The history of design, patenting and production of sports fins for swimming (1930-2020).pdf Еще в 1717 г. американец Бенджамин Франклин запатентовал ласты для плавания с лопастями, изготавливаемыми из дерева. Француз Luis Marie de Corlien в военных целях в 1929 г. придумал и в 1933 г. получил приоритет на «Устройство для передвижения в воде» (FR, pat. № 767013(A), 1934) (рис. 1) [1]. В 1940 г. ласты Корлье усовершенствовал американец Owen R. Churchill (USA, pat. 2321009, 1943) [3]. С тех пор разработаны и запатентованы сотни конструкций ластов для плавания. Ниже представлена динамика суммарного патентования по 10 ведущим странам мира для ластов различных моделей и технологий (рис. 2) [2]. Однако только некоторые из предложенных конструкций стали основой для спортивных ластов. Именно эти изобретения рассматриваются в данной статье. В 1943 г. изобретатели акваланга, французы Жак Ив Кусто и Эмиль Ганьян, подарили людям возможность плавать и дышать под водой. Это повлекло настоящий бум в развитии подводных исследований и подводного спорта. В начале 1950-х гг. во многих странах (Италия, Франция, США и др.) начинается массовый промышленный выпуск раздельных резиновых ластов для плавания. ч Рис. 1. Устройство для передвижения в воде. Luis Marie de Corlien. (FR, pat. №» 767013(A), 1934) Рис. 2. Динамика патентования по 10 ведущим странам мира: 1 - формовые биласты; 2 - композиционные биласты; 3 - моноласты Первыми крупными соревнованиями в мире, где среди прочих дисциплин многоборья были дистанции по плаванию и нырянию в ластах, стал I чемпионат СССР по подводному спорту (Карабах, Крым, 1958). Оказалось, что самую большую скорость передвижения в ластах развивают мужчины в нырянии на короткую дистанцию. На II чемпионате СССР в Алуште в 1959 г. победил москвич М. Заславский, преодолев под водой дистанцию в 40 м за 22,0 с в болгарских «Садала гигант» - тогда это была единственная пара ластов на всю нашу страну. На следующем чемпионате в 1960 г. он победил с результатом 21,8 с. В 1959 г. была создана Всемирная конфедерация подводной деятельности CMAS (первый президент -Жак Ив Кусто), которая сегодня объединяет национальные подводные федерации около 100 стран. C начала История конструирования, патентования и производства спортивных ластов для плавания 181 1960-х гг. прошлого века CMAS стала проводить международные соревнования по различным видам подводного спорта. На первых же соревнованиях стала очевидной главная цель - достижение спортсменами высокой скорости на дистанции. В 1959-1960 гг. для этого спортсмены стали использовать биласты с длинной и широкой лопастью (в Италии были выпущены ласты «Г игант», в Болгарии - длинные ласты «Садала гигант» из литой резины). Скорость плавания в них возросла, однако мешал большой вес ластов. В 1962 г. ласты «Садала гигант» появились у многих членов сборной СССР. Позже в Москве О. Серов изготовил по образцу болгарской ласты пресс-форму и наладил выпуск советских ластов. Правда, его изделия были хуже оригинала, вероятно, из-за качества резины. Накопленный к этому времени опыт дал понимание, что чем длиннее (конечно, до определенных размеров) лопасть, тем выше скорость плавания. Стандартные резиновые ласты уже не удовлетворяли спортсменов, и они начали самостоятельно конструировать и изготавливать скоростные ласты. Модернизация коснулась таких параметров ластов, как размер и конфигурация лопасти, ее вес, упругость и др. В 1964-1968 гг. Б. Попов (из Эстонии) и другие советские спортсмены удлиняли лопасть стандартных резиновых ластов тонкими (толщиной от 0,5 до 1,5 мм) полосками упругой стали, затем покрывали длинную лопасть тонкой резиной [4]. Авторы данной статьи тогда использовали для этого куски патефонной пружины, получившуюся длинную лопасть покрывали слоем сырой резины, а затем вулканизировали на заводе резиновой обуви в Томске. Длина такой лопасти иногда достигала 80-90 см и регулировалась простым обрезанием ножницами конца лопасти. Первый официальный чемпионат Европы, где были дистанции по плаванию и нырянию в ластах, состоялся в Италии в 1967 г. Чемпионом Европы на самой «быстрой» дистанции стал С. Тарасов из Пскова, который пронырнул 40 м за 18,30 с. А уже на чемпионате СССР 1968 г. в Алуште москвич М. Филиппенков в ластах с сильно удлиненной лопастью пронырнул 40 м за 14,8 с. В 1968 г. В. Загозин, А. Салмин, Б. Самохин (СКА, Новосибирск) оптимизировали соотношение «вес ласта - площадь лопасти - ее упругие свойства», армируя биласт профилированной вилкой из бронзовых, затем из титановых сплавов (А.С. СССР 272114, 1970) (рис. 3) [5]. Изготовление такой вилки было весьма сложным. Необходимо было из листа металла вырезать вилку, а затем фрезерованием или шлифованием добиться постепенного уменьшения профиля пластины по всей ее длине, чем достигалась оптимальная жесткость лопасти. Ласты получились очень удачными, в них были показаны лучшие результаты в 1968 и 1969 гг. На чемпионате СССР летом 1968 г. в Алуште и на II чемпионате Европы 1968 г. там же некоторые спортсмены успешно выступили в новосибирских раздельных ластах, армированных металлическими вилками. В 1968-1969 гг. В. Жданов, В. Титов, А. Шумков (клуб СКАТ, Томск) сделали «эпохальное» открытие, которое используется при изготовлении спортивных ластов и по сей день: уменьшили вес удлиненного ласта, заменили массивную лопасть, улучшили ее упругие свойства и упростили технологию изготовления, впервые в мире использовав стеклопластик (фиберглас, стеклотекстолит) для изготовления не только профилированной армированной вилки, но позднее и всей профилированной лопасти (заявка СССР 1488511/28-12, 1971) (рис. 4) [6]. Рис. 3. Ласты с профилированной вилкой из бронзовых сплавов. В. Загозин, Б. Салмин, Б. Самохин (СССР, А.С. № 272114, 1970) Рис. 4. Ласты с профилированной вилкой из стеклопластика. В. Жданов, В. Титов, А. Шумков (СССР, Заявка № 1488511/28-12, 1971) Авторы статьи для изучения упругих и прочностных характеристик стеклопластика использовали экспериментальные тензометрические установки и соответствующие методы исследования. Было показано, что при значительно меньшем удельном весе, чем металл, стеклопластик имеет отличные прочностные, упругие и усталостные характеристики и очень легко механически обрабатывается. Лист стеклопластика состоит из нескольких склеенных под прессом слоев ткани из стекловолокна, которые можно вручную рас- В.В. Жданов, В.Б. Титов 182 слоить ножом и снять один за другим, постепенно уменьшая толщину пластины, легко добиваясь нужного профиля жесткости лопасти. Впервые раздельные ласты со стеклопластиковой вилкой были изготовлены и опробованы авторами на соревнованиях в октябре 1968 г. в Томске, затем в феврале 1969 г. в Риге на матче клубов СССР, где с ними имели возможность познакомиться все участники соревнований, и в этом же году в июне в Саратове на X чемпионате РСФСР по плаванию в ластах. Там же, в Саратове, эти ласты впервые опробовал выступавший вне конкурса москвич А. Крюков, член сборной команды страны, который в них показал результат, близкий мировым рекордам. Ласты с удлиненными стеклопластиковыми лопастями стали доступны для всех! В 1970 г. в финальных соревнованиях V спартакиады народов РСФСР в Горьком А. Шумков победил в этих ластах на пяти дистанциях, он же установил в них три мировых рекорда на V чемпионате Европы во Франции в 1971 г. и выиграл две золотые медали на чемпионате Европы в Москве в 1972 г. В итоге большинство мировых рекордов 1970-1971 гг. было установлено в раздельных ластах со стеклопластиковой лопастью конструкции томичей. В новых ластах команда СКАТ выиграла чемпионат РСФСР по подводному ориентированию 1971 г. в Москве. В подобных ластах Н. Турукало (Усть-Каменогорск) стала абсолютным чемпионом СССР по подводному ориентированию Игналине (1971), А. Салмин стал абсолютным чемпионом Европы по подводному ориентированию в Голландии (1972) и абсолютным чемпионом мира по подводному ориентированию (Югославия, 1973). Другим техническим решением было копирование рыбьего хвоста. Такие попытки были известны давно. В 1946 г. Kurt Schaefer (Австрия) скрепил две стандартные короткие раздельные ласты с помощью вставки между ними [7]. В 1955 г. Kurt Ristan и Hans-Joachim Bergann (Германия) изобрели ласт из резины, состоящий из широкой лопасти и двойной галоши (BRD, pat. 1085798, 1960) (рис. 5) [8]. Такие ласты тогда использовались в рекреационных целях. В 1968 г. тренер из Ленинграда Е. Рексон наклеил рядом две стандартные резиновые ласты на сплошной лист резины, и в таком ласте его ученица О. Тихоненко выиграла ныряние на юношеских соревнованиях СССР [4]. К сожалению, прирост скорости был незначительным, вероятно, из-за небольшой площади созданной единой лопасти, поэтому практического применения, и развития такой ласт не получил, хотя некоторые спортсмены уже успешно ныряли на соревнованиях в би-ластах, работая ногами одновременно, способом «дельфин». Именно так ныряли победители чемпионатов СССР: в 1964 г. Ан. Иванов (Москва), а в 1968 г. В. Баврина (Ленинград) и другие спортсмены. Осенью 1968 г. тренер Б. Поротов (клуб «Алтай», Усть-Каменогорск) конструирует и изготавливает скоростной сдвоенный ласт, который он назвал «Моноласт» [9, 10]. Лопасть моноласта Б. Поротова была трапециевидной формы, длиной 80 см, и вырезана из листа резины («технолист») толщиной 2 мм, а для жесткости на резину были наклеены три полоски из титанового сплава ОТ-4, толщина которых уменьшалась вдоль лопасти от 2 до 0,5 мм на конце (рис. 6). Рис. 5. Ласт для плавания. К. Ristan, Н.-J. Bergann (BRD, pat. 1085798, 1960) Рис. 6. Моноласт. Б. Поротов (СССР, 1968) В таком моноласте впервые стартовала на чемпионате СССР 1969 г. по скоростным видам подводного спорта в Киеве ученица Б. Поротова Н. Турукало, где завоевала две золотые медали на коротких дистанциях. В 1970 г. в моноласте Н. Турукало выиграла с мировыми рекордами четыре дистанции на Спартакиаде народов СССР в Минске и три дистанции на чемпионате Европы по плаванию в ластах в Испании. В Минске в моноласте плавала и Т. Агафонова из Ростова-на-Дону, которая на дистанции 100 м с аквалангом была второй за Н. Турукало, уступив ей 3,7 с. Моноласт для Т. Агафоновой сделал ее тренер А. Самосудов. Также известен узкий двойной ласт Franco Pavone (Италия), изготовленный в 1969 г. из двух скрепленных рядом раздельных ластов и удлиненный с помощью трех металлических полосок. В 1971 г. Н. Турукало в моноласте Б. Поротова выиграла две золотые медали на чемпионате СССР по скоростным видам подводного спорта в Ташкенте и три золотые медали на чемпионате Европы по пла- История конструирования, патентования и производства спортивных ластов для плавания 183 ванию в ластах 1971 г. во Франции, установив мировые рекорды. Там же, во Франции, на чемпионате Европы по плаванию в ластах 1971 г. А. Салмин выиграл ныряние на 40 м с рекордом мира - 14,10 с - в моноласте собственной конструкции с лопастью длинной прямоугольной формы, на которой была вырезана «семизубая» вилка. Монолопасть он, используя изобретение и технологию томичей, изготовил из листа стеклопластика [11]. Схема монолопасти представляла собой две состыкованным рядом стеклопластиковые лопасти раздельных ластов скатовской конструкции. Впервые в этом моноласте он показал рекордный результат в нырянии на чемпионате Вооруженных Сил СССР по скоростным видам подводного спорта в Москве в том же 1971 г. С тех пор все рекорды скорости в подводном спорте устанавливаются только в моноластах. Советские спортсмены и тренеры стали изготавливать сплошную лопасть моноласта из профилированного стеклопластика по технологии томичей, при этом отпала необходимость покрывать лопасть слоем резины. Лопасть моноласта становится шире и короче, еще более похожей на хвост дельфина (рис. 7) [12]. На лопасть монтировались галоши, вырезанные из обычных резиновых формовых ласт. На Кубке СССР 1971 г. сильнейшие спринтеры страны уже опробовали такой моноласт. С начала 1972 г. все сильнейшие подводники СССР и некоторые зарубежные спортсмены стали плавать на коротких и средних дистанциях в похожем моноласте. На чемпионате Европы 1972 г. в Москве в нырянии на 50 м с рекордным результатом 17,0 с победил Ш. Карапетян (Армянская ССР) в подобном моноласте, который буквально накануне чемпионата изготовили его тренер Л. Алмасакян и Б. Поротов. Члены сборной СССР И. Авдеева, В. Волков (клуб СКАТ, Томск) и другие спортсмены завоевали все золотые медали чемпионата и установили новые мировые рекорды, проплывая дистанции в моноласте с лопастью из стеклопластика. Через пару лет спортсмены стали плавать в моноластах со стеклопластиковой лопастью не только на спринтерских, но и на всех стайерских дистанциях. Наконец, все ведущие спортсмены мира стали использовать такие моноласты, причем в основном они были изготовлены специалистами СССР. Появились многочисленные мелкие производители, которые, в силу предельной простоты технологии, вручную изготавливали подобные моноласты сотнями экземпляров. С тех пор сплошная стеклопластиковая (позже углепластиковая) лопасть - основная деталь всех скоростных моноластов, изготавливаемых до настоящего времени. В подводном ориентировании первой в моноласте со стеклопластиковой лопастью, используя высокую скорость на дистанции, стала плавать и побеждать Н. Ту-рукало. В 1973 г. на I чемпионате мира, проходившем в Югославии, она становится первым абсолютным чемпионом мира по подводному ориентированию. В 1977 г. В. Жданов, В. Титов и А. Шумков изготовили, испытали образцы и подали заявку на изобретение ласта, лопасть и галоша которого находятся под углом 10-20° друг к другу (Заявка СССР № 930-13276, 1977) (рис. 8) [13]. В такой конструкции ласта стопа ноги находится в более комфортных условиях и передает большее давление на лопасть. Дисциплина подводного спорта «плавание в ластах» в 1986 г. была признана олимпийским видом, что стало дополнительным стимулом развития не только этого вида спорта, но и производства спортивного оборудования. В 1980-1990-е гг. начинается промышленный выпуск моноластов с лопастью из стеклопластика и со специальными галошами или моногалошей в СССР (моноласт «Дельфин», НПО «Алтай») [14, 15], Италии (Mat-Mas), Германии (Dol-fin), Японии (Осо-моФ, Sea Wolf), Китае и т.д. Рис. 7. Типовая лопасть из стеклопластика для моноласта (СССР, 1971-1990) Рис. 8. Ласты для скоростного плавания. В. Жданов, В. Титов, А. Шумков (СССР, Заявка № 930-13276,1977) В.В. Жданов, В.Б. Титов 184 Естественно, что профилированная лопасть моноласта полностью изготавливалась промышленным способом, одной «прессовкой». Это был большой технологический прорыв. В 1993-1994 гг. В. Жданов, В. Титов вместе с учеными подмосковного завода в г. Дзержинске изготавливают прессованием лопасть моноласта из стеклопластика, армируя ее слоями ткани из углеродных волокон, что улучшило физико-механические свойства лопасти. Однако недостатком такой лопасти была высокая стоимость ткани. Тем не менее с 1996 г. лопасти с использованием углепластика стали изготавливать в Китае, Франции и с 2000 г. в Италии. К сожалению, скоростные качества моноластов промышленного изготовления отвечают не всем требованиям пловцов, поэтому ведущие спортсмены до настоящего времени предпочитают использовать моноласты ручного изготовления. В 1989 г. В. Жданов, В. Титов, А. Шумков конструируют и изготавливают принципиально новый моноласт «Крыло», на лопасти из стеклопластика которого выполнено симметричное утолщение из эластичного пористого материала, представляющее собой гидродинамическое двояковыпуклое крыло (А.С. СССР 1771776, 1992) (рис. 9) [16]. При гребке такой лопастью улучшается обтекание непрерывно меняющегося угла атаки лопасти, а профиль утолщения крыла, деформируясь, становится асимметричным. В результате у крыла, кроме подъемной силы угла атаки, появляется дополнительная подъемная сила за счет разной скорости обтекания водой верхней и нижней поверхностей асимметричного по профилю тела лопасти (аналог подъемной силы крыла самолета). В каждую фазу гребка (движение ласта вниз и движение ласта вверх) дополнительная подъемная сила действует в направлении, увеличивающем силу гребка. Используя специальную аппаратуру, авторы статьи провели ряд исследований, которые показали существенный прирост тягового усилия пловца [17, 18]. С тех пор и по настоящее время элемент «крыло» успешно используется в лучших спортивных ластах. В 2009 г. на чемпионате мира в России в ластах типа «Крыло» хорошо выступили китайские спортсмены, а П. Кабанов (Новосибирск) установил рекорд мира в нырянии на 50 м - 14,16 с. Следующий прорыв в конструировании моноластов осуществил Е. Андронов из Смоленска. Он модернизировал галошу моноласта, сделав ее массивной, предельно обтекаемой, комфортной и плотно сидящей на ногах. В таком моноласте плавали победители чемпионата мира по ориентированию в 1996 году в Эстонии. А в 1998-2000 гг. Е. Андронов (тренер клуба СКАТ, Томск) продолжил совершенствование своего моноласта, сконструировав и изготовив моноласт HyperFins [19], обладающий улучшенной обтекаемой формой, лопасть и галоша которого находятся под углом 10-20° друг к другу, а многослойная резиновая галоша из пяти сортов резины имеет улучшенные свойства. Однако она очень сложна в изготовлении (Патент RU № 85350 U1, 2009) (рис. 10) [20]. Рис. 9. Моноласт «Крыло». В. Жданов, В. Титов, А. Шумков (СССР, А.С. № 1771776, 1992) Рис.10. Моноласт HyperFins. Е. Андронов (Патент RU № 85350 U1, 2009) В конструкцию моноласта HyperFins в качестве прототипов вошли и предыдущие предложения, в том числе обтекатели на галошах, профилированная стеклопластиковая лопасть, элемент «крыло», угол между лопастью и галошей. Несмотря на то, что масса моноласта значительно увеличилась, HyperFins имеет нулевую плавучесть. В очередной раз изменилась техника плавания. Стоимость такого моноласта достигла $ 1 000. Успешно испытал один из первых вариантов моноласта Е. Андронова на чемпионате мира по плаванию в ластах в Испании в 2000 г. М. Максимов (клуб СКАТ, Томск), где он стал чемпионом мира, установив миро- История конструирования, патентования и производства спортивных ластов для плавания 185 вой рекорд в подводном плавании на 400 м. Примерно с 2009 г. и до настоящего времени в моноластах Hyper-Fins плавают все сильнейшие спортсмены мира. В таблице приведены некоторые результаты победителей официальных соревнований по нырянию в длину среди мужчин (все они - советские и российские спортсмены). Каждый из упомянутых выше этапов конструирования ластов [21-24] приводил к значительному увеличению скорости плавания. За 57 лет, с 1958 (1-й чемпионат СССР) по 2019 г. (27-й чемпионат Европы), скорость плавания на самой быстрой дистанции (ныряние в ластах) у мужчин выросла в два с половиной раза - с 1,4 до 3,6 м/с. Для сравнения отметим, что дельфины развивают скорость более 10 м/с. До 1970 г. абсолютно все лучшие результаты в нырянии были показаны в биластах разной конструкции. Первый мировой рекорд в нырянии среди мужчин в моноласте установил А. Салмин в 1971 г., а самый «свежий» рекорд мира установлен П. Кабановым в 2019 г. Всемирная конфедерация подводной деятельности CMAS ввела ограничения, которые касаются максимальных размеров лопасти, однако практика плавания в ластах и физические возможности пловцов сами установили ее оптимальные размеры, дальнейшее увеличение которых приводит к снижению скорости плавания. В итоге за последние 20 лет «прорывных» решений в конструировании ластов не было. Результаты победителей официальных соревнований по нырянию в длину среди мужчин В разных странах выпускаются аналоги модели моноласта HyperFins ручного производства: на Украине этим занимаются фирмы Waterway fins, Sharkfin, Yakovlevfins, Starfins, Goldfin, в Эстонии - Leaderfins, Arsenal, во Франции - POwerfins и др. Конечно, делают их и специалисты в России. По мнению Е. Андронова, автора HyperFins, некоторые производители, к сожалению, не соблюдают технологию изготовления, используют некачественную резину, иногда моноласт получается травмоопасным и пр. В 2019 г. во всем мире моноластов, подобных HyperFins, было выпущено около 400 экземпляров. В настоящее время моноласт с успехом используется спортсменами-подводниками не только в дисциплинах «плавание в ластах», но и в подводном ориентировании, фридайвинге. В программу соревнований по дисциплине «плавание в ластах» в 2007 г. были введены дистанции плавания «в классических ластах» (имеются в виду раздельные ласты). CMAS допустила к использованию на соревнованиях биласты венгерской фирмы Najade, выпуск которых был начат в 2000-х гг. Интересно отметить, что свидетельство на изобретение очень похожих ластов с пяточным ремнем (SU 1643026) было выдано В. Жданову, В. Титову и А. Шумкову еще в 1990 г. [25]. В настоящее время очень популярны классические короткие ласты POwerfins, разработанные О. Пудовым. Эти ласты официально одобрены CMAS для соревнований. Таким образом, обращение к истории создания «быстрых» ластов показало, что на смену обычным резиновым пришли сложные модели комбинированных и композиционных ластов. В них существенно усовершенствованы галоша и моногалоша, лопасти изготовлены по новым технологиям с применением углепластиков. Всему этому предшествовали теоретические и экспериментальные исследования, целью которых было создание оптимальных конструкций. Борьба за скорость продолжается. Год Дистанция, м Результат, с Скорость, м/с Соревнование Победитель 1959 40 22,0 1,81 2-й чемпионат СССР, Алушта, Крым М. Заславский 1961 40 19,7 2,03 4-й чемпионат СССР, Новороссийск Ю. Наумчев 1967 40 18,30 2,18 1-й чемпионат Европы, Италия С. Тарасов 1968 40 15,9 2,51 2-й чемпионат Европы, СССР И. Компус 1971 40 14,10 2,84 5-й чемпионат Европы, Франция А. Салмин 1972 50 17,00 2,94 6-й чемпионат Европы, СССР Ш. Карапетян 1976 50 16,92 2,95 1-й чемпионат мира, Германия В. Сучков (СКАТ) 2004 50 14,18 3,52 12-й чемпионат мира, Китай Е. Скорженко (СКАТ) 2009 50 14,16 3,53 15-й чемпионат мира, Россия П. Кабанов 2019 50 13,70 3,63 27-й чемпионат Европы, Греция П. Кабанов

Скачать электронную версию публикации