[发明专利]桨叶中有开口的桨

说明书

桨(或船桨)用于推进船只，诸如游艇、作业艇和赛艇。桨是用于将桨手的付出的力转化成通过水的船只推进力的装置。为了清楚起见，桨、船桨和任何其它类似的人工操作的水推进装置在本文中都被称为“桨”。

桨可以典型地包括桨叶、桨手握的手柄、和将手柄连接到桨叶的轴杆。桨叶可以做成如扁平勺子那样的形状，当拉手柄时，桨叶的前表面对水施加压力。

通常，轴杆和桨叶组合基本上比手柄长。轴杆可以放置在被称为桨架的旋转枢轴中，所述桨架附接到船的侧面。该枢轴将桨转换成杠杆。由桨施加于水的力可以通过桨架传递到船，使得船在与桨叶运动相反的方向上加速。然而，桨架并不是必需的，船可以没有桨架推进，就像独木舟一样。

自从桨由古希腊人在3000年前用于给诸如三列桨座战船的船只提供动力以来，桨的设计变化不大。新材料已经被用来使它们变得更轻、更坚固，桨的形状已经有所修改，但是它们大致相同。在划船的运动中，桨叶的形状近年来已经得到发展，使其更宽和更长，从而其可以在更大面积的水上起作用。这使得船更快地行进，但也需要更多的力量使桨移动通过水。

在竞争激烈的划船中，总是需要改进设计，使桨更有效率，以便以同样的付出的力使船行进快得多。

本发明是对桨的改进，其将为来自桨手的相同付出的力提供每冲程(per stroke)的附加的动力。因此船只，特别是赛艇，将能够更快地航行。

通常，桨叶是实心的，以便按压尽可能大面积的水。已经令人惊讶地发现，通过用各种数量和形状的开口的桨叶进行穿孔，桨叶的有效性增加。这意味着对于桨手的一定量的力来说，更多的力可以从桨叶通过水的动作传递到船。

开口可以是圆形的(例如孔)，或者可以是长形的(例如槽形)。替代地，开口可以是任何其它形状。

这似乎是反直觉的，因为显然作用于水的桨叶的面积减小。有关为何对桨叶进行穿孔是更有效的一个可能解释在下面详述。

当正常的桨叶移动通过水时，它会推压其前面的水。因为桨叶试图从后面的水里拉出，该动作会在桨叶的后表面上产生阻力。该阻力需要能量来克服它；桨手使用桨叶不仅推动桨叶前面的水而且拉动桨叶后面的水。

可能的是，通过对桨叶进行穿孔，降低桨叶的后部的阻力，因为水可以通过开口。该水可以降低桨叶后面的回流并增加桨叶的前部和后部之间的压力差。此外，在桨叶后面产生涡流，通过开口的水可能有助于降低这些涡流的大小，因此降低了在形成涡流中浪费的能量。

并且，该水通过开口不会大大减小由桨叶施加的力，因为引导水通过开口的动作需要施加附加的力。有效地，必须花费附加的力来迫使水通过开口并克服水在开口侧上的阻力。同时该附加的力补偿了桨叶的实际实心面积的损失，这也大大补偿了由克服桨叶后部的阻力所需的力的减小。

人们普遍认为，桨通过杠杆作用而作用于水中的某点：拉动桨通过水就越使劲，则推进船产生的杠杆作用越大。实际上这不是全面的情况；桨并不是仅像杠杆那样拉压船外的某固定点来操作，而是更加复杂。在每个“冲程(stroke)”期间，桨都扫过一个圆弧，水上的力中有一些被引导离开船或朝向船，该力的仅一部分被有用地用于推进船。在理想的冲程中，当桨在与船的中心线成70度和110度之间时，产生最大有用力。

在理想化的冲程中，推进分量在90度点处增长到最大值，然后下降。对于整个冲程，桨手必须克服桨的后部的负力(吸力)。这在图5中示意性地示出。

然而，应当注意的是，在实际的船中，当桨与船的中心线成90度角时，不一定产生最大动力。动力分布可以由许多因素改变，包括但不限于，船和水之间的相对运动，水中的湍流和其它流体力学现象，以及划手技术。

根据本发明，提供了一种船只的桨，所述桨包括桨叶和轴杆，所述桨叶具有正面和背面，并且所述轴杆具有纵向轴线；其中，所述桨叶包括多个狭缝形开口，所述多个狭缝形开口大体上垂直于所述轴杆的所述纵向轴线定向并从所述正面通到所述背面。狭缝形开口可以影响桨叶周围的流动，使得桨叶更有效，并因此可以在使船移动中产生比没有狭缝的桨叶更有用的功。

根据本发明的另一方面，提供了一种船只的桨，所述桨包括桨叶和轴杆，所述桨叶具有正面和背面，并且所述轴杆具有纵向轴线；其中，所述桨叶包括多个开口，所述多个开口从所述正面通到所述背面；以及每个开口的最小横向尺寸为5mm或更小。

根据本发明的另一方面，提供了一种通过设置从桨叶的正面通到桨叶的背面的多个开口来提高包括桨叶的桨的效率的方法。这意味着更大量的有用功可以从桨手传送到船，对于来自桨手的给定输入的功使得船移动更快。