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現代帆船駕駛原理,穿越必備

人們通常認為帆船隻能沿著風吹動的方向移動順風移動。但是三角帆還能使帆船迎著風移動(逆風移動)。

現代帆船駕駛原理,穿越必備

1帆船部件和術語

船帆的最先著風的帆緣稱作前緣,它位於船隻的前部。後部的船翼後緣稱作帆的後緣。從前緣到帆的後緣的假想水平線稱作弦。船帆的曲度稱作吃水,並且從弦到最大吃水點的垂直距離稱作弦深。充滿空氣以形成凹面彎曲的船帆的一面稱作迎風面。向外吹以形成凸起形狀的一面稱作背風面。

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船隻藉助帆的每一面所產生的力量沿著迎風方向移動。迎風面的正向力量(推力)和背風面的負向力量(拉カ)合在一起形成了合力,這兩種力量都作用於同一方向。

2伯努利原理

在1738年,科學家丹尼爾・伯努利發現,氣流速度與周圍自由氣流成比例增加,從而導致壓力的降低,而這可令氣流速度更快。這種情況在帆的背風面發生一空氣流動速度加快並在帆的後面形成低壓區域。

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為什麼空氣加速?空氣與水一樣,都是流動的。當風匯聚並且風被帆分開時,一些風附著在凸起面(背風面)並將帆扯起。為了其上“未附著”的自由氣流穿過帆,帆必須向氣流外彎曲。但此類的自由氣流往往保持其直線流動並妨礙航行。自由氣流和彎曲的船帆合在一起形成了一個窄道,起初的氣流必須從中經過。因為它不能自行壓縮,所以空氣必須加速以從該窄道擠過。這就是氣流速度在帆的凸起面增加的原因。

如何利用伯努力原理

當風水平吹過船帆空氣均勻分開到每一面船帆下垂而不是充滿成彎曲形狀,空氣沒有加速以在背風面形成低壓區域,所以船隻沒有移動。

但如果船帆與風向剛好成一定角度,則船帆會下子充滿風併產生空氣動力。

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船帆上的每一點都作用了壓力。壓力最強處位於弦深處,即船帆曲面最深處,這也是氣流最快和壓力下降最大的地方。隨著氣流向後移動並分離,力量也隨之弱、這些量的方向也會改變。在船帆的每一點上,該力量與帆面保持垂直,船帆前部的力量最強處也在最前方向上,在船帆的中部,力量更改為側方向,或傾斜方向,在船帆的後部,隨著風速的下降力量也逐漸減弱,並導致向後方向或往後拉的方向,合力的方向與帆弦近乎垂直,當帆弦與船隻的中線平行時,主要力量幾乎完全施加在側面。但是,如果船帆成一定角度,以便船帆產生的力量稍微向前,則船隻本身會立即前行。由此可見,帆船的運動取決於船、帆、風三者相互的角度。我們接下來就研究一下幾個重要的角度。

幾個重要的角度

(1)風向角

風向同帆船首尾連線之間的夾角。帆船前進的動力主要依靠風力,風向對帆推進作用的大小至關重要,運動員必須正確掌握風向角,才能充分地利用風力來駕駛帆船

不同的風向角其區分的度數是:

頂風的風向角:0~30之間

前迎風的風向角:30~60之間

後迎風的風向角:60°~80之間

橫風的風向角:8°~100°之間;

順風的風向角:100~170之間;

尾風的風向角:170°~180之間。

(2)迎角

風向與帆之間的夾角,一般認為是風向與帆杆之間的夾角。

(3)帆角

帆與船首尾連線的夾角,一般認為是帆杆與船首尾線的夾角。

(4)三者之間的關係

風向角=迎角十帆角

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