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【趣百科】无动力风帆逆流行驶的道理

帆船

  对于初学者来说很容易误解帆船航行的原理。就像博主之前那样,简单的认为帆船就是靠风吹着走罢了。后来对帆船的接触慢慢加深了,才意识到自己原来犯了个严重的错误。今天有幸又看到帆船航行原理的介绍。于是果断转载过来。希望对大家也能正确的认识起来。也算是知识的普及吧。

  一般人对于帆船往往会有一个错误观念,以为帆船是被风推着跑的。其实帆船的最大动力来源是所谓的 “伯努利效应”,也就是说当空气流经一类似机翼的弧面时,会产生一向前向上的吸引力,如图(一)、(二)。也因此,帆船才有可能朝某角度的逆风方向前进。而正顺风航行时,白 努利效 应消失,船只反而不能达到最高速。

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  但帆船的航向也不是完全没有限制,在正逆风左右各约45度角内,是无法产生有效率的前进力的,如图A区。但是太顺风也不是很好的,这时伯努利效应消失,船速在再度慢下来,同时也进入不稳定状态,如图C区。只有B区才是最好的航行方向。

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  而有逆风航行能力的船,若要往逆风方向前进,必须采取Z字形的路线才能到达目的地,如图(四)。

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  所以,不能张成有效弧形的帆,是没有逆风航行能力的,如图(五) 。这些船只航行于大海上,往往要靠依照季节改变方向的贸易风,才能有去有回。

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  在航行中,帆船驾驶者可以仅仅通过帆和体重来驾驶帆船。当然,在初学阶段,不必经常这样做。但预先学习一下帆船倾角如何影响帆船的平衡对初学者来说还是很有好处的。你可以试着将舵固定在中线上,首先将身体探向上风向(风吹来的方向),然后再探向下风向(风吹去的方向),来改变帆船运动方向。

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  你也可以通过调整船帆来驾驶帆船。松三角帆将使船迎风行驶,松开主帆将使船转向顺风的方向。所以你可能会发现如果主帆没有松开,将很难使船顺风航行,这一点在风力中等或很大时尤其明显。

  根据定理平衡,你可以仅通过帆而不使用舵来驾驶帆船。帆船的运动是一个合力作用的结果,不是所有的力都朝向一个方向。主帆和三角帆产生的力将使船向前或向侧面移动。还有水作用稳向板和舵所产生的反向力。当所有这些力处于平衡时,帆船将沿直线前进。如果不平衡,帆船将转向。这就是为什么你可以通过控制主帆和前三角帆的松紧来驾驶帆船。通过这种方式,你有意的使帆船失去平衡。 随着你驾船技巧的增长,你将越来越多地利用平衡原理来获得最佳的行驶效果,并完成更高级的动作。

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  在你第一次航行的时候,你可能大部分时间都横着风行驶,即风从帆船的一边吹来。这对初学者来说是最简单的航行方式,你能够尝试各种方式来使帆船转向、停止、启动,并学习使用舵角指示器。当风从帆船的一侧吹来时,松帆直到它像一面在风中摆动的旗帜一样,船将慢慢停下来。这时,你就在安全的位置了。拉紧帆,开始航行;松开帆,准备停下。重复几次,直到你熟练掌握为止。

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  培养可行的帆船技巧的第一步就是学会如何启动和停止帆船。启动帆船很简单,你的稳向板必须在下面,舵柄应该放在中间。然后将帆收的足够紧以便使空气在帆两边均匀的流过。如果你收得准确,那么上风和下风的风向线平稳的向后摆动。向前驾驶,开始航行!

  停止和启动一样简单。有两种方法可以使用。第一种是松帆直到帆迎风失去动力,使帆完全迎风将使你处于安全的位置。一旦处于安全位置,你就可以替换船员,调整装备,或仅仅停下来休息。第二种方式就是掉转船头,让船头直接朝向风,码头往往可以优先考虑这种方式。

  陆上的车辆和空中的飞机,以及江河船舶,其速度计量单位多用千米(公里)/小时,而海船(包括军舰)的速度单位却称作“节”。

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  早在16世纪,海上航行已相当发达,但当时一无时钟,二无航程记录仪,所以难以确切判定船的航行速度。

  然而,有一位聪明的水手想出一个妙法,他在船航行时向海面抛出拖有绳索的浮体,再根据一定时间里拉出的绳索长度来计算船速。那时候,计时使用的还是流砂计时器。

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  为了较准确地计算船速,有时放出的绳索很长,便在绳索的等距离打了许多结,如此整根计速绳上又分成若干节,只要测出相同的单位时间里,绳索被拉曳的节数,自然也就测得了相应的航速。于是,“节”成了海船速度的计量单位;相应地,海水流速、海上风速、鱼雷等水中兵器的速度计量单位,国际上也通用“节”。“节”的代号是英文“Knot”的词头,采用“Kn”表示。1节等于每小时1海里,也就是每小时行驶1.852千米(公里)。航海上计量短距离的单位是“链”,1链等于1/10海里,代号是英文“Cable”的词头,用“Cab”。

  海里是海上的长度单位。它原指地球子午线分的长度,由于地球略呈椭球体状,不同纬度处的1分弧度略有差异。

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  在赤道上1海里约等于1843米;纬度45°处约等于1852.2米,两极约等于1861.6米。1929年国际水文地理学会议,通过用1分平均长度1852米作为1海里;1948年国际人命安全会议承认,1852米或6O76.115英尺为1海里,故国际上采用1852米为标准海里长度。

  中国承认这一标准,用代号“M”表示。此外,舰船上锚链分段制造和使用标志长度单位也用“节”,通常规定锚链长度27.5米为1节;中国舰艇的使用标志以2O米为1节。

  现代海船的测速仪已非常先进,有的随时可以用数字显示,“抛绳计节”早已成为历史,但“节”作为海船航速单位仍被沿用。

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