专利名称：人力驱动的水上划艇的制作方法
技术领域：
本发明提出了一种人力驱动的水上划艇，更确切地说，是一种由操作者改变其重心，来驱动前进的水上划艇。
背景技术：
个人水上运动艇(Personal Watercraft,简称PWC)的概念起源于上世纪六十年代末期，它是指具有自驱动、小尺寸等特性的一种机动灵活的水上运动艇。经过几十年的发展，PffC大多是装有动力机械的摩托艇。据统计2004年全世界共拥有I. 48百万台PWC。 由于污染环境与安全等原因，近年来欧美流行的水上运动艇是站立式的水上划板(Stand UpPaddleboard,简称SUP)，个人站在与冲浪板形状相似的划板上，手持长柄的船桨划动与控制方向，驱动划板在水面上行进。对于个人水上运动艇，人们一直在寻找一种除常规划桨以外的、能有效工作的、安全的、能达到相当速度的、能在常规水域使用的、依靠操作者自身力量的驱动系统，来驱动个人水上运动艇前进，以达到娱乐与健身的目的。例如，Gause的专利(US Pat No 3453981,1969)揭示了带有柔性鳍的驱动系统， 该驱动系统由于工作行程很小，基本上没有什么动力来推动小艇前进。此外，该系统也不能在静止或无风浪的水面上，驱动小艇前进。Gronier的专利(US Pat No 3773011,1973)揭示了另一种带有柔性鳍的驱动系统，该系统要求操作者将小艇上下交替振动，来驱动小艇前进。因为操作者很易疲劳，驱动力又小，效率很低，故而不能实用。Momot的专利(US Pat No4968273，1990)也提出的带有柔性鳍的驱动系统，该系统的连杆在水中，阻力较大，柔性鳍驱动效率较低，不能实用。我在2003年提出了人力自推进水翼的原理及装置(ZL2003101123871，2006-4-5 授权)，该设计取得了成功，操作者在踏脚板上向下蹬踏，通过弹簧元件使驱动水翼在水中作划动与滑行，从而推进水翼装置前进。根据该专利生产的自推进水翼装置(商品名有 Aquaskipper,水上滑板,水鸟等),最快速度可高达27公里/小时。业已证明，该种水翼在水中的阻力较小，驱动的效率较高，是一种实用的、由操作者自推进的驱动元件。因此，为了克服目前业内存在的缺点，本发明提出了一个带有驱动水翼的驱动系统，由操作者依靠自身力量来推动水上运动艇前进。
发明内容
如前述可知，本发明的目的是要制备一种除常规划桨以外的、实用的、依靠操作者自身力量驱动的水上划艇。本发明主要提出了一个人力驱动系统，操作者站立在踏脚板上， 前后移动重心，踏脚板可以前后作倾侧运动，通过连接结构使驱动水翼作上下运动。由于柔性连接件的配接，驱动水翼的上下运动就能在水中产生驱动力，推动水上划艇前进。操作者前后移动重心，与走路移动重心相似，是不太劳累的动作。驱动水翼的横断面与飞机机翼的横断面相似，在水中的阻力较小，驱动的效率较高。由此可见，本发明提出的人力驱动系统是高效的、实用的，而且只要有水的各种水域，本发明提出的人力驱动水上划艇都可以安全运行的。业内有经验人士在结合图纸审阅下文的详细叙述后，可以进一步了解本发明的特点以及其它有关的优点了。
图I是根据本发明所提出的一种由人力驱动的水上划艇的透视图。图2是根据本发明所提出的水翼在水中各阶段状态的示意图。图3是根据本发明所提出的另一种由人力驱动的水上划艇的透视图。图4是根据本发明所提出的又一种由人力驱动的水上划艇的透视图。图5是根据本发明所提出的带有连动系统的水上划艇的侧向透视图。图6是根据本发明所提出的带有连动系统的水上划艇的底面侧向透视图。以上的这些实例，将在下文中详述。
具体实施例方式参阅图1，这是本发明所提出的一种由人力驱动的水上划艇的实施方案。人力驱动的水上划艇10是由船体11、一套人力驱动组件所组成的。人力驱动组件包括踏脚板20、连杆31、直翼42、驱动水翼41等部件所组成的。船体10具有狭长的形状，它的宽度大致与操作者的肩宽相当。船体还要具有足够的浮力，能承载操作者，使其保持在水面以上。图I上具有浮力的船体10的形状与冲浪板相似。踏脚板20是与具有浮力的船体10相连接的。踏脚板上设有一转轴23，使踏脚板能够绕该转轴23朝仰俯两个方向倾侧转动。踏脚板上的这个转轴23设置在踏脚板前后两端的中间部位，基本上与船体的纵轴垂直，亦即踏脚板上的转轴23将踏脚板分为两部分， 接近船体头部的踏脚板前端21与接近船体尾部的踏脚板后端22，可使操作者的一只脚放在踏脚板的前端21上，另一只脚放在踏脚板的后端22上。面向前进方向的操作者将两只脚分别放在踏脚板的前、后端上，操作者可将其重心在两脚之间转换，踏脚板20就能够绕转轴23朝仰俯两个方向前后倾侧运动。连杆31是刚性地与踏脚板20相连接，并向后伸展。当踏脚板绕转轴朝仰俯两个方向倾侧时，使得连杆31作垂直于船体11平面的上下运动。船体11上设置有一条凹槽(或一条导轨)32，限制了连杆31垂直向下运动的范围，当凹槽(或导轨)32容纳连杆31时，就是连杆31垂直向下运动的最低点。连杆31的另一端通过直翼42与驱动水翼41相连。驱动水翼41横断面的形状像鱼鳍或像飞行器的机翼，本实施方案采用的是一小段水翼，该水翼横断面的形状与我的已授权专利(自推进水翼装置，ZL2003101123871， 2006-4-5授权。ZL200920126450X，2010-6-2授权)中所用的水翼部件相同。驱动水翼41 的縱轴基本上要与船体11的纵轴相垂直。起支撑与导向作用的直翼42与驱动水翼41互相垂直，直翼42的一端与驱动水翼41刚性地配接。因为驱动水翼41是刚性的，所以直翼42 的另一端必须通过一个柔性连接件43与刚性连杆31相连接。为了减小阻力，直翼42的横断面要具有流线的形状。柔性连接件43可以是玻璃纤维弹簧，也可用其他弹性材料(如钢材、碳纤维等)来制备。柔性连接件43的功能是为了使驱动水翼41能在水中改变角度， 即当它在水中上下运动一个周期的过程中，驱动水翼41击打水的角度是不同的。如果不采用柔性连接件的话,则需采用柔性的驱动水翼,也能使驱动水翼在水中上下运动时,实现以不同角度击打水的动作。柔性驱动水翼与水上运动用的柔性鳍(或蹼)器材的制造技术相同，已为业内人士所熟知。如果直翼与连杆是刚性连接的话，柔性连接件应连接在驱动水翼与直翼之间。连杆31、驱动水翼41与直翼42三者的设置状态如下当操作者使用水上划艇时， 连杆31是处在水面以上，驱动水翼41是处在水面以下，直翼42的一部分是处在水面以上， 另一部分处在水面以下。将整个连杆31设置在水面以上，比将它全部或部分地设置在水面以下，减少了阻力，会极大地增加驱动的效率。水上划艇是靠踏脚板20的仰俯两个方向前后倾侧来驱动的。一个站立着的操作者，两脚分别站立在踏脚板的前端21与后端22上，将其重心从一只脚移动到另一只脚，也就是将其重心从踏脚板转轴23的前端部分踏脚板21移动到转轴后端部分踏脚板22上，来回地移动。因为踏脚板20是双向可倾侧转动的，随着操作者重心的来回移动，踏脚板20会作前后往复的运动，使得连杆31上下运动，也带动了驱动水翼41在水中作上下运动，从而推动水上划艇10朝前行进。由于柔性连接件43的作用，刚性驱动水翼41在水中的动作如图2所示，图2上从A到F是水翼在水中各阶段状态的示意图，由此明显可知，A与D状态之间是水翼划水给力驱动划艇的阶段，然后划艇在水上滑行。在滑行时，水翼还会产生一定的异力，有利于划艇的行进。当水翼恢复到F状态后，又再开始下一个驱动循环。顺便指出， 柔性的驱动水翼在水中的动作是比较复杂的，与刚性水翼不同，不过也能产生驱动力。水上划艇上还可以设置一支船桨。如图I所示，具有浮力的船体11上可开一条穿透船体的槽子13，该槽子的宽度要能允许插入一支长柄的船桨50。操作者用它来帮助控制方向与/或帮助驱动。该长柄船桨50与当前欧美流行的水上运动用的站立式划板(Stand UpPaddleboard，欧美流行的简称是SUP)上用的长柄船桨相类似，SUP用的长柄船桨有众多类型可供选择。当使用本发明所提出的水上运动艇10时，操作者同样可以根据掌舵要求、水面状况、运动的类型与水平、要达到的速度、个人的喜好等情况来选用船桨，以达到帮助转向与/或帮助驱动的目的。在本实施方案中，在船桨50上或在船体11上要设置一个限位机构，以阻止船桨50向下滑动超过船桨50上的某一固定点。该固定点是限定船桨50 桨叶的最低位置，使它位于水面以下的一定深度处，并可以作顺时钟方向或逆时钟方向的转动。此外，该限位机构还可提供一个直观的掌舵方法，因为选用将船桨50插入槽子的方法，使操作者握住的船桨50相对于目标只能做有限范围的运动，所以当操作者操纵踏脚板 20时，提供了较大的稳定性。设置这种限位机构的技术已为业内人士所熟知及使用。还要指出的是，在其他的实施方案中，也可以在具有浮力的船体边缘装置一个船桨接收器，来代替穿透船体的槽子。船桨接收器的结构是在船桨手柄的低端处接收船桨，船桨被船桨接收器架托住后，还可以做顺时钟和逆时钟方向的扭转，用来操控船体的方向。根据本发明所提出的另一种由人力驱动的水上划艇的实施方案，参阅图3所示。 该实施方案与上述方案的主要不同点是，用设置在船体内腔的驱动连接机构来代替设置在船体外的刚性连杆。人力驱动的水上划艇Iio是由船体111、踏脚板120、直翼142、驱动水翼141以及驱动连接机构(置在船体的内腔中，图3上未画出)等部件组成的。踏脚板120的转轴是埋设在船体111的腔内(图3上未画出来)。此外，驱动水翼141与直翼142是通过柔性连接件(在船体内腔中，图3上未画出来)与驱动连接机构相连。驱动水翼141 采用的是一小段水翼，直翼142与驱动水翼141互相垂直地配接。直翼142连同驱动水翼 141，可一起上下运动。驱动连接机构把踏脚板120与中间连接结构相连接，并将踏脚板120 的前后来回倾侧的往复运动，传递给中间连接结构，转化成驱动水翼141的上下运动。驱动连接机构可用多种方法来实现，普通可采用缆绳与踏脚板120相连接，通过滑轮与直翼142 连接，踏脚板的前后运动可转化传动到驱动组件，使直翼上下运动，因而使驱动水翼上下运动，推动运动艇前进。当然，也可用杠杆与齿轮等其他方法来实现驱动连接机构的功能。虽然在图3上未画出船桨的设置方法，本方案仍然可以与上述方案相同地来设置船桨的。可以在具有浮力的船体上开一条穿透船体的槽子，插入一支长柄的船桨，在船桨或船体上设置一个限位机构，使船桨只能下降到一个指定的高度。也可以在船体的边缘装置一个船桨接收器，来代替穿透船体的槽子。除此以外，也可以既不设槽子，也不设船桨接收器，由操作者手握一支长柄的船桨，像站立式划桨艇(SUP) —样，由操作者直接用手划动与转向。根据本发明所提出的又一种由人力驱动的水上划艇的实施方案，是用两个浮筒形的船体代替第一种实施方案中的船体。如图4所示，人力驱动的水上运动艇200的船体是由两个浮筒形的船体211所组成的，踏脚板220、连杆231、驱动组件的直翼242与驱动水翼 241等部件都设置在两个浮筒形的船体之间。操作的方法与第一种实施方案相同。虽然图上没有画出，两个浮筒形船体的水上运动艇仍然能设置船桨来操控方向，与上述开一槽口设置船桨的方法相似。本发明所提出的水上划艇还可以用另一种方法来控制方向(亦即转向)，就是操作者相对于踏脚板的纵向中心线改变其重心的方法。踏脚板的纵向中心线基本上是与前进方向一致，是垂直于踏脚板的倾侧转轴的。踏脚板与连杆可以通过一个连动系统与直翼相连接，该连动系统的功能是，当操作者在踏脚板纵向中心线一边的重量大于踏脚板纵向中心线另一边的重量时，踏脚板会朝同样方向扭转或转动，踏脚板的转动通过该连动系统传递给直翼，使得直翼转动(绕垂直于船体的轴转动)。直翼的转动如同舵的功能，结果使水上划艇转向。装有这种连动系统的水上划艇，连杆可以不设在水面以上，能将连杆在水面以下向后伸展；于是，直翼也可以用一个舵来代替，该舵是装在船体尾部底面，通过连动系统与踏脚板相连接，并且可以转动；连杆可以直接与驱动水翼相连。这种带有连动系统的水上划艇，如图5与图6所示，图5是它的侧向透视图，图6是它的底面侧向视图。图上带有连动系统的水上划艇300的结构与前述方案有所不同，踏脚板320是通过连动系统(设在船体311内)与船舵342相连接，踏脚板320绕纵向中心线的转动，带动船舵342转动，来控制划艇的方向；踏脚板320还与连杆331相连，连杆331相连直接与驱动水翼341相连，踏脚板320绕踏脚板转轴323作前后倾侧运动，带动驱动水翼341上下运动，推动划艇前进。从上述一些实例可见，本发明提出的人力驱动系统是高效的、实用的。只要有水的各种水域，本发明提出的人力驱动水上划艇都可以安全运行的。虽然以上借助了几个特定的实施方案对本发明做出了描述，但是应该理解为本发明还能作进一步的改动，本专利旨在涵盖根据本发明的原理所进行的各种变化、用途或改良。也涵盖了与本发明所揭示的已知方案或实施惯例有所偏离，但仍然从属于本发明技术及其应用原理的范围。本专利还涵盖了本发明所附权利要求的范围。
权利要求
1.一种人力驱动的水上划艇，它是由一个具有浮力的船体与一套人力驱动组件所构成的；上述人力驱动组件包括一个踏脚板，它能围绕基本上与船体的前进方向相垂直的转轴，作前后倾侧运动；一条连杆，它刚性地与踏脚板相连接，并向后伸展，划艇使用时，全部处在水面以上；一个直翼，它使连杆与驱动水翼相配接；一个驱动水翼，它在划艇使用时，全部处在水面以下，它被踏脚板的前后倾侧运动所带动，在水中作上下运动，产生向前的推力，驱动划艇前进。
2.根据权利要求I所述的人力驱动的水上划艇，其特征在于，所述的直翼是通过一个柔性连接件与所述的连杆相配接的。
3.根据权利要求I所述的人力驱动的水上划艇，其特征在于，所述的驱动水翼是通过一个柔性连接件与所述的直翼相配接的。
4.根据权利要求2或3所述的人力驱动的水上划艇，其特征在于，所述的柔性连接件是玻璃纤维弹簧。
5.根据权利要求I所述的人力驱动的水上划艇，其特征在于，所述的驱动水翼是由柔性材料制成的。
6.根据权利要求I所述的人力驱动的水上划艇，其特征在于，进一步还包括一支船桨， 以及一个配置在船体中部或船体边缘上的船桨接收器，船桨可以灵活地搁置在接收器上， 还要使船桨的桨叶至少在水面以下保持有一定的深度，以利于船桨的划动与操控方向。
7.根据权利要求I所述的人力驱动的水上划艇，其特征在于，用一个驱动连接机构来代替所述的连杆，驱动连接机构的元件全部设置在船体的内腔中，它连接踏脚板与中间连接结构，将踏脚板倾侧的往复运动，转化成驱动水翼的上下运动。
8.根据权利要求I所述的人力驱动的水上划艇，其特征在于，用多个具有浮力的船体来代替单个具有浮力的船体。
9.根据权利要求I所述的人力驱动的水上划艇，其特征在于，进一步还包括一个连动系统，当踏脚板纵向中心线的一边所受到的重量大于中心线另一边的重量时，连动系统会使所述的直翼转动，从而可使划艇转向。
10.根据权利要求I所述的人力驱动的水上划艇，其特征在于，进一步还包括一个连动系统，在船体底下设置一个船舵，当踏脚板纵向中心线的一边所受到的重量大于中心线另一边的重量时，连动系统会使船舵转动，从而可使划艇转向。
全文摘要
本发明楬示了一种新型的、依靠人力驱动系统驱动的水上划艇，该驱动系统是由设置在具有浮力的船体上的踏脚板、连杆、直翼、柔性连接件以及驱动水翼等部件所构成的。操作者站立在踏脚板上，前后移动重心，踏脚板会上下的倾侧转动，通过连接结构使驱动水翼作上下运动。由于柔性连接件的配接，驱动水翼的上下运动就能在水中产生向前的推力，驱动水上划艇前进。
文档编号B63H16/18GK102602523SQ20111002458
公开日2012年7月25日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者陈和 申请人:陈和