2012年6月13日 星期三

游艇滑行的秘密



  如果你仔細想想,其實遊艇的滑行和世界上其它事情相比也沒什麼特別的地方。不管以什麼方式,你發現你的遊艇會自己從水裡抬起,利落地呈現出一個優美的角度,並能自由滑行,取得良好的控制。這涉及到各種力量間精妙的平衡。如果你對此持懷疑態度,不妨想像一下一個人剛開始學滑水時的情景:兩手叉腰,膝蓋抖動,無法很好地控制住平衡,經常掉進水裡被嗆著。

     當然,滑水者也是有頭腦的。至少,他們中的很多人曾告訴我,在嘗試過幾次以後,他們不僅掌握了在水上保持站立的姿勢,而且也最終學會了不同的技藝: 障礙滑水、旋轉以及空翻。所有這些都依賴於由靈活的大腦引導的良好反射能力,但是遊艇是沒有中樞神經系統的。這就需要我們回答一個大問題:她們是如何做到這些的?

攻角


    例如,你是一個普通的滑水者,當你能自由滑水時,你會發現滑水板以4到6度的角度和水發生撞擊。只要是在地球上與海水相撞擊,那麼這個角度是不會變的。(如果你有機會到月球上滑水的話,當然肯定存在很多技術難題,這個角度將不同)。不管怎樣,這個角度是整個問題的核心。那些經常有聰明點子的工程師們稱這個角為「迎角」或「攻角」(聽起來有點像巴頓將軍的用語),但民間俗稱它為「滑行角」或「縱傾角」。

平方級別的增加


     當你將油門往前推,你的滑行艇將向前航行,起初速度很慢。水流將較慢地衝擊船身底部前端,因而施加的力也較小。當你加大油門後,水流衝擊船體底部的力度將變大。實際上,水流衝擊船體底部的力量是速度的平方。例如,如果船體速度是7節時,船首船體受到的水流壓力是360千克的話,那麼在速度是14節時 其力度將達到1450千克。

     由於滑行艇船首都是圓滑設計,因而實際上,水流的作用力都是從底下作用在一個彎曲的斜面上。360千克的力只能將船首抬起約5厘米,但是1450千克的力就能抬起船首高達38厘米之多。在這種情況下,如果你駕駛的是一艘排水型艇,她的尾部將下壓,從而導致海水從浸入水中的排水管湧進尾阱內,而與此同時,船首又保持著持續上抬的趨勢,此時,即使增加再多的動力也不能使她的速度增加,只有可能使她最終「 滑」向沉沒。

寬闊的船尾

      一個設計正確的滑行船體意味著船尾較寬,同時也相對較平坦。由於船體前部遭受水流衝擊,這個平坦的船尾也將被下壓,從而船尾也將更直接地和水流接觸,顯然,這也將推動船尾向上翹。從另一個角度來看,這個過程的繼續(速度不斷加快)也將促使水的壓力中心繼續向後移動,直至它逼近船體重心點才會停住。 對於設計正確的滑行艇而言,重心大約在船尾往前水線35%至38%的地方。

      這樣做的好處就在於,寬敞平坦的船底不僅能防止船隻下沉,而且它同時可以幫助抬升船體,減小阻力。更為重要的是,現代滑行船體上的舭緣線在破浪前行時能更大地減少摩擦阻力。

底部壓力

     水流對船體所產生的壓力可能很大。在航速為30節時,一艘典型的9米長滑行艇可以從水中升高25至35厘米。你可以根據以下方法計算你的滑行艇船體底部所受到的壓力:

     船底壓力或抬升力(千克)=0.586x滑行平面面積(平方米)x速度的平方(節2)

     在這裡,「滑行平面面積」等於遊艇在標準速度時在水中的船體面積。它大約等於水線長度的55%乘以舭緣線處船寬。假如船體總長為9.1米,水線長度 為7.62米,船寬為3米,舭緣線處船寬為2.74米,排水量為5.67噸,那麼該遊艇的滑行平面面積是124平方英尺(7.62x55% = 4.19米,然後,14.19x2.74= 11.5平方米)。

      如果船體速度為28節,那麼她的底部壓力將為11666磅(0.586 x 11.5 平方米x (28節)2 = 5283千克=11666磅)。因此,這很接近於你預期的該艇重量。實際上,遊艇將離海面很遠,但不幸的是,並不是所有的底部壓力都能用於船體提升,大約有20%是用於拖拽(阻力),這就意味著只有4226千克才是真正用於提升船首。(同時也有其他力量用於向後退拽,它的總阻力大約能達到1噸)。即使這樣,4226千克也能將快速行駛的這艘9米長滑行艇抬升22厘米。

      毫無疑問,如果所有的設計都合理,這艘滑行艇的船首將以4到6度的角度抬起。即使她沒有 一個中樞神經系統,也將自動達到這個合理的滑行狀態。

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