Таким образом, для ласты, как энергопреобразующего элемента, наиболее важным становится способность эффективно воспринять энергию в виде упругих обратимых деформаций изгиба и отдать их воде. Аналогично шесту прыгуна или древку лука накопленная энергия передается другому телу. Наиболее эффективным материалом для такой энергетической системы становится материал, способный накопить наибольшую энергию при наименьшей массе. Если принять удельный показатель упругой энергии на единицу массы алюминиевого сплава за 1, то аналогичные показатель для титана, углепластика и стеклопластика составляют 2, 4.6 и 17 соответственно. Поэтому ласты для активного плавания наиболее эффективно изготавливать из стеклопластика.

Если ласты используются как руль, то наиболее важным критерием эффективности становится эффективность управления, то есть жесткость и прочность на изгиб. Для такого назначения наиболее подходящим материалом является углепластик, но ласта теряет эффективность в виде движителя.

Стеклопластик имеет преимущество не только благодаря наивысшей энергоемкости, но и другим свойствам. Углеволокно карбоновых или углепластиковых ласт имеет высокую жесткость и малую предельную деформативность или хрупкость, то есть малая деформация, особенно локальная, приводит к разрушению волокна. Ласты из «угля» деформируется при изгибе на сравнительно малые величины до начала разрушения по сравнению со «стеклянными». Пловец практически не достигает пределов прочности при плавании, но любое неосторожное обращение приводит к быстрому разрушению углепластиковой ласты, например, удары, запредельная деформация, забоины, большие царапины и порезы.

Ласты из термопластичных материалов при малой жесткости не обеспечивают высокой энергоемкости из-за малой прочности, сильного изменения жесткости с температурой, ползучести. Последнее отчетливо наблюдается при неполном возврате в начальное положение после большой деформации. Кроме того, ласты такого типа имеют еще один довольно важный недостаток – высокое внутреннее демпфирование или трение. Оно проявляется в поглощении энергии упругих колебаний и преобразований ее в нагрев материала. Таким образом, часть энергии пловца тратится на непроизводительный нагрев воды. Для некоторых видов резины доля упругой энергии, рассеиваемая во внешнюю среду, составляет до 15-25%, увеличиваясь с понижением температур. Кстати, любые накладки в виде ребер из резины, уменьшающие перетекание воды, также способствуют непроизводительному расходованию энергии из-за внутреннего трения, что сводит на нет, улучшения гидродинамических характеристик.

Рассматривая материалы, из которых изготовлены ласты, не стоит забывать, что только название не несет полной характеристики. Или – стеклопластик стеклопластику рознь. Плохой материал от хорошего может отличаться в десять и более раз, особенно с точки зрения удельной энергоемкости. Бывают разные стекло- и углеволокна, прочные и малопрочные, жесткие и мягкие, дешевые и дорогие. Наиболее качественные материалы применяют в аэрокосмической промышленности, где требование малого веса при заданном уровне прочности и жесткости становится очень важным, оттесняя на второй или третий план характеристики стоимости. Стоимость килограмма вертолетных конструкций достигает показателя золота, космические конструкции еще дороже. Для изделий общего назначения обычно применяют среднепрочные материалы. Обычно характеристики таких материалов вполне удовлетворяют требования потребителей. Однако в спортивных и профессиональных изделиях, как правило, используются высококачественные материалы.

Стоимость зачастую необходимо рассматривать как наиболее важный параметр наряду с удельной энергоемкостью. Стоимость 1 килограмма ткани или ленты составляет: стеклянной – 7-10 $/кг, углеродной - 60-200$/кг, кевлара – 120-150 $/кг. Принимая во внимание, что количество и стоимость связующего в пластиковой композитной ласте с разными армирующими материалами одинакова, становится понятным очевидность преимущества стеклопластиковых пластин.

В качестве связующего применяют полиэфирные, эпоксидные, реже феноло-формальдегидные смолы, иногда – термопласты. Каждое связующее имеет достоинства и недостатки, среди которых можно назвать следующие. Полиэфирные смолы постепенно выделяют стирол, что приводит к растрескиванию и полному выходу из строя изделия через 10-12 лет. Кроме того, уровень прочности пластика существенно ниже аналогов. Эпоксидные смолы аналогично большинству термореактивных смол не лишены недостатков в виде влагопоглащения, однако, именно их применяют в большинстве высокопрочных изделий. При этом следует отличать смолы горячего и холодного отверждения. Первые, как правило, имеют более высокие показатели прочности, твердости, меньше их внутреннее демпфирование. При нагреве до 50 градусов на жарком солнце пластик холодного отверждения размягчается, проявляет склонность к ползучести (после изгиба ласта не возвратится в нулевое положение), уменьшает прочность. Горячее отверждение связано с применением специального дорогого оборудования, увеличивающего стоимость, но изделия из такого пластика обеспечивают наиболее высокие характеристики. Наиболее высокими качествами для ласт обладают пластики на основе термопластичных матриц с высокой степенью кристалличности (поликарбонатные, полисульфоновые, полиэфирэфиркетоновые) ввиду практически нулевого влагопоглащения, большой ударной прочности, высокой стойкости к действию окружающей среды, но их применение связано с существенными технологическими проблемами, да и стоимость слишком высока.

Энергопреобразование в системе «пловец-ласты-вода» происходит под влиянием периодических воздействий со стороны пловца. Ласта под действием воздействий со стороны пловца деформируется, отдавая через время накопленную энергию. Если на воздухе подобная система колебалась бы достаточно долго, то в воде при высоком гидравлическом сопротивлении ласта быстро (в течение одного колебания) возвращается в нулевое положение. Ласта с физической точки зрения при этом представляет собой колебательную систему с периодическим возбуждением и высоким демпфированием. Для любой колебательной системы отдача энергии с наибольшей эффективностью будет соответствовать резонансу, то есть совпадению частоты внешних возбуждений со стороны пловца и собственных упругих колебаний.

Так как каждый пловец обладает персональной, характерной только ему техникой плавания, частотой гребка, физической энергией, то и понятие «идеальной» или «наилучшей» ласты становится сугубо персональным. Иными словами, каждому пловцу соответствуют свои настройки прочности, жесткости и массы ласты, геометрические характеристики. Любителю скоростного «педаляжа» (выражаясь словами велосипедистов) подойдут жесткие ласты, а любителям силового – мягкие, выносливым и сильным – ласты большой площади.

Рассмотрение только материала ласта не создает полной картины о качестве изделия. При разных геометрических параметрах ласты могут существенно различаться по энергоемкости. Наиболее важными геометрическими характеристиками являются форма в плане, характер изменения толщины полотна ласты и угол в комле.

Форма в плане наиболее существенно определяет гидродинамические способности ласты к передачи энергии воде. В идеале ласты стремятся к большой длине с плавным увеличением от комля, а затем сужением. Однако большая длина приводит значительному увеличению массы и частоты собственных колебаний – наиболее эффективная техника гребка перемещается к медленным движениям, нехарактерным человеку.

Угол у основания ласты призван «вылечить» природный недостаток человеческой ноги – изгиб в ступне. При отсутствии угла перелома сопротивление пловца увеличивается, а эффективность гребка снижается. С функциональной точки зрения, отсутствие угла перелома эквивалентно снижению коэффициента полезного действия системы «пловец-ласты-вода». В зависимости от особенности плавания (погружение, скоростное плавание) этот размер имеет вполне определенные оптимальные характеристики.

Иногда, для уменьшения толщины к концу ласты изготавливают фрезерованием толстой пластины пластика. Такая конструкция не позволяет использовать угол у основания ласты. Волокна в пластике оказываются перерезанными. Но наиболее важной особенностью является вскрытие внутренних пор. Дело в том, что термореактивные связующие при отверждении выделяют летучие компоненты, не полностью выделяющиеся из материала, оставаясь в виде очень мелких пузырьков. Их размер и количество зависят от связующего, параметров отверждения, давления и степени вакуумирования при отверждении, качества дренажа. Большая часть пузырьков находится в толще материала. Впоследствии они создадут условия для разрушения, будут способствовать влагопоглащению и старению пластика. Фрезерованный материал обнажает поры, увеличивает влагопоглощение и интенсивность старения пластика. Окраска не спасает пластик от проникновения влаги, так как кроме проникновения на физическом уровне происходит аналогичное на молекулярном уровне (осмос).

Изготовление стеклопластикового изделия высокого качества связано с решением большого числа технологических проблем. Дабы избежать оные часто используют заранее отформованные стеклопластиковые пластины – стеклотекстолит. Его преимуществом является однородность свойств по пластине и воспроизводимость свойств от ласты к ласте, дешевизна. Однако на этом достоинства заканчиваются. Недостатки – отсутствие угла в комле, переменная толщина, невысокие прочностные показатели материала, большая масса – не позволяют рекомендовать такие ласты профессионалам.

Для профессионалов можно в итоге посоветовать следующий тип ласт: стеклопластик горячего отверждения цельной формовки, с углом в комле, соответствующим условиям использования, и жесткостью, подобранной экспериментально по вашим параметрам плавания и энергетике.

Источник: www.deepmaster.com