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帆船航行时除了正尾风,风向总是与船龙骨方向有一定夹角,风帆受力总是可以分解为一个向前的力和横向的力

其中向前的力就是推进力,横向的力则会导致帆船侧倾和横漂。与横向力相对的就是水对船体的横向阻力,这两个力平衡,船体才能保持平衡。
所以设计帆船需要得出船体的横向阻力中心,就是水线下船体横向投影的几何学面积中心(形心),如下图:


设计帆船的另一个重要步骤是得出帆的受力中心,定义为满帆驾驶,帆处于纵向时,几何学帆面积中心。如果是多桅船,则需要得出多个船帆的联合受力中心。



上图是求单个船帆的受力中心。


多个船帆的受力中心。
帆的受力中心和横向阻力中心的垂线与水线相交的两点,间距称为帆导距,帆导距影响帆的舵效果。


如图,如果帆的受力中心在横向阻力中心之后,则在侧风时船头会转为向风方向,即产生上风舵


如果帆的受力中心在横向阻力中心之前,则在侧风时船头会转向背风方向,即产生下风舵


这就是船帆的空气舵效应。


回复
1楼2017-11-15 21:01
    一般来说设计之初帆船的帆受力中心就已经基本确定,帆导距也已经确定。但是中式硬帆由于可以灵活的缩帆,可以通过改变前后帆面积来改变帆的受力中心,从而改变帆导距,灵活变化空气舵效应。

    如图,随着缩不同的帆,帆的联合受力中心也在前后变化,可以在上风舵、下风舵之间灵活变换,从而改变船的转向性能。这种灵活性可说是中式帆的精华所在。


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    2楼2017-11-15 21:05
      @左武卫将军
      @belldany
      @hy8598088


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      3楼2017-11-15 21:15
        就是说特别是不对称帆,升降后气动外形改变,帆的受力中心改变导致帆帆导距改变,从而提供额外的转向影响力。船的阻力中心和帆的受力中心未必都在投影中心,不过为了说明原理这样预设肯定没问题


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        来自Android客户端4楼2017-11-15 23:27