船驱动的波浪产生装置

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                      发明领域\n本发明涉及形成波浪的产生装置，尤其是在深水环境中由船驱动的 产生装置。\n背景技术\n冲浪作为一项运动已经吸引了全世界范围内的体育爱好者的兴 趣，他们不远万里地来到具有理想的冲浪条件的地方。职业冲浪者尤其 称赞地是叫作“瀑布”或“输送管”的波浪，亦即，波浪以足够高的速 度和高度移动，以致于当它们遇到某种形状的向上倾斜底时，波浪在它 们前进的基面上向前弯曲，形成隧道。职业冲浪者能骑在这种波浪形式 的内部或口部，横向穿过波浪的面，同时设法跟上隧道的形状而不会卷 入隧道的塌陷部分。\n在自然条件下形成这样理想的波浪，需要多种因素很罕见的结合， 这些因素包括具有恒定速度和方向的风，具有一定速度、方向和高度的 波浪，到达的海岸具有一定的底面斜度和形状。世界上几乎没有具有如 此理想的条件和符合多种要求结合的地方。即使在那些有着理想的环境 和水的条件的地方，最理想的冲浪条件也仅出现在一年中有限的时间 里，而且必须是在具有理想的气候条件下。因为这些原因，冲浪成为一 项使多数人无法参加的一项运动，除了非常热爱和献身于冲浪的冲浪者 之外，几乎大多数人很少有机会遇到理想的隧道波浪。那些冲浪爱好 者，包括职业冲浪者通常都不得不长途跋涉几千英里到达理想的冲浪地 点，而且多数理想的冲浪地都在比较偏远的地方。\n近年来，层波浪滑水，诸如公知的Flow-RiderTM，已经面世，为即 使完全没有经验的冲浪者提供冲浪的机会。这些滑水模拟几乎完美的波 浪，它们已经变得很流行，并且已经安装了多个水上游戏公园。人们不 再不得不跋涉几千英里去体验冲浪的刺激。\n然而，目前，这些滑水仅是安装在一定地点，由于它们非常受欢迎， 通常人们不得不排长队等待以参予该项活动。因此，有时，人们不得不 等待一段时间，不仅难以滑水，而且尤其是难以实践和学会必要技能， 以成为一个熟练的冲浪者。\n水上运动近来的发展在尾板运动方面呈现出增长的流行趋势，尾板 运动是滑水运动衍生出的。尾板运动者由船拉着，在船的后面，方式与 滑水类似。尾板和尾板运动者的动作更类似于冲浪和滑雪板。尾板运动 者利用船的尾波作为滑道，在其上展开动作。尾波的尺寸和形状是尾板 运动的重要组成部分。目前，除了改变产生尾波的船的平稳和平衡度， 别无它法来改进船的尾波或产生新的改善了的类似尾波的波浪。\n接着需要的是一种在几乎任何合适的地方和任何方便的时间能由 冲浪者操纵的半携带式波浪产生装置。能形成可冲浪和/或进行尾板运动 的波浪的船驱动波浪产生装置能满足这种需要，它由一动力船驱动和提 供动力，方式与现有技术中的滑水装置一样。\n发明概述\n本发明与现有技术中的波浪产生装置相比，其改进之处在于本发明 是由船驱动，并能在操纵者方便时使用。本发明能在任何深度的水体和 任何时间形成可在其上进行冲浪和尾板运动的几乎完美的波浪。所需要 的是一只船、一定深度的水体如湖泊、波浪产生装置和晴天。\n本发明基本上是一波浪产生装置，它由汽船提供动力。它可通过拖 在船后启动，或者附着在船壳体上。波浪产生装置包含一对波浪产生桨 叶，当它们穿过水运动时，铲起水以形成卷曲波浪形状或其它波浪形 状。\n在由船拉着的实施例中，装置浮在水里，并用一根或多根绳子或缆 绳穿过水由船的船尾拉着。绳子连接到装置的向前延伸的中心部分上。 一对弯曲表面或波浪产生桨叶在中心部分的两侧横向向外并略向后延 伸。两个桨叶的上表面在水平和垂直两个方向弯曲，以便当水被装置向 上铲起，到达弯曲表面上并穿过弯曲表面时，形成波浪形状。\n在附加到船身上的实施例中，波浪产生装置有点象船身本身的伸 长，最好是在船的侧部或后部，其中两桨叶从船身横向向外伸出，在船 的两侧铲起水。在上述两个实施例中，两桨叶设计成切过水，各个桨叶 具有横向伸出的前缘，用于帮助将水向上铲起到桨叶上。\n波浪产生装置的两桨叶的上表面不仅竖直方向上均具有凹形，而且 水平方向或侧向上也具有凹形，以便理论上无穷小的水体在沿着桨叶的 曲面运动时，沿着桨叶的表面运动会遇到一个基本竖直向前的力。该力 或受力区使水加速，迫使水向上和向前到水体周围上和桨叶的面上，从 而重力能克服它向上和向前的冲量并使得它以弯曲的弧形落回到前进 的波浪起点处。如果水向前的速度足够大，水的路径将形成一个圈。波 浪产生装置向前运动而削出的水层，可形成隧道形状，运动者可在其口 部或内部动作，进行冲浪动作。\n最好水面的理想情况是平的，但即使在水面不平时，如有风的天 气，船驶过水面形成的尾波在某些情况下也能为在桨叶上形成稳定的水 流提供基础。只要尾波保持相对稳定，装置穿过的水也能保持稳定。\n由于本发明主要是由船驱动的，所以波浪产生装置位于水里是很重 要的，以便当它穿过水时，稳定水流流上桨叶的上表面。由于这个原因， 波浪产生装置，尤其是双桨叶的前缘相对于水面所保持的深度是很重要 的。如果桨叶的前缘保持得太低，当波浪产生装置穿过水时，流到桨叶 上的水可能太多。过量的水可能会实际上阻碍卷曲波浪的形成。如果太 多的水流到桨叶上，波浪产生装置可能切入水的深度太深，使得装置下 潜，可能会突然地停止向前进。另一方面，如果没有足量的水流过桨叶， 亦即波浪产生装置仅仅是滑过，沿水表面擦过或掠过，则可能不会产生 足以形成波浪的水流。如果出现这样的情况，则不会形成可以乘的波 浪。\n在由船拉着的实施例中，装置的浮力特性和其重量、形状有助于将 双桨叶保持在相对于水面一基本不变的深度。在附加到船壳体的任何一 个实施例中，船自身有助于将装置保持在水里基本水平的位置上。\n在运行期间，尤其是以高速运行期间，从流体动力学角度考虑，波 浪产生装置的形状有助于将装置保持在水里一基本不变的深度。当波浪 产生装置加速时，流体动力学力终究作用在装置上，其必须被抵消以便 装置在水中保持稳定。在装置加速时要与水接触的向前伸出的边的倾斜 的形状和相对角度、产生装置的桨叶和装置的底表面，被设计成有助于 保持波浪产生装置大体流体动力平衡。\n在加速期间各种流体动力学力作用在装置上。例如，水流过装置， 亦即水被举到双桨叶上，会引起一向下作用力。另一方面，装置的底面 趋向擦过或掠过水面，其与装置的浮力相结合，推动装置向上。从船上 伸出的绳子，根据它的竖直位置，也可能提供一向上抬起的作用。\n为了在运动期间，将波浪产生装置保持在一恒定的深度，必须向上 的力和向下的力抵消。更具体地说，装置滑行或被举起的趋势由铲起的 水的质量向下压装置的相反趋势而抵消。尽管其它因素，诸如重量、浮 力、装置的整体形状和尺寸也对在运行期间保持装置在一恒定深度有影 响，这些因素必须被考虑，以便最大程度地减小流体动力学力的变化的 冲量。\n在优选实施例中，波浪产生装置有一向前前缘，它延伸穿过装置的 整个前边缘。在该实施例中，在整个前缘穿过水时，有助于将水铲起到 装置上。贯穿波浪产生装置前部的整个前缘横截面呈楔形，以便前缘能 切入并穿过水，使得层状水流流到装置上。在该实施例中，保持深度很 大程度上依赖于所使用的材料的浮力，以及波浪产生装置的重量和形 状。\n在另一实施例中，装置形状与优选实施例相似，但是更长，从上面 看形成一个更窄的“V”字形。该实施例的细长形状产生更小的阻力， 这样它与优选实施例相比，消耗更少的动力，而被拉得越快。然而，该 实施例不是产生上面所讨论的可冲浪的波浪形状，而是产生尾波、或加 强的尾波，围绕该尾波或在其上或穿过它可进行尾板动作。\n这些实施例可通过附加任选的稳定装置而变得更加稳定。例如，为 了使装置在水面凹凸不平的水里稳定，可在波浪产生装置的前面附着一 在水面或略低于水面擦过的盘状稳定装置。该盘状稳定装置通过一稳定 杆与波浪产生装置相连，有助于保持波浪产生装置水平，并使该波浪产 生装置处于水下一恒定深度。也可采用各种其它形状，如鱼雷形状。\n为了帮助将波浪产生装置保持在与行驶方向成一条线上，最好装置 是对称的，伸出的两桨叶在中心部分的两侧具有相同尺寸和形状。也可 沿装置的底面纵向设置槽、刻痕、多个平的方向舵或一个大的方向舵， 以引导水从前方到后面，同时它们也有助于保持装置对准。拉装置的绳 子也与装置的中心部分的最前面相连，以有助于当船拉着装置时，自动 调整装置。此外，可用两根绳子，以便进一步保持波浪产生装置对准行 驶方向。\n在另一实施例中，如上所述，双波浪产生桨叶可以附着到船身上。 在该实施例中，桨叶从船的侧向伸出，有助于使波浪产生装置在水中保 持稳定。其它实施例，诸如那些在轨道上运动、机械拉也在本发明范围 内。\n下面通过结合附图和说明详细描述上面概述的本发明。\n附图的简要说明\n图1是本发明的优选实施例的俯视图；\n图2是本发明的优选实施例的侧视图；\n图3是本发明的优选实施例的立体图；\n图3a是运行中的由船拉着的本发明的侧视图，表示形成的波浪形 状；\n图4是带有盘状稳定装置的本发明的俯视图；\n图5是带有鱼雷状稳定装置的本发明的俯视图；\n图6是带有鱼雷状稳定装置和一任选的中心方向舵的本发明的成 一定角度的仰视图；\n图7是另一实施例的俯视图；以及\n图8是直接附着到船身上处于运行中的实施例的立体图。\n本发明的详细描述\n本发明是一波浪产生装置1，由船驱动，它由一汽船2在深水环境 中拉动，或附加到汽船2上，其中，当船运行时，装置穿过水运动，铲 起水，形成波浪形状，如隧道式波浪、翻倒波浪或者在某些实施例中， 为加强了的尾波。根据所采用的波浪产生装置的种类，相应地可形成多 种波浪形状，乘浪者能骑在其上或围绕其动作，或者形成波浪或尾波， 能在其上进行各种擦、滑、尾板和/或冲浪运动，在某些情况下可模拟冲 浪的刺激，某些情况下，增强尾板运动。\n尽管这里公开了几个实施例，本发明的基本思想是由船驱动的波浪 产生装置，其借助船的动力穿过水运动，以便它铲起水，形成波浪形状。 优选实施例和其它几个实施例设计用来在水中产生可冲浪的波形，而其 它实施例设计用来在水中产生可乘的尾波和加强了的尾波。尽管这些实 施例可能具有共同的特点，但各个具体实施例均有其不同和独特的特 征。本发明旨在包括这里公开的所有实施例，和可能未在此公开，但基 本与公开的实施例的运行和功能一致的其它实施例和特征。 优选实施例\n优选实施例的船驱动波浪产生装置1，如图1-3所示，大体呈三角 翼形，它具有向前伸出的中心部分3，船2从该部分拉住装置1。在本 申请中，除非相反标出，“向前”是指装置1在水中行驶的方向，如箭 头4所示。“向后”则是指相反方向。\n如图1所示，有两个形状大体相同的波浪产生桨叶5、7，此后称 作“双桨叶”，它们从中心部分3的两侧横向并大体水平地以一向后的 角度伸出，以形成大体从上看呈“V”形。沿装置1的前边缘19基本 水平伸出的是前缘9、11。前缘9、11最好是横截面呈扁平的楔形， 它有向前延伸位于向前的中心部分3前面的尖端25。\n总地说，如图3a所示，在运行期间，前缘9、11切入水，略微低 于表平面，以形成水层或水流29，流到双桨叶5、7上。前缘9、11 大体沿装置1的底边缘12伸出，以便帮助将水29向上举到双桨叶5、 7上，以便形成波形21、23，如图3a所示。最好前缘9、11是比较 钝的，并覆盖有软材料，下面将讨论，以便若乘浪者不小心碰上，乘浪 者不会受伤。\n如图3所示，与双桨叶5、7一体成形的是弯曲的波浪产生装置壳 13、15，它们在中心部分3的两侧稍稍向后延伸并位于前缘9、11上 方。最好各个波浪产生装置壳13、15在水平和竖直两个方向均呈凹弧 度，下面将讨论，并且有面朝外的弯曲的乘面31、33。如图1所示， 产生装置壳13、15相对于行驶方向4，水平地成一45°角，但实际 角度可在30至50度之间，或更大。\n在两产生装置壳13、15之间和壳13、15的稍前方，是一中心波 浪产生装置壳17，它延伸在中心部分上方并稍稍靠后，并在“V”形 的顶点与两个产生装置壳13、15相连。中心产生装置壳17从中心部 分3向后延伸，在竖直方向上有一凹形弧度，但在水平方向上，有一凸 形弧度，可从图1中看出。\n如图3所示，波浪产生装置壳13、15有一斜凹形弧度，在装置穿 过水时，它可使得水流上垂面31、33，相对于周围的水沿向前和向上 的方向流动，相对于乘面31、33沿向后和向上的方向流动。产生装置 壳13、15横向也取向成一角度，如上所讨论的，它使得水的层流29 横向流过乘面31、33，在中心部分3的两侧形成分开的基本相同的波 形21、23。\n乘面31、33的倾度和/或曲度以及它们的横向取向决定了当装置 穿过水时作用在层流29上的向前和向上的动量值，波形21、23的尺 寸和高度。例如，如果乘面有一相对较陡的倾度和/或相对较紧的曲度(在 竖直方向上)，则波形21、23可能相对大而且延伸得相对高。相反，如 果乘面有一相对平缓的倾度，和/或相对开的曲度，波形21、23可能相 对较小。此外，如果相对于流向的横向取向的角度相对大，亦即，接近 45度，作为优选实施例，则水的层流29很可能横向流过乘面，形成波 形21、23，它们向上运动并横向穿过乘面31、33。另一方面，如果 相对于流向的横向取向小于45度，作为另一实施例，水的层流29将相 对朝后流动，只有稍许向前和横向流动，形成一相对朝后流动的流轨， 而不是卷曲波。\n双桨叶5、7，产生装置壳13、15和17，以及乘面31、33共 同形成一顶乘面27，其贯穿装置的宽度。后面将充分描述能达到本发 明目的的曲度的特定特征。产生装置壳13、15的向前的面在竖直方向 和水平方向上均呈凹形。延伸穿过产生装置壳前面的前缘9、11作用 相当于一铲斗，将水举起到产生装置壳上。水平凹度产生了一倾向于加 速水沿产生装置壳13、15向外排出的力。然而，其附近的水产生一相 应的力，推动大部分水沿着最小阻力路径(沿竖直凹处向上向外)排出， 然后向前，至少在优选实施例中，产生一理想的连续的前进的嘴或开口 的隧道形状。\n产生装置壳13、15的至少四个特性，尤其是面向前的乘面的四个 特性影响了形成的隧道波的尺寸、形状、角度和速度，这四个特性还相 互制约，这四个特征为：(1)形状；(2)位置，相对于运动方向的水平位 置或角度；(3)倾度，相对于水面和运动方向的竖直位置成角度；以及(4) 穿过水的速度。所有这些参数对于欲产生理想的隧道波的壳的性能都是 非常重要的。\n至于形状，面向前的乘面31、33可以是在竖直方向和水平方向均 有凹形曲度的复合形状，该形状不用特别说明可能的形状范围，亦即， 许多形状能提供预想的结果，因此，本发明不仅仅限制于这里所公开的 特定形状。\n竖直曲度的形状可以是圆圈的一段弧形，或者是更复杂的变化曲线 如椭圆、抛物线、双曲线或螺旋线的一部分。当形状是变化的曲线时， 它能从靠近中心部分3的一封闭曲线(亦即，水沿壳面上升时，上升的水 遇到减小的半径)变成朝向壳外端的打开曲线(亦即，当水沿壳面上升 时，上升的水遇到增大的半径)。水平曲度的形状可以是圆的一部分弧 形，或更复杂的变化曲线如椭圆、抛物线、双曲线或螺旋线的一部分。 当形状是变化曲线时，曲度可以是从中心到外端张开的(亦即，有一增 加的曲率半径)，当装置高速行驶时，更迅速地产生移动波，曲度也可 以是更封闭的(亦即，有一降低的曲率半径)，以便当装置慢速行驶时获 得慢波。\n朝前的面相对于运动方向的水平位置也可在一定范围内变化，否则 隧道将不扩大。双桨叶相对于运动方向的水平角度在优选实施例中是大 约40-45度，在变化实施例中是大约15-25度，以便中心部分的角度 在它穿过水时，变化到50度的角。前缘相对于水面的竖直角也可从大 体平行于表面变化到30度或更大的角度，在优选实施例中大体是约15 度。\n产生装置壳的速度也有优选范围。在低于大约每小时6英里(亦即 约9.6km/小时)的速度时，水将不会被带起，也不会以足够的速度向前 形成隧道波形。在高于每小时20英里(亦即约32.2km/小时)的速度时， 作用在装置上的流体动力学力将变得非常大，要求的运行能量也很大， 增加了涡流。因此，优选的速度范围是每小时10-12英里(亦即，约 16-19.2km/小时)。当然，向前的面的竖直和水平位置能调整，以便允 许装置可以不同速度行驶，亦即，当速度提高时，向前的面的位置和倾 度必须降低，反之则相反。\n当装置穿过水时作用在理论上无穷小的水体积上的力可描述为向 前、水平(横向)和竖直方向力的代数和。当装置向前穿过水运动时，由 于装置沿向前方向相对运动，水受到作用力，在优选实施例中，由于水 平和竖直方向的凹度，该作用力比在变化实施例中的大，这将会在后面 描述。由于产生装置壳倾斜，相对于向前运动，水在向上的方向也受到 作用力。由于产生装置壳的水平位置，相对于运动方向，水在向外方向 或横向也受作用力，在优选实施例中大于变化实施例。这些力结合起 来，将水从表面的顶部铲起送到产生装置壳上，以形成各种波形。由于 乘面的形状、角度、位置和倾度沿产生装置壳的长度方向变化，产生装 置壳的各个点处对水施加的单独的力也在变化，产生变化的效果，其结 合起来就形成了隧道波形。\n在优选实施例中，装置1形状结构基本是对称的，以便当装置1穿 过水时，作用在装置1上的流体动力学力有助于保持它与行驶方向对 准。亦即，双桨叶5、7基本对称地从中心部分3的两侧伸出，以便双 桨叶受到基本对称的流体动力学力，这样，在运行中，易于在向前方向 上保持装置稳定。然而，具有这里公开的那些稳定装置的不对称装置也 在本发明的设想范围内，所述稳定装置能平衡作用在双桨叶上的流体动 力学力。\n连接产生装置壳13、15和17的是一脊35，其基本贯穿装置的宽 度，其将位于装置后部的顶乘面27与背部37分开。在背部37上从脊 35向后延伸的是后稳定薄片39，凹形中心区41位于靠近脊35并在脊 35后面。中心区41形成从脊35向后延伸到装置1的后边缘45的大体 呈凹形的通道43。通道43有助于使流到脊35上的水被引向装置的后 边缘45，从而有助于稳定装置。\n从图6中可以局部看出，底边47最好是长形并且其形状是呈凹形， 以便形成一面向下的从向前方向到向后方向延伸的通道49。通道49的 取向有助于在装置穿过水时转变水的方向，使之沿向后的方向，从而使 装置在行驶方向上稳定。在后稳定薄片39下侧的底面47的向后部分51 略向后倾斜，有助于将装置穿过的水平滑地输送到装置的后边缘45。 底面也可设有凹槽、脊、刻痕或甚至一方向舵65，如图6所示，它们 沿前/后方向在长度方向延伸，进一步帮助将装置稳定在行驶方向上。方 向舵65可带有稳定翼63，用来进一步帮助稳定装置1。\n保持装置1基本水平，前缘9、11处于水中一大体恒定深度，对 于顺利地形成波形21、23是很重要的。这是因为前缘9、11相对于 水平面的深度达到这样的程度以至前缘可切入水并将水举起到双桨叶 5、7上，这决定了流到乘面31、33上的水的层流29的厚度和连续性。\n例如，为了形成在其上能进行冲浪动作的波形21、23，层流29 的厚度最好是始终如一地在2英寸至6英寸之间(亦即约5.1cm至 15.2cm)，不过如果缺乏理想的水面条件，则很难实现连续性。考虑到装 置的重量、形状和浮力，该装置最好设计成前缘9、11连续保持在水 面下方。装置行驶的深度也应考虑到它行驶的速度和它由船拉着的方 式，这在后面将讨论到。尽管实际深度可能变化，但深度通常应足以在 装置上形成水的层流29，而且也足够的浅以便减少不愿意有的流体动 力学阻力，反之，也许会阻碍波形的形成，或者明显地降低行驶速度， 并需要增大动力以拉动装置穿过水。\n装置的浮力有助于在装置不动时，保持装置能浮在水里。事实上， 浮力产生了一向上的力，部分由装置的重力抵消，重力提供了一向下的 分力。向上和向下的力相互抵消，与装置的形状一起，使得装置在水里 保持一大体平衡状态，这有助于将装置保持在一大体恒定深度。装置的 形状大体是宽阔的，而且将水分布在较大的区域，因此通过防止了不希 望有的倾斜，而有助于将装置保持水平，相应地，也有助于将装置保持 在大体恒定深度。\n当装置加速穿过水时，流体动力学力开始作用在装置，在装置自身 的浮力和重量的条件下，很难将装置保持在大体平衡状态。因此，最好 装置的形状和它的重量以及浮力一起有助于使装置在水中保持稳定，即 使在快速加速期间也能保持装置稳定。\n例如，当水被举到双桨叶上时，流到装置上的水引起向下的力。装 置行驶的速度也一定程度地影响流到装置上的水将施加到装置上的向 下的力。另一方面，装置的底面易于擦过水或掠过水，其与装置的浮力 相结合，易于使装置在水里升起。掠过的作用引起向上的力，这也受装 置的速度影响。用一根绳子拉装置，根据绳子的竖直位置，在绳子拉直 时能施加一个向上的分力。因此，与水接触的装置的前缘、产生装置壳、 和底面的形状与装置的速度和取向，有助于将装置保持在大体流体动力 平衡状态。这些特性采用了必要的平衡力，以使作用在装置上的向上和 向下的力抵消，有助于最大程度地减小施加在装置上的流体动力学效 应，以将装置保持在水中大体恒定的深度。\n装置的浮力可由用来制造装置的材料、使装置中空或在装置内插入 气囊成为可能。即使材料自身不浮起，但通过使它中空或加气囊可使装 置浮起。无论什么时候需要增加浮力时，可在任何地点，将各种尺寸的 气囊分散到装置的体内。\n虽然实际上通常用于制造船的任何类型的材料均能用于制造该装 置，但最好装置1由坚固的、耐久的、稍有点柔性的材料，如玻璃纤维、 木材、金属或碳石墨复合材料制成。而且最好装置是一体成形，亦即为 玻璃纤维壳体，用现有技术中的注模工艺制造。通过一体形成该装置， 该装置能做得足够坚牢能经受在运行期间可能作用在装置上的流体动 力学力引起的剪切、扭曲、弯曲的冲击力。该材料也应有点柔性，以便 在乘浪者在使用时掉下或不小心碰上装置时不会受到伤害。装置的外部 也应该用一软的吸收冲击力的易于运用的材料诸如泡沫材料或其它材 料覆盖。此外，装置也应涂有具有较小的摩擦系数的防水层或耐水材 料，诸如橡胶，并且形成时没有缝，以便最大程度地减小流体动力学阻 力。外层或涂层可以用现有技术中的方式，如喷射、胶粘、加热、焊接 或其它方法涂覆。\n该装置最好宽度在5至20英尺(亦即约1.5米至6.1米)之间，长度 为5至25英尺(亦即1.5米至7.6米)。优选的尺寸便于在装置上形成隧 道波形，并允许两个乘浪者同时乘在该装置上。优选尺寸也足够大，以 至于从流体动力学角度讲，水表面条件变化对装置的影响较小。该装置 的高度范围根据装置的总体尺寸、预定波形的高度、尺寸和特性，可在 1至5英寸(亦即约0.30米至1.5米)之间。本发明意在提供各种尺寸和 形状，以便可适应各种波形和不同功率的船。 优选实施例的运行\n在运行前，用一绳子53将装置连到船2上。绳子53的后端附着到 向前伸出的中心部分3上，绳子53的前端附着到船2的尾部55上。绳 53最好附着到中心部分3的中部，以便在船拉着装置1时，绳子有助于 自动调节波浪产生装置1对准行驶方向。绳子可以任何现有技术中的方 式如打结、夹或连接件亦即一球和座，附着到中心部分3上。最好，绳 子前端和后端分别可拆卸地与船和产生装置1相连，以便在需要时，很 容易地卸下绳子。\n也可设置双绳(未图示)代替单根绳，它们与向前伸出的中心部分3 的两处相连，这样能在用船拉装置1时更有助于自动调节产生装置1对 准。绳53成多根绳，可以是现有技术中任何类型的绳子，如滑水运动 中所使用的绳子，最好结实有弹性、耐久而且重量轻，耐水。例如，绳 子可以由诸如尼龙、玻璃纤维、钢等等的纤维股绳制成，必要时还可涂 有防水材料，诸如塑料、橡胶等等。上面所描述的将波浪产生装置1连 接到船2上的方式不仅仅是本实施例和船之间的典型连接方式，而且是 其它用船拉着的实施例与船之间的典型连接方式。\n一旦用绳子53将装置1连接到船2上，最好将装置对准行驶方向， 并使它浮在水体一深度处，前缘9和11面向前。想要冲浪的乘浪者站 在装置的顶部。根据乘浪者的技能，他可以用一冲浪板、boogie板或其 它擦滑装置。另一方面，玩尾浪板的人以与滑水的人相同的方式拖在船 后。最好绳子53在使用前就拉紧，以便加速不会引起颠簸。\n就在加速前，调整装置以便装置的前缘9和11保持水平，并处于 大体恒定的深度。这很重要因为当装置加速穿过水行驶时，会有一定的 水量上升到双桨叶上。最初使得适量的水流到双桨叶5、7上会更容易 在其上保持稳定水流。\n船2沿向前方向拉着装置1，如箭头4所示，使得装置沿向前方向 穿过水。可慢慢地加速装置，以便使适量的水流到双桨叶5、7上。与 滑水运动不同的是，在滑水运动中乘浪者在船加速时必须“升高”，而 本发明的乘浪者即使在加速前也能站在装置上。\n当装置加速时，水被前缘9和11铲起到双桨叶5和7上，形成水 的层流29，流到顶部乘面27上。产生装置壳13和15在水平和竖直方 向上均呈凹形曲线，以致于，当装置1拖过水时，水层29内的无穷小 水体在竖直和水平两个方向上均受作用力，迫使无穷小水体沿向前和向 上的方向加速，到达水体周围的上方。由于产生装置壳13和15也相对 于行驶方向取向成一角度，从中心部分3面向外，无穷小水体不仅向上 和向前流，也横向流过乘面31、33，离开中心部分3。然而，一部分 层流29能流过中心产生装置壳17，流向装置1的后部45。\n为了形成隧道波，必须用足够的功率加速装置，使得水的层流向前 向上流到乘面31、33，相对于乘面33产生超临界流动，以便于重力 能克服层流向前和向上的动量，使它以卷曲方式落下，回到前进的层流 下。拉动装置的速度很大程度上决定了乘面上形成的隧道波的尺寸和特 性，亦即，拉装置越快，产生的向前向上的动量越大，因此，水的超临 界层流29相对于乘面走的越快越高。其它因素，如前缘的深度、流到 双桨叶上的水量、水面条件以及船后形成的尾波稳定性，如上所讨论 的，均会影响隧道波形的形成。\n尾波70也是由装置穿过水运动时形成，可在其上进行尾板和/或擦 滑动作。实际上，尾波形成了两个孤波形，分别在装置的两侧，在波形 21和23之后以一定角度减弱，如图3a所示。\n一旦船运动，乘者可在双桨叶5、7上动作，开始在波形21和23 上进行滑水和/或冲浪动作。最好装置以足够的速度穿过水，强迫克服由 于乘浪者乘在波形21和23上所可能引起的任何阻力。在理想的情况 下，由于重力作用，乘浪者可乘在浪形21、23上，通过重力施加在乘 面31和33上的向下的力和水流29施加的向上的动量可达到大体平衡。 乘浪者也可横向越过波形，离开中心部分3，乘形成在拖在水中装置后 面的尾波上的孤波形。类似地，乘尾板者可以如上所讨论的方式围绕或 在孤波形上动作。尾波70的尺寸和乘浪者在其上进行动作的能力取决 于装置的速度和其尺寸以及排水量。速度、尺寸和/或位移越大，尾波尺 寸越大，乘浪者在尾波上可能进行动作的机会越好。\n流离乘面31、33的水或者可以流到产生装置壳13、15的侧面， 或者越过脊35，向下流到中心区41。由于一些水流过中心部分3，流 到和流上中心产生装置壳17，具有足够技能的乘浪者也可在理想条件 下通过朝中心部分向前转动然后切过中心部分3，从装置的一侧或乘面 滑到另一侧或另一乘面。\n在优选实施例中，产生装置壳13、15和乘面31、33相对于行驶 方向的倾斜程度、曲度和取向很大程度上决定了形成的波形的本性和特 征。仅具有较小倾度或曲度的波浪产生装置壳13、15，如上所讨论的， 将形成较小较浅的波形。反之，具有较大倾度、或曲度、和/或竖直延伸 部分的产生装置壳将形成较大的，完全成形的隧道波形。在任何特定场 合下采用的倾度、曲度和取向角度是各种因素的函数，如上所述。\n用来拉装置11的船的功率也决定了波浪产生装置壳13、15多大 程度能形成波形21和23。例如，拉大装置需要一功率足的船，或者说 能形成大的隧道波而不是小的浅的波。这是因为相对较大的装置引起的 流体动力学阻力大于相对较小的装置引起的阻力，或者说有着相对大的 倾度、曲度或取向角度的装置所引起的流体动力学阻力要大于相对小的 倾度、曲度或取向角度的装置所引起的阻力。 附加的稳定装置\n在理想的气候条件下，水面相对比较平，因此波浪产生装置在水下 保持相对稳定。另一方面，当气候条件不理想时，水面可能变得凹凸不 平或有旋涡，这会使得装置变得较不稳定。尽管如前面所讨论的，船的 尾波有助于提供某种程度地比较平的表面，但设置附加的稳定装置可提 供增加的稳定性。\n尽管在不是异常条件下优选实施例完全能运行，但是本发明仍考虑 使用任选的稳定装置，必要时，它可有助于保持装置1稳定，即使在比 较凹凸不平、有旋涡的条件下也不例外。如图4-6所示，附加的稳定装 置安装在装置的前面，诸如盘状稳定装置57，如图4所示，或者一鱼 雷状稳定装置59，如图5-6所示。\n如图4所示，盘状稳定装置57基本呈扁平的盘形，它通过一连接 杆61与装置1相连。在该种情况下，绳53与稳定装置57的前部相连， 而不是与装置相连，以便船拉着稳定装置57，顺次拉着装置1。稳定 装置57最好安装在装置前方约2至10英尺(亦即约0.61米至3.0米)， 这是因为，离得近稳定装置57对装置会有最大的稳定作用，而离得远 就不会干扰乘在装置1上的乘浪者。\n盘状稳定装置57有助于装置1在水里保持稳定，部分是由于它的 浮力特点，部分是由于它掠过或擦过水面处于稍低于水平面的位置，它 通过连接杆61将装置保持在水里一大体恒定的高度。通过保持稳定装 置57在水表面或其附近，稳定装置57防止装置向上滑得太多，或下潜 得太多。\n稳定装置57的宽平形状有助于减小装置正前方水的不平度或紊 流，以便在装置穿过水时，最终流到装置上的水较平。因为这个原因， 最好盘状稳定装置57的宽度是装置1的宽度的三分之二，这样能增加 稳定效果。但是稳定装置的宽度不宜太大，以防它产生不希望有的阻 力。\n连接杆61最好由坚牢、耐久、重量轻、刚度较大，但稍稍有点韧 性的材料，如玻璃纤维、石墨复合材料或钢等等制成。杆61最好是刚 性的，但有点韧性，以便稳定装置57能挠性地稳定装置1。最好，杆 61也附着到稳定装置57和装置1上，以便连接点刚度较大。\n制作盘状稳定装置57的材料可以与制作装置1的材料相同或类 似。因此，稳定装置也可以是中空的，或有气囊，以便它浮在水里。然 而前面所讨论的装置1中发现的安全特点对稳定装置57来说并不重 要。\n如图5-6所示，鱼雷状稳定装置59大体呈鱼雷形，以与盘状稳定 装置57相同的方式，通过一连接杆61附着。与稳定装置57类似，鱼 雷状稳定装置59通过擦在水面或稍稍低于水面有助于使装置1稳定。 然而它的细长形状产生的阻力比盘状稳定装置57小，所以它更适合于 高速行驶的场合。鱼雷状稳定装置59可由与盘状稳定装置57类似的材 料制成，并以大体相同的方式运行。 变化实施例\n如图7所示，为一变化实施例，尾波加强装置101由一船拉着，与 优选实施例中的方式相同。在许多方面，尾波加强装置101形状大体与 优选实施例相似，不同之处在于，装置101更细长，从上看，形成一更 窄更高的“V”形。装置10相对较窄的形状使得它比优选实施例更容 易切入水，产生更小的阻力，因此在高速行驶的场合具有优势。这使得 装置101可用在要求船以相对较高速度行驶的尾板运动和滑水运动中。\n与优选实施例相似，尾板加强装置101大体对称，有一向前伸出的 中心部分103，绳153附着在中心部分103上，以提供优选实施例中所 述的自动调节对准的益处。亦即，通过从向前伸出的中心部分103拉装 置，可使装置自动对准行驶方向。\n尽管从图7中可看出，产生装置壳113、115与优选实施例类似在 水平方向和竖直方向上呈凹形曲线，但产生装置壳113和115相对于流 动方向的取向角度和水平角度都比优选实施例中适当地减小，在大约15 至30度。因此，尾波加强装置101形成尾波或其它波形，而不是乘浪 者可乘在其上的冲浪波。例如，尾波加强装置可增强存在的尾波，如由 船2形成的尾波，可围绕或在其上或通过它进行尾板和/或滑水动作，可 明显增加那些运动的挑战性和/或差异性。\n双桨叶105、107比较细长的取向和波浪产生装置壳113和115使 得水流到双桨叶上，并加速水向上，但不必象优选实施例中向前或横 向。亦即，当无限小水体遇到前缘109、111时，水体被产生装置壳113、 115向上举起，但由于乘面131、133相对于行驶方向的取向的水平角 度较小，水体仅在向前的方向上被加速，只有略微一些横向离开中心部 分103。结果是流到双桨叶105、107上的水的层流129被向上举起， 但不是必须向前，而且仅有稍许一些沿横向流动，因此，水相对于朝前 运动的装置101向后流动。因此，装置101不是形成卷曲波，而是使水 移动形成尾波，或加强船的尾波，形成拖在船后的孤波形。\n装置101最好是宽度在2至5英尺之间(亦即约0.6米至1.5米)，长 度在3至15英尺之间(亦即约0.91米至4.5米)。由于是为了应用于高速 场合，装置101比优选实施例小，如上所讨论的，产生较小的阻力。装 置101也最好重量较轻，以便可由船2高速拉着。该实施例也可由与制 成优选实施例的材料相同的材料制成。\n在使用中，当加速尾波加强装置101时，装置101排水，根据装置 的速度产生一拖在装置后的加强的尾波和/或其它波形。与优选实施例类 似，装置穿过水，并使水流到双桨叶105、107上。然后水被迫相对于 装置向上和向后，形成水轨迹，最好落回水体周围。同时，水移动产生 了拖在装置101后的尾波，可在其上进行尾板和/或其它滑水动作。通 常，乘浪者由船拉着，能乘在尾波上，很象滑水，或者乘尾板者可乘在 船的尾波上。\n该装置拖在船2的后面，可通过位于水里以便拦截船的尾波，加强 船形成的尾波，扩大增强尾波，在其上进行尾板、冲浪、擦和/或滑动作。 由船拉着的乘浪者可围绕或在其上或穿过装置形成的加强尾波进行动 作和特技动作，把尾波用作滑道或滑曳平面，如上所讨论的。\n船身实施例\n如图8所示，本发明也能附着到船202的船身208上，因此，当船 穿过水行驶时，装置201是推进，而不是被拉着。在该实施例中，双桨 叶205、207附着到船202的船身208上，或者与船身208整体成形， 以便桨叶在船的两侧向外和横向延伸出。装置201可以沿船身的侧边长 度方向上地位于船的中部和后部，但是最好装置附着在一个能提供最连 续最稳定的波形的位置上，这在下面将讨论到。\n本实施例的双桨叶205、207许多方面与优选实施例中的双桨叶 5、7相似，其不同之处在于，它们是附着到船身上或从船身上伸出。 例如，有弯曲的产生装置壳213、215，前缘209、211和乘面231、 233，它们的形状大体与优选实施例中的相同。亦即，前缘209、211 的位置使得它们能切入水形成层流229，流到双桨叶205、207和产出 装置壳213、215上，以形成波形221、223。乘面231、233在水平 和竖直方向上也有一凹形曲度，并且以一角度向后延伸，与优选实施例 类似，以致于流过乘面的水被向前、向上和侧向加速，离开船，如图8 所示。\n然而，与优选实施例不同之处是，在优选实施例中装置借助于自身 的重量、浮力、尺寸和形状而保持在水下大体恒定深度处，而该实施例 安装到船身208侧边上，靠船将双桨叶205、207保持在大体平衡状态 和大体恒定深度。双桨叶在水中所处的深度由双桨叶相对于船身208的 位置所决定。因为流到双桨叶上的水的量和连续性对要形成的波形的尺 寸和特性有很大影响，所以双桨叶最好安装成在加速期间，前缘始终在 水平面下方。尽管深度越深使得更多的水流到双桨叶上，产生更大的波 形，但这样也导致流体动力学阻大增大，可能使船难以加速和保持它的 速度。\n此外，船相对于水平面的位置以及允许流到双桨叶上的水量可根据 运行时水面情况、船行驶的速度和加速度以及装置相对于船的位置变 化。亦即，当船加速时，由于船的动量，船的前端可能向上贴水面掠过， 而船的后端可能在高度上向下稍降些，当然，这种转变将会影响双桨叶 在水中的相对位置，因此，适当安装双桨叶应该考虑它运行时的位置， 而不是仅仅考虑它在水中静止时的位置。\n双桨叶205、207的底面247最好做成产生极小的或没有可能影响 整条船运动的流体动力学效应，亦即贴水面掠过的效应。例如，底面247 可以是水平的，或者如果需要的话，甚至在乘面下方可以是中空的，以 便当船加速时，水不会对装置产生任何向上的作用力。另一方面，在某 些情况下，诸如在装置附着到船后时，底面可以略向前倾斜，以帮助装 置在水上掠过，这也有助于保持船稳定，防止它在快速加速期间过分地 在水面上掠过。然而，当将装置附着在船中部附近时，将装置安装成它 稍稍切入水而不是擦或掠过水可能是较理想的，这能抵消可能会出现的 滑行。最好避免船过分地沿水面滑行，以保持装置201的前缘209、211 处于水中一大体恒定的深度。\n可借助于现有技术中的手段，如螺帽和螺钉、焊接的方法，将装置 201牢固地安装到船上，最好装置201和船身208一体成形。装置201 牢固地安装到船上，以便装置能抗在它穿过水时可能出现的剪切力、弯 曲力和扭曲力。支承件214设置在各个双桨叶上，在产生装置壳后，沿 着行驶方向，它将双桨叶连到船身上。由于实际上装置是船两侧的水平 悬臂，所以它必经能抵抗水引起作用在装置上的剪切力、弯曲力和扭曲 力。越靠近船身，施加的剪切力、弯曲力和扭曲力越大，所以在该位置 的支承件最好被加固。相反作用在装置201的最远端的力最小，所以支 承件可以做成向着各个双桨叶的顶端有锥度。\n该实施例可以由与优选实施例中大体相同的材料制成。但是，如果 装置201和船一体成形，则它必须由与船身相同的材料制成。例如，如 果船身是由玻璃纤维制成，那么装置201也应用玻璃纤维制成。在该实 施例中也应使用优选实施中采用的保护涂层和软填充物。也应加固装置 附着在船上的区域，以便作用在装置上的力不会影响船身。\n装置201的尺寸和形状最好与船的尺寸、形状和功率相称。装置 201最好安装在船的后一半上，如图8所示，以便船前部引起的尾波并 入装置形成的波形中。\n在使用中，船被加速到足够高的速度，以便在产生装置壳213、 215上形成合适的波形221、223。在该实施例中，使用中，乘浪者最 好乘波形延伸出的尾波270上，而不是直接乘在双桨叶上，因为靠近船 太近比较危险。因此，最好船以足够高的速度行驶，以形成从波形延伸 出的一定尺寸的尾波，如图8所示。\n在该实施例中，最好乘浪者267先位于水中，而不是在船202上， 以便在船经过时，乘浪者自己沿与船相同的方向划，跟上并乘上船形成 的尾波延伸出的波。最好，船的驾驶员协调船的速度和方向，以与乘浪 者的速度、方向和技能相配合，比较理想的是，乘浪者有足够的技能， 能在一段时间内跟上并乘上波浪。\n关于轨道实施例\n本发明也可由任何现有的机械装置，如用来给火车、缆车、滑雪升 降机、吊车等等供应动力的那些机械装置代替船驱动或供应动力。例 如，本发明也可位于附着到深水环境亦即水池底部的轨道上，以便用一 绳子或缆绳拉着它，在水池的表面产生波形。\n在一实施例中，两套双桨叶5、7可以背对背放置，以便一套面对 一方向，另一套面对另一方向。在该形式中，装置可位于水池底部的轨 道上，用一根绳子操纵，拉着它沿一方向穿过水，产生波形，然后，再 沿相反方向，产生附加的波形。这允许乘浪者沿一方向走，然后再沿另 一方向返回，最大程度地增加通过量。