Споруда для хавпайпа з оптимальним профілем для спуску

Реферат: Споруда для хавпайпа з оптимальним профілем для спуску складається із плоскої платформи, вертикальної стіни, перехідної частини у вигляді ввігнутої циліндричної поверхні з твірними, майданчика для глядачів та вертикальних частин вертикальних стін між перехідною частиною і майданчиком для глядачів. UA 70101 U (54) СПОРУДА ДЛЯ ХАВПАЙПА З ОПТИМАЛЬНИМ ПРОФІЛЕМ ДЛЯ СПУСКУ UA 70101 U UA 70101 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до спеціального профілювання покриття ігрових чи спортивних об'єктів та майданчиків і може бути використана, наприклад, для спорудження хавпайпа, американських гірок, висотних трамплінів для стрибків на лижах, в циркових атракціонах, для скейтбордінга тощо. Найбільш близьким за своєю технічною суттю до заявленої корисної моделі є споруда для хавпайпа (Half-pipe) (Матеріал з Вікіпедії - вільної енциклопедії. // Wikipedia. - 2011. [Електронне джерело]. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Xaвпайп (06.05.2011)), яка прийнята нами за найближчий аналог. Хавпайп (англ. Half-pipe - половина труби) - зимовий олімпійський вид спорту, змагання з якого відбуваються на спеціальній споруді (назва якої також хавпайп) у вигляді ввігнутої конструкції, що встелена снігом, з двома зустрічними спусками та простором між ними у вигляді платформи, яка дозволяє спортсменам рухатись на сноубордах від однієї стіни до іншої, роблячи стрибки та виконуючи різні трюки при кожному стрибку. Споруда для хавпайпа являє собою половину труби, зроблену із ущільненого шару снігу або вириту у земляному полотні та вкритому ущільненим сніжним шаром. Для створення відповідної геометрії профілю спуску по стінках зустрічних скатів використовують ратрак зі спеціальними насадками. При цьому зазначений профіль поперечного перерізу спуску являє собою ввігнуту частину кола зі сталим радіусом. Вся споруда для хавпайпа зовні нагадує рампу для скейтборда, висота стінок якої більше 3 метрів, а довжина перевищує 80 метрів. Його будують на горі з нахилом, тому можна з одної сторони розігнатися, а з іншої вилетіти по кривій сталого радіуса, зробити трюк і, вписавшись у цю ж криву сталого радіуса, з'їхати назад та виконати наступний трюк на протилежній стіні. Склад елементів споруди для хавпайпа та їх призначення. 1. Вхід у хавпайп (Entry ramp) - це початок хавпайпа, звідки починається рух спортсмена, при цьому іноді вхід у хавпайп здійснюється збоку. 2. Вертикальна стіна - вертикальна частина хавпайпа, завдяки якій вектор швидкості спортсмена з горизонтального змінюється на вертикальний, через що він підлітає у повітря та може виконувати різні трюки. 3. Майданчик - це плоска горизонтальна поверхня на самому верхньому зрізі вертикальної стіни з кожної сторони, на якій знаходиться персонал або стоять глядачі. 4. Край - верхнє криволінійне ребро споруди, по якому перетинається вертикальна стіна та майданчик для глядачів. 5. Платформа або основа - центральна плоска нижня частина хавпайпа. 6. Перехідна частина або транзит-секція, де відбувається плавний перехід між плоскою нижньою платформою та вертикальною стіною. В прототипі цей перехід виконується як ввігнута циліндрична поверхня з напрямною кривою сталого радіуса великого уявного кола та твірними, паралельними платформі. 7. Вертикаль - вертикальна частина вертикальної стіни між перехідною частиною та краєм (Transition). Головний недолік цієї споруди для хавпайпа полягає у тому, що вона не забезпечує найшвидший спуск (розгін) спортсмена по циліндричній поверхні з таким профілем для спуску кривій сталого радіуса великого уявного кола. В результаті через повільний спуск по поверхні з таким профілем спортивні трюки виконуються повільно, не динамічно, що затягує тривалість (таймінг) виступу виконавця-спортсмена та знижує рівень спортивного видовища та його рекламної привабливості. В основу корисної моделі було поставлено задачу створення споруди для хавпайпа з оптимальним профілем для спуску: шляхом вибору оптимального профілю для спуску зменшити час виконання трюків, підвищити швидкість їх здійснення та видовищність спортивного змагання. Поставлена задача вирішується тим, що в споруді для хавпайпа з оптимальним профілем для спуску, яка складається із плоскої платформи, розташованої на похилій ділянці в нижній частині споруди, вертикальної стіни по периметру платформи, в якій виконано хоча би один вхід у хавпайп, плавної перехідної частини, що виконана у вигляді ввігнутої циліндричної поверхні з твірними, що лежать в паралельних платформі площинах, та з'єднує платформу із вертикальною стіною по всьому її периметру, майданчика для глядачів на верхньому зрізі вертикальної стіни та вертикальних частин вертикальних стін між перехідною частиною і майданчиком для глядачів, згідно з корисною моделлю напрямна крива плавної ввігнутої перехідної частини виконується у вигляді циклоїди, параметричні рівняння якої мають наступний вигляд: x(θ)=R(θ-sinθ); у(θ)=R(1+cosθ); θ  [0; 2 ], (1) 1 UA 70101 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 де R - характеристика циклоїди; θ - параметр циклоїди. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованою ознакою та очікуваним результатом полягає в наступному. Головна ознака корисної моделі, пов'язана із заміною профілю перехідної кривої на циклоїду, дозволяє зменшити час виконання трюків, підвищити швидкість їх виконання та видовищність спортивного змагання. З варіаційного числення відома задача про брахістохрону - криву найшвидшого спуску матеріальної точки. Цю задачу вперше поставив та розв'язав І. Бернуллі. Це така крива, по якій спуск тіла (матеріальної точки) без тертя у вертикальній площині із одної заданої точки А в іншу точку В відбувається за найменший час (див., наприклад, Бухгольц Н.Н. Основной курс теоретической механики. Часть первая. - М.: Наука, 1969. - 468 с.). Як з'ясувалося після розв'язання цієї варіаційної задачі, брахістохрона в такому випадку являє собою циклоїду (1). Параметричні рівняння циклоїди (1) було знайдено після мінімізації такого функціоналу часу (тут точка А має координати А(0;0), точка В - такі B(х0; y(х0)) 1  y' dx y 2g 0 та розв'язання відповідного диференціального рівняння: 2 у(1+(у') )=С; С=const, R  C . 2 На всіх інших кривих (або прямій), що з'єднують задані точки А і В, зазначений функціонал буде приймати більші значення, ніж на брахістохроні. Отже, якщо виконати профіль перехідної (напрямної) кривої хавпайпа у вигляді циклоїди, то швидкість спуску спортсмена по цій кривій збільшиться, а час проходження траси і виконання трюків (та взагалі тривалості змагання) відповідно зменшиться. В свою чергу підвищиться динаміка проходження траси хавпайпа (як це було, наприклад, з винайденням конькового ходу на лижах), що позитивно вплине на видовищність змагань і їх рекламну привабливість. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 показано загальний вид споруди для хавпайпа, на Фіг.2 - вертикальний поперечний переріз споруди хавпайпа (профіль хавпайпа). Тут же показано половину циклоїди в системі осей OXZ в таких межах зміни параметра: θ  [0; 2 ]. Споруда для хавпайпа включає плоску платформу 1, вертикальну стіну 2, перехідну частину 3 з профілем у вигляді плавної ввігнутої кривої між платформою 1 та вертикальною стіною 2, майданчик для глядачів 4 на верхньому зрізі вертикальної стіни 2, вертикальні частини 5 вертикальних стін 2 між перехідною частиною 3 і майданчиком 4 для глядачів. Напрямна крива ввігнутої перехідної частини 3 має профіль у вигляді циклоїди (1). Вертикальні частини 5 вертикальних стін 2 перетинаються з майданчиком 4 для глядачів по криволінійному ребру, яке називається краєм 6. Крім того, споруда для хавпайпа включає хоча би один вхід 7. Вертикальний поперечний переріз споруди хавпайпа є симетричним відносно вертикальної осі А-А, що проходить через середину платформи 1. Динамічна картина, яка виникає під час спортивних змагань по хавпайпу, є такою. Через вхід 7 спортсмен на сноуборді попадає на похилу платформу 1, по якій він розганяється, набираючи горизонтальну швидкість в її площині. Потім він змінює траєкторію свого руху і повертає на перехідну частину 3 з профілем у вигляді плавної ввігнутої кривої - циклоїди, підіймаючись по вертикальній стіні 2 на відповідну кінетичній енергії розгону висоту. Вже під час цього руху вектор швидкості спортсмена з горизонтального плавно змінюється на вертикальний за рахунок вертикальних частин 5 вертикальної стіни 2. Дійшовши до максимальної висоти, спортсмен підстрибує, виконує різні трюки та починає спускатись вниз по цій же перехідній частині 3. В разі необхідності край 6 дає можливість спортсмену, зачепившись за нього сноубордом, розвернутися та рухатись іншим боком. Далі спортсмен робить розгін у протилежному напрямку, спускаючись вниз по перехідній частині 3, перетинає похилу платформу 1 під деяким невеликим кутом вниз і підіймається вже по протилежній вертикальній стіні 2, повторюючи у верхній її частині наступний трюк. Глядачі та судді спостерігають за розвитком подій на хавпайпі, знаходячись на майданчику 4. Отже, за рахунок вибору оптимального профілю перехідної частини 3 у вигляді циклоїди час на проведення спортивних змагань зменшується через зростання швидкості спуску (розгону) спортсменів. Одночасно з цим підвищується видовищність змагань і їх рекламна привабливість. Запропонована корисна модель з успіхом може бути використана також для спорудження інших спортивних об'єктів та майданчиків (висотних трамплінів для стрибків на лижах, циркових атракціонів, для скейтбордінга). Tyx   1 x0 2  2 UA 70101 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Споруда для хавпайпа з оптимальним профілем для спуску, яка складається із плоскої платформи, розташованої на похилій ділянці в нижній частині споруди, вертикальної стіни по периметру платформи, в якій виконано хоча б один вхід у хавпайп, плавної перехідної частини, що виконана у вигляді ввігнутої циліндричної поверхні з твірними, що лежать в паралельних платформі площинах, та з'єднує платформу із вертикальною стіною по всьому її периметру, майданчика для глядачів на верхньому зрізі вертикальної стіни та вертикальних частин вертикальних стін між перехідною частиною і майданчиком для глядачів, яка відрізняється тим, що напрямна крива плавної ввігнутої перехідної частини виконується у вигляді циклоїди, параметричні рівняння якої мають наступний вигляд: x x(θ)=R(θ-sinθ); у(θ)=R(1+cosθ); θ  [0; 2 ], де R - характеристика циклоїди; θ - параметр циклоїди. 3 UA 70101 U Комп’ютерна верстка А. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4