改进的伞的制作方法

专利名称：改进的伞的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及伞，更特别地涉及具有伞盖和支撑结构的雨伞， 所述支撑结构使伞盖相对于风更为稳定。
背景技术：
传统的伞由大体上对称于纵向平面的覆布伞盖；伞杆；从伞盖上 的中心点径向延伸并且延伸至伞盖周边的多根伞骨；以及对应于伞骨 并用于辅助展开和支撑悬臂张开于伞杆顶部的伞盖的多根支柱组成。 在下文中描述的伞改进将在雨伞范围内进行阐述；但是许多改进适用 于包括太阳伞和固定伞的各种伞。
除非另作说明，否则随后的描述假定伞处于其张开状态。传统的 雨伞由一名使用者操作。使用者在手柄上施加作用力以便平衡作用在 伞盖上的风雨作用力，同时设法保持伞盖朝向，伞盖朝向提供了避免 直接暴露在风雨中的足够区域。使用者作用在手柄上的作用力通过伞
4杆、支柱和伞骨传递给伞盖。使用者和伞盖之间其他可能的相互作用 由现有技术所教授，并且为本发明的伞所考虑。
当在下文使用时，风是指相对于伞盖的任何空气流动。空气流动 可能由空气本身的运动，伞穿过空气的运动，或者这些因素的组合所 引起。伞盖迎风的边缘或表面在下文中称作伞盖迎风(或前)缘或表
面；伞盖远离风的边缘或表面称作伞盖背风(或后)缘或表面。顶风 定义为朝面向前方的伞使用者吹动的风。
可以想到，图1中以101表示的伞使用者沿面向前方的方向高高 地保持伞盖103并且沿大体上向前方向105迈步行进。与顶风107相 互作用的伞盖预示着作用力将相对于前部109和后部111不对称地施 加到伞盖上。
伞盖的外表面为大致凸状，并且可以具有平坦、凸状或凹状的副 表面。除非另作说明，否则伞盖的总曲率和形状是在不考虑独立的伞 盖元件，例如扣钩、布带或其他美学装饰物的情况下进行描述的。
为了随后进行的讨论，提给出一组定义以辅助区分和比较伞盖的 部分，与支撑结构、伞杆、手柄和装饰物无关。
如图2所示的纵向平面201将伞盖划分为称作侧半部203和205 的对称部分。面向平面207是垂直于纵向平面的平面，其将伞盖划分 成具有相等质量的两个部分，即，前部211和后部213。面向平面和 纵向平面相交于与偏转轴线线215共线的直线。偏转轴线与伞盖相交 于称作顶点217的点。伞盖前部在此还称作伞盖头部，并且其后部称 作伞盖尾部。
伞盖一般对称于偏转轴线，伞柄一般沿该轴线定位。该结构确保 了伞盖围绕伞杆和手柄平衡。
滚动轴线219位于纵向平面内，与面向平面垂直，与伞盖相交于 两个点221和223。这两个点是称作纵向弦的线段227的端点。
图3中以301表示的俯仰轴线垂直于纵向平面303,与伞盖相交 于两个点305和307。这两个点是称作横向弦的线段311的端点。
对于围绕其滚动轴线、俯仰轴线和偏转轴线固定的伞盖的所有方向来说，相对于使用者351的伞盖位置进一步由平移描述。平移通过 伸展使用者手臂而改变，并且表示为353处显示的前向、后向、下向、 上向和侧向改变。
伞盖具有直接暴露在风雨自然力下的上侧，和通常免受这些自然 力作用的下侧。如图4所示，顶部平面401为垂直于偏转轴线403并 与偏转轴线相交于顶点405的平面。上侧407直接面向顶部平面，形 成暴露的、大体上凸状的外表面。下侧409形成大体上凹状的伞盖内 表面。下侧大体上包含伞盖下方区域411。
如定义所述，俯仰轴线不需要与偏转轴线或滚动轴线相交。这一 限定例如允许具有最大宽度的伞盖区域出现在其面向平面的前方。
除了平移以外，上述定义描述了独立于其使用者的伞。期望的是 (但不是要求的)，使用者在肩部与俯仰轴线平行定位的情况下站立。 该限定使伞盖独立于其伞杆、手柄和支撑结构进行描述。
应当理解，为此讨论所定义的滚动轴线、俯仰轴线和偏转轴线可 以不与质心轴、作用力轴及由数量特征定义的其它轴线完全对应。例 如，连接到伞盖和支撑结构上的附件或配重可以改变伞的重心。
伞盖形状与手柄位置
伞必须实现若干个通常矛盾的目标。人们希望伞足够大以防雨， 足够小以易于控制，形成波状以使空气阻力减至最小，以及采用人体 工程学设计以适合于使用者的手臂。这些目标中的每一个都取决于伞 使用者在手柄上保持和施加作用力的能力。
因为手柄是使用者施加与伞盖上的作用力相反的作用力的点，手 柄位置是满足上述目标的关键因素。对于任何给定伞而言，根据用途 存在许多最佳手柄位置。
压力中心是作用在伞盖上的空气动力的中心。因为伞盖极轻，空 气动力易于超过例如重力或惯性的与质量相关的作用力。作为固定点 的手柄是空气动力绕其扭转的支点。限定了从压力中心到手柄距离的 伞杆表示在手柄处扭转的作用力的力矩臂。在这方面，相对于压力中心的手柄位置对特定伞盖形状来说是保持特定方向、保持稳定性和提 供保护的关键。对于任何给定伞盖形状来说，有可能通过简单地重新 定位手柄来提高空气动力性能。但是，人体工程学因素和其他考虑因 素必须与空气动力特性优化达到平衡。
例如，图5中501和511处的传统伞承受顶风503和513。手柄 505位于传统伞最典型的位置处，令人舒服地位于使用者的手臂附近。 手柄515在伞盖下方区域附近定位并且对于使用者来说不如手柄505 舒服，这是因为使用者必须举起手以将伞盖保持在高处。尽管手柄505 可能比手柄515更为舒适，但是在顶风情况下手柄515是有利的。当 顶风503与伞盖相互作用时，作用力垂直于伞杆507的顶部施加。伞 杆507起到杠杆作用并且使用者手的牢固握紧变成支点，在使用者手 腕处产生扭矩，如509所示。
比较而言，当顶风513在伞盖上施加压力时，使用者经受手柄515 上可以忽略的扭矩，这是因为压力中心和手柄之间的力矩臂相对较短。 使用者经受作用在伞盖上作为推力519的气压。尽管手腕、手、臂和 身体力量可以试着平衡以519表示的推力，但是501处的伞使用者必 须额外平衡扭矩509，该扭矩是手腕上令人不适的扭力进行杠杆作用 的结果。
如该实例所示，伞盖改进具有特别重要的意义，其中在支撑结构、 伞杆和手柄方面具有相应变化。因此，此处所描述的伞盖改进必须在 各种可能的支撑结构和手柄位置范围内考虑。
水流
雨伞还必须有效控制落到伞盖表面上的雨滴。传统雨伞具有波状 伞盖，其能够使水滴靠重力朝向它们从伞盖落下的伞盖边缘向外和向 下流动。雨滴可能汇集或被风沿伞盖表面横向吹动，但是最终它们从 伞盖边缘处落下。
即使在有效地防止使用者被落下的雨滴淋湿时，伞边缘处水滴的 滴落也是成问题的。使用者和旁边的人可能被伞盖周边所有边缘处滴落的雨滴、淋湿。
在有风的情况下，从伞盖上滑落的水滴被吹到使用者身上，从而 累及伞盖下的保护区域。当重新导向伞盖周边的水滴吹到旁边人的路 径中时，旁边人也受到影响。当使用者行走或奔跑时，从伞盖前部落 下的水滴直接落到使用者的路径上并且累及伞盖下面的保护区。使用 者必须调整伞盖方向以保持适当的遮挡。
气流和空气阻力
因为伞盖与由风引起的空气动力相互作用，所以空气阻力和空气 浮力是伞设计中的考虑因素。为了解决伞盖上风的影响，使用者调整 伞盖位置。可能的位置范围由使用者防雨的要求所限制。
因为有风情况下伞盖的不稳定性，雨伞使用者通常考虑在提供遮 挡风雨的伞盖方向(伞的主要目的)和防止伞下侧暴露在风中或使造 成伞不稳定的空气阻力和空气浮力最小化的伞盖方向之间达到平衡。
传统伞具有性能很差的翼面。高性能翼面的元件特征在于促进从
前缘向后缘的层流；由摩擦阻力而不是压差阻力控制的上表面和下表
面；以及制成波状以产生用于特定目的的空气浮力的上下表面。相反
地，传统的伞具有陡前缘，其促进高空气阻力紊流而不是层流；大波
状伞盖，其在陡前缘后面的伞盖下方区域产生高空气阻力背压气窝
(pocket);高空气阻力的非流线形状，其在空气作用于迎风面上而低
压尾流形成在背风面之后时由压差阻力控制；以及空气浮力使用不足
以提高方向稳定性或提供有利于手柄处承受的作用力。特别地，传统 的伞不能作为实用的单表面翼面与风响应。
传统伞的遮雨能力由于其空气动力缺陷而尤为不利。极端的实例 有助于使该提议形象化。在该实例中，伞具有传统的拱形伞盖，具有 过大的、8英尺直径。该伞的使用者将伞沿对于弱风情况而言的通常 优选朝向保持为与地平面平行。伞盖经受顶风和雨滴，所述雨滴以与 顶风相同的倾角接近伞盖。尽管伞使用者在不必重新调整伞朝向的情 况下就可以完全不被雨滴淋湿，但是顶风仍然是成问题的。为了解决顶风问题，使用者纵摇伞以面向顶风从而减小由空气阻力引起的手柄 上的扭矩和由伞盖与顶风之间相互作用引起的空气浮力。该实例建议， 伞使用者可以根据特定的空气动力纵摇伞，而不是简单保持不被落下 的雨滴、淋湿。
传统的雨伞具有许多其他严重的缺陷。下侧是凹状的，如果不小 心暴露在风中的话会起到降落伞的作用。当俘获空气时，下侧压力升 高。即使在中等风速情况下，下侧压力也是相当大的，导致伞翘起并 且使使用者暴露在雨中，甚至使伞撕裂、伞盖翻转或者支撑结构断裂。
伞盖定位成使边缘朝向风的传统伞使最小区域受风，因此与其他 朝向相比具有较低的最终空气阻力。令人遗憾的是，沿该方向，伞盖 的陡边使伞盖下方区域易于暴露，并且使伞盖由于这种暴露而翘起。 在使用者行走或奔跑时综合产生这些问题。作用在上侧的顶风产生垂 直于伞杆的作用力，并且在下面的手柄上扭转。
图5中定位成在523处边缘对风的传统伞盖521引导风离开上侧 525，同时允许风穿过伞盖下方区域527。当伞盖上的空气阻力沿气流 方向推动伞盖时，空气向上重新定向产生将伞盖前部向下压的反力。
使用者承受扭转作用于手柄上的这些作用力，这些力需要使用手腕力 量而不是臂/身体力量来平衡。即使在中等风速情况下，使用者的手腕 和坚固伞杆都不能经受这种扭力。
如果伞前缘如531所示向上纵摇，伞盖下方区域在533处露出。 535处的下侧压力升高将下侧在537处向上推动。伞盖下方区域的高 压力、当空气重定向以在541处离开上侧时的向下力539、伞盖上的 空气阻力、以及在气流由陡伞盖边缘分开时产生的紊流的综合影响在 伞杆上施加不可预知的作用力。该作用力在手柄543上扭转。使用者 施加在手柄上的阻力给支撑结构施压，可以造成伞盖翻转或破坏。为 了弥补该问题，传统伞的使用者必须小心调整伞盖前缘的方向。沿边 缘对风的朝向，下侧易于暴露，因此使用者通常通过使上侧朝风纵摇 进行弥补。对手柄空气动力的朝向的最终选择对于防止雨滴淋湿来说 不是最佳的。
9传统伞在中等风速下最稳定的方向是将伞上侧朝向风，如545所 示。该朝向是有效的，因为a)伞当其对称的凸状上侧在风中处于中 心时具有一定的稳定性；b)凹状下侧免于暴露，以及c)手柄在作用 于压力中心的作用力轴线上，因此使用者不受通过伞杆杠杆作用的扭 矩影响。
令人遗憾的是，当上侧保持在其对风最稳定的朝向时，上侧的最 大区域暴露在风的直接沖击下，产生最大压力和最大空气阻力。需要 用户在伞柄上相应增大阻力以平衡空气阻力的作用。这些反力对伞盖、 支撑结构和伞杆产生显著压力。
风向的轻微改变或者用户朝向的轻微改变造成伞盖被推开。与伞 盖的压力中心隔开的伞盖手柄需要扭力以使偏斜伞盖重新稳定。当伞 盖推开时，手柄上的扭矩增大。该扭矩必须使用附加的手腕力量进行 平衡。
为了综合这些问题，当传统伞的上侧纵摇以面向风时，上侧的大 部分不起到保护作用而是促进由空气阻力引起的稳定性问题。
能见度也被削弱。当伞向前纵摇以面向接近的风时，使用者的前 方视野在伞盖于路径前面直接降低时不受阻碍，给该使用者和其他行 人造成极大和不必要的风险。这是传统伞的严重缺陷。
美国专利Nos.D0359614和D0390696描述了具有可以提高能见度 的透明窗的伞。这些伞的透明窗增强了对雨的遮挡，但是在有风情况 下由于压差阻力和相应伞盖下的空气俘获而变得不利，所述压差阻力 由作用在相应伞盖上外表面的空气动力的无效位移所引起。
美国专利5，642，747描述了手持式空气动力伞，该伞使用稳定装置 来控制其不对称伞盖的朝向。该伞的伞盖在由稳定装置导向时围绕偏 转轴线旋转。利用旋转的伞盖，该伞能够适应来自不同方向的风。伞 具有陡前缘，因此易于以和传统伞相同的方式翘起。此外，因为美国 专利5，642，747中的伞围绕类似风向标的固定点旋转J吏用者和旁边的 人必须与不断改变其相对于使用者的朝向的伞盖相互作用。
对于空气浮力来说，美国专利5,642,747中的伞给出了伞盖的外侧
10部，其在伞盖前面产生略微向上的空气浮力作用。伞盖前面(手柄前 方)的空气浮力作用在手柄上产生扭力，其使伞柄顶部向后。该特定 作用力对伞使用者的手腕没有帮助并且令人不适，这是因为由该空气 浮力作用产生的扭矩与由伞盖、稳定装置和外侧部上空气阻力引起的 扭矩方向相同。伞盖前面上的向上力不能帮助使用者平衡由伞盖、稳、 定装置和外侧部上的空气阻力产生的扭矩，而是在手柄上引入附加扭 力。
在图5中547处显示了美国专利5,642,747中伞的这种空气浮力缺 陷的实例。当以549显示的向上力作用在伞盖前面时，在手柄553处 显示了最终扭矩矢量551。当施加有以555表示的向后力时，在手柄 559处显示了最终扭矩矢量557。扭矩矢量551和557具有绕其相应旋 转轴相同的旋转方向。该实例显示了，通过将新扭矩加到已由伞盖上 空气阻力产生的扭矩上，由美国专利5，642，747中伞前面上的向上空气 浮力产生的扭矩增大了手柄上的净扭矩。
http:〃www.gizmag.com/go/3967/上的论文描述了由发明人Andy Wana发明的称作"Lotus23"的伞。该伞具有无定形形状的伞盖，能够 适应空气动力压力挠曲。Lotus 23不会在强风情况下为使用者提供最 低限度的保护区域，也不能确保由低压空气阻力产生的变形伞盖，或 者由摩擦阻力控制的上侧。该伞的柔软伞盖不受吹向使用者、吹到伞
杆顶部上方或在伞柄上变平的限制。
传统伞和美国专利6,196,244中的伞能够通过空气动力进行一定 的变形和恢复。两种伞具有从中心点或与支柱接点处悬臂伸出的伞骨。 两者具有伞骨，其具有从中心轴向外以及从与支柱连接处的悬臂点向
外变化曲率的点。当对这些伞的伞盖施加作用力时，从下面支撑的伞 骨弯曲，并且增大的位移与到它们固定悬臂点的相应距离成比例。
现有技术中的伞不能根据空气动力提供任何特定变形，通过该变 形可以实现低空气阻力优点。这些伞的伞盖迎风面上的压力将所述表 面压向使用者，使迎风面曲率扁平并增大风对该表面的冲击角，从而 使压差阻力增大。该作用部分地由于连接到伞盖周边上的伞骨防止伞盖周边处的展开而发生。该作用还部分地由于不存在从下面支撑的结 构以保证伞盖形状而发生，所述伞盖形状压差阻力低，并且很好地防 止,皮雨滴'淋湿。
如图5中传统伞561的顶视图所示，伞盖563遭遇接近伞盖周边 的风565。相对于伞盖的风向确定了迎风部分567、侧部569和571 和背风部分573。当风接触如575处显示的传统伞盖时，迎风部分577 向内压，使得其正曲率曲面变平，最终压差阻力增大。在该实例中， 迎风侧上的伞骨在迎风部分变平时弯曲。在如583处显示的传统伞的 第二实例中，当迎风部分585向内推动时，侧部587、 589和相应伞骨 向外推动，并且相应迎风面591和593上的压差阻力增大。由于位于 伞骨端部处的伞盖织物上的侧向张力的原因而发生变平，伞骨在所述 伞骨端部处连接到伞盖上。通过连接到伞盖上，防止了伞骨展开、纵 弯或弯曲。位于下面的伞杆、支柱和使用者身体也可以阻止流线形状 的变形。本发明的目的在于提供一种具有伞盖形状的伞，以便足以保 护使用者不被雨滴淋湿；重量轻，并且当使用者在手柄上施加作用力 时易于控制；以及提供围绕伞盖偏转轴线、俯仰轴线和滚动轴线的稳 定性以有助于保持易于控制的朝向。本发明进一步的目的在于提供低 空气阻力的伞盖形状，设计成能防止伞盖下方区域偶然暴露的伞盖， 以及能够释放伞盖下方区域中气压的伞盖。

发明内容
本发明的目的通过其伞盖具有边缘的伞实现，所述边缘对撞击该 边缘的气流呈现凸面，所述凸面显著提高了通过伞杆保持伞的使用者 对伞的可控性。
在本发明的其他方面，伞盖的整个边缘对气流呈现凸面，所述凸 面使气流偏转远离伞盖下侧，并且所述凸面使气流如此偏转以致伞盖 变成虛拟(virtual)双表面翼面。伞盖边缘的第一部分对气流呈现凸 面，与所述第一部分相对的第二部分对气流不呈现凸面。伞盖可以具 有流线形状，并且伞盖边缘的第一部分位于流线形状的头部，第二部分位于流线形状的尾部。所述凸面还可以使气流偏转远离伞的使用者。 在仍然其他方面，伞盖可以包括对穿过伞盖上侧的气流起作用的 阻流板。阻流板可以是微阻流板。伞盖还可以包括风向袋，其膨胀以 释放伞盖下的气压，反之收缩。伞盖还可以包括用于雨水的沟槽。沟 槽可以是多个微沟槽，并且由于沟槽而使水流动的方向可以通向水的 排出滑槽。沟槽进一步起到阻流板的作用。
在其他方面，本发明的目的通过用于伞的伞盖实现，所述伞盖包 括不变形区域和可变形区域，所述可变形区域能够变形以赋予伞盖一 形状，相对于通过伞盖上方的空气流而言，该形状提高了伞使用者对 伞盖的可控性。可变形区域如此变形，使得相对于空气流为前缘的伞 盖边缘对空气流呈现凸面。可变形区域进一步变形为使伞盖对空气流 具有流线形。伞盖变形可以由伞使用者完成或者伞盖可以适应空气流 自动变形。


图1显示了普通的雨伞；
图2显示了在此用以描述雨伞的术语；
图3进一步显示了在此用以描述雨伞的术语;
图4进一步显示了在此用以描述雨伞的术语;
图5显示了雨伞上的顶风效果；
图6显示了具有通道型沟槽的伞盖；
图7显示了具有存水腔的沟槽；
图8进一步显示了通道型沟槽；
图9显示了导向型沟槽；
图IO显示了雨水排出滑槽；
图11显示了如何将侧片加到雨伞上；
图12显示了风向袋如何释放伞盖下的压力；
图13进一步显示了风向袋的使用；
图14显示了如何使风向袋还用作伞罩；图15显示了具有阻流板的伞盖；
图16显示了具有空气动力前缘的雨伞；
图17显示了空气动力前缘的使用和各种类型的空气动力前缘；
图18显示了具有非对称空气动力伞盖的雨伞；
图19显示了具有裂开尾部的雨伞；
图20显示了描述流线形伞盖形状的术语；
图21描述了伞盖为自适应翼面的雨伞；
图22是伞盖的第一实例，所述伞盖适应于具有不同强度和方向的
风；
图23是伞盖和支撑结构的另一实例，所述支撑结构适应于具有不 同强度和方向的风；
图24是支撑结构的另一实例，所述支撑结构适应于具有不同强度 和方向的风；
图25显示了供具有流线形伞盖的雨伞使用的伞杆；
图26显示了供具有流线形伞盖的雨伞使用的支撑结构；
图27显示了具有可折叠支撑结构的雨伞；和
图28显示了组合此处公开的各种创新特征的雨伞。
附图中的参考数字具有三个或以上的数字两个右侧数字是由剩
余数字所示附图中的参考数字。因此，具有参考数字203的元件首先
表示为图2中的元件203。
具体实施例方式
作为与风相互作用的对象，传统雨伞可以根据其空气动力特性定 义和改进。对围绕移动身体的低速气流动力学特性的理解有助于产生 用于自行车头盔、飞盘和模型飞机的最佳设计。
在低速空气动力学领域，球形和圆柱形称作非流线体形状，由迎 风侧上的高压区和背风侧上的低压区之间的压差阻力所决定。认为由 摩擦阻力而不是压差阻力所决定的物体是流线形的。为了保持伞盖位 置或在走路时向前行进，雨伞使用者必须通过给手柄施加反作用力来
14平衡空气阻力。根据相对于压力中心的手柄位置，空气阻力可以通过 围绕手柄的伞杆实现杠杆作用。为此，在最佳伞盖形状设计中，空气 阻力是主要的考虑因素。
稳定性也是最佳伞盖形状设计中的主要因素。传统雨伞的使用者 通常在风中努力控制伞盖。可以使用空气浮力的空气动力通过改变相 对于手柄的压力中心来辅助控制伞盖。
尽管具有低空气阻力和高稳定性的伞盖形状在各种雨伞中是人们 所希望的，但雨伞的主要目的在于保护使用者不被落下的雨滴淋湿。 在底侧偶然暴露在高气压下时，雨水流动和气压释放对伞盖成功重新 恢复形状来说是关键的，尤其是因为流线形伞盖可能加剧通常出现在 传统雨伞上的问题。例如，从狭窄、细长伞盖边缘上滴下的雨水比从 宽大、圆顶状伞盖边缘上滴下的雨水更成问题。
在改进雨伞的设计中，必须考虑其他原则。设计成能在顶风情况 下性能良好的形状必须由期望来自其他方向的风所平衡。雨伞重量和 尺寸是评价性能的关键因素。最后，重要的是在改进设计的研发过程 中考虑已有的制造方法。
沟槽有利于促进雨滴在重力作用下流向一或多个位于伞盖面向平 面后部的希望释放位置，雨滴在所述面向平面内落到地上。可以实现 多个沟槽以增强大雨中对水流的控制，以及在伞杆保持在各个倾角下
时增强对水流的操作。从一个沟槽出口流出的水可以滴入另一个沟槽 以实现向希望释放位置的完整输送。
在本文中，沟槽是改变伞盖上正常水流的伞盖中的任何结构。下 文公开的各种沟槽包括提供通道的沟槽和提供水流导向的沟槽，其中
水在所述通道内流动。前者在下文中称作硬(hard)沟槽，但是它们 可以由柔性材料制成，后者称作软沟槽。沟槽可以由一或多个硬沟槽 和/或软沟槽组成，并且可以将水导向雨水排出滑槽。伞盖内沟槽和/
15于面向平面后部的一或多个希望的出口位置流动的系统。
硬沟槽为通道，其俘获并引导水滴直至它们在位于伞盖表面上任 一点处的出口位置释放。硬沟槽的特征在于起到凹槽作用的保持壁， 雨滴俘获于所述凹槽内并在其中通过。保持壁上边缘可以具有连接到 伞盖上的点或部分，从而提供结构稳定性并减小伞盖表面上的空气阻 力。保持壁可以使用伞盖材料，或通过连接到伞盖表面上制成。硬沟 槽的保持壁和通道基本上位于上侧以上，下侧以下，或者作为无缝袋 整体形成到伞盖中。
图6中在601处显示了大体上在上侧上方构造而成的硬沟槽。硬 沟槽603向下倾斜并位于面向平面605后方，从而有利于落到面向平 面前后的上侧上的雨滴朝向位于后部609上的出口位置607重力流动。 在放大图621中显示了区域611，雨滴在该区域释放并落到地上。硬 沟槽601的前部区域613可以具有许多可能配置，如》文大图631和641 中所示。如631所示，硬沟槽的前端可以通过连接到伞盖表面上而密 封。可选地，石更沟槽可以与另一个相连以形成连续通道。如641所示， 硬沟槽在最前部边缘643与位于伞盖另 一侧的硬沟槽的最前部边缘相 连。
如图7中的701所述，硬沟槽705的前部区域703可以具有临时 保持腔，如果伞盖临时朝向为使水不能沿通道内的正确方向流动的话， 雨滴可以收集于所述临时保持腔中。当伞盖位于其直立朝向时，临时 保持腔释放收集的水，以便使其沿硬沟槽向后重力流动。711显示了 前部区域703的放大图。当伞盖向前纵摇时，如721中的前部区域703 的放大图所示，临时保持腔用于临时收集沿向前方向顺硬沟槽流动的 雨滴。
如图8中的801所示，硬沟槽803类似于图7中的硬沟槽705，
其具有向下向后倾斜以便使雨水重力流动的通道和位于硬沟槽前端处 的临时保持腔805。硬沟槽803将水流导向位于伞盖前部后面的希望 的出口位置807。但是，不同于图7中的硬沟槽705，硬沟槽803在下 侧以下构造，只具有在上侧表面上大体可见的雨水入口 。如811所示，在区域809的放大图中，雨滴从伞盖上表面流到通道中，从沿上侧的 总曲率的流动中转向，并被俘获以便在希望的出口位置释放。
内部硬沟槽可以在上侧上由网状物、筛子或其他渗透膜覆盖。如 813所示，筛子缝合到伞盖表面上，从而允许水流入硬沟槽中，同时 保持上侧织物上的张力。821处显示的伞的硬沟槽类似于网状物覆盖 的硬沟槽813。该沟槽使用伞盖织物形成一系列孔，作为通向位于表 面之下的通道的入口。如831处所示，雨滴流入这些孔，并且沿伞盖 之下的通道流动。841处显示了区域833的放大图，其描绘了孔和位 于下面的通道。851处显示了区域841的侧视图，显示了通道的袋状 结构。硬沟槽的该实例提供了大于硬沟槽813的伞盖织物张力。可以 与具有交错孔的另 一个硬沟槽平行成对使用，从而俘获在第 一排孔之 间流动的水。
软沟槽由位于上侧上的波状突起、凹陷或脊部组成，其使雨滴导 向出口位置，而不将雨滴俘获在通道中。与石更沟槽不同，软沟槽不存 在与伞盖表面相对的保持壁。单个雨滴可能穿过或围绕软沟槽流动。 软沟槽可以由已有伞盖表面组成，或者可以作为连接附件的一部分存 在。
如图9中901处所示，软沟槽903是以方便雨滴重力流动的向下 倾角从伞盖905前部伸向后部907的脊部。如911处所示，雨滴913 落到伞盖上并沿着软沟槽流动。与硬沟槽不同， 一部分雨滴915在流 过软沟槽之前可能向后短距离流动。通常，雨滴如917处所示那样流 动，从而朝向位于伞盖后部的出口位置流动。921处显示了区域919 的放大图，描绘了雨滴向后、穿过和沿着软沟槽流动。
软沟槽的一个形式为微软沟槽。微软沟槽是作为一系统的一部分 的突起、脊部、凹陷或轨道，所述系统有利于雨水沿着伞盖朝希望的 出口位置流动。许多微软沟槽共同产生细紋理表面，此处称作微软沟 槽系统，作用在于使水朝向伞盖上的希望位置重新定向。微软沟槽系 统可能类似于如图9中931处所示的一组伞骨状的平行轨道。或者小 突起的矩阵；或者细缺口图案；或者这些结构的组合。微软沟槽系统的每个单独的凸起、脊部、缺口或轨道可具有跨过 伞盖表面的任意长度，但是可以具有占单个雨滴半径一部分的高度和 宽度。挡朝向预定位置重新定位时，单个雨滴可能穿过和围绕单个微
软沟槽流动。雨滴935被导向位于伞盖后部的希望的出口位置。在该 过程中，雨滴939在它们到达希望的出口位置之前流过微软沟槽系统 并且离开伞盖。如937处显示的许多雨滴流向出口位置并且从伞盖后 部落下。
微软沟槽在伞盖前面尤为有用，通常定位成与纵向平面平行。在 利用空气动力向上引导雨滴并将其导向高于上侧的位置时，该类型的 微软沟槽系统几乎不给伞盖增加空气阻力。在更高的点处，重力使这 些雨滴沉积到向下倾斜的软或硬沟槽中，以便最终在出口位置释放。
在如941处显示的优选实施例中，微软沟槽系统943是一系列从 945处的伞盖前面向后面延伸的平行轨道。两个对称的硬沟槽947和 949沿伞盖的侧半部延伸到位于伞盖后部的雨水出口位置。落下的雨 滴在前面较低的伞盖点951处撞击伞盖，并且沿微软沟槽轨道被风向 上推动。向下的重力克服点953处的向上的空气动力，并且雨滴落到 微软沟槽系统上流入硬沟槽949中，以便向面向平面后部传送并在出 口位置955处释放。
如随后更详细讨论的那样，硬沟槽、软沟槽和微软沟槽可以起到 双重目的，作为阻流板以增大或减少空气浮力，或者促进在紊流的薄 层上方的层状气流。
雨水排出滑槽是用于将雨水传送到远离伞盖和使用者的限定出口 位置的封闭路径或管。与硬沟槽不同，雨水排出滑槽沿其长度封闭， 并且在两端具有开口。雨水排出滑槽可以存在于上侧以上，下侧以下 或者整体形成到上侧和下侧之间。
雨水排出滑槽具有敞开部分、封闭的雨水输送管和出口部分。敞 开部分可以为漏斗形以提高沿伞盖较宽区域的雨水俘获。
如图10中1001处所示，雨水排出滑槽1003连接到硬沟槽1005 后部。雨滴1007朝向位于伞盖后部的希望的出口区域1009流入石更沟槽。1051处显示了区域1009的放大图。雨水流入开口 1053，沿雨水 输送管1055流动并在1057处流出。
雨水排出滑槽可以构造为伞盖织物结构的延伸部分，或者构造为 连接附件。雨水排出滑槽可能需要独立的支撑构件，或者由伞盖伞骨 的延伸部分支撑。
硬沟槽、软沟槽和雨水排出滑槽可以组合以形成从伞盖前部到后 部的完整沟槽。
防护片
本发明的防护片是从伞盖周边向下延伸的防护物，增强了对风雨 的防护作用，并且增强了恶劣天气下的能见度。防护片相对于滚动轴 线的垂直面对称。
防护片可以连接到伞盖上以便基本上不能和一体形成的部件区分 开。可选地，防护片可以作为伞盖的明显分开的元件进行连接。
如图11中1101处所示，分开的防护片1103和1105可以连接到 伞盖上以形成具有如1111处显示的延伸防护表面的伞盖。伞盖和防护 片的连接可以形成如1121处显示的基本上一体形成的表面。
如1131处所示，防护片1133和1135的前部可以在伞盖前部下面 连接在一起以形成凸面。如1141处所示，最终的伞盖和防护片形成凸 面。凸面使风偏转远离伞使用者的身体。该偏转保护使用者并在使用 者身体上产生较低压力的空气阻力。
防护片或其一部分可以使用透明材料构造而成以提供恶劣天气下 的能见度。
防护片可以由硬材料构造而成，或者可以具有骨架支撑结构，或 者可以通过在两个或更多的边缘上施加反力而保持张紧。防护片可以
由一或多根防护片伞骨构件支撑，所述防护片伞骨构件整体形成在伞 盖周边处作为已有伞骨的延伸部分，以便手动或自动张开或缩回。防 护片可以在伞打开和关闭时自动张开和缩回。
防护片和支撑构件可以储存在沿着伞盖周边的袋中，并且在恶劣
19天气下释放。
在适于暴风雨情况的重型结构的伞中，防护片可以从伞盖上完全 拆下。防护片利用拉链或类似方式连接到伞盖上，在用于恶劣天气下 保护时连接并且在普通情况下拆除。
防护片可以向下延伸，与地面形成接触。当与伞杆的伸缩延伸部 和例如三脚架或底座的固定伞杆用的装置结合使用时，伞盖和防护片 可以提供独立式的保护区域，适于保护大部分的使用者身体。
可选地，防护片可以朝向使用者躯干的 一部分延伸或紧固到其上， 形成封闭的内部官隆。该实施例的手持式伞杆可以由连接到使用者身 体上的一或多根支撑杆补充或更换，从而减少对使用者胳膊的依赖。
风向袋
风向袋有利于释放伞盖下方区域中增大的气压。风向袋制造为伞 盖的一部分或分开的附件。风向袋部件包括与伞盖上的相应孔配合的 底部，俘获并重定向气流的外壳，和位于外壳中用于释放空气的出口 位置。风向袋的外壳由织物或允许膨胀状态和收缩、放气状态的类似 材料制成。
风向袋起到阀的作用，允许释放远离伞盖下方区域的气压，同时 防止雨滴流入伞盖下方区域。当伞盖下方区域中的气压增大时，风向 袋膨胀并且允许空气排出，从而降低伞盖下的气压。朝向风向袋出口 向上作用的风向袋内的压力防止雨滴进入风向袋。
当伞盖下方区域中的气压低于或等于上侧上的气压时，风向袋放 气、折叠到上侧上。在放气位置，因为风向袋折叠到伞盖上，所以雨 滴不能进入风向袋。
如图12中的1201处所示，风向袋1203为空心锥形外壳，具有与 伞盖1209中的相应孔1207相配合的底部开口 1205。如1211处所示， 风向袋1213为伞盖1215的一体部件。当气压在伞盖下方区域中作用 时，风向袋1213如图所示直立，并且通过开口 1217排出。由于排出 空气的压力、开口相对较小的直径以及开口相对于落下雨滴的位置，雨滴不可能进入上部开口。
当1221中伞的伞盖下方区域中的气压降低时，风向袋1223开始 收缩。当伞盖下方区域上的气压与伞盖上方的气压达到平衡时，风向 袋完全收缩，如1231处所示。在该完全收缩位置，风向袋在伞盖中开 口的上方折叠，起到阀的作用以防止雨滴进入。
风向袋形状进一步改进以防止雨滴进入。例如，风向袋的出口位 置可以通过增加防护物、阀或帽进行保护。
如1241处所示，围绕伞盖可以形成多个风向袋以进一步减少伞盖 下的气压。风向袋显示为处于膨胀位置，其中空气从多个烟囱状管逸 出。1251处显示了处于放气状态的风向袋的类似结构。
在本发明的优选实施例中，风向袋整体形成为伞盖织物的一部分 形成以下设计，从而提供足够的空气释放，同时使风向袋表面上的空 气阻力减至最小。如1241处的伞盖上所示，管状风向袋1243沿着上 侧轮廓，如接合区域1245处所示。如图13中的1301处所示，可以形 成多个风向袋以允许最大量地释放伞盖下方区域中的气压。
风向袋可以沿着外壳长度连接到伞盖上。在该实施例中，风向袋 整体形成到伞盖织物上以形成无缝的空气入口、外壳和空气出口。如 图13中的1311处所示，伞盖1313具有风向袋，该风向袋具有位于伞 盖下方的空气入口 1315 (通常从如图所示的上方不可见)，外壳1317 和空气出口1319。因为该类型的风向袋不直立，外壳不必从入口向出 口成锥形。
如1321处所示，空气1323进入伞盖下方区域并且压入空气入口 1325(通常从如图所示的上方不可见)。因为外壳1327连接到伞盖上， 俘获在外壳内的空气被迫改变朝向出口 1329的方向。如果由锥形管、 通风孔或织物袋施加压力的话，气流方向的这种改变通常产生不必要 的摩擦和有限空间内气压方面的大幅度增加，与快速释放伞盖下气压 的目的相反。为了避免气压的这种增加，外壳1327的膨胀能力和出口 孔1329的尺寸可能超过入口孔1325的能力和尺寸。
从伞下观察，1331处显示了完全整体形成的风向袋外壳。空气1333压入入口孔1335并且通过外壳1337流向空气出口 1339。在该实 施例中，外壳1337完全整体形成到伞盖中作为织物外层。在其放气状 态下，如1337处显示的外壳可能收缩至平坦状态，以便大体上不能和 伞盖表面区分开。在1337处显示的实例中，中等压力使空气朝向出口 重新定向。在高压状态下，外壳迅速打开或膨胀的能力允许伞盖下的 气压迅速释放，同时改变气流朝向出口的方向。在这点上，气压的瓶 颈可能位于开口 1335处，不在外壳内或出口处。
如图14中的1401处所示，风向袋1403可能如1411处所示从内 向外折叠，并且覆盖在封闭伞盖上方以起到伞軍作用，如1421处所示。 风向袋外壳的内部干燥部分变成外部暴露軍。风向袋的外部湿漉部分 和伞盖顶部的湿漉部分由风向袋包围，过多的水可能在所述风向袋中 根据需要收集和释放。当如1423处所示折叠和保持为朝下时，风向袋 1403的底部1405变成用于雨水的内收集点，所述雨水俘获在上侧和 风向袋表面之间。
阻流板
作用在伞盖上的空气动力足够大以实现伞盖上空气阻力、空气浮 力和紊流的作用。阻流板可用于改变伞的空气动力性能。
本发明的阻流板是以与伞盖表面倾角不同的倾角连接到上侧或下 侧上的表面。阻流板可以整体形成为伞盖织物的无缝部分，但是大体 上位于伞盖表面上使得伞盖表面在阻流板的两侧上延续。
在低于所述表面的表面上方高速流动的空气产生空气浮力。阻流 板通过干扰或"扰乱"沿着表面的气流而产生紊流，从而改变空气浮力 中心。
可以使用阻流板以使空气沿一个方向流动，同时沿相反的方向产 生压力。例如，赛车上的阻流板通过在车辆后方减少空气浮力和产生 向下压力而增大牵引力。
可以使用阻流板以形成具有低空气阻力的空气动力外形。移动主 体后面的空气阻力可以由在该主体上方流动的空气尾流中产生的低压
22真空或再循环气泡所引起。传统伞盖的弧形曲率很大，并且不适于促 进和保持穿过其表面的不分开的气流。当气流远离上侧表面分开时， 分离气泡形成在上侧的背风侧上。伞盖上的最终空气阻力是相当明显 的。可以使用阻流板干扰气流，所述气流要不然将有助于低压尾流的 产生，所述尾流产生低空气阻力。
还可以使用起到激流丝(trip wire)作用的阻流板形成具有低空 气阻力的空气动力外形。激流丝扰乱沿着物体表面的层状气流，形成 位于外层和高速流动空气层之间的薄紊流层。也称作微阻流板的激流 丝的实例是位于高尔夫球上的缺口和公开于美国专利3,359,678中的 外接于飞盘顶部上的细肋。阻流板的这些优点中的每一个都可以应用 到伞上。阻流板可以通过改变空气浮力中心而提高手柄周围的稳定性； 或可以干扰由伞盖非流线形状引起的低压尾流以产生低空气阻力伞； 或可以实现为不分开边界层形式的微阻流板，以在薄紊流层产生位于 伞盖表面和高速气流之间的緩冲层时减少最终的空气阻力。
使用者通常通过伞盖支撑结构对伞盖施加反力，以便平衡伞盖上 升力和阻力的综合作用。伞盖一部分上不希望的向上空气浮力可以由 伞盖表面另一部分上的向下压力所抵消。由阻流板产生的向下压力可 以对支撑结构进行杠杆作用以提高相对侧上的伞盖。
当伞与空气动力相互作用时，因为空气阻力通过伞杆在手柄上扭 转，最终空气阻力的少量降低可以对伞控制产生明显改进。
通过对比图5中511处显示的现有技术所述的具有举起手柄的传 统伞和图15中1551处显示的伞，显示了阻流板最简单的作用。伞盖 517没有阻流板。伞盖1553具有阻流板1555，其整体形成为向上向后 倾斜的织物带。两种伞都具有接近其上部伞盖定位的相应手柄515和 1557，在不必考虑先前如图5中501处描述和显示的围绕手柄的扭矩 的主要作用力的情况下显示了作用力的作用。
出于比较目的，假定伞511和1551之间的唯一区别在于伞盖1553 上的阻流板。顶风相同，并且如果伞盖1553不具有阻流板的话，伞盖 将具有相同的最终空气阻力。通过将阻流板1555加到伞盖1553上，由阻流板产生了一部分新 的空气阻力。人们认为该空气阻力缺点在于，必须将空气阻力限制在 手柄处。阻流板向上向后倾斜，并使顶风向上重新定位，在伞盖前部 上产生向下力。伞盖前部上的该向下力可以产生稳定的优点，其实际 上比所加空气阻力的缺点更重要。顶风513使伞盖517围绕手柄515 略孩t纵摇，产生如519处显示的扭力。顶风1559由阻流板1555重定 向，从而在伞盖前部上产生向下力。由阻流板产生的该向下力(表现 为在手柄处向前纵摇)在手柄处产生扭矩，该扭矩与空气阻力产生的 扭矩相反。该阻流板在手柄上的前向扭矩有利于平衡手柄上伞盖的普 通后向扭矩。如1561处显示的合力所示，阻流板在手柄上施加一些增 大的压力，但是扭矩优点重于作用力缺点。伞使用者通过在手柄上施 加名义推力而不是设法平衡杠杆作用的扭矩，从而更能够控制伞。
阻流板可以构造为已有伞盖织物的延伸部分，或者构造为连接部 件。阻流板可以使用具有低摩擦性的特定材料，例如光滑塑料构造而 成。
一或多个阻流板可以具有作为张紧器或阻尼器的双重作用以提高 结构完整性和性能。例如，当伞盖的织物部分暴露在风中时，低、高 压区域的共振可以产生拍打或振动。 一或多个阻流板可以实现为减弱 这种情况。在其它应用中，横向延伸穿过下侧区域的阻流板可以提供 相对伞骨之间的张力以减少伞盖变形。
沟槽可以与阻流板结合使用。例如，以从前向后的向上倾角沿伞 盖侧面延伸的阻流板可以使雨水流向前面的尖部，在该处，沟槽可以 俘获水并使其流向后面的出口位置。
沟槽和阻流板可以整体形成到伞盖表面中，从而在外观上没有明 显区别。可选地，沟槽可以起到阻流板的双重目的，反之亦然。例如， 伞盖上表面上的微沟槽系统的主要目的在于使雨滴移到伞盖后部，同 时起到微阻流板的作用以产生导致低空气阻力优点的紊流的不分开的 边界层，或者改变空气浮力中心以便减少手柄上的扭矩。
本发明的阻流板的目的在于，通过减少手柄处的扭矩，帮助使用
24者控制在手柄处控制伞盖。这种扭矩降低可以受到阻流板的影响，所 述阻流板在手柄上产生与伞盖上空气阻力产生的扭矩相反的扭矩。因 此可以想到，伞盖前面的阻流板可以在伞盖前面产生向下力，以产生 与空气阻力的向后纵摇力相反的前向纵摇。
空气动力前缘
本发明的伞通过提供位于其伞盖周边处的空气动力前缘提高了稳 定性和性能。空气动力前缘是位于伞盖边缘处的凸面。空气动力前缘
防止下侧暴露给高压力；提供冲击角范围，同时保护下侧；通过提供 与上侧上的向下力相反的空气浮力来提高方向稳定性；减少使用者身 体上半部分上的风阻力；促进其圆形周围的层流，具有更低的最终空 气阻力；以及与传统伞的陡边缘和尖伞骨端部相比，提供光滑、安全 的周边情况。
传统伞边缘处的问题描述于现有技术部分中，并显示于图5的实 例中。
空气动力前缘给伞增加了下部前沿面。下部前沿面是位于伞盖上 侧下面的向下向内倾斜的表面，其通过提供冲击角范围提高了空气动 力性能和方向稳定性，减少了通常与传统伞盖陡边缘相关的紊流气流。 空气动力前缘还用于促进上侧上的层状气流，允许伞盖有效起到单表 面翼面或帆伞的作用。
空气动力前缘可用于促进穿过下侧的层状气流，或者可以实现为 重新引导空气向下远离伞盖下方区域。在任一实现方案中，下侧免受 直接接近下部前沿面的风的影响，同时还免受接近位于由下部前沿面 产生的伞盖下面的气流边界的风的影响。该位于伞盖下面的气流边界 还可以形成双表面翼面的虛拟第二表面。流线形气流的虛拟第二表面 降低了不稳定性，减少了最终的空气阻力，以及使风的直接冲击偏转 远离下侧。下部前沿面(如果在伞盖下面弯曲并且背部向上以用于重 新连接到下侧上的话)可以实现为促进穿过下侧的层状气流，允许伞 盖表现为流线形单表面翼面。如图16中1651处的分解图所示，空气动力前缘的优选实施例包 括上部前沿面1653，其作为上侧1655的一部分；前缘边1657;和下 部前沿面1659。当装配为组合件时，组合的伞盖和空气动力前缘形成 如1661处显示的翼面，具有正曲率边缘，其与伞盖的宽侧表面成向外 的冲击角。放大图1665显示了横截面1663，图解说明了正曲率外表 面。
伞盖下侧的视图1671显示了在下侧1675周边以下弯曲的空气动 力前缘1673的外表面。
因为空气动力前缘重新引导风远离下侧，下侧变得不易暴露在风 中，以及随后不易增大伞盖下面的气压。当伞使用者将伞定位成边缘 对风的方向时，空气动力前缘将促进流线形气流，而不是引入紊流和 不稳定性。这给使用者提供了在边缘对风的方向上的改进控制。
对于手柄接近伞盖的压力中心定位、或者手柄与作用于伞盖压力 中心处的作用力方向成直线的伞来说，下部前沿面具有与稳定性相关 的其他优点。由下部前沿面适应风产生的空气浮力有助于平衡由上侧 上的风产生的向下压力。空气动力前缘呈现流线形，平衡伞盖上下的 气流。
与顶风相互作用的伞的优点在于具有空气动力前缘的伞盖，如图 17中1701处所示。接近该伞盖的风向上(如1703处所示)、向下(如 1705处所示)重新导向。该实例描述了许多优点。波状前缘表面减弱 了前边缘将气流分成紊流状态的趋势。上侧1707上的向下压力由空气 动力前缘1709上的向上压力所平衡。在该实例中最重要的是，空气动 力前缘防止伞盖下方区域直接暴露。在1705处向下导向的顶风产生了 有效的气流边界，其进一步防止气流进入伞盖下方区域。由1705处的 气流产生的虛拟边界防止了 1707处的顶风直接进入伞盖下方区域。
沿伞盖方向轻微向上或向下的校准不容易使下侧露出。例如，如 果伞盖如1721处所示略微向后纵摇的话，1723处的空气动力前缘继 续使空气远离伞盖下方区域重新导向。与1727处的下部前沿面直接接 触的顶风继续形成虛拟边界，其防止如1725处显示的顶风直接进入伞盖下方区域。如1701和1721处所示，不露出下侧的可能的朝向范围 给伞使用者提供了额外的稳定性。
对于可控制从所有方向接近的风的伞盖来说，下部前沿面沿伞盖 的整个下侧周边都是有用的。在空气动力前缘的优选实施例中，下部 前沿面从前部向后部逐渐变细，如1701中所示。这一配置在此称作伞 盖鼻，并且稍后进行详述。
如所定义的，下部前沿面具有向下和向内的倾角，远离顶部平面 并朝向偏转轴线。当下部前沿面具有向下向内的倾角时，暴露在伞盖 外周边处的表面可以是正曲率、负曲率或没有曲率，如1751处所示， 在横截面1753的放大图中，在1755处为正曲率，在1757处为负曲率， 在1759处没有曲率。
1761处显示了具有各种空气动力前缘的四个伞盖实例的横截面 侧视图。在此，每个伞盖视图是纵向平面处的垂直截面。如1763处所 示，在该伞盖的两侧上具有凸状空气动力前缘，其可能围绕整个伞盖 周边延伸。如1765处所示，凸状空气动力前缘的不对称形成显示为具 有正外部曲率，其朝上侧向内向上延伸。如1767处所示，在伞盖上与 空气动力前缘1765隔开的位置处具有向外的陡前缘(类似于传统伞的 陡边缘)。
下部前缘可以在曲率上继续以便重新连接到下侧上，如1769和 1771处所示。通过连接到下侧上，下部前沿面因此起到双表面翼面的 底面的作用。通过将下部前沿面重新连接到下侧上形成的袋与在船帆 上使用的转舵袋或套相似的优点，所述转舵袋或套用于在较低的最终 空气阻力情况下防止桅杆后面的空气回流。在具有弧形双面翼面的所 有相关优点的情况下，将下部前缘重新连接到下侧上还可以促进沿着 下侧的不分开的气流。如1771处所示，空气动力前缘在下面向上通向 具有小负曲率的下侧。
在具有空气动力前缘的伞横截面的第四实例中，上侧1773是完整 双面翼面的第一个表面，所述翼面具有从前缘向后缘延伸的分开的第 一和第二表面。在该实例中，下部前沿面1781在伞盖下面弯曲并且连接到1783处的上侧的相对周边上。该底面形成双表面弧形翼面的第二 表面。该底面具有面向伞盖下方区域和伞使用者的外表面1775,并且 具有面向伞盖1773的下侧1779的相反内表面1777。该底面可通过已 有伞骨构件的延伸部；或通过增加新的伞骨构件；或通过底面周边周
围的上侧张力；或通过增加如翼伞上的进气槽进行膨胀而在结构上进 行支撑。由于具有双表面翼面的空气动力特性，这种类型的伞可以产 生足够的空气浮力和最小的压差阻力以实现伞和飞翼的综合优点。这 种伞翼面可以制造为例如海滩娱乐设施，该设施在其使用者沿沙滩奔 跑产生和承受空气浮力时，使海滩伞的缩放、便携性、结构、可折叠 性以及防晒功能与近空刺激性相结合。
下部前沿面可以锐角彼此连接以形成垂直楔，或沿着弯曲表面连 接以形成平滑过渡。如1791处所示，伞盖1793具有两个连接在单独 的垂直边缘1799处的下部前沿面1795和1797。接近该楔部的空气在 边缘1799的两侧上迅速分开并且根据下部前沿面的特定倾角进行导 向。尽管楔形连接可能在空气被驱动到所述边缘任一侧上时产生一些 围绕偏转轴线的不稳定性，但是通过使空气偏转远离使用者的身体是 有利的。在关于伞盖鼻的部分中将进一步参考本发明描述这类改进的 研究。空气动力前缘可以由连接到已有伞盖伞骨端的延伸部上以与下 部前沿面的内轮廓匹配的织物形成；或通过连接附加的支撑构件以形 成下部前沿面形成；或通过连接例如塑料的自支撑材料的单独的分离 表面形成；或利用相对伞盖之间的张力以将下部前沿面伸展到伞盖下 方区域中形成。
由空气动力前缘和具有隐藏伞骨端点的下方伞骨的相应内曲率呈
的周边情况。该柔软的波状边缘情况具有重要的安全优点，允许伞制 造为在彼此紧密接触行走的城市环境中由儿童和成年人安全使用。
空气动力前缘可以形成有柔性下部前沿面，其能够根据风进行改 变以在伞盖下弯曲。在其表面上没有风的压力的情况下，该自适应下 部前沿面不能与伞盖上侧的周边在功能上区分开。适应风，下部前沿面在伞盖下面弯曲成孤形，起到空气动力前缘的作用。
各种形状的空气动力前缘可以组合。上侧的整个边缘或其选择部 分可以具有空气动力前缘。空气动力前缘可以起到其他作用，例如， 它可以作为沟槽的一部分。空气动力前缘可以使用伞盖材料构造而成， 以便提供带有伞盖的无缝结构。可选地，空气动力前缘可以使用例如 塑料的大体光滑的材料制成以减少摩擦。可以使用胶、接缝或其他连 接方法将空气动力前缘与伞盖相连。
用于非对称空气动力伞盖的背景技术和定义
对伞进行非对称改进存在许多理由。这些理由包括以下事实，使
用者视线面向前方；使用者向前迈步；以及使用者不能像在身前用伞 那么容易地在身后用伞。还需要明确地是，伞使用者在伞使用上进行 了复杂选择。例如，使用者可以根据风雨的方向和速度选择特定的路 径、方向和步速。使用者的选择通常受到伞盖限制的支配，提供保护， 同时允许伞被舒适把持。如果伞在强风情况下难以控制时，使用者选 择朝向特定目的地的安全方向。在伞的使用寿命内，与其他位置相比， 伞更可能在一些位置使用。
因为伞根据顶风的接近被从前向后不对称地使用，本发明考虑改
进的顶风控制。
当使用不对称的伞时，伞盖的左、右侧半部在上方相应地保持在 使用者的左侧和右侧。侧半部典型地设置成与地平面水平。当风或雨 的方向远离顶风冲击改变时，人们期望伞使用者将保持相当均匀的纵 摇和偏转，同时调整横摇和平移，有效地升起一个侧半部并降下另一 个，同时降伞左移或右移。
伞盖鼻
伞盖鼻是空气动力前缘的不对称实例。伞盖鼻是在伞盖前部向内 向下弯曲的表面，连接位于面向平面前部中的伞上侧，并且沿侧半部 的边缘逐渐变细。作为空气动力前缘的不对称的实现方案，伞盖鼻给伞提供了多个
优点。这些优点包括对下侧直接暴露在顶风中的改进的保护；在消除 导致紊流的陡边缘方面改进的向前方向稳定性；在伞盖上面和下面促 进层状气流；以及在很宽的冲击角范围内控制伞盖。所有这些优点使 控制雨伞更为容易。因为使用者不再需要降低伞盖以防止下侧露出， 从而提高了能见度。
伞盖鼻促进了穿过上侧的顶风层流。伞盖鼻可以实现为促进穿过 下侧表面的层流或者可以使空气偏转远离下侧。在任一情况下，在伞 盖下形成空气边界层。该边界层作为虛拟双表面翼面的第二表面，使 气流流线化，同时使风偏转远离直接沖击到下侧上。通过产生与由伞 盖上的空气阻力引起的扭矩相反的扭矩，由穿过伞盖的延伸后部的层 状气流产生的空气浮力可用来减少雨伞柄上的净扭矩。
伞盖鼻为空气动力前缘，形成位于伞盖的最前方区域、面向平面 的前方以及在纵向平面的任一侧上大体对称的凸状锥体、楔部或向内 弯曲的圆形表面。
伞盖鼻具有许多独特的部件。伞盖鼻是位于伞盖前部的空气动力 前缘，提供位于上侧下方的向下向内的倾斜部分。伞盖鼻具有上部前 沿面、前缘边和下部前沿面。图18中的1801、 1811和1821与每个相 应伞盖的相应的顶视图和底视图一起显示了伞盖鼻形状的实例。
如图18中1803、 1813和1823所示，伞盖鼻在位于前部的上侧下 方延伸，向下向内倾斜。每个伞盖的底视图显示了伞盖鼻在1805、 1815 和1825处向内弯曲。每个伞盖鼻沿着侧半部逐渐变细。如1825处显 示的伞盖鼻具有细长的鼻状形状。在伞盖前面形成显著鼻部带给使用 者的优点在于，当风的入射角与伞盖表面的轮廓非常匹配时，可以减 少伞盖前面的压差阻力。从侧面冲击鼻部并且产生空气阻力的风可能 使伞受损，因此必须在伞盖鼻设计中加以考虑。
伞盖鼻形状根据用途可以与这些实例在曲率方面多少有些不同。 传统的伞盖可以受益于具有相对较小向内弯曲半径的伞盖鼻，如1831 处所示。1841处显示了两个非常明显的伞盖鼻侧面形状的实例。伞盖鼻能够引导顶风向上并在上侧上方；和向下并远离下侧；和 横向至两侧，远离位于中心的使用者。尽管增加了面向前方接近的效 果，但是当伞盖暴露在从其他方向吹来的风中时，伞盖鼻可以成形为 只增加可忽略的空气阻力。如先前描述和在图17中的1791处显示的， 两个下部前沿面可以连接以形成楔部，具有与纵向平面平行的垂直边 缘。该楔部重新引导在上侧下面到达伞使用者两侧的风，减少使用者 身体上的空气作用力和最终空气阻力。
如先前对空气动力前缘所描述的，伞盖鼻的前缘边可以提供上部 前沿面和下部前沿面之间的平滑外形。作为另一种可能性，伞盖鼻可 以成形为尖形或圆形鼻部。伞盖鼻的其他可能性在空气动力前缘限定 的范围之内。
当使用者在强顶风中努力保持面向前方行进时，为了提高对伞盖 鼻在冲击角范围内的控制，垂直楔形、水平楔形或圆锥形伞盖鼻通常 通过一些圆形曲率调整，如图18中1825处所示，而不是具有尖锐楔 部或锐利的尖头锥体。
尽管伞盖鼻通常相对于纵向平面对称，但是这也可以改变以便能 够连接偏心伞杆。伞杆和支撑结构可以与伞盖鼻相结合，或者朝伞盖 鼻前部延伸，大体上不累及气流。伞盖鼻可以与伞杆整体形成以进一 步使气流流线化。1851处的前视图显示了具有不对称伞杆的伞盖鼻的 实例。
伞盖鼻可以构造为伞盖材料的无缝延伸部，多种材料的集成，或 者构造并连接到伞盖材料上。伞盖鼻或其一部分可以利用例如塑料的 大体光滑材料构造而成以减少摩擦。
伞盖鼻的空气动力前缘可以沿着伞盖侧面延伸以增强对从平行于 纵轴方向冲击接近的风的控制。该延伸部可以向与伞盖上侧的接合点 逐渐变细。
伞盖鼻上的开口可以使气流进入伞盖下方区域，提供从前向后沿 着用于空气进出的下侧的流线型外形，以便减小伞盖下方区域中紊流 或压力增大的作用。
31伞盖尾部和后缘
伞盖尾部是位于后部中的上侧的一部分。
本发明的伞盖尾部具有多个作用。其主要目的在于保护使用者免 受主要从使用者后面的方向接近的雨滴和风况影响。
伞盖尾部的其他作用在于提高有风情况下的控制。这些作用包括
起到围绕偏转轴线的垂直稳定装置的作用；起到围绕俯仰轴线的水平 稳定装置的作用；当伞盖成形为促进层状气流时起到空气浮力表面的 作用，以便表现为翼面；通过减少上侧的背风侧上的压差阻力和促进 其上的摩擦阻力有利于产生低空气阻力翼面；并且，如果与阻流板结 合层结合进行构造的话，通过促进薄的紊流的未分开空气层可以辅助 产生低空气阻力翼面，如飞盘或高尔夫球上所示的那样。
伞盖尾部的另一作用在于提供用于流过沟槽的水的远程释放位置。
当空气高速穿过尾部上表面时产生的空气浮力的向上力可以在伞 柄上有效产生扭矩，其与手柄上由伞盖上的空气阻力引起的扭矩相反。 手柄上该扭矩平衡的净效果是纵摇稳定性，以替换作用力的名义增大。
伞盖尾部可以是V形，如船壳或倒置船壳，用以提高伞盖围绕其 偏转轴线的稳定性和减少拍打或振动。
如图19中的1901处所示，伞盖尾部1903可以为裂缝或分叉以允 许位于伞盖下面的区域中的气压迅速释放。1905处的顶视图显示了叉 形伞盖尾部，1907处显示了其下侧。
如1911处所示，沿着叉形伞盖尾部的上表面1913流动的雨水可 以通过增加沟槽1915进行偏转以防止进入伞盖下方区域。如顶^L图 1921所示，雨水1923进入沟槽1925并且朝向位于上侧后面的希望的 出口位置1927流动。
如图19中1951和1961处所示的裂缝尾部可以具有如1953处指 出的狭缝或如1963处指出的与重叠的防护片相结合的狭缝。
伞盖尾部可以具有向下的弯曲表面，其延伸远离偏转轴线和伞盖 顶部平面。该向后向下的弯曲部分用于在伞盖后面上产生空气浮力，有助于使伞围绕其俯仰轴线达到稳定。
伞盖尾部可以具有略微向上的曲率，或者包括略微向上的弯曲部 分，用于在空气通过伞盖时作为阻流板，或者有助于使伞围绕其俯仰 轴线达到稳定。
空气动力伞盖外形
为了该讨论的目的，如果伞能设计成减少对穿过伞盖的空气流的 阻力的话，伞为流线形的。使伞盖成流线形的一个方法是使其为泪珠
形，其由平坦或弯曲表面纵向切割；另一种方法是用凸面替换边缘。 这些方法可以结合到具有圆形伞盖鼻的泪珠形伞中。
传统伞的圆顶状伞盖作为非流线体形状在低速空气动力学领域已 知，其由压力摩擦控制并且以高空气阻力低压尾流为特征。具有暴露 的下侧和位于下面的使用者身体的伞不能起到由摩擦阻力控制的翼面 的作用。本发明使用了流线形伞盖形状以克服该问题。同时，本发明 保证伞盖继续提供防止被落下雨滴淋湿的保护。
传统伞和现有技术中的伞具有伞盖形状，其由压差阻力控制，或 者不能采取具有低压差阻力的对风朝向或者在仍然提供免受落雨影响 的保护的同时由摩擦阻力控制。现有技术中的伞不具有穿过整个伞盖 的层状气流，同时起到使使用者免受风雨吹淋的作用。传统的伞促进 了在前缘和顶点处，以及当风向穿过伞侧面的最大范围的后面吹动时 气流的紊流分离。具有大体上平坦伞盖的伞促进了前缘处气流的紊流 分离，并且当伞盖定向为使风横向穿过其平坦表面吹动时，该伞不能 很好地成形为保护其使用者免受风雨吹淋。
本发明的伞盖是泪珠状表面。伞盖沿其纵向平面延伸以提供从前 向后的较大表面积。当空气在上侧上方高速流动而不是经过伞盖下方 区域时，延伸的伞盖起到翼面作用。远离上侧表层的气流分离(尤其 是当空气从伞盖前部向后部流动时)被本发明的形状大大降低。伞盖 还具有泪珠状周边，进一步减少了位于伞盖侧面的最宽范围的后部的 气流分离。包括本发明伞在内的伞的主要目的在于保护其使用者免受接近的 雨滴影响，并且使从任何可能方向接近伞盖的风的流动成流线形。最 大宽度的伞盖弦长、长度和高度之间的关系必须进行调整以满足这些
目的。尽管低气压翼面可以具有其弦长的大约15%的最大厚度，但是 如果限定了这种外形的话，伞将是难以控制的。 示例性流线形伞盖可以具有下列特征
伞盖为细长的，对称于纵向表面，并且具有大体上凸形的上侧。 如从顶视图或底视图伸出的伞盖周边外形为泪珠形的，具有从位 于伞盖尾部的第一点延伸，沿着后部的一侧，沿着侧半部，向着前部， 沿着相对的侧半部，并且回到后部的连续曲线，以便在伞盖尾部上重 新连接到第一点上或与其相对。伞盖前部的外形(限定了泪珠的最宽 部分)具有从宽度弦的一侧向另一侧的正曲率。后部的外形变平，或 者具有可以忽略的正或负曲率。使侧半部合拢的伞盖后部近似为尖锐 或相对狭窄的尾部。限定了伞盖上最宽点的宽度弦与伞盖的最前点隔 开纵向弦长度的25%到40%。图20中2001处显示了该范围实例。从 宽度弦2005到前点2007的距离2003至少为纵向弦长度2009的25% ， 至多为40%。
从伞盖顶点到纵向弦上最近点的距离(限定了伞盖最大高度的弦) 为纵向弦长度5%到25%。 2011处显示了该范围实例。伞盖高度2013 为纵向弦长度2015的至少5%，至多25%。
最大伞盖高度的弦的底部与纵向弦上的最前点隔开纵向弦长度的 25%到40%。 2021处显示了该范围实例。
从最大伞盖高度的弦底座2025到前向点2027的距离2023为纵向 弦长度2029的至少25% ,至多40%。
对于与纵向平面平行且与伞盖相交超过一个点的平面来说，限定 了横截面最大厚度的垂直弦与弓形段最前点隔开该弓形段纵向弦长度 的25%到40%。 2031和2041处显示了该范围实例。平面2033与纵 向平面2035平行，并且与伞盖相交于弧形横截面2037。在2041处， 平面2035和弓形段2037由平面2043和弓形段2045表示。从横截面高度2049到前点2051的距离2047为弓形段纵向弦长度2053的至少 25%，至多40%。 一些横截面，尤其是位于伞盖最远侧的横截面不能 满足该规格。
伞盖的泪珠形状可以由代替平面的曲面所限定。例如，伞盖2061 如图所示由侧边2063限定。该伞盖具有如横截面2071处显示的侧面 外形，具有从前向后弯曲的侧边2073,纵向弦2075和顶点2077。在 上述伞盖实例中，伞盖的最宽区域和顶点都位于纵向弦的前端。
空气阻力流线形伞盖形状产生了泪珠形横向外形和半泪珠形侧面 外形。人们认为该伞盖形状的细长尾部可以抑制低压尾流的产生，该 低压尾流通常与和低到中速顶风相互作用的非流线体相关。泪珠形状 促进了穿过上侧的层流。因此，在某些风况下，该上侧上方的气流将 由摩擦阻力控制。泪珠形状还可以通过增加伞盖鼻、裂缝尾部和其他 改进进一步补充和流线化。
自适应伞
伞盖可以设计为使其形状改变以对付具有变化作用力和方向的 风。这种伞在下文称作自适应伞。如同传统伞一样，自适应伞的主要 目的在于遮挡风雨。如同此处讨论的其他空气动力伞的改进一样，自 适应伞的其他目的在于通过提供低空气阻力形状提高控制和稳定性。
自适应形状具有多个优点。主要优点在于该伞与非柔性伞相比呈 现低空气阻力形状。另一个优点在于，由于自适应形状在使用者周围 适于保护使用者身体，从而提高了对雨水的遮挡。另一个优点在于， 由于该伞的关节式或无定形结构的原因，从而形成具有优异折叠和储 存性能的非对称低空气阻力伞。
提供在此描述的自适应伞的不同方法可以单独使用或彼此结合使 用，以及与例如空气动力前缘或阻流板的其他改进措施结合使用。
压力关节式伞
压力关节式伞具有伞盖，其在大体上与面向平面平行的弓形段内
35关节联接。当使伞的主要功能保持为防雨时，该弓形段响应压力而弯 曲以产生比固定伞盖低的空气阻力的形状。关节式伞盖具有两个或以 上的弓形段，其通过相应系列的柔性接头、铰链或提供弓形段的独立 关节的其他类似装置在前面或后面连接。伞杆固定到弓形段之一上， 该弓形段称作头部弓形段。在头部弓形段的后面，伞盖具有一或多个 尾部弓形段。在头部弓形段前面，伞盖具有一或多个其他弓形段，其 作为头部的延伸部分用于关节连接，或者向内弯曲作为空气动力前缘。 除了头部弓形段和至少一个其他头部或尾部弓形段之外，伞盖可以具 有一或多对对称的侧部弓形段。
弓形段之间的接头是防水的，使得雨水不能进入伞盖下方区域。 接头可以由覆盖弓形段的织物延伸部，或者折叠为褶状的织物的增加 部分制成防水的。可以使用弹性织物伸展穿过接头。可选地， 一个弓 形段的延伸部分可以与连接部分重叠以便产生防水接头。
在压力关节式伞的一个实施例中，伞盖形状类似于穹状曱壳和马
蹄蟹的关节外壳。如图21中2101处所示，头部弓形段2103包括伞盖 的前部，并且在铰链接合处2107连接到尾部弓形段2105上。伞杆固 定到头部弓形段上。在静止的天气条件下，该实施例的关节式伞可以 类似于通常保持为与地平面对准的传统伞。如2111处显示的顶风情况 下，使用者能够通过朝向接近的风倾斜伞杆来降低头部弓形段2113。 与空气动力压力相对应，尾部弓形段2115保持与地平面对准。当使用 者免受落下雨滴影响时，该伞盖尾部上的最终空气阻力低于传统伞。
在本发明伞的另一实施例中，如2121处所示，伞盖关节连接为多 个弓形段，包括前头、头部，中间弓形段和尾部弓形段。如2131处所 示，前头2133能够向下向内弯曲以形成空气动力前缘。尾部弓形段 2135能够向下弯曲以保护使用者后面，同时使使用者身体周围的气流 成流线形。在这些实例中的每一个中，由于特定弓形段上的重力或空 气动力压力产生弯曲。可以使用一系列弹簧在无压力和完全压力状态 下提供足够的阻力。使用 一组止动件限制每个弓形段的关节联接。
弓形段的尺寸和数量可以足够多，从而大体上不能与能够从前向后弯曲的平滑连续的波状表面区分开。2141处显示了无风情况下的平 滑压力关节式伞盖的实例，2151显示了暴露在顶风中的实例。
手动关节式伞
本发明的伞在使用一或多个从前向后的独立铰接弓形段时类^f以于 压力关节式伞。手动关节式伞与压力关节式伞的不同之处在于，在伞 柄处提供手动控制以使一系列弓形段伸出、缩回或变形。
用户接口设置在手柄上，或者提供为推动或拉动弓形段到特定位 置处的机械缆索或杆，或者使用电气或其他连接方式使弓形段伸出或 缩回。
在本发明伞的一个实施例中，手动控制提供为使伞盖鼻的曲率变 形。该伞对于例如奔跑者来说是有用的，该奔跑者对动力调整伞盖外 形和最终空气阻力感兴趣以便锻炼腿部肌肉。
伞盖形状的手动关节联接可以根据迫近的空气动力期望使用，而 不必是立即响应。手动关节式伞盖的使用者能够在特定天气情况的预 期下改变和保持伞盖形状。
一或多个关节联接弓形段的缩回和伸展可以提供紧凑缩回、忻叠 储存以及伞盖快速展开的额外优点。该弓形段缩回和伸展可以通过增 加通常用于弓形段结构伸展、折叠和缩回的弹簧加载的张紧器或其他 装置自动执行。自适应伞当然可以具有一些手动关节联接的弓形段， 和压力关节联接的其他弓形段。
自适应无定形伞
自适应无定形伞(此处称作"AAU")根据从各个方向偶然接触其 表面的气压改变形状。AAU的作用在于提供充分地遮雨保护，同时在 有风情况下更容易控制。通过将伞盖形状改变成比阻性伞盖具有更低 空气阻力的形状而实现稳定性。
AAU使来自任何方向的风改变伞盖形状以便与风向小范围内对 准，产生具有低压差阻力和能够保护伞使用者免受落下雨滴影响的伞盖形状。
AAU伞盖的表面具有不同的耐压性，其能够使伞盖根据风改变形 状。在静止的天气情况下，AAU可能类似于传统的伞。在有风情况下， 伞周边弯曲，产生具有低压差阻力的狭窄的流线形形状。通过利用伞 盖材料的向下延伸部进行弯曲，周边的变形可以增强对落下雨滴的遮 挡。
当空气动力施加到AAU上时，伞盖上的风向动态确定伞盖头部、 侧部和尾部。伞盖迎风侧上的部分是头部，背风侧上的部分是尾部。 当空气动力作用在具有伞盖的中心偏转轴线的伞盖轴外时，AAU的优 点在于，其头部正曲率增大，并且其顶点沿与作用力相反的方向向外 延伸，侧部朝向AAU中心收缩，尾部沿作用力方向向外向下延伸。 最终的狭窄形状有效地重新引导伞盖周围的空气，产生具有低压差阻 力的形状。
AAU包括抵抗空气动力的不变形区域和能够在柔和、中速风情况 下改变形状的可变形区域。这两个区域共同作用以产生希望的AUU 形状。重要的是注意到，不变形区域和可变形区域限定为包括伞盖表 面和支撑结构。AAU受益于具有伞盖鼻或沟槽。重要的是注意到，伞 盖鼻是与AAU的不变形区域明显分开的发明。AAU可以在其顶部具 有不变形区域，在其周边具有明显分开的伞盖鼻。伞盖鼻可以发生变 形，同时保持空气动力前缘的优点。AAU的优点在于，它能够与风强 度成比例地增加其头部顶点处的正曲率。如图22中2241处的顶视图 所示，风2243以大体上平行于伞盖顶部平面的角度接近AAU。风向 限定了头部2245、侧部2247和2249,尾部2251和不变形区域2253。 该伞顶视图几乎与图5中561处的传统伞相同，突出之处在于，AAU 伞盖形状可以类似于无风情况下的传统伞盖。
当如2255处所示，风接触AAU伞盖时，侧部2257和2259收缩。 头部2261的表面正曲率增大以产生凸面，并且其顶点指向接近的作用 力。尾部2263也以正曲率增大以产生凸面，并且顶点指向顺风。不变 形区域2265不改变其形状。最终的形状与传统伞相比具有更低的压差阻力，在一些情况下，形状的摩擦阻力控制性高于其压差阻力。
AAU的不变形区域具有与传统伞盖相同或更大的风阻。不变形区 域的目的在于限定了伞盖下防风雨的最小包围区域，其能够在最恶劣 的天气情况下起作用，在柔和和中等情况下由可变形区域提供附加保 护。不变形区域可以具有不对称形状，但是倾向于圆形，并且通常大 体上小于传统伞盖。在AAU的优选实施例中，不变形区域为圆形的， 直径近似等于一般使用者的肩到肩宽度。
伞杆通过直接连接或通过经由固定到不变形区域上的伞骨和支柱 的连接固定到不变形区域上。
不变形区域过渡到可变形区域。可变形区域包括位于不变形区域 外面的伞盖区域，和与该伞盖区域整体形成的任何支撑结构。在无风 情况下，可变形区域中的伞盖充分延伸以免受从AAU四周落下雨滴 的影响。在该状态下，AAU可能类似于传统的伞。当AAU遇风时， 包括伞盖和相应支撑结构的可变形区域改变形状。风向限定了伞盖头 部、侧部和尾部，如已经描述的那样。侧部和下面的支撑结构收缩， 使它们与风对准。头部顶点正曲率增大并逆风延伸。尾部顶点正曲率 增大并顺风向外延伸。
为了保证充分地遮挡风雨，可变形区域具有变形范围和最大变形 状态。这些性质限定了 AAU在中等和恶劣天气条件下有效使用的能 力。
在恶劣天气条件下，可变形区域形状受到最大变形状态的限制。 最大变形状态使可变形区域的侧部大体上不收缩以便与使用者形成接
触。最大变形状态可以由伞盖和下面的支撑结构的抗风性形成；或者 通过将固定的机械限位器加到伞盖和下面的结构上而形成；或者通过 增加限制最大变形的部件而形成。
可以根据风向和风强度预计到变形范围。可变形区域必须具有相 当大的弹性以便不容易变形到最大变形状态或者使伞盖非受控地隆 起、振动或拍打。可变形区域具有弹性，能够使其形状发生与风强度 成比例的形状变形。
39可变形区域的变形能力可以通过下列手段实现，即利用具有变化
弹性的伞盖织物；或者通过使用具有变化厚度的伞盖织物；或者通过 下面的伞骨构件的强度变化；或者通过增加或消除伞骨以改变伞盖支 撑强度；或者通过使用具有非常规中心轴的传统伞骨，其允许横向伞 骨围绕偏转轴线移动。
可变形区域可以利用与柔性伞骨一起的传统伞骨的组合构造而 成，所述组合在沿着每条伞骨的一或多个位置处使用铰链或类似的柔 性接头，所述伞骨从不变形区域的阻力区域向外延伸。这些柔性伞骨 允许伞盖变形，和恢复到原来形状。
可选地，可以在没有从中心轴发散伸出的伞骨的情况下支撑伞盖 的可变形区域。可以使用具有足够强度的伞盖材料以保持形状和希望 的弹性。 一或多个环形伞骨构件类似于圏环裙或裙环的同心环形肋部， 或者可以使用该环形伞骨构件以提供支撑结构。作为附加的优点，环 形伞骨使伞盖能够变平为用于储存的大体上平坦形状。椭圆环或弯曲 骨(例如用于给法式撑裙或转鼓裙提供支撑结构的那些元件)可用于 在静止天气情况下非对称的AAU。
AAU可以使用除了传统伞骨和支柱之外的结构构件构造而成。在 图22中2271处的AAU伞盖底视图中显示的一个可能实施例中，不 变形区域2273利用从顶点发散伸出的阻力杆2275形成以支撑在顶点 周围形成的小的阻力圆环形伞骨。可变形区域2277利用缝合到伞盖表 面中的四个柔性环形伞骨2279形成。这些环形伞骨具有比不变形区域 环形伞骨更小的强度。如2281处所示，当风2283接触伞盖时，可变 形区域迎风侧上的伞盖和柔性环部围绕不变形环2285压紧，与顶点 2287处具有较大正曲率的表面相一致。在该实例中，压缩环回复力上 的伞盖织物张力保持形状。
图23中2321处伞盖底视图中显示了对图22中2271处实施例的 AAU的可选构造。在该实例中，四个同心环形伞骨2323通过交错的 短伞骨2325彼此连接。带2327连接在不变形区域环和最近的环形伞 骨之间。每个短伞骨连接到外部环形伞骨和内部环形伞骨上，两端固定。在松弛状态下，短伞骨作用在于保持所述环之间的固定距离。带 是弹性的，并且在无风情况下的作用在于使不变形区域返回到中央位 置。带在有风情况下具有可以忽略的作用。在风中，短伞骨调节环之 间的最小和最大距离。人们期望，环形伞骨具有从顶部到周边减少的
强度。短伞骨在其与不变形区域隔开时抵抗强度也降低。如2331处所 示，该AAU在风中起到与图22中2281的伞类似的作用，并且具有 由短伞骨增加的结构完整性。2341处显示了该AAU不带伞盖情况下 的结构侧视图。
图23中2351处的伞盖下方区域的底视图中显示了 AAU的优选 实施例，在2361处的侧视图中，伞盖拉回以露出伞盖下方区域。在该 类型的AUU上，伞盖具有延伸到伞盖周边的伞骨2363和2353。 2371 和2359处显示的支柱从伞杆延伸到每个相应伞骨上的中点。在顶点 2365和接近与支柱连接点的点之间，伞骨形成限制在2373处的大体 上抵抗的不变性区域，在2357处也可看到。当伞骨从其悬臂点向外延 伸时，它们在空气动力与伞盖相互作用时增强了弯曲和位移的能力。 许多变形控制杆2367和2355从2369处的伞盖伞杆上的中心轴发散伸 出并且延伸到位于可变形区域中的伞盖下侧。变形控制杆可以与下侧 形成接触但是不固定到其上。
如2411处放大图中显示的，示例性变形控制杆具有封闭外壳 2413。在如2421处显示的变形控制杆的视图中，外壳2423的表面去 除并且露出内部。
变形控制杆包括活塞2425;在位于活塞任一端处的相应轴上自由 旋转的轮2427和2429;自由位于活塞上的弹簧2431;固定到活塞上 的弹簧止动件2433和活塞止动件2435;指状物2437是位于外壳内部、 一端固定到该外壳上并且在面向活塞的端部具有凹形尖部的杆；支撑 杆2439，其一端固定到外壳上，相对端固定到伞盖伞杆或伞盖伞杆上 的轴上，如2361中AAU上的2369处所示。外壳2423具有开口 2441， 活塞穿过该开口进入内部区域。外壳形成用于活塞自由缩回、容纳的 封闭空间。在无风情况下，变形控制杆处于平衡状态。在该状态时，弹簧2431 充分伸展并处于平衡。活塞2425充分延伸到外壳以外并且通常与指状 物2437同线。轮2427与AAU的下侧相接触并且沿下侧自由滚动。
如2451处所示，当向内力2453施加到与指状物2457同线的活塞 2455上时，指状物防止了活塞在2459处进入外壳。如2461处所示， 当向内力2463沿偏离于指状物2467轴线的方向施加到活塞2465上 时，活塞在外壳开口 2469处进行杠杆作用，避免了与指状物接触并且 推入外壳中。如2471处所示，弹簧2473在向内力2475驱动活塞2477 进入外壳时压缩。当向内力2475减小时，弹簧2473将活塞2475推回 其平衡状态。
如2421处所示，轮2429减少了活塞和指状物之间的摩擦，允许 偏离活塞轴线的作用力使活塞滚动远离指状物的中凹尖部。轮2427 通常与下侧相接触并且沿下侧表面滚动。在有些情况下，例如当伞盖 背风面部分由作用在迎风侧上的空气动力顺风推动时，位于背风侧处 的下侧与最接近变形控制杆的活塞轮临时分离。
变形控制杆的主要目的在于限制伞盖迎风部分顶点处的向内变 形。如2481处所示，变形控制杆2483与空气动力2485的方向最接近 地对准，并且由于其活塞与其相应指状物对准而限制了压缩。例如变 形控制杆2487的其他变形控制杆接收作用在其相应活塞上的向内力， 所述活塞与相应的指状物不对准。这些变形控制杆的活塞向内推动。 在如2489处显示的伞盖的背风面部分上，下侧与变形控制杆2491脱 离接触。不变形区域2493的形状在无风情况下保持其原始形状。
当伞盖的向内变形受到迎风部分顶部处的一或多根变形控制杆限 制时，伞盖形成尖形。当相应的变形控制杆接收作用在其相应活塞上 的向内力时，伞盖侧部向内压，所述活塞偏离相应的限制指状物的轴 线。伞盖的背风面部分为顺风细长的，不受最接近的变形控制杆影响， 也不被其触及。
在无风情况下，可以区分出AAU的不对称区域以描述在所有风 况下有用的不对称改进。例如，头部和尾部的识别允许加入沟槽、伞盖鼻和其他不对称改进。尽管AAU受益于其适应从可能方向接近的 风的变形能力，但是AAU可以具有沿其纵轴不对称的变化。例如， AAU可能具有位于伞盖前部的偏心的不变形区域。
伞杆增强装置
由风施加到传统伞上的作用力压缩伞杆，所述风大体上迎面冲击 伞盖并且由伞使用者在手柄处克服。传统的管状伞杆通常非常适合于 吸收压缩力。
因为风经常以与伞杆成锐角的角度与伞盖相互作用，所以扭力施 加到伞杆上。扭矩在最接近伞盖顶部的伞杆端部上进行杠杆作用，并
且必须在手柄端部上抵抗。如果伞杆不能抵抗或弯曲的话，沿伞杆的 杠杆作用力的支点(例如位于伞杆和手柄接合点处或者位于伞杆和支 柱之间的接触点处)易于受损。
伞杆的显著弯曲是不希望的，因为人们希望伞盖用于保护使用者， 而不是摆动或离开使用者。为此，传统的伞杆构造为提供尽可能大的 抵抗强度，同时确保伞杆重量轻并且易于控制。
因为伞杆的抵抗强度通常在中速风情况下不能吸收杠杆作用在其 上的作用力，使用者必须在不使伞杆弯曲或断裂的情况下小心控制施 加给手柄的力的大小。当使用者松开在伞杆上的作用力时，可能累及 防止使用者被雨滴淋湿的伞目的，或者在最坏的情况下，伞盖下侧可 能无意中暴露在风中。
为了控制伞盖上的作用力，伞使用者会努力握住最接近支柱的伞 杆的上部区域。在该点处，压力中心和握紧点之间的力矩臂变短，从 而使扭力减小。
可以进行伞杆改进，包括增大弯曲强度或抵抗强度；增大手柄端 部处的抵抗强度；通过使用变短的伞杆减少杠杆作用；附加的伞杆； 和附加的支撑结构元件。为了减少扭力，伞杆可以沿最好与期望施加 到伞杆上的作用力对准的方向倾斜。期望作用力的矢量可能考虑用于 给定风况、空气浮力和伞盖重量(干、湿)的预期风速、风向、伞盖形状和最终空气阻力。
为了说明目的，如图25所示的伞2501具有显著的鼻部，为奔跑 者设计为克服强劲顶风的作用。垂直伞杆2503与作用力2505偏轴设 置。作用力2505因此杠杆作用为位于手柄上相对作用力点处的扭力 2507,并且必须由如2509处显示的使用者手腕所克服。如2511处所 示，管状伞杆2513的倾角位于带有作用力2515的轴线上。作用力2515 因此表示为手柄处相对点上的向下压力2517，并且由2519处显示的 推力平衡。对于给定条件来说，适应各自的作用力2515和2505,伞 杆2513优于伞杆2503。
当然，适于一个特定方向或伞杆压力强度的伞杆不是极为有效。 对预期作用力，例如基于伞使用者在顶风中行进痺性的期望作用力的 理解，或者特别为行人制造的伞必须给设计方案提供信息。
在温和天气情况下，当伞重量是主要因素时，使用者期望伞围绕 其手柄实现重量平衡。手柄应当沿与地平面垂直并与伞重心相交的轴 线定位。在该轴线上的任一点处握紧，伞得以平衡并且只对使用者手 腕施加可以忽略的扭矩。
除了平衡以外，也必须考虑人体工程学期望。位于使用者手上的
传统伞柄与保持在使用者头顶上方的伞盖隔开。如该部分先前所描述
的，靠近伞盖压力中心定位的手柄可以通过减少扭矩提高稳定性。这
种手柄位置与人体工程学期望冲突，并且在中等或恶劣天气情况下不
一定与期望的作用力中心相符。
显然，对伞杆和手柄设计的改进必须解决用于静止天气情况的期
望、用于有风情况下的作用力期望以及用于舒适目的的人体工程学期 望之间的平衡。对于伞，其中该伞具有主要适合于解决作用在其伞盖 表面上的强空气动力的伞杆和手柄来说，可以整体形成有用于在静止 情况下平衡伞盖的辅助伞杆或手柄。该辅助伞杆可以具有比主要伞杆 更小的强度。可选地，该辅助伞杆可以具有足够的强度并且连接到主 要伞杆上，从而提供用于不同于期望情况的风况的杠杆作用力。
两个接触点(一个提供无风情况下的重力平衡，另一个提供有风
44情况下的作用力优点)可以由单个手柄、枢转轴和锁定机构，或者类 似地可调整手柄重新定位和锁定系统提供。这种手柄可以锁定在两个 位置之一处或旋转以提供位置范围。
对于希望平衡作用在伞盖表面上的各种不对称气压的伞来说，主 要伞杆可以提供作为控制点的许多手柄。为了改变反力的作用点，这 些手柄可以由一系列次要伞杆偏移。
对于希望平衡各种不对称强气压的伞来说，所述多个手柄适于由 多只手使用，或者由肩部或其他身体部分的辅助使用。
现 有 技 术 ( Sefton ,
http:〃www.newhousenews.com/archive/sefton060903.html)教授了为
多使用者提供保护的伞。本发明可以使用用于多使用者的多个手柄或 其他控制点。
对于具有围绕其伞杆径向对称的伞盖的传统伞来说，伞杆上的扭 力可忽略不计。对于可能经受围绕偏转轴线推动伞盖的作用力的不对 称伞来说，必须考虑扭转强度。美国专利5,642,747教授了一种围绕中 心轴枢转的不对称伞盖，其使用稳定装置保持面向前方的方向。
手柄和伞杆，伞杆和伞盖，伞杆和支撑结构，以及支撑结构和伞
盖之间的接头都允许一定的弯曲以吸收伞盖上的作用力。可以增加弹 簧或类似柔性部件产生这些柔性接头。围绕偏转轴线的弯曲或扭转能 够使伞利用顶风方向的略微改变进行自动校准。在不持续的阵风中， 柔性系统能够使伞盖稍加移动，并且随后返回到通常面向前方的方向。
曲线形伞杆非常适合于不对称的伞盖形状。曲线形伞杆非常美观， 补充了曲线形伞盖的轮廓。曲线形伞杆的优点还在于它能够定位成不 与使用者千涉。使用者的上半身和头部完全遮挡在下侧区域中。
曲线形伞杆在力分布方面实现了一些机械优点。如图25中2521 处所示，因为曲线形伞杆可以弯曲对准手柄和伞盖鼻，可以比通过一 系列笔直伞杆、杆和支柱更有效地沿其曲线分布作用力。此外，与伞 盖上的中心立柱整体形成的曲线形伞杆可以通过从手柄到后缘的其他 作用力优点。手柄和伞杆之间的接头可以得以增强，并且可以整体形成为一个
功能单元。因为曲线形伞杆下部可以接近类似于使用者小臂的倾角， 存在该伞杆部分的笔直延伸部分以使用前臂在手柄上施加杠杆作用 力。该伞杆的前臂部分可以装饰、加宽或加垫以增大其与使用者前臂
的接触面。如2531处所示，前臂延伸部和前臂把手加到2533处的曲 线伞杆，并且显示于2541处的放大图中。
伞杆和支撑结构之间的接头可以类似于传统的伞，具有提高从伞 盖表面的力传送的支柱。对于不对称伞盖来说，这些支柱可以在形状 和长度上彼此不对称以与伞盖上的期望压力相符。
尽管现有技术教授了通常使用伞杆推动伞盖、或伞杆后面的伞盖 部分，伞的优点在于具有大体上拉动伞盖的伞杆。通过改变伞杆和伞 盖之间的朝向，伞杆可以与伞盖鼻更紧密地整体形成。伞杆拉动的伞 盖的进一步的优点在于，伞盖的支撑结构从传统的压缩型系统转换为 延伸型系统。在曲线伞杆的优选实施例中，伞杆弯曲成符合伞盖的曲 率，并且连接到具有相配合曲率的伞骨上，所述相配合曲率沿伞盖延 续到其后缘。当连续曲线2553由伞杆和中心伞骨连接而形成时，如图 25中2551处显示的伞盖显示了这种立柱。
在曲线伞杆和立柱的第二实施例中，伞杆顶部在伞盖鼻前面延伸， 并且连接至沿着位于伞盖的外部暴露表面上的上侧持续延伸的伞骨。 在该实施例中，附加伞骨还可以沿暴露的上侧延伸，使下侧不具有任 何结构负担。如2561处所示，曲线伞杆2563和立柱2565在伞盖鼻 2567和上侧2569的外面延伸。在该实例中，立柱2565通过一系列例 如以2571显示的织物环和织物袋2573连接到上侧2569上。
伞杆、立柱或成对伞杆和立柱的组合可以收缩，并且可以使用传 统的方法4斤叠和打开。
伞杆可以是空心的，允许伞盖和伞骨的手动或弹簧加载的缩回、 储存和展开。
伞杆可以通过枢轴或类似的旋转系统连接到伞盖鼻上，所述旋转 系统通过将伞杆和伞骨旋转为单个压缩的曲线形而使伞能够折叠。伞杆可以是锥形管，其在手柄端部处具有最大直径，在伞盖端部 处具有最小直径。该锥形形状允许增大伞盖处的曲率，并且在最接近 使用者胳膊处具有最小曲率。
伞杆可以容纳机械控制装置，其与使用者通过手柄相互作用，用 于使伞盖纵摇、横摇和偏转，同时保持固定的伞杆和手柄位置。
支撑结构增强装置
伞的伞骨提供沿其伞盖表面的支撑结构。支柱通过减少伞杆顶部 上的扭矩，从伞盖向伞杆分配作用力，增大每个伞骨的梁强度以及缩 短每个伞骨的悬臂长度来提供强度。此处公开的伞盖可以使用伞骨和 从伞杆发散伸出的支柱。可选地，伞盖可以使用许多从滚动轴线的前 方区域沿着后部中的伞盖边缘向远点延伸的伞骨。在空气动力学领域，
沿空气动力绕流体的纵向长度延伸的伞骨称作纵梁。如图26中2601 处所示，纵梁2603连接到伞杆2605上，并且从前部2607向后部2609 延伸。 一组类似的纵梁显示为具有2611处的附接伞盖。
纵梁可以前后连接。如2621所示，纵梁从前部2623向位于后部 2625的连接点延伸。 一组类似的纵梁显示为具有2631处的附接伞盖。
因为纵梁可以在曲率上彼此相似，它们可以一起折叠为一体组。 为了辅助折叠，纵梁可以连接到位于伞盖前方的轴上，纵梁能够围绕 所述轴枢转，在伞打开时舒展开。伞杆可以连接到轴上。可选地，一 体的纵梁可以缩回到中空伞杆中。第二轴可以位于伞盖尾部上，每个 纵梁的端点连接到该轴上。
为了增大纵梁的跨距，可以在中心纵梁或立柱的任一侧上使用一 或多个横向伞骨。这些横向伞骨可以通过与立柱相连，铰链旋转到位 并且通过织物张力或其他锁定装置保持就位而缩回、折叠和展开。
伞盖织物可以用来限制包括纵梁的普通直伞骨的延伸，从而提供 足够的张力以限定伞盖形状并限制这些伞骨的运动。通过分配作用在 伞盖和下面的支撑结构上的空气动力，伞盖织物上的张力使伞变得稳 固。当伞盖织物张力放松以便缩回伞时，伞骨可以弯折到大致笔直形状以便易于归组、折叠和缩回。当伞盖张力在伞张开期间增大时，伞 骨受迫达到希望的曲率和希望的张力。
缝合到下侧上且大体上垂直于下侧表面的织物横截面件可以用作 张紧装置以限制伞盖侧半部之间的延伸，提供结构强度并限定希望形 状。与垂直于下侧表面的纵向平面平行延伸的织物张紧装置限制纵向
变形。2641处显示了一组这样的张紧装置，每个张紧装置沿相应的纵 梁连接。
与垂直于下侧表面的面向平面平行延伸的织物加强件限制横向变 形。如2651处所示，织物加强件2653延伸穿过一组纵梁，准备连接 伞盖。
位于下侧区域中的织物张紧装置由伞盖表面防护，以便限制对空 气动力的直接暴露。
尤其是先前描述过的自适应、无定形的伞可以受益于非常柔软的 支撑结构。举例来说， 一或多个螺旋伞骨可以提供从顶点到外部伞盖 周边的希望的阻力下降。螺旋伞骨可以从伞盖上的中心点，例如顶点 发散伸出，从而提供用于整个伞盖的结构。可选地，螺旋伞骨可以从 限定顶点的抵抗区域的外部周边发散伸出，或者它们可以从一 系列传 统的短伞骨的向外尖端发散伸出，从而提供用于接近周边的伞盖剩余 部分的支撑结构。螺旋伞骨从中央位置向外螺旋，使伞盖能够容易地 变平以便储存或其他用途。
图27中2701处的下侧视图中显示了具有螺旋伞骨结构的伞的实 施例。单螺旋伞骨构件2703从伞盖顶点2705向外伸出，围绕伞盖并 且延伸至2707处最大向外伞盖延伸部分的周边区域。伞盖能够变平， 如2711处透视图所示。2721显示了展开的伞盖，其中其单螺旋伞骨 与伞盖周边形成接触。螺旋伞骨的类似弹簧的性质使其尤为适合于形 成AAU的不变形区域。
2731处的底视图显示了具有螺旋伞骨的伞的第二实施例。在此， 如2733处显示的螺旋伞骨连接到如2735处显示的一组传统的短伞骨 的端部上，并且延伸到伞盖周边。该伞盖的螺旋伞骨能够使其变平以便储存，如2741处透视图所示。在2751处该伞盖的侧视图中，可以 看出，螺旋伞骨在2753处伞盖的最外侧周边处向内弯曲，使伞盖织物 具有形成伞盖鼻2755的结构。
空气动力伞盖(尤其是从前到后不对称的伞盖)可能需要多个伞 杆、杆、伞骨、纵梁、手柄和其他支撑构件，上述元件在张开期间、
使用以及作为对伞盖使用者的相互作用期间共同或单独起作用。在不 脱离此处描述的发明范围的情况下，可以增加这些部件。
组合伞
此处描述的对伞盖、伞杆和支撑结构可以不同的方式在改进伞的 不同实施例中组合。图28显示了一个有用的改进组合。伞沿其纵向平 面为流线形。如横截面侧视图2801所示，与纵向平面平行的横截面 2803及其他横截面符合为空气动力伞盖外形制定的规范。
如2811处的侧视图所示，空气动力伞盖外形经受2813处的顶风。 如描述气流的箭头所建议的，伞盖在某些顶风情况下由摩擦阻力控制。 遇到伞盖鼻的空气沿伞盖的波状外层流动，在上侧上方以层流方式继
续并穿过尾部。圓形伞盖鼻和流线型尾部防止气流分离远离伞盖表面， 防止前缘处的紊流分离和在伞盖后面形成低压尾流。引导沿伞盖鼻的 下部前沿面流动的空气远离伞盖下方区域。
重要的是注意到，尽管2811处显示的伞盖外形在顶风情况下有 效，但是也可以为侧风或顺风精心设计。从侧面观察，伞盖具有非流 线体的、塌鼻的前部和延伸的尾部，横截面为泪珠形状。在侧风情况 下，当由非流线形头部上的空气阻力引起的扭矩被由延伸的尾部上的 空气阻力引起的扭矩平衡时，偏转轴线上的扭力降至最小。尾部为细 长且略微向下弯曲的，较传统伞而言更适合于在顺风情况下保护使用 者。尾部变平，防止下侧受到俘获空气的影响，并且防止下侧受到由 气压增长引起的潜在损坏。如2821处侧视图所示，该特定的组合伞具 有与伞盖偏转轴线同线并且连接到伞盖顶点上的伞杆。该组合设计包 括硬沟槽2823，以向尾部输送雨水。微沟槽系统2825是细密的肋状表面，其在顶风情况下使用空气动力向上和朝向硬沟槽推动落到伞盖
最前部上的雨滴。具有下部前沿面2827的伞盖鼻提供了许多优点。在 顶风情况下，用户能够在纵摇和横摇位置范围内使伞定位，而不会使 伞盖下方区域暴露给气压的积聚之下。伞盖鼻还引导空气远离下侧以 减少使用者上半身上的压差阻力。如在先相对于实例2811所描述的， 伞盖鼻还通过防止空气的紊流分离而易于控制伞盖，所述空气的紊流 分离通常与面向空气动力沖击的传统伞的陡前缘相关。
如2831处伞下侧的视图所示，该组合伞具有类似于传统伞结构的 伞杆、伞骨和支柱结构。在此，伞骨从顶点向其不对称伞盖的周边延 伸。2833处可以看见伞盖鼻的下部前沿面。与典型地具有从其顶点发 散延伸的弓形段的传统伞不同，该伞盖具有从鼻部向尾部延伸的织物 伞盖弓形段，如具有图案的织物弓形段2835所示。鼻部到尾部面板的 使用减少了制造高度流线形状所需的弓形段和接缝的总数量。
该组合伞具有不对称的手柄，带有人体工程学把手，其保证了舒 适度，同时有助于使用者保持前向的伞盖方向。利用不对称手柄，使 用者能够在不抬头看伞盖的情况下使伞定向。手柄还可以包括分度指 状物触发器，传统的拇指触发器，或者具有内触发器的可压缩橡胶把 手，以便启动自动打开或闭合机构。
结论
前述详细说明已经向本领域技术人员公开了如何制造和使用本发 明伞，并且还公开了目前为制造和使用该伞的发明人所了解的最佳方 式。但是，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，根据本发明原 理制造的伞可以通过除了此处公开的方法之外的许多方法实现。例如， 伞盖可以由达成目的的任何现有或将来材料制成，用于伞盖的支撑系 统也是如此。此外，伞盖边缘处的凸面可以具有许多形状，可以是流 线形伞盖的一部分也可以不是，并且可以具有附加目的，例如引导风 远离伞盖下侧或远离使用者。伞盖的流线化还可以采用许多形状，包 括部分流线形伞盖，不具有泪珠形表面的伞盖，以及作为虛拟或真实双侧翼面的伞盖。沟槽可以采用引导水流的任何形状，阻流板可以采 用以希望方式影响伞盖上方的空气流的任何形状。利用自适应伞盖， 适应性可以是达成目的的任何方面，并且适应性可以适应使伞暴露在 其中的风由使用者或自动实现。实现适应性的机构可以是此处公开的 机构或者达成目的的任何其他装置。
出于所有前述理由，不管怎样，详细说明都认为是示例性的而不 是限制性的，此处公开的本发明的范围不由详细说明，而是由权利要 求确定，所述权利要求用于解释专利法所允许的全部范围。
权利要求
1.一种伞，包括伞盖；连接到所述伞盖上的伞杆；和伞盖边缘，其对撞击所述边缘的气流呈现凸面，所述凸面用作显著提高通过伞杆握持伞的使用者对伞的可控性。
2. 如权利要求1所述的伞，其中 所述伞盖的整个边缘呈现凸面。
3. 如权利要求1所述的伞，其中 所述凸面使气流偏转远离伞盖的下侧。
4. 如权利要求3所述的伞，其中所述凸面使气流偏转远离伞盖的下侧，使得伞盖变成虚拟双表面 翼面。
5. 如权利要求1所述的伞，其中伞盖边缘的第一部分对气流呈现凸面；并且与所述第一部分相对 的伞盖边缘的第二部分对气流不呈现凸面。
6. 如权利要求5所述的伞，其中伞盖具有流线形状，并且伞盖边缘的第一部分位于流线形状的头 部，第二部分位于流线形状的尾部。
7. 如权利要求1所述的伞，其中所述凸面使气流偏转远离伞使用者。
8. 如权利要求1所述的伞，其中所述伞盖包括阻流板，该阻流板作用于穿过伞盖上侧的气流。
9. 如权利要求8所述的伞，其中 所述阻流板为微阻流板。
10. 如权利要求1所述的伞，其中所述伞盖包括具有两个端部的风向袋，风向袋的一端连接到位于 伞盖中的孔的上方，并且风向袋在伞盖下方的气压大于伞盖上方的气压时膨胀以释放伞盖下方的气压，反之收缩。
11. 如权利要求IO所述的伞，其中 所述风向袋的另一端连接到伞盖上。
12. 如权利要求1所述的伞，其中所述伞盖包括沟槽，其使落到伞盖上的水沿特定方向流动。
13. 如权利要求12所述的伞，其中 所述沟槽为多个微沟槽。
14. 如权利要求12所述的伞，其中 水流方向通向排出滑槽，借此使水流出伞盖。
15. 如权利要求12所述的伞，其中所述沟槽还起到阻流板的作用，该阻流板作用于穿过伞盖上侧的 气流。
16. —种用于伞的伞盖，包括 不可变形区域；和可变形区域，其能够变形以使伞盖具有一形状，该形状相对于穿 过伞盖的气流而言，提高了伞使用者对伞盖的可控性。
17. 如权利要求16所述的伞，其中所述可变形区域变形，使得相对于气流为前缘的伞盖边缘对气流 呈现凸面。
18. 如权利要求16所述的伞，其中 所述可变形区域变形，使得伞盖相对于气流具有流线形。
19. 如权利要求16所述的伞，其中 所述可变形区域由伞使用者进行变形。
20. 如权利要求16所述的伞，其中 所述可变形区域适应气流而自行变形。
全文摘要
本发明涉及一种改进的伞使伞更易控制。改进包括伞盖边缘、沟槽、阻流板、风向袋和具有流线形的伞盖，所述伞盖边缘对穿过伞盖的气流呈现凸面并且还可以引导气流远离伞盖下侧和远离伞使用者，所述沟槽用于引导伞盖上的水流，所述阻流板用于改变穿过伞盖的气流，所述风向袋通过膨胀释放伞盖下方的气压，并且所述流线形包括可以适应气流由使用者改变或自动改变的形状。
文档编号A45B11/00GK101657122SQ200680001940
公开日2010年2月24日 申请日期2006年1月9日 优先权日2005年1月10日
发明者史蒂文·J·霍林格 申请人:史蒂文·J·霍林格