帆船原理的航行原理

1. 帆船原理的航行原理

2. 帆船的航行原理

    　　其实帆船的最大动力来源是所谓的——伯努利效应，也就是说当空气流经类似机翼的弧面时，会产生一向前向上的的吸引力。下面我整理了帆船的航行原理，欢迎阅读。
       　 　帆船的航行原理 
       　　在科普帆船的航行原理之前，我们先来了解帆船的动力来源：
       　　一般人对于帆船往往会有一个错误观念：以为帆船是被风推着跑的。
       　　其实帆船的最大动力来源是所谓的——伯努利效应，也就是说当空气流经类似机翼的弧面时，会产生一向前向上的的吸引力，如下图。
         
       　　也因此，帆船才有可能朝某角度的逆风方向向前进。而正顺风航行时，伯努利效应小时，船只反而不能达到最高速。
       　　很多初学者对于帆船能够迎风行驶感到惊奇。事实上，风对帆有两种主要的作用。
       　 　一种作用可以称之为“拉”或更贴切的“吸” 
       　　航行时，由于帆面弯曲如翼。当风从弯曲的帆面的弧(背风面)与弦(迎风面)的两侧滑过，会对帆面产生一个拉力(或，吸力)。由于中央板或龙骨能抵销了风力向帆船正侧方向的分力，所余的向前分力，就成为推动帆船在迎风状态下也能够以一个相对迎风的角度向前。
       　 　另一种作用称为“推” 
       　　帆船在正顺风航行时，兜起的帆阻碍了风的流动，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对关系就改变了帆船的运作状态。
       　　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。未能维持此一状态，帆船就会失去动力并且减速。
       　　为了获得最大动力，航员和舵手需要保持帆与风处于最佳的角度。有两种方式可供选择：
       　　1、以帆船索具调整帆与风向间的角度(迎风角)。
       　　2、以帆船航向调整帆与风向间的角度(迎风角)。
       　　气流线(telltale)可以用来显示气流在帆面上的运行状态。
       　　气流线可以用任何轻质材料制成，通常被安置在前帆的三分之一处、主帆一半高度的位置或主帆后缘。
       　　气流线很重要，但航员和舵手也应该随时注意观察帆船周围风向、风力、水文以及其它帆船的变化。
       　　1、当迎风帆面上的气流线松弛，而背风帆面上的气流线平滑时，说明主帆向船体外打开的角度过大。
       　　2、当迎风帆面上的气流线平滑，而背风帆面上的气流线松弛时，说明主帆船向船体内收的角度过大。
       　　3、当迎风面与背风面上的气流线都运行平滑时，说明帆处于良好工作状态。
       　　航海需要的不仅仅是勇气与热情，更重要的是智慧的大脑。工欲善其事必先利其器，对帆船有一番透彻的理解才能更痛快地徜徉大海!

3. 帆船的工作原理是什么哦

参考文献：百度 
为什么帆船会斜向逆风行驶？ 将直角三角板的一边紧贴着水平桌面。左手的两个手指放在它的两侧,使它不会倒下。伸出右手的一个手指(或用一支铅笔)在斜边上,对三角板施加一个向右下方的压力。看一看,三角板将向哪边运动？ 
三角板并没有向右边滑动,而是向左运动！这是怎么回事呢？向右下方的压力怎么成了三角板向左滑动的动力了呢？ 
当斜边十分光滑的时候,压力F的作用效果和垂直于斜边向下的压力几乎相同。根据压力F的作用效果,我们又可以将压力F分解为水平向左的力F1和竖直向下的力F2。其中F1就是使三角板向左滑动的动力。当三角板受到磨擦阻力比较小的时候,就会向左运动了。 
帆船遇到逆风的时候,它的受力情况同这个小实验中的三角板非常相似。在逆风中行船,有一股强劲的顶头风从正前方吹来,我们就要顺势将船头和帆面拨到两个不同的方向上,避免和逆风正向接触,让它斜向吹到风帆的一侧。跟小实验中的情形相似,这时作用在帆上的风力F可以分解成垂直于帆面的分力F'和沿帆面向后的分力F"。 

显然F"对帆船的前进几乎没有影响,而垂直于帆面的分力F'却为帆船的前进提供了动力。可以再把F'分解成沿着船的龙骨线、指向前进方向的分力F1和垂直于龙骨线的分力F2。分力F1当然就成了前进的动力,与船的前进方向垂直、横向推船的分力F2被这个方向上水对船的阻力平衡掉了。就这样,人们从逆风中获得了使船前进的动力！因此,“顶”风破浪的帆船,实际上并不是真的和风向在一条直线上面对面地蛮“顶”,而是偏过船头跟风的方向成一个锐角,巧妙地“顶”,从而从逆风那里得到前进的动力。 
2为什么逆风行驶时斜向上前进？ 
逆风行驶的帆船并不是始终朝一个方向行驶的。逆风中的帆船一般总是沿着S形的航线迂回前进的。当船偏左航行一段路程后,再将船头和帆偏向右前方。这时风仍然斜吹在船帆上,照样为帆船提供向前所需的动力。这样,帆船沿着S形的路线,逆风波浪,顺利地到达了目的地。水手们常把这种逆风驶帆的方法形象地称作“抢风行船”

4. 帆船的工作原理是怎样的？

关键是理解相对运动，向量分解，Bernoulli原理。设初始时，帆船静止在水面，突然大风以速度V从船尾吹来，我们扬帆启航，开始时很爽。帆船速度越来越大，比如到了0.6V的时候，风速相对水面却没有变，相对船却只有0.4V了。我们的速度越快，风给我们的力就越小，最后水的阻力和风的推力平衡，就再也快不了了。这时如果还要加速，就不能光靠风的推力，而要调整帆船，和风向呈一个角度。理想情况下，帆面迫使风转变方向（而不是停止），风就给帆面一个反作用力。如果控制的好，风平滑掠过帆面，帆面此时就像飞机机翼，产生Bernoulli效应。顺风航行时，如果善于利用上面两条，所获得的动力比单靠风的推力有效得多。逆风行船时，巧妙利用力的分解，加上Bernoulli原理，帆船完全可以Z字形前进。而且此时速度越大，相对帆船风速也越大，有更多动力，所以逆行也可超过风速。如果是多桅帆船，显然风从侧面是吹过来时的受力面积更大。当风从后面吹来时，只有最后的帆完全被风吹到。（假设风的方向水平）当风的方向不水平时，水平方向上的分量是一样的。借助风帆张开的大小和角度可以使风驱动帆船前行。没有正尾风不是帆船行进中的难点，学会辨别风向，水流的方向和利用 之 字形走法，风帆的调整配合船舵可以把风力进行有效分解。风小不算特别糟糕，大风是帆船最可怕的敌人，风力强到一定程度无论怎样控制都会失去对船的掌控，强大的横风还会让帆船侧倾的非常严重，导致操纵更加艰难。

5. 帆船原理的行驶类型

顺风行驶 [Running]在平常微风的时候,顺风航行的前进速度是最慢的,因为除了风的推力外,没有帕努利效应的助力,而在强风的时候,又容易因风的推力集中在左舷或右舷,而一直向另一舷转向.侧风行驶 [Reaching]侧风行驶时,风从侧向来,被帆化作两股力量,一个是让船侧滑的力量,一个是让船前行的力量,而侧滑的力量则被中央板(请参照上方的船体结构图)化作侧倒的力量,再由水手的重心调整相抵,只剩极少的侧移力量,称作 Leeway,而大部分的力量是向前行,是侧风行驶.顶风行驶 [Beating]顶风行驶的极限角度是风的来向的左右各35度,但一般以45度为极限,这和船的设计有很大的关系,顶风行驶的观念是和侧风行驶相当接近的,只是顶风时,侧向的力量较侧风为大,而前进的力量又小于侧风,是易学难精的,初学者一开始可以先练顶风,因为帆会用很明确的方法指正您的错误(嘿嘿......).然后侧风行驶自然就会了.

6. 帆船原理

帆船原理，即帆船航行的一般规律。

顺风行驶在一般人的想法中应该是最正常的行驶方式了，风从后方来，推动船只向前行，有如人说"一帆风顺"一般，但对小帆船的入门水手而言，顺风却是具有相当难度的，问题在于顺风时，风的来向和船平行，没有横向的压力作为平衡之用，很容易因为失去平衡而翻船，开始入门的人大约须要16小时以上的航行时数才能适应。
帆船种类
横帆船只，不能张成有效弧形的帆，是没有逆风航行能力的，这些船只航行于大海上，往往要靠依照季节改变方向的贸易风，才能有去有回。

纵帆船只，像现代的帆船，都拥有良好的逆风航行能力。

7. 帆船原理的介绍

帆船原理，即帆船航行的一般规律。顺风行驶在一般人的想法中应该是最正常的行驶方式了，风从后方来，推动船只向前行，有如人说一帆风顺一般，但对小帆船的入门水手而言，顺风却是具有相当难度的，问题在于顺风时，风的来向和船平行，没有横向的压力作为平衡之用，很容易因为失去平衡而翻船，开始入门的人大约须要16小时以上的航行时数才能适应，

8. 船帆的工作原理

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．在1738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，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即空气流动速度加快并在帆的后面形成低压区域．为什么空气会加速？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．在其间，在帆的迎风面发生相反的情况． 随着更多的空气流过背风面，迎风面上流过帆的凸起面和自由气流之间的扩展空间的空气将减少．由于这些气流四散流动，所以其流速下降到比周围空气还低的速度，这导致压力增加．在了解了这些潜在的力量之后，我们如何在实际中借助这些力量来使船只移动呢？ 我们需要在风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． 船帆和风之间的这一关系的一部分称作迎角． 描绘与风平直的船帆． 空气均匀分开到每一面上 － 船帆下垂而不是充满成弯曲形状，空气没有加速以在背风面形成低压区域，并且船只没有移动． 但如果船帆与风向刚好成正确角度，则船帆会一下子充满风并产生空气动力．迎角的角度必须十分精确． 如果该角度保持与风太近，则船帆的前部将“抢风”或摆动． 如果其角度太宽，则沿着帆的曲面流动的气流将分开并且周围的空气重新聚合． 这一分离产生了旋转空气的“停转区域”，导致风速下降、压力增加． 因为船帆的曲率将始终导致帆的尾端与风向所成的角度大于与最先着风之帆缘所成角度，所以帆的后缘的空气不能沿着曲面流动并返回周围自由空气的方向． 理想上讲，在气流到达帆的后缘前不应开始分离． 但随着船帆的迎角加宽，分离点逐渐前移并将其后的一切保留在停转区域．除了迎角保持正确角度以使空气能够顺利通过外，关于风与帆关系的另一重要因素就是船帆必须具有正确的曲率，以保证空气始终附着在船尾． 如果曲线太小，则气流将不弯曲，并且将不会产生导致速度增加的压挤效果． 如果曲线太大，则气流不能被附着． 因此，只有在曲率不太大并且迎角不太宽的情况下才能发生分离．这样，我们现在就知道风帆压力是如何在理论上和实际中形成的． 但这些压力是如何令船只前行的呢？ 让我们更深入地了解其中的奥妙．在海平面上，每平方米的气压是 10 吨． 当船帆的背风面上的气流增强时，您从上文可以知道气压将下降． 假定每平方米将下降 20 千克． 同样，迎风面上的气压将增加 － 假定每平方米增加 10 千克（请记住，下拉压力强于推送压力）． 并且即使背风压力是负向并且迎风压力是正向的，它们都作用于同一方向． 因此现在我们每平方米约有共 30 千克的压力． 将其乘以 10 平方米风帆大小，我们在该风帆上已产生了共 300 千克的合力．船帆上的每一点都作用了不同的压力． 压力最强处位于弦深处，即船帆曲面最深处． 这也是气流最快和压力下降最大的地方． 随着气流向后移动并分离，力量也随之减弱．这些力量的方向也会更改．在船帆的每一点上，该力量与帆面保持垂直． 船帆前部的力量最强处也在最前方向上． 在船帆的中部，力量更改为侧方向，或倾斜方向．在船帆的后部，随着风速的下降力量也逐渐减弱，并导致向后方向或往后拉的方向．船帆各处上的压力都可以计算出来，以便确定其每一面上前部、后部和牵引部位的相对力量． 因为向前的力量还是最强的，所以施加在船帆上的合力还稍偏向前的，但主要是侧方向． 增加船帆作用以获得更多向前的驱动力还导致侧向力的更大的增加． 因此，当风施加在侧面的力量达到最大时，船只是如何前行的呢？ 这涉及船帆与风的迎角，还涉及船只与水的阻力问题．合力的方向与帆弦近乎垂直． 当帆弦与船只的中线平行时，主要力量几乎完全施加在侧面． 但是，如果船帆成一点儿角度，以便船帆产生的力量稍微向前，则船只本身会立即前行． 这是为什么呢？ 船的中线（即龙骨）作用于水的方式类似于船帆作用于风的方式． 龙骨产生的力量与船帆倾斜力相反的力量 － 它使船完全保持船帆形成的力量的方向． 并且尽管风帆合力始终作用于迎风的那面，但正确的迎角将使船只前行．船帆的角度距离船体中线越远，着力点施加于正面相对于施加于侧面的数量越多．将正向力量的稍微调整与水相对于空气的反向力量结合起来，我们将令船只迎风前行，因为现在水流的阻力最小．