ダインエリア３５の上流側エッジ６０からのこの延長部は充分な傾斜の下りランプ５５を作り出すことにより斜波の出現を阻止する（即ち斜波は下流に掃引される）。少なくとも、下りランプ５５の垂直成分は約５メートルで好ましい傾斜角は２０から４０°である。ランプはスムースにサブ−等ダインエリア３５に移行する。コンテナレス傾斜部１の水平または傾斜面とは異なり、下りランプ５５は側壁を利用することが許される。何故ならば斜波は流れ及び上がり坂に抗して拡がるための充分なエネルギーを持っていないからである。流れが下り坂を下りるときに側壁を持つことの利点は、流れの運動量を滅殺する側方の広がりを防止するとともに流れの元の状態が維持されることにある。
＜流体半割りパイプ＞
上述のごとく斜波の問題を回避するとともに、コンテナレス傾斜部１の下りランプ５５を上流方向にさらに延長することは、ライダーはスケートボード及びスノーボード、即ち半割りパイプライディングの特別のスポーツを参加者が類推することしかできなかった様式のサーフィン及び水上滑走動作を行うことが可能となる。一般的な表現としての“半割りパイプ”の名称は、滑り面がほぼ半割のパイプでしかも割口を上向きにした状態から生まれたものである。
【０１２６】
流体半割りパイプの概念にしたがうとき、図４６に示されるごとくコンテナレス傾斜部１が全面的に延長されることによりライダーは下りランプ５５の上でも動作できる。最も延長すると、給源プール５７は水の流れを供給し、かつこの水の流れはコンテナレス傾斜部１の上流端５をオーバーフローした直後に超臨界流８となり、下りランプ５５を９の方向に適切なサブ−等ダインエリア３５、平衡ゾーン３８、超−等ダインエリアを下り、下流の隆起エッジ４を越えかつ貞節な受容プール５８の中に入る。ライダー１０ａは、流れ８の中に適切な点、例えばサブ−等ダインエリア３５で入る。この場合に自身が流れに入るときの前進方向の初期の運動量、水上滑走乗り物に生じる抗力の増大、及びライドの体重により生じる乗り物への均衡調節をもたらす抗力の結果、上記のライダー（この場合は１０ｂ）は上に運ばれて下流隆起エッジの近くの超−等ダインエリア３６に達する。この点では、乗り物から生じる抗力を重力が上回る結果、又ライダーが体重により抗力を減らすための均衡調節の結果、ライダー（この場合は１０ｃ）は平衡ゾーン３８を通過し、サブ−等ダインエリア３５を横切ってハイドロプレーンの運動を生じ、かつ下りランプ５５の上でターン超−等ダインエリア３６に戻り、次に再び上記のサイクルを繰り返す。
【０１２７】
流体半割りパイプの形のコンテナレス傾斜部１の延長は、利用者に公知のサーフィング及び水上滑走動作を行うための一貫した環境を提供するものである。上向きの流れ、水平の流れ及び下向きの流れの組み合わせにより、既存の波の面では不可能な新しい動作が可能なユニークな環境が作り出される。
流体半割りパイプの形を持つコンテナレス傾斜部１の幅（超臨界流８の方向に測った）は、その長さ方向にわたって一定であることが望ましい。しかし流路断面が変化するように幅を変化させることも可能である。幅の最大及び最小の制約は、水上滑走動作を行う人の能力によって決まる。幅が不充分な場合には、ライダーは超−等ダインエリア３６から下りランプ５５への又はその逆の移行を実行できない。逆に広過ぎる場合には、ライダーは下りランプ５５に達したりそれを利用することができないし、流体半割りパイプ水上滑走動作を行うことはできない。幅はサブ−等ダインエリア３５から下流隆起エッジまでの垂直方向の立ち上がりとの間に関数的な関係を持つ。幅に対する高さの好ましい比は１から５であり、少なくとも１から２が必要であり、最大で１から１０が許される。
【０１２８】
１本の半割りパイプ状のコンテナレス傾斜部１のための好ましい実施はその上で水上滑走動作を行うのに充分な幅を有するある長さが最低限必要であり又その最大限は希望や予算によって決まる。
サブ−等ダインエリア３５及び傾斜した滑り面３の断面形状に対する好ましい実施例は図２５に既に示されている。超−等ダインエリア３６のデザインでは下流隆起エッジ４の上に到りかつそれを越えて水が適切に流れるようになることに留意されねばならない。超臨界流８の作用ダイナミクスを越えた過度の傾斜又は高さは、タイミングと位置を誤った溢流又は流れのトンネルを生じ、サブ−等ダインエリア３５の中に超臨界流８を完全に損なうことのある攪乱白濁水の過度の蓄積を生じさせる。しかし熟練したライダーは速度を最大限高めかつある種の動作、例えばエアリアルを行うために垂直までに迫りあるいは垂直を越える急峻な超臨界領域３６を好む。このように溢流又はトンネル波はそれが形成される場合は隣接領域に対していることと、コンテナレス傾斜部１の下流の中央に位置する半分が図２５に図示されたものにほぼ近い断面を持つことと、上流の中央に位置する半分はこの中で考察されたごとき変更を除き、図２５とほぼ左右対称の断面を有することが望ましい。
【０１２９】
断面輪郭については、半割りパイプ状のコンテナレス傾斜部１の標準形態が図４７に図示されている。この標準的な形態においては、流れの長手方向に切った断面エレベーションは半割りパイプ部分に対して一定に保たれる。図４８は非対称的な形状を示すが、この場合、下流隆起エッジ４及び上流エッジ５は一定の高さを保ちかつそれぞれのエッジ４及び５の間の幅は一定である。しかし、該当のエッジ４及び５とサブ−等ダインエリア３５との間の距離は、一定の落差で増大し続ける。この特定の非対称的な実施例の目的は、落差の方向のライダーの体重に起因する重力のベクトル成分を増大せしめることでこの半割りパイプ形状の持つスループット能力を高めることにある。
【０１３０】
一般に、上流エッジ５の高さは下流隆起線４上の流線位置を上回る。この高さ上の差異により、超臨界流８がコンテナレス傾斜部１の下り、横切り、上り及び乗り越え部分のあるサーキットの中で出現する内外の摩擦を克服するのに充分な動的水頭を備えることが保証される。上流エッジ５が下流隆起線４をエレベーションにおいて上回る好ましい比は２対１であり、外側の範囲では９対１を最小とし１０対１を最大とする。又、該当の上流エッジ５と下流隆起エッジ４は半割りパイプの流れに沿って一定の高さを保つことも望ましい。高さに変化を与えることも可能であるが、給源プール５７の水のダイナミクス、受容プール５８の水のダイナミクス及び流線の動的水頭の維持がその際に考慮されねばならない。
【０１３１】
半割りパイプの上を流れる水量の幅方向及び長さ方向の運動における変化は、ライダーのスループット能力を高める結果をもたらすことが可能である。図４９は分岐ダム５９を備えた半割りパイプ状のコンテナレス傾斜部１を図示する。超臨界流８ａは、コンテナレス傾斜部１の半分にわたって存在する。超臨界流８ａを供給する給源プール５７は、コンテナレス傾斜部５のちょうど１／２になるようにダム５９ａにより限定されている。ライダー１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び１０ｄは適切な点、例えばサブ−等ダインエリア３５で流れに入り、その上で水上滑走動作を行う。ある時間の経過後、例えば数分後にダム５９ｂは超臨界流８ａをブロックする。このとき水は流れを停止するためにライダー１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び１０ｄは容易に水から出てくることができる。ダム５９ｂのブロックと同時又はその直後にダム５９ａが開きかつ超臨界流８ｂが流れ出す。ライダー１０ｅ，１０ｆ及び１０ｇは流れに入りかつ彼らに割り当てられた時間にわたり水上滑走動作を開始し、このときにダム５９ａはポジションを変えられ、かつサイクルは再び繰り返される。
【０１３２】
全体が半割りパイプ状のコンテナレス傾斜部１に対する変更は上述の原理を、例えば移動波幅又は下りランプ５５上に発する加圧された流れを用いて実施されることができるが、これらのすべてはコンテナレス傾斜部１の上述の説明にしたがって考案された。
＜補足的な機能＞
コンテナレス傾斜部１に対する幾つかの周辺の特徴には、次のものがある：（１）入場スライドシステム；（２）入場引き綱システム；（３）アタッチド乗り物；（４）フェンスパーティション；及び（５）接続された相助的アトラクション。
【０１３３】
コンテナレス傾斜部１に対する入場システムは、スループット能力を最大化するための鍵である。今まではコンテナレス傾斜部１に対して説明された入場システムは図１８，２８及び４０において引用されたごとき出発プラットフォーム３３のみであった。出発プラットフォーム３３はコンテナレス傾斜部１に隣接した位置にあり、その水平のプラットフォーム床面は滑り面３の傾斜部のある部分とほぼ同じ高さにある。コンテナレス傾斜部１へ入るための上記に代わる方法が図５０に示されている。スライド６１ａ，６１ｂ及び６１ｃはコンテナレス傾斜部１のそれぞれサブ−等ダインエリア３５、平衡ゾーン３８及び平衡ゾーン３８に隣接する位置にある。ライダー１０はスライド６１を滑り降りて超臨界流８に達し、次にライダー１０は水上滑走動作を行う。流れ８の攪乱を最小に抑えるために、スライドを潤滑にするための僅かな水６２がスライド６１上に注がれることが望ましい。上記に代わる方法として余剰のスライド潤滑水６２を排出するための排出格子６３を設置できる。スライド６１はエッジ６又は隆起線４に沿った位置ならどこでも設けることができるが、その好ましい場所は図５０に示された位置である。ライダー１０がスライド６１からコンテナレス傾斜部１に移る際の安楽さを最大にするためにスライド６１の高さ及び最終の軌道はライダー１０が超臨界流８の表面の高さにおいてかつ流れの平面にほぼ平行に入ることのできるように配慮されていることが望ましい。スライド６１はファイバーグラス，コンクリート，コンクリートにより被覆された発泡体，補強された織布，金属又はその他の意図される目的に適した構造的に安定した平滑な表面を用いて動作されることができる。スライド６１は複数のライダーが同時に利用できるごとくデザインされることができる。
【０１３４】
コンテナレス傾斜部１のための別の種類の入場システムは引き綱を用いる。図５１は超臨界流８が肩の砕けていない定常トンネル波の形に形成されているコンテナレス傾斜部１の平面図である。コントロールの可能な引き綱ドライブ６４は６５の方向に移動しかつライダー１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び１０ｄがその中に座っている乗り物６７に接続されている引き綱ロープ６６を引っ張る。超臨界流８に入ってしまうと、ライダー１０は水上滑走動作を行うことにより自分らの位置に対してコントロール作用を働かせることができる。コントロールの可能な引き綱ドライブ６４は毎秒０．５から２メートルの低い速度で移動するのが好ましい。位置６８ａ，６８ｂ，６８ｃ，６８ｄ及び６８ｅにより示されるごとき各時点にわたり引き綱ドライブ６４は引き綱ロープ６６，ライド乗り物６７及びライダー１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び１０ｄをスタート領域６９から出口領域７０まで引っ張る。コントロールの可能な引き綱ドライブ６４は、例えばチューブのような波形上でライダー１０及び乗り物６７を最適の位置にするために内外への運動を自由に行うことのできることが望ましい。ライダー１０及び乗り物６７が超臨界流８の中に引っ張られると、引き綱ロープ６６が解放されかつライダー１０は引き綱ロープから切り離されて水上滑走動作を行うことを可能にするのも一つの方法である。
【０１３５】
別の引き綱システムが図５２に示されているが、この場合には乗り物６７は つなぎ綱７１により、コンテナレス傾斜部１の滑り面３に取りつけられたピニオン７２に接続されている。流れが終わると参加者は水なしの滑り面３を歩き、それぞれの乗り物に乗る。超臨界流８が再び始まると、図５２に示されるごとく、ライダーは割り当てられた時間だけ水上滑走動作を行うことができ、その後に流れ８は静まり、ライダー１０は滑り面から上り、サイクルは改めて繰り返される。
【０１３６】
ライダー１０が特定の領域に入るのを制約すると同時に超臨界流８、白濁水２５又は流れ出た水１１がその下を通過できるようにするために、コンテナレス傾斜部１には図５３に示されたごとき流れフェンス７３が用いられる。このように、流れフェンス７３は水を阻止することはなく、ただライダー１０を超臨界流８の機能する側方境界に囲まれた領域内で滑らせるように制限するだけである。流れフェンス７３は平行なレール又はつながったレールをもって構成されるのが望ましい。レールが一つ以上の場合には、ライダーが手や足を挟まれることのないように充分な間隔を設けることが必要である。パッド付きロープ，金属，木材，ファイバーグラス又は他の擦り減ることのないパッド付き材料が流れフェンス７３を製作するのに適している。流れフェンスは水流上で片持ちばり式に保持されるのが望ましいが、抗力が最低のドライブフェンスポストを設けてもよい。流れフェンス７３はライダーが接触することを防止するために滑り面３上に３枚のレーンを設定する分割機構の役割を持つこともできる。
【０１３７】
コンテナレス傾斜部１に与えられ又はそれからでてくる水の運動エネルギーを利用するために相助的アトラクション又は構造がコンテナレス傾斜部１に接続され得る。上流側への接続に際して、図５４はダム７５の放水路７４に接続されているコンテナレス傾斜部１を示す。このような接続によりコンテナレス傾斜部１のための水の運転コストが最低の給源プール５７とダムオペレーターにとってのエネルギー分散／下流浸食コントロールシステムとが得られる。浸食コントロールは放水路７４がさらに下流の壊れ易い流床に当たる前にその運動エネルギーを分散させるコンテナレス傾斜部１により果たされる。
【０１３８】
コンテナレス傾斜部１の放水路７４を他の一連の半割りパイプ型に接続することにより、コンテナレス装置１から出る超臨界流８又は流れ出た水１１の残留運動エネルギーが、図５５に示されたように次に続くコンテナレス傾斜部に水を供給することによるコージェネレーション機能を果たすことをも可能にする。図５６はコンテナレス傾斜部１の放水路７４が白濁水リバーコース７６に接続されている場合を示す。
【０１３９】
上記の発明に関連して噴水又は他の水による像のごとき美学的な目的にも類似の流れ特性を実現できることが指摘される。ある一例として図２９〜３２、図３３及び図３４，３５及び３６に関連して示されかつ記載された形状は、魅力的な噴水を作り出すのに用いることができる。上述のごとくこれらの形状及び流れパラメーターは、流れが分離するときに各種の波又は水の形を作り出すように変え得る。さらに、図１８，２０及び２２並びに図４４に示されたように波型又は波形状に対して流れパラメーターを無作為に変更することにより、魅力的な可変噴水を作り出すことが可能である。この機能は非静的な噴水により作り出される素晴らしさと興味を高めることになる。
【０１４０】
特に、本発明の原理にしたがって作り出される噴水は特に図１〜２にしたがって記載されたコンテナレス傾斜部構造を利用することができる。さらに、下流に傾くランプ５５（図４５）及び半割りパイプ構造（図４６）も又ユニークな噴水形状を作り出すのに使用され得る。又図４０及び４３に示されたごとき移動波幅実施例は類似のウォーター噴水の形状を作り出すための有利な構造を提供する。
【０１４１】
この分野における専門家には可能であると考えられるある変更及び変形は、本発明の精神又は意図に反することなく行うことが可能である。例えば、記載の比率は幾何学的に正確なものである必要はなく、概略値で充分である。同じことは角度、半径及び比においても言える。サーファー／ライダーが快適である温度はかなり制限されているが、水の温度及び密度はある差異を示すことがある。
【０１４２】
上記の明細書に用いられた用語と表現は記載のための用語として用いられたものであり限定を意図したものではない。又かかる用語及び表現を用いるに当たっては、図示又は記載された均等物又はその一部を除外する意図はなく、発明の範囲は次に記載される特許請求の範囲によってのみ限定かつ制限されるものとする。
【０１４３】
【発明の効果】
以上のように本発明では、本装置の特徴的な流れ特性を利用して、噴水や水の像等の流水装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンテナレス傾斜部を示す。
【図２】運転中の簡単なコンテナレス傾斜部を示す。
【図３】水再循環システムと組み合わされたコンテナレス傾斜部を図解する。
【図４】流れ出た水がループ上のリバーコース又は渦プールに動力を供給するのに用いられるコンテナレス傾斜部を示す。
【図５】図４の側面図を示す。
【図６】貯水プールを必要としないコンテナレス傾斜部の正面図。
【図７】図６に示した傾斜部の断面図。
【図８】図６に示した傾斜部の斜視図。
【図９】コンテナレス傾斜部上のシミュレートされた白濁水ボア波を示す。
【図１０】コンテナレス傾斜部上のシミュレートされた砕けない肩部を持つ溢流波を示す。
【図１１】流体静力学的傾きを示す流れを生み出すことができる非対称のノズル構成を示す。
【図１２】砕けない肩部を持つ溢流波をシミュレートする運転中の図７の非対称ノズルを示す。
【図１３】差動内部流れコア圧力を持つ一様の開口による溢流波のシミュレーションを図解する。
【図１４】砕けない肩部を持つ溢流波をシミュレートする非対称に延ばされたコンテナレス傾斜部である。
【図１５】自己取り除き傾斜表面を時間経過順に示す３つのプロフィールのうちの１つである。
【図１６】自己取り除き傾斜表面を時間経過順に示す３つのプロフィールのうちの１つである。
【図１７】自己取り除き傾斜表面を時間経過順に示す３つのプロフィールのうちの１つである。
【図１８】スループット能力を高めるために用いられる差動ヘッドの作用を示す平面図。
【図１９】その側面図。
【図２０】スループット能力を高めるために用いられる他の差動ヘッドの作用を示す平面図。
【図２１】その側面図。
【図２２】スループット能力を高めるために用いられるさらに他の差動ヘッドの作用を示す平面図。
【図２３】その側面図。
【図２４】サブ−等ダインエリアを持つ延長コンテナレス傾斜部を示す。
【図２５】その断面図。
【図２６】延長コンテナレス傾斜部の結果としてのターン中の加速プロセスのライダーを図解する図。
【図２７】能力を高めるための傾けられたコンテナレス傾斜部を示す。
【図２８】運転中の傾けられたコンテナレス傾斜部を示す。
【図２９】中級から上級の波ライダーに望まれる波のタイプ、即ち、砕けない乗れる肩部を持つトンネル波をシミュレートする水ボディを作り出す３次元の輪郭付けられたコンテナレス傾斜表面に対する好ましい実施例の地形等高線を示す。
【図３０】図２９のプロフィールを示す。
【図３１】砕けないなお乗れる肩部を持つトンネル波をシミュレートするコンテナレス傾斜部上の流線軌道を示す。
【図３２】なおトンネル波形成を可能にする最小の曲がりを持つコンテナレス傾斜部の地勢図を示す。
【図３３】同形トンネル波を可能にするコンテナレス傾斜部の断面図を示す。
【図３４】波変換プロセスを経るコンテナレス傾斜部の３プロフィールを描く。
【図３５】波変換プロセスを経るコンテナレス傾斜部の３プロフィールを描く。
【図３６】波変換プロセスを経るコンテナレス傾斜部の３プロフィールを描く。
【図３７】ライダーを伴う波変換プロセスを描く。
【図３８】ライダーを伴う波変換プロセスを描く。
【図３９】ライダーを伴う波変換プロセスを描く。
【図４０】コンテナレス傾斜部上の移動波幅を示す。
【図４１】コンテナレス傾斜部上の移動波幅を示す。
【図４２】コンテナレス傾斜部上の移動波幅を示す。
【図４３】多様な波タイプをシミュレートするコンテナレス傾斜部上の多重移動波幅を示す。
【図４４】蠕動運動の可能なコンテナレス傾斜部上の柔軟な滑り面を描く。
【図４５】斜め波形成を最小にする水流源の適切な位置付けを示す。
【図４６】ウォータースポーツ−流体半割りパイプのための新しい実施例のプロフィールを示す。
【図４７】典型的な流体半割りパイプの立面図を示す。
【図４８】収容能力及びライダースループットを助けるために改変された流れ形成底を持つ流体半割りパイプの立面図を示す。
【図４９】スループット能力の増大を助ける流体波割りパイプの改善のプロフィールを図解する。
【図５０】コンテナレス傾斜部へのスライドシステムを示す。
【図５１】コンテナレス傾斜部に対するつなぎ綱負荷システムを描く。
【図５２】滑り面に取り付けられたピニオンにつなぎ綱ラインにより接続された波乗り乗り物を示す。
【図５３】流れフェンスを示す。
【図５４】ダムの放水路に接続されたコンテナレス傾斜部を示す。
【図５５】相互に連結された多重コンテナレス傾斜部半割りパイプを示す。
【図５６】肩部あふれ水を接続された白濁川コース及び渦プールに供給するコンテナレス傾斜部を図解する。
【符号の説明】
３ 滑り面（傾斜面）
７ 水源
８ シート水流
１７ ノズル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a water flow apparatus, and more particularly to a water flow apparatus that supplies a water flow to an inclined surface that is not provided with a side wall.
[0002]
[Prior art]
For the past 25 years, surfboarding and related surfing activities such as knee boarding, body or “boogie” boarding, planing boarding, surf kayaking, inflatable equipment riding, and body surfing (all collectively referred to as surfing) have been It has continued to gain popularity along the coastline of the world, blessed with rushing waves. At the same time, the decade of the 1980s has seen the tremendous growth of participatory family water recreational facilities, water parks. Large pools with artificial waves were an essential component of such water parks. Several types of wave pools have been successfully developed. The most popular types are those that allow swimmers or tube / inflatable mat riders to move on the undulating undulating waves created by wave devices. Although small breaking waves can arise from this kind of wave pool, it is not an ideal wave for surfing. There are a small number of pools that give large rough cloudy bores that push from deep to shallow pool edges. Such pools allow cloudy bore surfing, but breaking waves are not preferred by surfing world experts. The type of wave that holds the greatest attraction to wave riders is the combination of the unbreakable wave front and the “break” / “transition” curl or overflow.
[0003]
An ideal unbreakable wavefront has a gravitational component with a sufficiently sloping surface that allows the rider to overcome the drag and perform a water surface (eg surfing) action on it at least one height in height. Can be described as a smooth sloped water mound in meters. A standard breaking wave has a wave height of more than 1 meter and has a broken portion closest to the shore, while a portion farthest from the shore has a smooth surface and occurs continuously over an area that reaches several wave heights. It can be described as a wave moving and entering the shore diagonally with a transition from a smooth part to a broken part and a transition area with a duration of more than 10 seconds. In breaking waves, this transition area is especially interesting for wave riders. The transition area is where the wave rider performs an optimal water slide (eg, surfing) operation. The transition area is also where the wavefront achieves its maximum gradient angle.
[0004]
As a wave rider develops skills from beginner to advanced, he or she will seek to ride different types of waves. The first person starts “inside” against the already crushed cloudy bore. These waves are easiest to catch, but they provide little opportunity for surfing. The next step is to move "outside", i.e. just past the fracture zone. Here beginners prefer unbroken waves that have only a gradient that can "catch" the waves. When the waves break, beginners prefer easy overflow type waves. The better the wave rider, the greater the preference for steep waves. The ultimate wave shape resembles a continuous tube or tunnel.
[0005]
For many years, the inventor has attempted to mechanically replicate the ideal wave for surfing that would provide a full range of surfing experience for wave riders as well as beginners. The majority of such attempts focus on the reproduction of moving traveling gravitational waves that occur naturally on the shore. Unfortunately, such attempts have had limited success with respect to surfing. Problems inherent in traveling traveling wave technology include safety, skill, cost, size and capacity. Reproduction of traveling breaking waves requires a large pool with expensive wave generators. If an increase in wave size is desired, it will inevitably lead to more dangerous conditions such as deeper water and strong water flow. Access to a traveling wave that travels typically requires a painful swim or rowing through the breaking wave in order to be properly placed in the “takeoff zone” of the unbreaking wave. Capturing the breaking waves requires only a momentary timing and developed muscle. Riding the traveling breaking waves requires a wide range of skills to balance the hydrodynamic lift generated in the sliding body with the buoyancy generated in the displacement body. Traveling waves are inherently low-capacity attractions for water parks. That is, one or two riders per wave. Specially designed to create traditional moving traveling breaking waves as a result of large surface area ratio for limited wave quality, prohibitive participant proficiency, excessive cost, potential danger, and low rider capacity The wave pool was proven unreasonable in commercial applications, with a few exceptions.
[0006]
Lumehoute (US Pat. No. 3,802,697) and the following three publications: (1) Honung, HG and Kiren, P, “Steady Diagonal Breaking Wave for Laboratory Testing of Surfboards”, Fluid Dynamics Journal (1976) ), 78,
[0007]
The steady breaking wave considered by Lumehoute and Kiren avoids the “moving target” problem caused by moving traveling gravity waves. Thus, they are more predictable, easier to observe, and easier to access from an observer limited to the shore. Although improved, the Lumehouté and Kiren stationary breaking waves still suffer from significant traveling wave problems when applied to commercial water recreational facilities. In particular, these issues include: The extraordinary skill to catch and ride waves, the possibility of drowning deep water (because the depth is greater than the breaking wave height) and the high cost associated with powering the water flow necessary to create the wave. In other words, both Lumehoute and Kiren are considering relatively deep water bodies similar to those found on the coast.
[0008]
In addition, the process of wave formation of Lumehouté and Kiren involves obstacles placed in a stream of water surrounded by a containment wall. The hydrodynamic state of the flow is that of a supercritical flow (flow where the kinetic energy of the flow is equal to its gravitational potential energy) rising up the surface of the obstacle, and the obstacles when the wave breaks (high towering “jump”) Critical flow at the top or top (flow where the kinetic energy of the flow is equal to its gravitational potential energy), and within the critical flow over the back of the obstacle (flow where the kinetic energy of the flow is below its gravitational potential energy) Part. The sunken split flow surface divides the supercritical upstream portion from the critical downstream downstream of each obstacle. The inevitable result of this “critical flow” breaking process (ie where the Froude number is equal to 1 at the breaking point) is that the maximum wave height that can be obtained in relation to water depth and wave size is 4/5 of the water depth. is there. Thus, in Lumehoute and Kiren, the greater the desired wave, the deeper the associated flow.
[0009]
The above disadvantages have tremendous economic significance. Kiren and Lumehoute require pumps with very large pouring capacity to produce large sized waves. In addition, rider operation under deep flow conditions requires great skill.
By way of illustration, if a wave rider crawls to catch a wave in a deep water flow (a deep water flow is where the pressure disturbance by the rider and his vehicle is not affected by the close bottom), his vehicle is primarily supported by buoyancy. As a result of the hydrodynamic lift that occurs from rowing and riding on the waves, the first transition to the planing hull (decrease in the draft of the board). The force required to ride this wave is a combination of buoyancy and hydrodynamic lift. The faster the board advances, the higher the lift will support the rider's weight and the lower the buoyancy. In response to this lift, there is an increase in pressure just below the board. This pressure turbulence decreases in proportion to the square of one-to-distance at the distance from the board.
[0010]
In a deep water environment, by the time the pressure turbulence reaches the bottom of the flow, it has already weakened to a level that has negligible effects on the bottom of the pressure turbulence. Therefore, no reaction is transmitted to the rider. Riders are not supported because of the lack of bottom reaction in deep water flow. The lack of support results in greater physical forces required to row and move the surfboard from the displacement hull to the planing hull to catch the waves. The lack of support also results in greater instability and is accompanied by the obvious greater skill required to ride the waves.
[0011]
In addition, deep water flow has a high potential for drowning. For example, a 2 foot high breaking wave requires a water flow of 5.38 knots in 2.5 feet of water. Even Olympic swimmers will not be able to avoid being swept away in such a flow.
Friendsle (U.S. Pat. Nos. 3,598,402 (1971), 4,564,190 (1986) and 4,905,987 (1990)) describe water flow up a slope. But in addition to the disadvantages mentioned above, the Friendsle structure is described as the bottom of a container. The side wall of this vessel functions to confine the water flow in its upper trajectory, hoping to conserve maximum potential energy for subsequent recirculation efficiency. But such sidewalls have been found to propagate diagonal waves that can prevent the formation of supercritical flows and eliminate the possibility of breaking waves. That is, Friendsle's container is simply filled with water, and supercritical flows are also submerged. Sidewall containment also proves disadvantageous in terms of the ability to facilitate access for riding. In addition, the Friendsle device is designed for surfing in equilibrium. But the majority of surfing motions require movement or swing around the equilibrium point with various unbalanced zones to achieve interesting motions.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to obtain an aesthetic watering device such as a fountain by using a device for improving the problems of the prior art as described above.
[0013]
The water-based image forming apparatus according to
[0014]
According to a second aspect of the present invention, in the apparatus for forming water with water according to the first aspect, the water flow is introduced on the inclined surface of the portion close to the lower end and flows upward so as to flow beyond the upper end.
In the image forming apparatus using water according to a third aspect, in the apparatus according to the second aspect, the inclination of the inclined surface increases from the lower end portion toward the upper end portion.
[0015]
A water image forming apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the apparatus of the third aspect, further comprising a nozzle for supplying a sheet-like water flow on the inclined surface. The volume and speed of the water flowing from the nozzle can be adjusted to change the shape of the water on the ramp as desired.
The image forming apparatus using water according to claim 5 further includes a second water source and a second sheet-like water stream. At least two flows are discharged upward on the inclined surface, and each flow forms a flowing water shape on the inclined surface.
[0016]
In the image forming apparatus using water according to
[0017]
In the water image forming apparatus according to the seventh aspect, at least a part of the water flow is separated from the inclined surface of the wave forming structure to form an aerial trajectory, and the aerial trajectory is directed to a point upstream of the point of its own flow.
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the water image forming apparatus, wherein the inclined surface has a lower portion, an intermediate portion, and an upper portion. The running water is introduced into the lower part, flows through the middle part and flows through the upper part.
[0018]
The water-based image forming apparatus according to
In the image forming apparatus using water according to a tenth aspect, the inclined surface is substantially concave in the apparatus of the first aspect.
[0019]
According to an eleventh aspect of the present invention, the apparatus of the first aspect further includes a nozzle for supplying a sheet-like water flow on the inclined surface. The flow rate of the nozzle can be changed over time so that the shape of the water flow across the inclined surface changes.
A water image forming apparatus according to a twelfth aspect of the present invention is the apparatus of the first aspect, further comprising a second water source and a second sheet-like running water. At least on the inclined surface 2 Two flows are released upwards, and the flows cooperate to create an overall flow shape on the ramp.
[0020]
In the water image forming apparatus according to
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the apparatus for forming a water image according to the first aspect, the low velocity flow of the water flow is removed from the inclined surface by exceeding the edge.
[0022]
The formation of such diagonal waves in an inclined flow environment means that when these waves propagate against the flow, they have a downstream component that gets a special energy increase from a downward change in height, Very easy. When the diagonal waves move down against the water flow, this energy gain results in an amplitude gain so they not only impair the rider's performance of the waterslide, but also propagate and block the entire flow. Create a “triangular wave” that leads to
[0023]
Therefore, in order to eliminate these disadvantages, the present invention provides a containerless ramp that prevents the formation of diagonal waves. That is, the inclined portion is not a container shape but is a simple flat plate shape, and an inclined portion having a structure that does not have a bulge or the like that restricts the flow of water at the side end portion thereof. The inclined sliding surface is constructed without a lateral water restriction, allowing low-speed water flow away. As a result, the main water flow up the slope remains at the desired or higher speed. In this way, the high nature or wave type diversity of the riding wave can be achieved and maintained. It should also be pointed out that in addition to the myriad configurations of the present invention, the main part of the present invention can be implemented according to several other methods for extinguishing the boundary layer induced critical flow.
[0024]
Another important feature of the present invention is that the preferred water flow type on containerless slopes is a relatively thin “sheet” flow rather than the relatively deep water utilized in the prior art. The seat flow is affected by the sliding surface through the reaction force, which is the depth of water, the pressure turbulence caused by the rider and his vehicle, and the action on the rider and his vehicle is commonly known as the “ground effect”. It's shallow enough to This is necessary to prepare for the stable surfing from the beginning, and thus the technology necessary to catch and ride the wave.
[0025]
In the sheet flow state, the board is very close to the solid boundary, i.e., the flow bottom or sliding surface, so that the pressure disturbance from the board does not have time to decrease before it contacts the solid boundary. This results in pressure turbulence transmission through the fluid and directly to the ground. This acts as a reaction wall against the weight of the rider's body and helps the rider support the ground effect. Thus, the sheet flow is inherently more stable than the deep water flow. From the proficient rider's point of view, the ground effect principle is that in the form of tighter radius movements as a result of more responsive turns, increased speed, and increased lift allowing for reduced vehicle sliding area. Provide improvements.
[0026]
The sheet flow can also provide an isomorphic flow in the sense that the flow approximately follows the contour of the sliding surface. Therefore, this is because the wave is isomorphic to the sliding surface while the insufficient velocity in the boundary layer still achieves the special action of the wave when calculating the flow separation from the contoured flow bottom. Allows for better control of the wave shape.
[0027]
In this respect, it should be pointed out that due to the seat flow up the containerless ramp, waves are not necessarily required for the rider to enjoy the water attractions constructed according to the main part of the invention. What is needed is a slope of sufficient angle that allows the rider to slide down the upwardly flowing seat flow. In addition, deliberate rider-induced drag can slow down the rider and bring him back up the slope, allowing additional actions. Similarly, if desired, the rider can achieve equilibrium (e.g., steady position with respect to flow) by adjusting his drag on the upstream water flow.
[0028]
Another feature of the present invention is that whenever there is a jump, there is no critical and critical flow over the top and rear of the obstacle (ie, the “containerless slope”), in fact the obstacle utilized by the invention. The top or top of the is dry. In addition, the invention not only defines a transition from supercritical to critical, but also describes a separate streamline that separates the wetted bottom of an inclined surface from its dry top. The phenomenon of separated streamlines is lacking in the prior art. The fact that the invention does not have a corresponding relationship between wave size and water depth is significant. In other words, large wave illusions are conveniently produced in shallow flow.
[0029]
The principles of the present invention are applicable to a tremendous variety of standing wave conditions. For example, the angle of inclination of the inclined sliding surface can be greatly changed to achieve various effects. The sliding surface is also tilted around its longitudinal axis or provided with a mound, shape, shape, or various contours to create a specially shaped wave.
The sliding surface can be elongated and shortened, can be symmetric, asymmetric, flat, or have a complex curvature. In addition, the depth or velocity of the flow can be changed step by step for each surfing or even in one surfing. Also, of course, all of the above parameters can be varied individually or simultaneously with other parameters within the scope of the present invention.
[0030]
In order to better understand the advantages of the invention described herein, a more detailed explanation of some of the terms set forth below is given. It should be pointed out, however, that these explanations are in addition to the ordinary meaning of such terms and are not intended to be limiting in that regard.
Deep water flow is a flow with sufficient depth that the pressure disturbance from the rider and his vehicle is not significantly affected by the presence of the bottom.
[0031]
The water body constantly changes the flow of water that makes up the body, and its shape, at least the shape of length, width and depth, is sufficient to allow water surface movement over it, and each type of flow That is, a large amount of water that is limited or expanded by deep water flow or sheet flow.
A water gliding action is an action that can be performed on a fluid body on a containerless ramp, including: surfing across the surface of the water, surfing horizontally or at an angle to the water stream, up the ramp Contrary to the flow, the flow of water on the inclined surface descends, the manipulating the sliding body cuts into the water surface to make an arcing turn above the surfing, the return rise along the inclined surface of the water body and the surface of the water body For example, lip passing, floater, invert, aerial, 360 °, etc. Surface gliding is performed by or with the help of the human body or on floating or sliding vehicles such as surfboards, bodyboards, water skis, inflatables, mats, tubes, kayaks, jet skis, sailboards, etc. Can be executed. The forward force component required to maintain the rider (including any gliding device he can ride) in a stable riding position and to overcome fluid drag to perform a water gliding motion is mainly on the forming surface Due to the downward component of gravity produced by the restriction of the solid flow forming surface that is balanced by momentum transfer from the high velocity upwardly protruding water flow. The rider's climbing motion (in excess of the kinetic energy applied by the rider or vehicle) consists of the rider's resistance to upwardly protruding water flow that exceeds the descending component of gravity. Non-equilibrium riding movements such as turns, cross-slope movements and rocking between different heights on the “wave” surface are made possible by the interaction of each force described above with the use of the rider's kinetic energy. The
[0032]
The equilibrium zone is the portion of the inclined sliding surface that is in equilibrium on the upwardly tilted water body over which the rider flows. Thus, the momentum upflow transmitted to the rider and his vehicle through hydraulic drag is balanced by the downhill component of gravity resulting from the weight of the rider and his vehicle.
The super-equine dyne area is adjacent to the equilibration zone but at the downstream (uphill) sliding surface, where the slope of the slope overcomes the drag that the water glider rides due to the upper seat water flow over it. The part that is steep enough to allow it to slide down.
[0033]
The sub-equidyne area is the part of the sliding surface adjacent to the equilibrium zone but upstream (downhill slope) where the slope of the slope overcomes the drag generated by the water surface rider due to the upper seat water flow, and above it. This is the part that is steep enough to allow it to stay in equilibrium. Due to the fluid drag, the rider will possibly go up the slope in the direction of flow.
[0034]
The Froude number is a mathematical expression that describes the ratio of the flow velocity to the phase velocity of the longest possible wave that can exist at a given depth without being destroyed by breaking. The Froude number is equal to the flow velocity divided by the square root of the product of gravity acceleration and water depth. The squared fluid number is the ratio between the kinetic energy of the flow and its potential energy. That is, the squared fluid number is equal to the square of the flow velocity divided by the product of gravitational acceleration and water depth.
[0035]
Intracritical flow can generally be described as slow / thick water flow. In particular, the critical flow has a fluid number below 1, and the kinetic energy of the flow is below its gravitational potential energy. If the standing wave is in critical flow, it will be a non-breaking standing wave. In the official display, v = feet / second2Flow velocity, g = acceleration feet per second due to gravity2, D = at the depth (feet) of the sheet water body, if v <√gd, the flow is within criticality.
[0036]
Critical flow is manifested by wave breaking. The critical flow is where the kinetic energy of the flow and the gravitational potential energy are equal. The critical flow has its own special physical characteristics. Due to the unstable nature of wave breaking, the critical flow remains steady, so that the wave velocity must match the flow velocity, so that it is absolutely steady in a moving water stream. It is difficult to maintain. This is a delicate balance action. For these precise conditions, there is a single point of harmony for a particular flow velocity and depth. A critical flow has a fluid number equal to one. In the official display, v = flow velocity, g = acceleration feet / second due to gravity2, D = sheet water body depth (feet), if v = √gd, flow is critical.
[0037]
A supercritical flow can generally be described as a thin / fast flow. In particular, a supercritical flow has a fluid number greater than 1, and the kinetic energy of the flow exceeds its gravitational potential energy. Standing waves are not included. The reason there is no wave is that the maximum possible velocity for any wave, whether breaking or non-breaking, is the square root of the product of gravity acceleration and water depth, so it cannot keep up with the flow velocity. Thus any wave that can be formed is quickly swept downstream. In the official display, v = feet / second flow velocity, g = acceleration by gravity feet / second2, D = the depth (feet) of the protruding water body, if v> √gd, the flow is supercritical.
[0038]
Jumping is the fastest wave breaking point that can exist at a given depth. The water jump itself is actually the breaking point of the wave. The crushing phenomenon occurs as a result of local concentration of energy. Any waves that appear upstream in the supercritical area cannot follow the flow, so they flow downstream until they meet the area where the water jump occurs. The flow suddenly thickens and the waves suddenly become faster. At the same time, downstream waves that can travel faster move upstream and encounter jumps. Thus, the concentration of waves at this convergence point leads to wave breaking. In terms of energy, jumping is an energy transition point where the flow energy suddenly changes from motion to position. Jumping occurs when the fluid number is one.
[0039]
A standing wave is a traveling wave that travels against the water flow and has a phase velocity that exactly matches the velocity of the water flow, thus allowing the wave to appear stationary.
Cloudy water occurs due to wave breaking at the leading edge of jumping water where the flow moves from critical to critical. In the flow environment, residual turbulence and bubbles from wave breaking are simply swept downstream through the subcritical area and dissipated within a distance of seven jumps behind the jump.
[0040]
Separation is the point of zero wall friction where the sheet flow leaves the slope wall or other form or shape placed on it.
Flow separation results from a differential loss of kinetic energy with sheet flow depth. As the sheet flow travels up the slope, it begins to slow down, exchanging kinetic energy with gravitational potential energy. The portion of the sheet flow that is in close proximity to the wall of the ramp (boundary layer) also undergoes additional kinetic energy loss for wall friction. These additional friction losses cause the boundary layer to run out of kinetic energy and rest at zero wall friction, while the outer portion of the sheet flow still has residual kinetic energy left. At this point, the outer part of the sheet flow is separated (separated) from the lower part of the slope and continues to follow the ballistic trajectory with its remaining energy, forming either a spill or curl back on the approaching flow.
[0041]
The boundary layer is an area of retarded flow that is in close proximity to the wall for friction.
Separation streamlines are paths through the outer part of the sheet flow that do not rest under the influence of friction but leave the wall surface at the separation point.
A flow split is a transverse section of flow with different hydrodynamic conditions.
A divided stream line is a stream line that defines the position of a flow division. A surface along which the flow divides laterally between the supercritical and critical hydrodynamic states.
[0042]
A bore is a progressive jump that can appear steady in the water flow when the bore velocity is equal to the water flow and vice versa.
A velocity gradient is a change in velocity with distance.
A pressure gradient is a change in pressure with distance.
Isomorphic flow occurs when the incident angle of the entire depth range of the water body is mainly tangential to this surface (at a particular point relative to the inclined flow forming surface over which the flow flows). Thus, water flowing on an inclined surface can become conformal to a gradual change in inclination, for example a curve, without separating the flow. As a consequence of flow isomorphism, the downstream end of the inclined surface will always direct the flow in a direction that is physically aligned with the downstream end surface. The change in the direction of the isomorphic flow can exceed 180 °.
[0043]
The present invention not only seeks to solve the above-mentioned problems of existing non-breaking and breaking wave methodologies, but also a whole new field of water ride kinetics that has not yet been explored by current technology. Try to pioneer. In addition to the sheet flow of water on a containerless upwardly inclined surface, an alternative to this combination is a cloudy bore, unbroken through adjustments to water depth, water velocity, water direction, surface area, surface shape (contour), and surface height Produces waves resembling shapes that simulate wavefronts that can still ride, overflow breaking waves, and breaking tunnel waves. Alternatives can also create surf riding performance characteristics that exceed those available with naturally occurring traveling waves, such as a fluid environment with greater lift and speed. In addition, functional structural additions to containerless slopes will enable the creation of a number of new water ride attractions that are not currently known in the natural or water recreation industry.
The reason that the present invention can be successful for that purpose is not to replicate the naturally breaking traveling wave, but rather to create a “flow shape” from a high velocity sheet flow on a suitably shaped forming surface. The appearance of the majority of the flows created by the present invention is not technically a wave. Although they may look like gravitational waves breaking diagonally against the shore, the appearance of these sheet flows is a unique hydrodynamic phenomenon caused by the interaction of the following four dynamics: (1 ) The unique surface structure of the invention, (2) the trajectory of water relative to the flow-forming surface, (3) the flow separation from this surface, and (4) the change in the hydrodynamic state of the flow on this surface (ie super Critical, critical or within critical).
[0044]
Thus, some advantages of the present invention are:
(A) providing a slanted containerless surface on which a uniform water flow can create a water body that simulates a wavefront that can be caught by a surfing first stage surfer, i.e., an unbroken wavefront . This water body has the appearance of a standing wave with subcritical flow, which is actually formed by supercritical water flowing over the containerless surface. Advantages of the containerless surface embodiment include: (1) improved start characteristics due to side discharge of temporary undulations, (2) smooth water flow by avoiding undesired diagonal waves caused by enclosure, eg channel walls (3) Safe and fast entry and exit of the rider without channel wall obstruction, (4) Elimination of inoperable time caused by confinement overflow, (5) Removal of pumps and valve devices necessary for removal of confinement overflow, (6 ) Removal of expensive fast-acting on / off valves necessary for instantaneous start of supercritical flow; (7) removal of complex and expensive control equipment necessary to adjust valve opening and closing and pump on / off operation; and (8). Increase surfing capacity by enabling an open flow structure.
[0045]
(B) Provide a slanted containerless surface over which a uniform water flow can create a water body that simulates the first wave rider type, i.e., a crushed cloudy water bore. The cloudy water bore effect results from supercritical flow up the ramp. This effect migrates through a jump across the ramp, creating a two-dimensional steady breaking wave that simulates a cloudy water bore without flow on the rear side of the ramp.
[0046]
(C) Introducing a cross-flow velocity gradient into the water flow up the containerless surface with level ridges. The surface then creates a kind of water body that simulates an overflow wave with an unbreakable shoulder, which is caught by the novice surfer while riding the wave. The “breaking wave-like” effect is the effect of two coexisting hydrodynamic states, ie, adjacent superficial lines that do not reach the ridge due to faster supercritical flow on the top of the ridge and insufficient kinetic energy. This results in a flow with a slower supercritical flow. This lower energy supercritical flow decelerates to a critical state, forms a jump under the ridgeline, and is accompanied by a subcritical overflow of raging water that occurs on the side of the supercritical flow. If the adjacent flow was within criticality, it would be buried in the supercritical flow via a streamwise oblique jump. The containerless surface is overflowing with turbulent white water, making it possible to avoid complete supercritical flow burial.
[0047]
(D) Either a suitably designed pump means or nozzle means controllably produces a flow cross velocity gradient and simulates an overflow wave with an unbreakable shoulder as described above. Let
(E) an asymmetrically stretched containerless surface that creates a water body that simulates an overflow wave on which a uniform flow velocity is captured by a novice wave rider, ie an unbreakable shoulder provide. The asymmetrically extended containerless surface forms an increased height downstream ridge. A flowing water body with enough kinetic energy to flow supercritically on the low side, but insufficient energy to flow too high on the high side will show flow splitting, ie high side flow It will move into the criticality defined by the jump and the cloudy water that results from it. The inevitable consequence of containerless surface asymmetry is the ability to resolve the transient swell problem associated with the start of surfing and the flow decay on the upwardly inclined flow surface caused by the rider. That is, the creation of an asymmetrically sloped flow-forming surface provides a maximum height ridge that drops in height, facilitating undesired temporary undulation and self-removal of excessive cloudy water.
[0048]
(F) providing an extended surface consisting of a substantially horizontal flat surface (sub-equine dyne area) extending upstream of the aforementioned containerless inclined surface. The extended surface facilitates the rider's ability to maximize forward speed through the “pump turning” rider's own efforts, which will be described in more detail below as an acceleration process. The acceleration process allows the rider to obtain additional speed in a manner similar to that a child riding on a swing produces additional speed and height. Extended if the essence and core of surfing allow riders to enjoy the sensation and power of increased speed resulting from the cyclic transition between super-equidyne and sub-equidyne areas relative to equilibrium position The surface offers significant advantages. The incidental improvement of the extended surface provides a side component caused by gravity that tilts the extended surface perpendicular to its direction of extension and allows the rider to move in the falling direction. Such movement adds additional throughput capability by rushing the rider's course through the device and enhanced maintenance safety / ease by improving seat flow and draining turbid water from the sliding surface. With advantages.
[0049]
(G) Three-dimensional contour containerless from flat to slant to create a water body that simulates an unbreakable shoulder with variable-size tunnel waves depending on the flow velocity, which is captured by intermediate to expert wave riders Provides a surface. That is, basically a two-dimensional sliding surface is provided with a contoured shape or form to create a three-dimensional flow bottom that creates unique wave characteristics. The tunnel part of this water body has a closed tunnel that extends some distance into the front of the corrugation that the wave rider wants to ride in. This tunnel portion has the appearance of a rushing traveling wave seen on the natural shore, but it actually results from supercritical flow separation caused by the contours. The advantage of flow separation is that the size (ie tunnel diameter) increases in relation to the increased velocity of the water flowing over it without requiring an increase in water depth or a change in the shape or size of the containerless ramp. This is the ability of containerless ramps that are properly shaped to generate tunneling waves. When this supercritical tunnel reattaches itself to the toe part of the ramp, the containerless surface allows turbulent water to be discharged and to avoid supercritical flow burial. Flow separation also allows tunneling on a containerless ramp forming surface that is curved and does not return on itself, which may actually be substantially less than vertical. The flow-forming surface of containerless ramps that are smaller than vertical avoids complex coordinate mapping and structural support problems, and is easier to design and build. In addition, this containerless surface structure allows tunneling in both deep water and sheet flow conditions.
[0050]
(H) Beyond the vertical of a three-dimensional contoured containerless surface that creates an isomorphic water body that simulates a tunnel wave with a shoulder that can ride without breaking, i.e., an intermediate to expert wave rider Give the extension. A distinction from the tunnel wave described in (g) is that the super-extension beyond the vertical allows tunneling of high-speed flow without separation. This containerless surface structure has the advantage of allowing tunnel wave formation in situations where the flow velocity head is significantly higher than the vertical height of the wave forming means.
[0051]
(I) providing a water flow on the previously described contoured containerless surface, which (by progressively increasing the flow velocity), this flow is simulated simulated muddy water steady bore along the entire forming means To a simulated overflow wave with an unbreakable shoulder and a final tunnel wave with an unbreakable shoulder. This method is hereinafter referred to as the “wave conversion process”. The wave conversion process allows riders to enjoy a variety of wave types, such as cloudy water bores, unbreakable waves, overflow waves, or tunnels, all in a single, properly profiled device in a relatively short period of time. Has the advantage of allowing the operator to give.
[0052]
(J) Provide a longitudinal movement over the slanted containerless surface of the seat water body above a sufficient size (hereinafter referred to as “wave width”), and the rider matches his / her vertical speed with the speed of the wave width, Allows to perform surface water movement. This moving wave width will provide the practical benefit of increasing rider throughput capability and reducing the total energy requirement of the flow across the inclined containerless surface. This embodiment will also give the rider or operator the added benefit of moving the participant to a final point different from the starting point. Furthermore, by changing the contour of the containerless surface or the direction or velocity of the flow, different wave conditions (eg overflow, tubed) can be created during the course of the wave ride.
[0053]
(K) To provide a running water source that does not include diagonal waves. In this regard, in one embodiment of the present invention, the point of the running water source, for example an opening, nozzle or wear, is moved to a horizontal surface coupled to the inclined surface and then positioned at a certain height to move to the inclined surface. This inclined surface moves to a horizontal surface and further to an inclined surface.
(L) a format not previously available except by analogy to individual skateboarding and snowboarding participants of different sports, i.e., a device that allows a rider to perform a water surface run in a half pipe slide I will provide a. In this regard, the present invention provides a containerless surface for forming a water body having a stable shape and the shape of a half-pipe with a sloping surface adjacent thereto being oriented substantially longitudinally. Such a shape is hereinafter referred to as a “fluid halved pipe”. An improvement associated with fluid halved pipes is to provide a device that allows increased throughput capacity by increasing the depth of the fluid halved pipe in the direction of its length. This increase in depth will have the added benefit of allowing riders to move in the direction of the fall and promote their course while surfing.
[0054]
(M) To provide a flexible containerless surface that can be twisted or peristally moved by an auxiliary motion generator. Twisting of the containerless surface will change the flow pressure gradient and thus manifest a steady and yet variable wave characteristic, such as overflow waves, tunnel waves, or even different types of tunnel waves. Subsequent undulation or peristaltic motion of a flexible containerless surface will give a new traveling wave with variable wave characteristics. Such a device has the added benefit of relative movement from the starting point to a different end point with increased rider throughput capability.
[0055]
(N) Apply water flow to the entire containerless surface in either deep water or sheet flow format. Deep water currents on containerless surfaces will simulate surfing conditions such as the ocean and will allow controlled venues for instruction, contests, or general recreation. Sheet flow on containerless surfaces increases safety by reducing water depth, reduces water maintenance by reducing the amount of water being processed, reduces energy costs by minimizing pumped water, and is gained by “ground effects”. As a result of the easy surfing access provided and improved surfing stability, the required skill level of the participant will be reduced and surfing performance (ie lift and speed) will be improved by ground effects.
[0056]
(O) Utilize a unique wave forming process, i.e., flow separation that creates illusion of large deep water waves through the use of advantageous shallow flow.
(P) Link the slanted containerless surface with other attractions such as “Lazy River”, “Vortex Pool”, conventional white water rapid ride, conventional wave pool, or “activity pool”. Such coupling will allow riders to enjoy a unique combination of other successful attractions known to those skilled in the art. Such a combination has the significant advantage of adding rider capacity and utilizing the kinetic energy of the water movement exiting the inclined containerless surface, thus helping the energy co-generation capability. For example, power riders around the combined “Lazy River” flow.
[0057]
(Q) To provide a fence that allows the discharge of overflow cloudy water, avoids the formation of diagonal waves, and allows the rider to enter or exit from any side of the containerless ramp. Such a fence could also be used to serve as a split mechanism that creates a lane that prevents rider contact and promotes safety.
(R) providing a surf ride connected to a containerless surface and positioned relative to a watercraft in flow; The movable tether can be used as a transport mechanism from a starting position outside the flow to a sliding position in the flow. The tether will then continue to be used for transport and will controllably transport the rider to the surfing end point outside the flow, or be released, allowing the rider to control his fate. A movable tether will provide practical benefits that facilitate rider entry and increase rider throughput capabilities.
[0058]
(S) Provide a slide entrance mechanism that safely and rapidly guides participants to the inclined containerless surface flow.
(T) As a method to disperse excess potential energy of a higher water body that flows to a lower height, a containerless inclined surface is merged into a dam or water reservoir. Such a method could be advantageously used to safely control overflow and prevent downstream erosion.
[0059]
Other advantages of the present invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the accompanying drawings.
****************
[0060]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of the containerless inclined
[0061]
<Containerless inclined part>
The containerless inclined
[0062]
Underground structural support 2 can be sand / gravel / stone; truss and beams; solidified fillers, pull poles, or any other structural support that provides a solid foundation for sliding
[0063]
Although a large number of shapes are possible, one element is unchanged for all containerless embodiments. That is, there must be a ramp of sufficient length, width and angle to allow the rider to perform a water slide. At a minimum, such an angle is about 7 ° from the horizontal. A steeper slope angle (with a concave portion extending beyond 90 ° vertical) can give more advanced wave riding performance and flow phenomena and will be discussed below. At a minimum, the length (from the upstream end 5 to the downstream raised end 4) and the width (from the side end 6a to the side end 6b) of the containerless inclined
[0064]
In some cases, if the water flow is 3 inches deep and a flow rate of 32 feet per second, a containerless ramp with an angle of 20 ° to the horizontal will be suitable to achieve the objectives of the present invention. I found it. The length and width of such ramps were about 20 feet versus 40 feet, respectively. In this case, the location allowed the rider to catch the flow of water away from the containerless ramp, which was 6 feet on one side of the ramp and 25 feet on the other. In addition, as described in more detail below, the water flow around and above the
[0065]
FIG. 2 shows the containerless ramp of FIG. 1 during operation. The basic operation of this device is that the sliding surface 3 (its
[0066]
The
[0067]
A shallow flow with a practical minimum of about 2 cm is preferred, but the
[0068]
Special attention is given to how the
[0069]
In addition, the propagation of diagonal waves and other turbulence is eliminated by a water flow structure that maintains a low static pressure along the lateral edges of the sheet flow. On the other hand, the disadvantages of boundary layer action are minimized when the sheet flow is on an inclined surface downward. This is because turbulent flow is difficult to propagate upstream against gravity. Furthermore, any surface turbulence that can be formed is more likely to be swept downstream by a larger main water flow kinetic energy as compared to the turbulent kinetic energy. The kinetic energy of this main water stream comes from the power component of the downward flow.
[0070]
Furthermore, the sliding
<Containerless sloped part in water circuit>
As apparent from FIGS. 1 and 2, the containerless inclined
[0071]
A
[0072]
The prerequisite for the containerless flow operation is that water flows out of the edge of the
[0073]
In contrast, FIG. 4 (perspective view) and FIG. 5 (elevated view) show a looped
[0074]
Another advantage of the embodiment of FIG. 4 is the ability to create traveling or moving waves on the looped
[0075]
In order to realize a unique synergistic combination of the containerless inclined
[0076]
The flowing
[0077]
The looped
[0078]
FIG. 6 (front view), FIG. 7 (cross-sectional view) and FIG. 8 (front perspective view) show a preferred shape of the containerless inclined
[0079]
FIG. 8 (front perspective view) shows the containerless inclined
The
[0080]
The unique characteristic of the containerless inclined
[0081]
<Simulated cloudy water bore>
FIGS. 2-4 described above illustrate a
[0082]
FIG. 9 illustrates a
[0083]
<Simulated overflow wave>
Two general methods of creating simulated overflow waves with smooth and uninterrupted shoulders on the
[0084]
FIG. 10 represents an overflow wave with a simulated smooth and uninterrupted shoulder. This overflow wave is established by the introduction of cross water velocity gradients caused by two types of unequal supercritical water flows 8a and 8b that rise in the
[0085]
Cross-flow velocity gradients can be used to place multiple water sources of different kinetic energy side-by-side and project them all upwardly as shown in FIG. 10, or a single water source with a special arrangement of nozzles or plenums (for example, Formed by any suitable arrangement of pumps). FIG. 11 shows a
[0086]
Therefore, two types of hydraulic states coexist with the containerless inclined
[0087]
As shown in FIG. 13, the cross water flow velocity gradient also occurs when water is injected into one side of the
[0088]
A second approach for simulating overflow waves with smooth and uninterrupted shoulders is to create a cross-flow pressure gradient. Such a cross-flow pressure gradient is generated by, for example, a foundation, a depression, injected water, a single sidewall. A preferred technique for avoiding flooding and breakage at the sliding
<Moving crushing waves>
The inevitably effect of uneven containerless surfaces is to eliminate mobile swells similar to ocean waves that break parallel to the seaside, on the one hand, to solve temporary swell problems that occur during vortex start-up. Adopted to create a simulated entertainment facility. In start-up situations, the initial drowning has a smaller volume, speed and pressure compared to the following due to the gradual stagnation of the water flow caused by stepping the pump / motor and opening the valve. Since the initial starting water stream is then pushed into a stronger stream of discharge, this extrusion causes a stagnation of water (i.e. "mobile" jumps and temporary swells) at the flow tip. Increasing the slope above the sliding surface only exacerbates the problem. That is, the supercritical flow rate that moves into the critical state increases, and the amount of energy required to keep pushing the swell upward increases.
[0089]
If the initial kinetic energy of the incoming water stream is insufficient to push the subcritical water into the sloped top, the temporary swell becomes so large that it cannot be removed even when a fully open water stream is reached later. The non-uniformity helps remove temporary swell by providing a “threshold” that reduces the threshold energy and initiates the removal process.
[0090]
FIGS. 15, 16 and 17 show how the design of the asymmetric
[0091]
22 (side view) and 23 (plan view) show the
[0092]
<Extension part of sliding surface>
The proximity of the
[0093]
In this regard, refer to the schematic diagram of the horizontal extension of the
[0094]
A supercritical water flow (not shown) flows in the direction of
[0095]
The functional features of these sub-regions allow the rider to perform a water-sliding action that would not be possible without increased speed and the right combination by choosing the right physical ratio. To explain whether choosing the right size for the sliding surface can further enhance the enjoyment of the water gliding action, surfing techniques need to be discussed further. The essential elements for the characteristics of modern surfing and gliding movements are correctness of swing, speed and the proportion of the area of the “wave” surface that slides on it. Each of these three elements will now be described in detail.
[0096]
[1. Swing]
The essence of modern surfing is that riders can have the opportunity to fully enjoy swinging between areas of flow beyond and below the limit. As people become accustomed, the region of equilibrium only feels as a transition region that inevitably passes through the route to the two flow regions. Swinging movements add the advantage of allowing riders to increase their speed.
[0097]
[2. speed]
Speed is an indispensable factor in performing recent surfing operations. You can't start surfing without enough speed. The method and means for increasing the speed on the wave of the correct shape, refer to the method of increasing the speed of the swing in the resort, as discussed in Scientic American magazine March 1989 pages 106-109 This will become clear. That is, just as a “replenish” swing can increase speed and reachable height, surfers can increase their speed and height on the waves with a similar “refill” action. Can do.
[0098]
When swinging and crouching at the highest position, the person's energy becomes all potential energy. As it descends from the highest position, the energy gradually changes to kinetic energy and the speed increases. When a person reaches the lowest position, all the wave energy becomes kinetic energy and the wave travels at the highest speed. Next, when going up the arc surface, the above energy change is reversed. That is, the speed gradually decreases and stops instantaneously at the top of the arc. How high (and how fast) you can drive during a swing motion depends on how the rider moves during this swing. When he doesn't change his attitude, the upward motion is just the opposite of the downward motion, and the rider's center of gravity ends at the same height as when he started the forward swing (but friction If you don't think about it). Contrary to the above, his swing is even higher and faster when he is standing up (ie “replenishing” the swing) when at the lowest point.
[0099]
From the above consideration of swing mechanics, the importance of the
[0100]
By standing up at the lowest point of the swingable path, the rider's center of gravity rises, thus increasing the amount of vertical movement up the slope compared to the initial descent. By crouching at the top of the track and then rising at the bottom, the vertical momentum can be increased and the energy lost due to fluid friction can be recovered.
Furthermore, the increase in kinetic energy, which is another mechanism, is due to an increase in the rotation angle. If the rider rotates on its trajectory around a point above the wave surface, the low position extension / rise action increases its angular velocity, preserving the momentum by the skater retracting the arm (ie It is very similar to increasing the rotation speed. However, this increase in kinetic energy means an increase in speed because the kinetic energy increases with the work of standing up against the centrifugal force and is proportional to the square of the angular velocity.
[0101]
It is important that the similarity to swing mechanics is done only by example or explanation. The surfer's swinging motion is a more complex mechanical and movement. However, in explaining the advantages of the present invention, it is considered advantageous to use similarities with others as described below.
[3. Correct area ratio]
As shown in FIG. 24, the containerless inclined
[0102]
FIG. 25 represents the cross section of FIG. 24 with a
The preferred size of the length of the
[0103]
The preferred shape of the
[0104]
The preferred form of the
[0105]
Next, FIG. 26 shows the rider at each stage of the surfing action on the
[0106]
The
[0107]
The ride capacity is a function of the number of riders who can slide on the
[0108]
FIG. 27 shows the
[0109]
<Combination wave>
The containerless inclined
[0110]
FIG. 29 (feature contours in feet) and FIG. 30 (perspective view) are containerless to allow separation of supercritical flows to create a tube or tunnel that is open against the shoulder of an unbroken wave. The basic shape of the
[0111]
According to the shape contours shown in FIG. 29 in which the
[0112]
[0113]
The streamline characteristics shown in FIG. 31 require an appropriate source (eg, pump, fast water flow or high dam / water reservoir) to create a supercritical sheet flow of water in the initial flow direction 9 (indicated by arrows) And The water water realistic characteristics and their synergistic interactions are best described for each segmented region.
In the
[0114]
The trajectory indicated by the
In the
[0115]
Due to the separation of the
The prerequisite for the flow tunnel is that the
[0116]
Within a certain range, the direction of the
[0117]
Furthermore, various waveforms can be created by changing other parameters such as the size, orientation and placement of
[0118]
FIGS. 34, 35, 36, 37, 38 and 39 illustrate the characteristics of the
[0119]
The flow transition process as shown in FIGS. 37, 38 and 39 allows the rider (s) 10a or 10b to sequentially turn a number of simulated wave types, such as white water bores, unbreakables, overflows or tunnels into a single. It has the advantage that it enables the
[0120]
The speed of the water flow is controlled by the direct volume and speed control of the pump, realized by a variable speed motor, an electric variable speed drive system or a gear / clutch mechanism, with a variable reservoir tank with a head controlled by a gate or a known combination. Is called.
<Moving water wave width>
Another selection means for increasing the throughput capability of the
[0121]
Regarding the wave simulation, FIG. 40 shows the wave surface that can be ridden without breaking, which is preferred by beginners. Any other simulated waveform (eg, white water bore; shoulder smooth, unbroken overflow wave; or shoulder smooth, unbroken flow tunnel) As described above, it can be easily realized by changing the direction and speed of the water flow or by changing one of them. In this regard, FIG. 43 shows the
[0122]
Sliding surface motion also creates average momentum transfer and unsteady flow patterns. FIG. 44 shows a
[0123]
Containerless surface distortion changes the pressure gradient of the flow and can therefore represent wave characteristics including variable waves such as overflow, waves, flow tunnels, or even various tunnel effects. The flexible containerless surface sequence swing or peristaltic motion enables novel moving ramps with various flow characteristics. At least in the range of movement of the supple containerless surface, for example, when the
[0124]
<Preventing oblique waves>
In this regard, it has been described that the flow on the
[0125]
A solution to the appearance of oblique waves is shown in FIG. That is, the ramp-
<Fluid split pipe>
As described above, while avoiding the problem of oblique waves and further extending the
[0126]
In accordance with the concept of the fluid half pipe, the rider can also operate on the
[0127]
The extension of the
The width (measured in the direction of the supercritical flow 8) of the containerless inclined
[0128]
A preferred implementation for a half pipe-like
A preferred embodiment for the cross-sectional shape of the
[0129]
As for the cross-sectional contour, a standard form of the half pipe-shaped containerless inclined
[0130]
In general, the height of the upstream edge 5 exceeds the streamline position on the downstream ridge 4. Due to this height difference, the
[0131]
Changes in the width and length motion of the amount of water flowing over the halved pipe can result in increased rider throughput capacity. FIG. 49 illustrates a half pipe-like containerless inclined
[0132]
Modifications to the
<Supplementary functions>
Some peripheral features for the
[0133]
The entrance system for the
[0134]
Another type of admission system for
[0135]
Another pulling line system is shown in FIG. 52, in which the
[0136]
In order to restrict the
[0137]
Auxiliary attractions or structures can be connected to the
[0138]
FIG. 55 shows the residual kinetic energy of the
[0139]
It is pointed out that similar flow characteristics can be realized for aesthetic purposes such as fountains or other water images in connection with the above invention. As an example, the shapes shown and described in connection with FIGS. 29-32, 33 and 34, 35 and 36 can be used to create an attractive fountain. As noted above, these shapes and flow parameters can be varied to create various wave or water shapes when the flows are separated. In addition, attractive variable fountains can be created by randomly changing flow parameters for corrugations or wave shapes as shown in FIGS. 18, 20 and 22 and FIG. This feature will increase the splendor and interest created by non-static fountains.
[0140]
In particular, a fountain created in accordance with the principles of the present invention can utilize the containerless ramp structure described in particular according to FIGS. In addition, a ramp 55 (FIG. 45) and a half pipe structure (FIG. 46) tilting downstream can also be used to create a unique fountain shape. 40 and 43 also provide an advantageous structure for creating a similar water fountain shape.
[0141]
Certain changes and variations that may be possible to one skilled in the art can be made without departing from the spirit or intent of the invention. For example, the stated ratios need not be geometrically accurate, but approximate values are sufficient. The same is true for angle, radius and ratio. Although the temperature at which a surfer / rider is comfortable is fairly limited, the temperature and density of the water may show some differences.
[0142]
The terms and expressions used in the above specification are used as descriptive terms and are not intended to be limiting. In addition, the use of such terms and expressions is not intended to exclude equivalents or parts thereof illustrated or described, and the scope of the invention is limited and limited only by the claims described below. To do.
[0143]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, a water flow device such as a fountain or an image of water can be realized by utilizing the characteristic flow characteristics of this device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a containerless inclined portion of the present invention.
FIG. 2 shows a simple containerless ramp during operation.
FIG. 3 illustrates a containerless ramp combined with a water recirculation system.
FIG. 4 shows a containerless ramp used to power the flowing water to the river course or vortex pool on the loop.
5 shows a side view of FIG.
FIG. 6 is a front view of a containerless inclined portion that does not require a water storage pool.
7 is a cross-sectional view of the inclined portion shown in FIG.
8 is a perspective view of the inclined portion shown in FIG.
FIG. 9 shows a simulated cloudy water bore wave on a containerless ramp.
FIG. 10 shows an overflow wave with a simulated unbreakable shoulder on a containerless ramp.
FIG. 11 illustrates an asymmetric nozzle configuration that can produce a flow exhibiting hydrostatic tilt.
12 shows the asymmetric nozzle of FIG. 7 in operation simulating overflow waves with unbreakable shoulders.
FIG. 13 illustrates a simulation of overflow waves with a uniform opening with differential internal flow core pressure.
FIG. 14 is an asymmetrically extended containerless ramp simulating overflow waves with unbreakable shoulders.
FIG. 15 is one of three profiles showing a self-removing inclined surface in chronological order.
FIG. 16 is one of three profiles showing a self-removing inclined surface in chronological order.
FIG. 17 is one of three profiles showing a self-removing inclined surface in chronological order.
FIG. 18 is a plan view showing the operation of a differential head used to increase throughput capability.
FIG. 19 is a side view thereof.
FIG. 20 is a plan view showing the operation of another differential head used for increasing the throughput capacity.
FIG. 21 is a side view thereof.
FIG. 22 is a plan view showing the operation of still another differential head used for increasing the throughput capability.
FIG. 23 is a side view thereof.
FIG. 24 shows an extended containerless ramp with a sub-equal dyne area.
FIG. 25 is a cross-sectional view thereof.
FIG. 26 illustrates a rider in the acceleration process during a turn as a result of an extended containerless ramp.
FIG. 27 shows a tilted containerless ramp to increase capacity.
FIG. 28 shows a tilted containerless ramp during operation.
FIG. 29 is a preferred implementation for a three-dimensional contoured containerless sloping surface that creates a water body that simulates the type of wave desired for intermediate to advanced wave riders, ie, a tunnel wave with an unbreakable shoulder. An example terrain contour is shown.
FIG. 30 shows the profile of FIG.
FIG. 31 shows a streamline trajectory on a containerless ramp simulating a tunnel wave with an unbreakable shoulder.
FIG. 32 shows a topographical map of a containerless inclined portion having a minimum bend that enables tunnel wave formation.
FIG. 33 shows a cross-sectional view of a containerless ramp that allows isomorphic tunnel waves.
FIG. 34 depicts three profiles of a containerless ramp through a wave conversion process.
FIG. 35 depicts three profiles of a containerless ramp through a wave conversion process.
FIG. 36 depicts three profiles of a containerless ramp through a wave conversion process.
FIG. 37 depicts a wave conversion process with a rider.
FIG. 38 depicts a wave conversion process with a rider.
FIG. 39 depicts a wave conversion process with a rider.
FIG. 40 shows a traveling wave width on a containerless inclined portion.
FIG. 41 shows a traveling wave width on a containerless inclined portion.
FIG. 42 shows a traveling wave width on a containerless inclined portion.
FIG. 43 shows multiple traveling wave widths on a containerless ramp simulating various wave types.
FIG. 44 depicts a flexible sliding surface on a containerless ramp capable of peristaltic motion.
FIG. 45 illustrates proper positioning of a water flow source that minimizes diagonal wave formation.
FIG. 46 shows a new example profile for a watersport-fluid halved pipe.
FIG. 47 shows an elevation view of a typical fluid half pipe.
FIG. 48 shows an elevational view of a fluid halved pipe with a modified flow forming bottom to aid capacity and rider throughput.
FIG. 49 illustrates a fluid slicing pipe improvement profile that helps increase throughput capacity.
FIG. 50 shows a sliding system to a containerless inclined part.
FIG. 51 depicts a tether loading system for containerless ramps.
FIG. 52 shows a wave ride connected by a tether line to a pinion attached to a sliding surface.
FIG. 53 shows a flow fence.
FIG. 54 shows a containerless ramp connected to the dam drainage channel.
FIG. 55 shows multiple containerless slanted halved pipes connected to each other.
FIG. 56 illustrates a containerless ramp that supplies shoulder overflow water to a connected white cloud river course and vortex pool.
[Explanation of symbols]
3 Sliding surface (inclined surface)
7 Water source
8 sheet water flow
17 nozzles
Claims (14)
前記水源に隣接して配置され、上端部と、下端部と、前記上端部と下端部間に配置され対向する縁部と有する流水傾斜面と、
前記傾斜面上を上方に、概ね前記下端部から前記上端部に流れ、前記傾斜面上で流れを形成するように前記傾斜面に沿ったシート状の水流とを備え、
前記水流の一部は、前記縁部を越えていき、前記傾斜面から離れ落ちるようになっており、
前記縁部は、前記縁部を超えて前記水流が流れることを防止する隆起を有していない、
水による像形成装置。A water source,
A running water inclined surface disposed adjacent to the water source, having an upper end, a lower end, and an edge disposed between and opposed to the upper end and the lower end;
A sheet-like water flow along the inclined surface so as to flow upward on the inclined surface, generally from the lower end portion to the upper end portion, and to form a flow on the inclined surface;
A part of the water flow goes over the edge and falls off the inclined surface;
The edge does not have a ridge to prevent the water flow beyond the edge flows,
An image forming device using water.
前記ノズルから流れる水の体積及び速度は、前記傾斜面上の水の形を望みに合わせて変更するように調整することができる、請求項３に記載の水による像形成装置。A nozzle for supplying the sheet-like water stream on the inclined surface;
The water image forming apparatus according to claim 3, wherein the volume and speed of the water flowing from the nozzle can be adjusted to change the shape of the water on the inclined surface as desired.
前記傾斜面において少なくとも２つの流れが上方に放出され、前記各流れは前記傾斜面上に流水形状を形成する、請求項１に記載の水による像形成装置。A second water source and a second sheet-like water stream;
The water image forming apparatus according to claim 1, wherein at least two flows are discharged upward on the inclined surface, and each of the flows forms a flowing water shape on the inclined surface.
前記流水は、前記下方部に導入され、前記中間部を流れ、そして前記上方部を流れる、請求項１に記載の水による像形成装置。The inclined surface has a lower part, an intermediate part, and an upper part,
The image forming apparatus using water according to claim 1, wherein the flowing water is introduced into the lower part, flows through the intermediate part, and flows through the upper part.
前記ノズルの流量は、前記傾斜面をわたる水流の形状が変化するように、時間がたつにつれて変化させることができる、請求項１に記載の水による像形成装置。A nozzle for supplying the sheet-like water stream on the inclined surface;
The water-based image forming apparatus according to claim 1, wherein the flow rate of the nozzle can be changed over time such that the shape of the water flow across the inclined surface changes.
前記傾斜面において少なくとも2つの流れが上方に放出され、前記流れは前記傾斜面上に全体的な流れ形状を作り出すために協動する、
請求項１に記載の水による像形成装置。A second water source and a second sheet of running water;
At least two flows are discharged upwards on the inclined surface, and the flows cooperate to create an overall flow shape on the inclined surface;
The image forming apparatus using water according to claim 1.
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-
1997
- 1997-07-01 JP JP17556897A patent/JP3727142B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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