⛵帆船物理 - 视风三角、帆翼升力、极曲线与 VMG、船体速度

如何使用帆船物理：视风、帆力与极曲线

1. 1选择船型和真风速
2. 2在“视风与帆力”页拖动画布上的船改变航向，观察视风、航行区间和各个力
3. 3在“极曲线与迎风抢风”页查看极曲线、最佳抢风角，设置上风标距离与换舷次数并播放
4. 4在“横倾与扶正”页调节视风、船员压舷等，看平衡横倾角
5. 5在“船体速度与比风快”页输入水线长，并比较不同阻力角的速度上限

常见问题

帆船为什么能逆风航行？

帆像竖起的机翼，视风流过帆面产生垂直于视风的升力。只要船头和风向之间有足够角度，升力就有一个向前的分量推动船；同时巨大的侧向分量由水下龙骨像另一片翼一样抵消。所以帆船不能正对风，但可以与风成 40–45° 角斜着走，再交替换舷“之”字形前进，最终到达上风处。

什么是视风？为什么船越快视风越往前？

视风是船上感受到的风，等于真风减去船自身的速度矢量。船开动后会产生一股迎面风，与真风合成后，视风会比真风更偏向船头、通常也更强。横风航行时船速越快，视风越往前偏，帆要收得越紧；冰帆和水翼船速度极高，即使在横风甚至顺风航向上，视风也几乎从正前方来。

为什么横风比顺风还快？

正顺风时帆只是一块挡风板，只能靠阻力推船，而且船越快，相对帆的风越弱，船速必然低于风速。横风时帆以合适攻角工作，升力几乎完全朝向前方，升力系数又比阻力系数大得多，所以驱动力最大；同时视风随船速增强，而不是减弱。极曲线上最快的航向通常在真风角 90–120° 之间。

最佳抢风角是怎么得出的？

越靠近风向走，船速越慢；越偏离风向，船速越快但向上风推进的分量越少。真正决定到达上风标时间的是 VMG = 船速 × cos(真风角)。工具对极曲线上每个角度计算 VMG，取最大值对应的角度，龙骨船一般在 40–45°，两舷之间的抢风夹角约 85–90°。表格还列出了不同角度下到达上风标的用时。

船体速度 1.34√LWL 是什么意思？能超过吗？

排水型船体前进时激起横波，波速与波长相关。当船首波的波长等于水线长时（单位为英尺和节时速度约 1.34√LWL，Froude 数约 0.4），船就卡在自己的波谷里，继续加速兴波阻力会急剧增大，这就是船体速度。又轻又平的小艇、多体船可以靠水动升力“滑行”，冰帆和水翼船更是几乎摆脱了水的阻力，能比风还快。