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帆船基本原理

 帆船运动,是依靠自然风力作用于帆船上,由人驾驶船只前进的一项集竞 技、娱乐、观赏、探险于一体的体育运动项目。它具有较高的观赏性,备受人们 喜爱。现代帆船运动已经成为世界沿海国家和地区最为普及而喜闻乐见的体育活 动之一,也是各国人民进行海洋文化交流的重要渠道。经常从事帆船运动,能增 强体质,锻炼意志。特别是在风云莫测,海浪,水文的变化中,迎风斗浪,培养 战胜自我的拼搏精神。

对于刚接触帆船初学者来说,根据平常生活的习惯来思考帆船的行驶原理,认为帆船只能沿风吹的方向移动,也就是顺风移动。但其实帆船还能够 迎着风移动,也就是逆风移动。事实上,使帆船运动的最大动力就是Bernoulli(伯努利)效应。

1783年,科学家丹尼尔·伯努利发现,气流速度与周围自由气流成比例增加,会导致压力降低,而这可令气流速度更快。这种情况在船帆的背风面发生,空气流动速度加快并在帆的后面形成低压区域。充满空气以形成凹面弯曲的船帆的一面称做迎风面,形成凸起形状的一面称做背风面。迎风面的正面力量(推力)和背风面的负向力量(拉力)和在一起形成了合力,这两种力量都作用于同一方向。船只借助船帆的每一面所沿着迎风方向移动。对于刚接触帆船初学者来说,根据平常生活的习惯来思考帆船的行驶原理,  认为帆船只能沿风吹的方向移动,也就是顺风移动。但其实帆船还能够迎着风移动,也就是逆风移动。事实上,使帆船运动的最大动力是Bernoulli(伯努利)效应。

自由气流和弯曲的船帆合在一起形成了一个窄道,起初的气流必须从中经过。因为它不能自行压缩,所以空气必须加速以从窄道挤过。这就是气流速度在帆的背风面增加的原因。一旦发生这一情况,伯努利的理论就得以生效。窄道中增加的气流要快于周围的空气,并且在气流速度加快的区域压力将下降。这就产生了连锁反应。随着新的气流不断接近帆的边缘并分开,使它更多地流向背风面,气流被吸引到低压区域并被高压区域所排斥。因此更大块的空气也必须更快地挤进背风面和自由气流形成的窄道,这令空气压力更低。这一情况不断发生直至达到现有风力的条件的最大速度,并且在背风面形成最大低压区域。不过,只有在气流达到船帆曲面的最深点后气流才增加。在达到这一点之前,空气不断汇聚和加速。超出这一点后,空气分开并减速,直到再次与周围空气速度相当。

如果我们想要在实际中借助以上所讲的伯努利效应形成的潜在力量来使帆船移动,那么就需要在帆和风之间建立理想的关系,使风不但加速流动,而且可以沿着帆的凸起面流动。

很多初学者对于帆船能够迎风行驶感到惊异。事实上,风对帆有两种主要的作用。一种作用可以称之为“拉”。在航行时,帆面是弯曲的。当风从弯曲的帆面两侧滑过时,会对帆产生一个向前或者侧向的拉力。由于稳向板或龙骨能稳定船体,抵消了风力向帆船正侧方向的一部分力,所以帆船在迎风状态下也能够以一定迎风角度向前行驶。

另一种作用称为“推”。帆船在正尾风航行时,帆阻碍了风的流动。从而风“推着”帆船向前运动。帆船航行的动能由风提供,所以改变风与帆的相互作用可以改变帆船的运行状态。一般而言,当风平稳地从帆的迎风面和背风面顺利流动时,帆船可以获得最大的动力。与此相反,帆船则会失去动力并且减速。为了获得最大动力,船员和舵手需要保持帆与风处于最佳的角度。一般有两种方式可供选择:

   一、通过帆船索具调整帆与风之间的角度。

   二、通过帆船航向调整帆与风之间的角度。

风向

风向指的是风从哪儿吹来的。航行时你需要知道风向的变化。你如何知道风是从哪个方向吹来的呢?可以转一圈用脸、手、脖子感觉一下风的方向;或是朝水面看,观察一下波浪或波纹,风向经常是与波纹垂直的;也可以环顾岸边,观察旗帜、烟、树木、风向线。但是不要被其他快速行驶船只上的旗帜所迷惑,它们旗帜的方向不能表明真实的风向。风向可以用地理位置来描述:东、南、西、北,或通过罗盘的度数来描述:0°90°180°270°等。如果船上配有罗盘,你就可以将船调到与风一样的方向,并通过读出罗盘上的数字来确定风向。

风向线可以用来显示气流在帆面上的运行状态。风向线可以用任何轻质材料制成,通常被安置在三角帆的三分之一处或者主帆一半高度的位置。当迎风帆面上的风向线松弛。而背风帆面上的风向线平滑时,说明主帆向船体外打开的角度过大;当迎风帆面上的风向线平滑,而背风帆面上的风向线松弛时,说明主帆船向船体内收的角度过大;当迎风面与背风面上的风向线都运行平滑时,说明帆处于良好工作状态。风向线很重要。但船员和舵手也应该随时注意观察帆船周围风向、风力、水文以及其他帆船的变化。

注意:风总是在变有时变化很小你感觉不到,有时大到你不得不对舵或帆做出大的调整。而帆船的部分乐趣就来自于与变化的风进行抗争。

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