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标题: 转:帆船航行的原理 [打印本页]

作者: 云蒙妖刀 时间: 2010-8-26 22:39
标题: 转:帆船航行的原理
(, 下载次数: 83) 圖(一)
帆船的動力來源﹕ 一般人對於帆船往往會有一個錯誤觀念，以為帆船是被風推著跑的。其實帆船的最大動力來源是所謂的---『白努利效應』，也就是說當空氣流經一類似機翼的弧面時，會產生一向前向上的吸引力，如圖(一)﹑(二)。 (, 下载次数: 53)

也因此，帆船才有可能朝某角度的逆風方向前進。而正順風航行時，白努利效應消失，船隻反而不能達到最高速。　圖(二) 　圖(四) (, 下载次数: 67) 帆船的航向限制與效益﹕ 但帆船的航向也不是完全沒有限制，在正逆風左右各約45度角內，是無法產生有效益的前進力的，如圖A區。但是太順風也不是很好的，這時白努利效應消失，船速在再度慢下來，同時也進入不穩定狀態，如圖C區。只有B區才是最好的航行方向。　　　　圖(五) (, 下载次数: 66) 而有逆風航行能力的船，若要往逆風方向前進，必須採取Z字形的路線才能到達目的地，如圖(五)。　　圖(六) (, 下载次数: 73) :橫帆船隻所以，不能張成有效弧形的帆，是沒有逆風航行能力的，如圖(六)。這些船隻航行於大海上，往往要靠依照季節改變方向的貿易風，才能有去有回。圖(七) (, 下载次数: 68) :縱帆船隻

[ 本帖最后由云蒙妖刀于 2010-8-26 23:18 编辑 ]

作者: 云蒙妖刀 时间: 2010-8-26 22:41
风帆，飞机机翼，水翼船水翼，舵，螺旋桨的原理是相同的。

当气（水）流过帆（翼）时，气（水）流会顺帆（翼）外形流。上流线加速，下流线
减速。


能量守恒。上流线加速，减压；下流线减速，加压。这一压差形成由下至上的力。这
力垂直于气（水）流方向，称为升力。

风帆是这一垂直于风向的力推动的。
----人们通常认为帆船只能沿风吹动的方向移动－即顺风移动。但三角帆使帆船还
能够迎着风移动（逆风移动）。在理解如何逆风移动之前，我们首先需要了解一些
与船帆有关的知识。

　　----船帆的最先着风之帆缘称作前缘，它位于船只的前部。后部的船翼后缘称作帆的后缘。从前缘到帆的后缘的假想水平线称作弦
。船帆的曲度称作吃水，并且从弦到最大吃水点的垂直距离称作弦深。充满空气以形成凹面弯曲的船帆的一面称作迎风面。向外吹以形成凸起形状的一面称作背风面。了解了这些术语后，我们将继续介绍帆船运动
帆船部件和术语

　前帆 ( Jib )：主桅杆前面使用的帆。
．前支索( Headstay ( Forestay )：桅杆顶向前船艏拉撑，并可将前帆扣上的钢索。
．控帆索 ( Sheet )：主要的控制绳索，可放出或收紧及固定，本图指前帆索。
．主帆 ( Mainsail )：升在主桅杆之後的帆。
．帆骨 ( Battens )：由帆後缘插入之扁条状物，为维持良好帆形。
．主帆索 ( Mainsheet )：控制主帆角度的绳索。
．帆桁 ( Boom )：伸长状，用来固定支撑主帆底部用。
．帆桁下拉索 ( Boomvang )：把帆桁往下拉紧或支撑的索具，以防帆桁向上举起。
．桅杆 ( Mast )：由木质或铝质做成的长杆有钢缆支撑住，用来升降及伸展帆用。
．侧支索 ( Shrouds )：用来固定桅杆侧向的拉索。
．中央板 ( Centerboard )：船体下方可调整吃水深度的板(以轴心为主前後升降式)，迎风航向时，用以保持航向稳定。
．方向舵(Rudder)：用以控制船行进方向的装置。
(, 下载次数: 71)
　----船只借助帆的每一面所产生的力量沿着迎风方向移动。迎风面的正向力量（推力）和背风面的负向力量（拉力）合在一起形成了合力，这两种力量都作用于同一方向。尽管您可能不认同，但拉力确实是这两种力量中较强的力量。

　　----在 1738 年，科学家丹尼尔·伯努力发现，气流速度与周围自由气流成比例增加，从而导致压力的降低，而这可令气流速度更快。这种情况在帆的背风面发生－空气流动速度加快并在帆的后面形成低压区域。

　　

　　作用于雨伞的伯努力原理

　　----为什么空气加速？空气与水一样，都是流动的。当风汇聚并且风被帆分开时，一些风附着在凸起面（背风面）并将帆扯起。为了其上“未附着”的空气穿过帆，帆必须向不受帆影响的气流外弯曲。但此类的自由气流往往保持其直线流动并妨碍航行。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该窄道挤过。这就是气流速度在帆的凸起面增加的原因。

　　----一旦发生这一情况，伯努力的理论就得以生效。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。这就产生了链式反应。随着新的气流接近最先着风之帆缘并分开，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。现在即使更大块的空气也必须更快地挤进凸起帆面和自由气流形成的窄道，这令空气压力更低。这一情况不断发展直至达到现有风力条件的最大速度，并且在背风面形成最大低压区域。请注意，只有在气流达到曲面（弦深）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。
(, 下载次数: 73) (, 下载次数: 74)
(, 下载次数: 83) (, 下载次数: 65) (, 下载次数: 84) (, 下载次数: 81) (, 下载次数: 81) (, 下载次数: 79) (, 下载次数: 58) (, 下载次数: 64) (, 下载次数: 70)
船舶稳性

　　船舶受到外力（如风、浪等）的作用而偏离原平衡位置发生倾侧，当外力消除后能自行恢复到原平衡位置的能力。稳性是与船舶安全密切相关的一项重要性能。有关规范规定了各类船舶应具备的稳性标准，所有船舶必须达到规定的指标要求。为使船舶具有良好的稳性，可采取措施降低船舶的重心，减小上层建筑受风面积等措施。船舶初稳性为船舶倾斜角小于10~15度，或上甲板边缘开始入水前的稳性，又称小倾角稳性。船舶大倾角稳性为船舶倾斜角大于10~15度，或上甲板边缘开始入水后的稳性。

船舶快速性

　　船舶以较小的功率消耗而获得较高航速的能力。为提高船舶的快速性，应尽力降低船舶的阻力，同时尽力提高推进器的推力。

船舶阻力

　　船舶在水中的航行阻力主要由三部分组成：摩擦阻力、兴波阻力和旋涡阻力。摩擦阻力主要与船体水下部分的湿表面积的大小，表面的光滑程度以及船舶的航速有关。兴波阻力主要与航速和船长有关。旋涡阻力主要与航速和船体水下部分的形状，尤其是后体的形状有关。除此之外，船舶总阻力中还包括船舶水下部分的各种附体，如舵、舭龙骨等，引起的附体阻力，船舶航行时受波涛的影响所产生的汹涛阻力和船舶的水上部分所受到的空气阻力。

船舶推进

　　船舶主机发出的功率传递至船舶推进器进而推动船舶克服阻力航行。期间存在着多种能量消耗，涉及到机械效率、传动系统效率、轴系效率和推进效率。这些效率的提高也就意味着推进效率的提高。因此，良好的推进系统可以提高船舶的快速性。其中船舶推进器的作用是非常重要的。螺旋桨是使用最广的船舶推进器。

船体线型

　　为减小船舶航行时的阻力，船体的表面一般都呈流线型的不规则光滑曲面，称为船体线型。船体线型用型线图来表示。型线图是在三个相互垂直的投影面上，以船体外型表面的截交线、投影线和外廓线表示船体外型的图样。型线图上所表示的船体形状包括外板型表面的形状和甲板型表面的形状。型线图的视图是由纵剖线图、横剖线图和半宽水线图三个视图所组成。

船体主尺度

　　度量船体外型大小的基本度量，简称主尺度。通常有下列几项：总长-船体型表面（包括两端上层建筑在内）最前端和最后端之间的水平距离。设计水线长-设计水线面与船体型表面首尾端交点之间的水平距离。垂线间长-首垂线与尾垂线之间的水平距离。型宽-船体型表面之间垂直于中线面的最大水平距离。型深-通常指中横剖面处，自龙骨线量至上甲板边线间的垂直距离。吃水-通常指中横剖面处，自龙骨线量至设计水线的垂直距离。

船型系数

　　表示船体水下形状肥瘦程度的无因次系数，与船舶航行性能有密切关系。其中有：方型系数-表示水下部分总的肥瘦程度；棱型系数-反映船体水下部分的体积沿船长的分布情况；水线面系数-反映设计水线面两端的瘦削程度；中横剖面系数-反映中横剖面的饱满程度。

船舶浮性

　　船舶具有一定重量时能漂浮于水面一定位置的能力。

空载排水量

　　船舶在完全建成后交船时的排水量，此时船上无货物、人员、淡水、燃料及各种消耗品。

满载排水量

　　空载排水量加上载重量时的排水量。
船舶操纵性

　　船舶能根据驾驶者的意图来保持或改变航速、航向和位置的能力。主要有：航向稳定性、回转性和应舵性。航向稳定性为船舶保持既定航向直线航行的性能。回转性为船舶改变原航向作圆弧运动的性能。应舵性为船舶回转初期对舵的反应能力。

船舶耐波性
　　船舶在风浪中遭受由于外力干扰所产生的各种摇荡运动及抨击上浪、失速飞车和波浪弯矩等，仍具有足够的稳性和船体结构强度，并能保持一定的航速安全航行的性能。
摇荡的形式
　　船舶的摇荡主要有下列六种形式：（1）横摇--绕船舶纵轴的往复摇动；（2）纵摇--绕船舶横轴的往复摇动；（3）首摇--绕船舶垂直轴的往复摇动；（4）垂荡--沿船舶垂直轴的上下往复运动，又称升沉；（5）横荡--沿船舶横轴的左右往复运动；（6）纵荡--沿船舶纵轴的前后往复运动。其中，横摇、纵摇和垂荡对船舶航行的影响最大，而横摇又最易发生，摇荡幅值也最大，严重影响船舶安全。

舭龙骨
　　装于船中两舷舭部外侧，与舭部外板垂直的长条形板材结构。是最简单而有效的减摇装置。当船舶横摇时，舭龙骨产生与横摇方向相反的阻力，形成减摇力矩，从而减小船舶的横摇。舭龙骨结构简单、造价低、效能高、便于维护，因此得到广泛的应用。
减摇水舱
　　船体内部左右舷连通的U型或槽形水舱。分为主动式和被动式两种。当船舶侧倾时，水在水舱中的流动产生的水柱振荡滞后于波浪振荡180度相位角，所产生的减摇力矩与波浪的倾侧力矩正好相反，从而起到减摇作用。其效果与水舱的形状、水量、位置有关。其缺点是需占用较大的容积。
减摇鳍
　　目前效果最好的减摇装置。装于船中两舷舭部，剖面为机翼形，又称侧舵。通过操纵机构转动减摇鳍，使水流在上产生作用力，从而形成减摇力矩，减小摇摆。该设备结构复杂，造价较高，且效果取决于航速，航速越高，效果越好，故多用于高速船舶。
载重量
　　运输船舶所允许装载的最大重量，包括载货量、人员（旅客和船员）及其行李、食品、淡水、燃料、润滑油、炉水、备品和供应品等的重量，又称总载重量。其中，载货量、人员（旅客和船员）及其行李的最大重量称为净载重量。载重量表征了船舶的等级大小和运输能力，是船舶的主要参数之一。
船舶吨位
　　又称登记吨位。根据《国际船舶吨位丈量公约》规定，丈量所得的船舶内部容积以吨位表示。船舶吨位分为总吨位和净吨位，取2.83立方米或100立方英尺为一吨位。因此，船舶吨位与以重量单位表示的船舶排水量和载重量不同。船舶吨位用于船舶登记，故称登记吨位。
总吨位
　　根据《国际船舶吨位丈量公约》的有关规定，丈量后确定的船舶总容积，又称总吨。以吨位表示。总吨位一般用于：表示船舶大小；表示一国或一家船公司拥有船舶的数量；计算造船费用、船舶保险费用；在有关的国际公约和船舶规范中用来区别船舶的等级以衡量对技术管理和设备要求的标准；有的国家用作造船补助金、航海补助金等的计算标准；以及用作船舶登记、检验和丈量的收费标准等。
净吨位
　　根据《国际船舶吨位丈量公约》的有关规定，从总吨位中减除不适于载运容、货处所而得到的船舶有效容积。以吨位表示。净吨位一般用于交付港口费、引航费、灯塔费和停泊费的计算基准。航经苏伊士运河和巴拿马运河船舶的通行税也按净吨位收费。
储备浮力
　　水线以上船舶主体的水密容积。当船舶由于某种原因下沉，使吃水增加，该水密容积能继续提供浮力，使船舶仍能漂浮于某一水线面而不致继续下沉或没顶。因此储备浮力是确保船舶安全的一个重要指标。储备浮力通常以满载排水量的百分比来表示，视船舶类型、航区、货运种类而不同。储备浮力的大小可用干舷的尺度来衡量。
载重线标志
　　船舶在不同季节和不同航区的各种最大吃水标志。船舶航行时的实际吃水不能超过规定的载重线，以此保证船舶安全航行所需的最小储备浮力。
船泊航行时的阻力有摩擦阻力、漩涡阻力、兴波阻力、突出体阻力和空气阻力，各种阻力随着航速的增加而变大。

摩擦阻力与船泊水下船体表面积成正比.

突出体阻力和漩涡阻力是水下船体非流线体造成的. 帆船航行时,你的手,脚在水中会使航速降低很多.

[ 本帖最后由云蒙妖刀于 2010-8-26 23:13 编辑 ]

作者: xldisk 时间: 2010-8-26 23:10
学习了，顶

作者: KGy 时间: 2010-8-26 23:12
好文。
我觉得帆船模型是一种很有品位的“玩具”。

作者: huan141_2009 时间: 2010-8-27 02:33
进啦扫盲了！LZ辛苦！

作者: 大白鲨01 时间: 2010-8-27 07:41
标题: 回复沙发云蒙妖刀的帖子

原帖由 KGy 于 2010-8-26 23:12 发表
好文。
我觉得帆船模型是很有品位的！

支持:em26:

[ 本帖最后由大白鲨01 于 2010-8-27 07:43 编辑 ]

作者: tzbyqxiaomin 时间: 2010-8-27 08:10
以前是完全不懂的，现在学习了。谢绝LZ

作者: 野熊 时间: 2010-8-27 11:08
扫盲了谢谢

作者: xiaocong683 时间: 2010-8-27 11:09
学习了

作者: 云蒙妖刀 时间: 2010-8-27 11:31
标题: 回复 8楼野熊的帖子
从这个伯努力原理可以看出，帆不能太平整了，在风的作用下，能有个弧度，船速才快

作者: 足行天下 时间: 2010-8-27 12:22
学习了

作者: 云蒙妖刀 时间: 2010-8-27 22:13
标题: 回复 12楼 haifan-001 的帖子
谢谢哈:em21:
不知加工资不:em22:

作者: 野熊 时间: 2010-8-27 23:08

原帖由 云蒙妖刀 于 2010-8-27 11:31 发表
从这个伯努力原理可以看出，帆不能太平整了，在风的作用下，能有个弧度，船速才快

今天听一个高手说，专业比赛用的帆都不是一片平整的，是在一个有弧度的专业模具上根据需要切开帆料再粘合成带弧度的船帆来。正想哪天再详细讨教下，坛子里有熟悉的大虾说说嘛？

作者: pastry110 时间: 2010-8-28 21:57
扫盲贴:em24:

作者: 水箱 时间: 2010-9-2 23:54
先留个记号，回头慢慢看

作者: 笨狙 时间: 2010-9-3 00:19
标题: 学习了
学习了，谢谢楼主

作者: 老贾 时间: 2010-9-3 20:37

原帖由野熊于 2010-8-27 23:08 发表

今天听一个高手说，专业比赛用的帆都不是一片平整的，是在一个有弧度的专业模具上根据需要切开帆料再粘合成带弧度的船帆来。正想哪天再详细讨教下，坛子里有熟悉的大虾说说嘛？

说的没错:em26: 我师父是国内比较早做拼帆用的。
我也许是国内最早应用整体帆模做帆的，广东队是到1993年才有整体帆模用（我给他们做的帆模）

作者: 游手好闲 时间: 2010-9-5 10:53
老贾前辈：既然你也许是国内最早应用整体帆模做帆的。那能不能整理一下，把制作的过程给大家讲讲啊？期待中。。。。。。

作者: 小阳 时间: 2010-10-6 08:23
好好学习天天向上:em23:

作者: mx刘 时间: 2010-10-14 15:45
学习了```

作者: 飞鸟和鱼 时间: 2011-3-7 21:11
标题: 学习了，收获很大

作者: 嘿嘿 时间: 2011-3-7 21:56
学习了

作者: 老徐 时间: 2011-3-8 11:02
学习了，好资料！

作者: DL1984 时间: 2011-3-21 18:32
保存

作者: hjf310 时间: 2011-3-23 17:19
我有新的追求了:em15:

作者: sony2326 时间: 2011-3-26 14:55
顶一下，好帖:em26:

作者: 枣庄飞虎队 时间: 2011-3-28 02:03
:em00: :em00: 太感谢了

作者: 鹰之梦 时间: 2011-4-2 00:16

原帖由野熊于 2010-8-27 23:08 发表

今天听一个高手说，专业比赛用的帆都不是一片平整的，是在一个有弧度的专业模具上根据需要切开帆料再粘合成带弧度的船帆来。正想哪天再详细讨教下，坛子里有熟悉的大虾说说嘛？

您说的这种帆叫做拼帆，拼接工艺及其复杂，不但帆型出来是带弧形的，而且帆的前后缘也是有弧度的！世界比赛和国内高水平的比赛选手用个都是拼帆，高手赛船，差距就在船首与船尾之间 (, 下载次数: 94) (, 下载次数: 91)

[ 本帖最后由鹰之梦于 2011-4-2 00:17 编辑 ]

作者: wzlzh 时间: 2011-6-8 12:19
好贴，留印

作者: 大白鲨01 时间: 2011-6-8 12:28
标题: 回复 31楼 wzlzh 的帖子

31楼 wzlzh 的帖子

好贴，留印

原帖由老贾于 2010-9-3 20:37 发表

说的没错:em26: 我师父是国内比较早做拼帆用的。
我也许是国内最早应用整体帆模做帆的，广东队是到1993年才有整体帆模用（我给他们做的帆模）

比同老贾要好还留了一点，欢迎常来:em19:

[ 本帖最后由大白鲨01 于 2011-6-8 12:31 编辑 ]

作者: 天穹 时间: 2011-7-14 08:30
进来扫盲一下，顶！

作者: MG-7 时间: 2011-7-21 08:22
得慢慢消化，谢谢！

作者: tianmei89cilang 时间: 2011-7-27 15:19
学习了一边学一边顶顶顶:em15: :em15:

作者: MSQ543966091 时间: 2011-10-20 21:45
学习了

作者: 中方 时间: 2012-2-7 17:54
扫盲了

作者: 夜~星空 时间: 2012-2-19 00:37
学习了，好帖，顶，

作者: SR2069 时间: 2012-2-19 10:35
长见识了
我以前一直很好奇帆船怎么逆行
谢谢:loveliness:

作者: lj50402 时间: 2012-4-12 15:50
回去慢慢体会

作者: 闲庭信步 时间: 2012-4-25 10:33
收藏先，以后慢慢看

作者: 闲庭信步 时间: 2012-4-25 10:34
扫盲了，感谢楼主

作者: 发达国家 时间: 2012-5-7 11:39
:em03:

作者: @_@ 时间: 2012-5-7 11:43
KB)

作者: 一张城区图 时间: 2012-5-7 20:55
留名再看:em04:

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