专利名称:水上行走器的制作方法
本发明涉及一种供单人在江河湖海的水面上或特殊的水域上行走的交通工具，特别它是不使用能源而只依靠个人行走能力来实现走渡水域的第一代水上行走器。
据八三年听说，美国发明有水上行走器，因属军用品机密，不得而知。本人曾查过中文检索和英文版的《世界专利申请索引》，在可能的归类里均没查到有这方面的申请。另外约一年前，本人曾看过一则中文科普报道(忘记出处)，日本有人设计了一种不成熟的滑雪板式水上行走器，在平静的水面上行走达一公里。
本发明由四个部分组成一、浮体部分，分左右两只，它们除以镜面对称外，右脚浮体上底还多一个气咀，见图1a;二、推进膜部分，由起恢复失稳之前状态的高弹性钢条同两片橡胶膜构成，见图2;三、脚平板部分，它保持与脚底面平行状态，并做为下一部分工作的台基-以配合气体交换的完成，见图1a-〔1〕;四、气体交换部分，主要由联通左、右浮体的蛇皮管〔1〕，及哑铃球〔2〕和其中的水银组成，见图3。
这四部分各有自己的功能和作用。浮体1.因跨腿时浮体内气体不会全排到另一只浮体内，行走时它对水面还有相撞的机会，所以前侧面设计成流线弧型。2.划水加厚环有助于后蹬时增大划水的能力;另一方面，它在浮体上的位置使其浮力有助于浮体的重心顷向内侧，这便利于人的行走，也加强了人在水面上的平衡能力。3.浮体竖直看近拱门状，前半部宽于后半部。因此，a在脚向后蹬时有增加划水的能力，b使浮力重心向前移，参见图4b，以减小6→8过程脚与水的冲撞，即减小行走阻力。4、划水加厚环除了2的作用外，还能利用外侧不同方向的水流以一定的前行推力，参见图1b。5、浮体通过气体交换的充盈方式来实现它的最大浮力，这时增大的压强迫使橡胶浮体做定形体膨胀。推进膜弹簧钢条夹于两层冠形橡胶膜中，防止钢与水直接接触导致生锈;弹簧钢条〔1〕的作用是，增大推进膜〔2〕从失稳态恢复到常态的力量和速度。脚平板脚平板与脚底的接触面是从脚小指跟稍后开始的，后至脚跟以外，这样1、使整个脚在水面行走的运动状态同陆路行走状态尽量接近;2、使后蹬时的较大压强得到利用;3、起把浮体固定到脚上的作用;4、为气体交换系统提供基座，并起联通口图3a-〔3〕的作用。气体交换1、哑铃球是这部分的主要部件，它利用内腔水银的水平保持性，自动控制哑铃球的振动，并使这种振动与行走的步频同步。2、哑铃球振动与脚平板运动的综合结果，是控制联通口的封启原因;当两者处于α角时为封口状态，两者处β角时为开启状态图3b。3、支轴座图3a-〔4〕安装于哑铃球柄上，它的设计对哑铃球振动时的灵敏度有影响，支轴同支轴座的处理对此也有一定的影响。4、保护罩对哑铃球及其工作均有保护作用。
本发明的基本原理是这样的人在水上行走时，脚底面与水平面的二面角的变化自然地调整水银在哑铃球腔内的流向，使哑铃球按人行走的变化规律来控制联通气口的开闭-利用换步的变化和行走时浮体压强的变化，使大部分气体在左、右两只浮体内交替充入，总保证落“地”的那只脚上的浮体处于充盈状态，即保证支撑腿上总能够达到所需求的浮力，而摆腿的那只脚上的浮体却处于干瘪状态-减小行走时阻力及达到水上行走的动作近似于陆上行走的动作。另外，利用推进膜，使部分行走时的冲击动能(即浮体内压强的快速增加)转化为前行的推进能，加速行走的速度。
借助这一代发明，人除了可以在水上站立、行走外，还能实施特定姿势配合下的跑或跳。下面，参照前面的几幅图和图4，详细说明本发明的特点和水上行走的实施。
水上站立姿势站立时浮体的基本形式如图4b-5所示。人站立在浮动的水平面上时，身体保持平衡的能力前后较强，左右较差。对此，可以用脚平板控制浮体内的压强以改变气体在其中的分配量;还可以象陆地上那样，用曲膝等方法调整身体平衡。因不能利用本发明倒着走图4a，所以调整前后重心时向前移较好。
站立时，双脚哑铃球均处于图3b-β状态。
水上行走运动这是本发明的主要功能，现在作逐步分解介绍1.从站立状态到行走运动时，如果散步般的缓行时最好这样开始，在行走之前，有意识地把跨腿浮体内的气体压向支撑腿的浮体内，并在支撑腿浮体快要达到充盈状态的同时，把跨腿脚平板向前下倾斜，使其哑铃球从图3b的β状态变成α状态。这是方法之一，对疾行的快速起步就可以不需要这种准备。当腿跨出去时，虽然支撑腿浮体的压强较大，但α状态的哑铃球封住了跨腿的联通口，使支撑腿的浮体能暂时处于充盈状态而保证浮力不消失。参见图4b，跨腿处于2状态时脚平板已满足把哑铃球以α改变到β的倾斜条件，但由于向前运动的惯性作用及水银从O2球流向O1球需要△t＜0.02秒的平均瞬时时间，这种变化并不是很快完成的，而是在3→4状态才完成的。
2.按图4b继续运动，跨腿处在3→4的运动状态，支撑腿则摆到6→7状态。这个过程因跨腿使哑铃球已处于β状态，左右联通口均打开，所以压强大的支撑腿浮体内的气体通过联通管会很快压向位于空中的又处在干瘪状态的跨腿浮体-时间约0.2～0.4秒。在这一过程的末尾，支撑腿处于7状态时，会很快使哑铃球从β状态改成α的封口状态，这时惯性不起足够的影响作用，因6→7已改变到这种惯性状态。
支撑腿在6→7过程的时候，因其浮体刚处于干瘪中，再向前摆动时就能减小水产生的阻力。
3.按图4b再继续运动，跨腿已处在5的支撑状态，支撑腿已处在8的空中前摆状态。这时，虽然跨腿处在支撑状态中浮体内的压强要增大，支撑腿处于空中状态浮体内的压强与外界相同并小于前者，但只因跨腿已在状态7之后封住了联通口，所以变换状态下的新的支撑腿，其浮体还在具有充盈状态时等于允许载荷的浮力。
跨腿处在新的支撑状态时，身体重心前移给浮体带来的压强冲击能便传给了推进膜，使膜开始向后推水。这种剩余能量的最大利用，要进一步地通过样品的试验，才能找出最佳的设计参数。
4.按图4b再继续运动下去，跨腿从支撑状态5向6状态过度，这时因身体重量还在这个腿上，而脚对浮体的接触面在减小-压强就再增大，这也就增强了推进膜向后推水的能力。
以后跨腿成了新的支撑腿;支撑腿成了新的跨腿，将反复重行上述运动……水域上的跑或跳根据上述水上行走的特点，只要能熟练地掌握以脚平板使哑铃球对联通口起到有效的控制，就能进行跑的运动。从理论上分析，跑的速度可以在这种控制能力提高的基础上得到提高。因为，水银从一只球流向另一只球所需的时间可以小到0.01，这再加上哑铃球的角动量变化的速度所需时间，也不超过0.14秒-这是哑铃球灵敏度的一个重要指标。
哑铃球的灵敏度反映了在图4b中，从前一个动作到第三个动作之间允许的最短时间。按照灵敏度为0.14秒计算运动的变化节奏，那么就允许在约0.5～0.6秒的时间内完成图4b从1～8的一个跨步动作-这早能满足快速疾走的需要，已与中高速跑的换步频率相当。
本发明除了做一般水上行走交通工具外，还可以供水田、沼泽、荷塘等特殊环境的水面作业使用;也可以用来开展一类多项的水上体育活动。从理论评估，若按陆路行走所付的相同代价作分析，本发明在水上相对于水的行走时速约3公里/小时，在改进、完善的基础上，相对水的时速可达4公里/小时。陆路行走的标准能力约为5公里/小时。这一代发明抗风浪的能力，还有待于样品的试验及改进后的实验。
特注本发明是水上行走器的一种基本雏型，预计抗风浪的能力还较低，故做民用品申请专利较宜。
权利要求
1.水上行走器是供个人在水面上独立使用的、无需能源的一种交通娱乐工具，该装置有两副(双)一套的浮体可承受载荷，本发明的特征在于a、联通管3a-[1]通过联通口3a-[3]的连接，把左右两只浮体联通为一个气密性的漂浮整体，利用行走时的压强冲击能量做辅助动力的推进膜是这个气密性整体的一部分1a-[4]，b、浮体内具有气阀功能的哑铃球3a-[2]和脚平板3a-[5]一起构成了本发明气体交换的控制系统，这一系统依靠行走的压强变化同步地控制气体在两浮体之间充盈。
2.根据权利要求
1所述装置，其特征是每只做1.2～1.6倍定形膨胀的浮体由前半部分大，后半部分小的拱门形状的主体1a-〔3〕，以及主体下底面前内侧的划水加厚环1a-〔2〕和后侧面1a-〔4〕上粘接的推进膜构成，其浮力重心处在通常站立时脚前后重心的区域内，而位于单脚左右平衡重心线的外侧。
3.根据权利要求
2所述装置，其特征是形似L、厚2～4厘米并且有多种辅助功能的划水加厚环同主体是一个橡胶整体，这不仅便于利用洞1a-〔4〕以模具工艺制做浮体，而且也利于安装浮体内部的所有部件。
4.根据权利要求
1所述装置和权利要求
2所规定，其特征是利用浮体内外同步变化的压强差产生助推力的推进膜，由橡胶膜〔2〕夹十字形弹簧钢条〔1〕为主要部分，冠膜边缘有一条给钢条提供较大振动自由度的、厚与膜近似的8～12毫米宽的橡胶环带〔3〕。
5.根据权利要求
4所述装置，其特征是a、帮助膜从失稳状态快速恢复原状态的弹簧钢条的自然形状呈同膜自然曲率相同的拱形，钢条的总长小于膜冠的张口直径，b、冠膜的面积小于以其曲率半径为球体面积的二分之一，c、围绕弹簧钢条处的橡胶膜较厚。
6.根据权利要求
1所述装置，其特征是具有气阀功能的哑铃球3a-〔2〕在于内腔与外观形状均象体育用的球形哑铃，球O1与球O2内径和外径分别相同，外径大于联通口3a-〔3〕下部管口的内径，它的真空腔体内装容有一定量的以控制其振动的水银，并在封联通口时，水银在O1球腔内起抗衡联通口压力的杠杆作用。
7.根据权利要求
6所述装置，其特征是以球心O1O2轴线对称的哑铃球在与脚平板可以形成的最大α角状态与最大β角状态的相互转变中所需的时间小于或等于2×0.14＝0.28秒，β＞α，同时还要保证水银在只占满一个球腔的条件下，哑铃球柄的长度应满足其力矩大于封口所需的最大力矩。
8.根据权利要求
1所述装置，其特征是脚平板的前半部分位于脚跟至脚小趾稍后为止，后半部分用做气体交换系统的基座，全板上除有一个内管为圆台形的短管联通口外，还有与浮体上底面-对应的八个螺径相同的固脚螺母孔和六个孔径相同的铆钉孔，浮体在这些孔上起到脚垫圈的作用，以保证权利要求
1所述装置的各处气密性。
9.根据权利要求
8所述装置和权利要求
6所规定，其特征是联通口上部管口的内径较下部管口的内径大，上部管口的内径略小于或等于1～1.2米长的联通蛇皮管的内径，其外观在脚平板的上半部分是圆柱形。
10.根据权利要求
1所述装置和权利要求
2-9所规定，其特征是浮体内的压强变化与载荷量的大小和行走状态有关，这种与行走步频相同的周期变化规定了a、最大定形膨胀体积为66～88立方分米，最大膨胀体积所提供的浮力为88公斤以下，b、当人跨腿让浮体内压强减小时推进膜复原，当人踩水后蹬使压强增大时推进膜失稳向后推水。按照这种运动节奏，权利要求
1所述装置可以在对橡胶没有明显破坏作用的其它液态、浊液态或泥泞区域上使用。
专利摘要
本发明是一种不用能源，仅供单人在多种水域上行走的工具，它属于八十年代受人注意的一种边缘运载装备。在水上行走以致跑跳时，它以三个方面配合工作一、各脚一只的浮体用来提供浮力；二、与行走同步的气体控制系统使气体向两个浮体交替充气；三、推进膜，把部分行走的冲击能量转为推进动力能量。本水上行走器能在许多领域发挥作用水上交通、旅游、体育、湖泊生产、海洋开发、国防等。
文档编号B63B35/00GK86103157SQ86103157
公开日1987年11月11日 申请日期1986年5月1日
发明者周胜刚 申请人:周胜刚导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan