{"meta":{"id":"https:\/\/api.iclient.ifeng.com\/ipadtestdoc?aid=ucms_7xcKXBQgb5l","type":"doc","o":"1","documentId":"ucms_7xcKXBQgb5l"},"body":{"newStatus":"1","documentId":"ucms_7xcKXBQgb5l","staticId":"ucms_7xcKXBQgb5l","title":"如何让帆船逆风航行?","shareTitle":"如何让帆船逆风航行?","thumbnail":"http:\/\/d.ifengimg.com\/w150_h106_q100\/x0.ifengimg.com\/res\/2020\/F6B1AE55604552E0BD2857ADB4FB9C7EB6BBFF2B_size46_w812_h458.jpeg","source":"虎嗅网","author":"","editorcode":"weMedia","editTime":"2020-06-26 13:00:00","updateTime":"2020\/06\/26 13:00:00","wapurl":"http:\/\/\/\/tech.ifeng.com\/c\/7xcKXBQgb5l","introduction":"","wwwurl":"http:\/\/\/\/tech.ifeng.com\/c\/7xcKXBQgb5l","commentsUrl":"ucms_7xcKXBQgb5l","commentCount":0,"text":"
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这是你心爱的复古大帆船,在顺风时,风会吹着这面四角帆,推着你的船乘风破浪。但如果突然刮起逆风,此时要想前行,你就只能收起船帆,让同事们伸出长桨,唱着歌儿,奋力划动。<\/p>
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然而,旁边这艘嚣张的小帆船,却可以当着你的面逆风前进,速度甚至比风速还要快。<\/p>
能逆风航行的帆船多采用三角帆,以这种今天比赛中常见的 470 级帆船为例。船体下方安装有舵叶,用于控制行船方向,以及稳流板,可以保证船只运行平衡,避免倾覆。船体上方则是帆。<\/p>
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其中,球帆一般藏在船头,顺风时打开,风吹着帆,带动船只同向运动。但今天是逆风,球帆并没有逑用。<\/p>
此外,船上还有靠若干支索将桅杆竖直固定并升起表面积最大的主帆,底边由帆杆固定,并通过万向节与桅杆连接,能实现大角度转动。较小的前帆则被装配在前桅支索。主帆和前帆是帆船的主要动力来源。<\/p>
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了解完帆船结构,就可以下水了,在洋流和划行的帮助下,你的船走起来了。但问题是,我们该往哪个方向走?<\/p>
直走正对逆风显然不太行,一般来说,正对逆风左右各 45° 是帆船的禁航区。驶入这个区域,你的船就会因为失去动力而停下。<\/p>
但只要斜着走,始终与风的角度保持在 45°,船就可以跑起来。只需要在适当时机调整舵叶和帆,让船转弯,我们可以让帆船在逆风中之字形前进。<\/p>
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我们先来看一下帆的顶视图。它的左右两端分别是前缘和后缘,连接它们即可得到一根弦。弦和风之间的夹角称为攻角。<\/p>
注意这个形状,会发现跟飞机机翼的断面很像。我们知道机翼上下曲面的弧度不同,会导致空气流经时在下方的压强大于上方,从而形成向上的升力,帆也一样。<\/p>
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升力可通过这个公式计算(L=1\/2ρV² * A * Cl),其中,流体的密度、速度、帆的面积、升力系数越大,升力也越大。而升力系数又与攻角相关,在一定范围内,加大攻角也会增加升力系数进而增大升力。<\/p>
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好了,我们再分析一下帆的受力情况,它会在风的平行方向上受到阻力,垂直方向上受到升力,形成一个合力。<\/p>
这个合力又可以分出与帆船航行方向平行和垂直的两个分力,前者能让船前进,而后者却会使帆船向一边倾倒 。<\/p>
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这个时候,船体下的稳流板就派上用场了。<\/p>
稳流板形状狭长,可以像机翼、帆等翼型一样在水流的作用下产生升力。由于水的密度是空气的八百倍(气温 9℃),稳流板在水下只需要很小的攻角和面积便能获得较大升力和阻力,且方向与帆产生的力相反。<\/p>
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帆受到的空气动力和稳流板受到的水动力矢量迭加。横向力相互抵消,纵向力迭加成为帆船航行的推动力。借此,船就会被帆和稳流板上的力同时「挤」出去。<\/p>
总结一下,攻角和风速主要影响了帆受到的升力;升力决定了船的加速度和速度。也就是说,如果我们想让帆船跑得更快,就需要调节攻角和风速。<\/p>
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攻角的调节取决于帆的角度。在帆船上,舵手通过舵柄辅助杆来掌舵同时控制主帆,缭手控制前帆和球帆。<\/p>
而比调节攻角更复杂的是调节风速。你可能会问,海上的风,人能怎么调节?<\/p>
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事实上在航海中,我们把客观存在于自然界中的风称为真风,但它并不是帆船在行驶时唯一会遭遇的风。当船只行进、挤压周边空气时会受到反作用力,从而产生一股与船只行进方向相反,速率相等的阻力风。<\/p>
而对真风与阻力风向量相加,我们可以得到视风。这是身为船员的你能感知到的风,也是最终让帆受力的风。<\/p>
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带着这些知识,我们现在再回到船上。假设真风与船速均为 5 节,它们之间的夹角为 45°,根据三角函数,我们可以得出此时视风的速率大约是 9.23 节,与船的角度是 22.5°。<\/p>
它们的关系是:船速 = 风速 * (sin(β) * cot(α) - cos(β))<\/p>
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在这个公式中,sin(β)、cos(β) 均为常数,而 cot(α) 在 0° 到 90° 之间又是一个单调递减函数。因此,当你调节攻角从而增大帆受到的升力时,船速就会加快。<\/p>
此时,视风速度变大,且与船只夹角缩小,从而进一步增大帆受到的升力。理论上当视风角度到达 17.1° 时,船速可以到达真风速的 1.59 倍。<\/p>
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目前帆船速度的世界纪录保持者是澳大利亚的保罗•拉森。在 500 米的距离中,他和帆船跑出了 2.6 倍的风速,达到了 121 千米\/小时。<\/p>
掌握这些技巧多加练习,你就能让船逆风前行。但也要小心,千万别让你的帆船翻船。<\/p>","img":[{"url":"http:\/\/d.ifengimg.com\/mw640_q100\/x0.ifengimg.com\/res\/2020\/F6B1AE55604552E0BD2857ADB4FB9C7EB6BBFF2B_size46_w812_h458.jpeg","size":{"width":"640","height":"360"}},{"url":"http:\/\/d.ifengimg.com\/mw640_q100\/x0.ifengimg.com\/res\/2020\/A7B139B4C90D7C7E671C3DF607F87A8659643413_size49_w1080_h608.jpeg","size":{"width":"640","height":"360"}},{"url":"http:\/\/d.ifengimg.com\/mw640_q100\/x0.ifengimg.com\/res\/2020\/EE212CE7D201C11890FFAC59708FDB548DA79126_size76_w1080_h608.jpeg","size":{"width":"640","height":"360"}},{"url":"http:\/\/d.ifengimg.com\/mw640_q100\/x0.ifengimg.com\/res\/2020\/D670C0561AC68F7DC450575BAA2E3FE2B26A32AC_size85_w1080_h608.jpeg","size":{"width":"640","height":"360"}},{"url":"http:\/\/d.ifengimg.com\/mw640_q100\/x0.ifengimg.com\/res\/2020\/666150628A23A6DFB8262500B6223529CDE99A2B_size61_w1080_h608.jpeg","size":{"width":"640","height":"360"}},{"url":"http:\/\/d.ifengimg.com\/mw640_q100\/x0.ifengimg.com\/res\/2020\/5F7D7BDE9718E1D733AA9E2AB1BA0B1C029CD224_size58_w1080_h608.jpeg","size":{"width":"640","height":"360"}},{"url":"http:\/\/d.ifengimg.com\/mw640_q100\/x0.ifengimg.com\/res\/2020\/15262652C332132CD6C8158DE74EA5292310C8F2_size44_w1080_h608.jpeg","size":{"width":"640","height":"360"}},{"url":"http:\/\/d.ifengimg.com\/mw640_q100\/x0.ifengimg.com\/res\/2020\/52421517B330CF5588985451DC830A67ADABF280_size75_w1080_h608.jpeg","size":{"width":"640","height":"360"}},{"url":"http:\/\/d.ifengimg.com\/mw640_q100\/x0.ifengimg.com\/res\/2020\/96F64A2E88DFB679ED34EEA727544B90BFFEBD37_size58_w1080_h608.jpeg","size":{"width":"640","height":"360"}},{"url":"http:\/\/d.ifengimg.com\/mw640_q100\/x0.ifengimg.com\/res\/2020\/C020805B4C795016AA18D989EC4752A1A2FBD935_size73_w1080_h608.jpeg","size":{"width":"640","height":"360"}},{"url":"http:\/\/d.ifengimg.com\/mw640_q100\/x0.ifengimg.com\/res\/2020\/CB86550505DAB9CF716A08AB3CF759DE40071421_size63_w1080_h608.jpeg","size":{"width":"640","height":"360"}},{"url":"http:\/\/d.ifengimg.com\/mw640_q100\/x0.ifengimg.com\/res\/2020\/9A71793A8580F46374C1D7EE91ECB83086660CA9_size48_w1080_h608.jpeg","size":{"width":"640","height":"360"}},{"url":"http:\/\/d.ifengimg.com\/mw640_q100\/x0.ifengimg.com\/res\/2020\/981C62544E4C33379F109C3D61E8B6DCE5EECAE1_size49_w1080_h608.jpeg","size":{"width":"640","height":"360"}},{"url":"http:\/\/d.ifengimg.com\/mw640_q100\/x0.ifengimg.com\/res\/2020\/928644A68FDFBC63C965192B39751D10669326CA_size72_w1080_h608.jpeg","size":{"width":"640","height":"360"}}],"summary":"这是你心爱的复古大帆船,在顺风时,风会吹着这面四角帆,推着你的船乘风破浪。但如果突然刮起逆风,此时要想前行,你就只能收起船帆,让同事们伸出长桨,唱着歌儿,奋力划","sharesummary":"这是你心爱的复古大帆船,在顺风时,风会吹着这面四角帆,推着你的船乘风破浪。但如果突然刮起逆风,此时要想前行,你就只能收起船帆,让同事们伸出长桨,唱着歌儿,奋力划","commentType":"0","wemediaEAccountId":"148","showclient":"0","shareurl":"https:\/\/ishare.ifeng.com\/c\/s\/v002eps18ETNoixANI260BcoOKhJ--pxrIwmIqW9c9xpbyUY__","praise":"2","like_num":"2"}}