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帆船航行中的真风概念 基础理论

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发表于 2016-4-28 21:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
帆船航行中的真风概念
大连海事大学 张益博

摘要:浩瀚大海,气象万千,水手们要时刻掌握风云的变幻,才得以保证航行的安全。而海面的风力、风向复杂多变,阵风、乱风随起随落,这便需要敏锐的观察、清醒的判断和果敢的决策。尤其在帆船比赛中,确实需要“见风使舵”的本领。而空气在流动,船舶在前进。海面上实际吹动的风——真风,船只相对运动产生的风——船风,以及船员在船上观测到的风——视风。区分这一系列的风,以及对它们来向的感知和预判,对于航行确实很关键。
关键词:帆船 航行 气流 真风 船风 视风


一.相关概念
航向: 船舶的行驶方向,相对于正北方向的夹角,由定位定向仪测得,范围[0, 360) 。
船风(行进风): 假定周围空气静止,船舶行进时感受到的风,即定位定向仪所测得的航向、航速。
真风: 船舶静止时感受到的风,在船舶行驶的过程中,需要通过合理的计算才能得到。
视风(体感风): 即船舶行进时感受到的风,是船风和真风叠加的结果,船上的测风仪器所测的数据即是合成风。
真风观测算法: 根据船风和合成风得到真风的计算方法,三者是一种矢量关系。

二.真风的理论计算公式
1.合成风与航向夹角小于180°时。
即合成风处于第1 或者第2 象限时的情况,如图2 所示。图2 合成风与航向夹角小于180°∠DAC 为相对于航向的合成风风向,范围为[0,180) ,b 为合成风风速;∠ABC 相对于航向的真风风向,范围为[0,180) ,a 为真风风速; ∠α 为航向,范围为[0,360) ,c 为船风风速。
计算公式:
 帆船航行中的真风概念  基础理论 图片1.png
真风风速:
 帆船航行中的真风概念  基础理论 图片2.png
真风风向:
 帆船航行中的真风概念  基础理论 图片3.png
如果真风风向大于360°,则减去360°,根据余弦定理:
 帆船航行中的真风概念  基础理论 图片4.png
2.合成风与航向夹角大于180°时。
即合成风处于第3 或者第4 象限时的情况,如图3 所示。图3合成风与航向夹角大于180°相对于航向的合成风风向为360°-∠DAC,范围为[180,360),b 为合成风风速; 相对于航向的真风风向为360°-∠B,范围为[180,360),a为真风风速;∠α为航向,范围为[0, 360),c为船风风速。合成风( 测量风) 与航向的夹角为180°+∠CAB。计算公式:
 帆船航行中的真风概念  基础理论 图片5.png
真风风速:

 帆船航行中的真风概念  基础理论 图片6.png
真风风向:
 帆船航行中的真风概念  基础理论 图片7.png
如果真风风向大于360°,则减去360°,根据余弦定理:

 帆船航行中的真风概念  基础理论 图片8.png

三.在航风向的判断

1.在船上如何得知视风风向?看风向标,没风向标,就凭自己身体的感知(感知不是感觉):头部转动,耳朵边会听到呼呼的风声,当两个耳朵听到的声音一样大的时候你面朝的方向就是视风风向,这个不用上船,走路骑车的时候就可以测试,还有凭耳根判断的,面部判断的等等很多种方法了,这都是判断视风的,我们可以通过视风风方估算真风风向。
2.判断真风大体方向。
  • 看水面波纹:水面波纹是被风吹形成的,可以通过波纹形状上来看出真风的大体风向,这个我不细说了,因为只要去水面仔细看一下波纹就会明白了。
  • 看他人旗帜:比赛的时候可以看裁判船和岸上的旗帜,因为裁判船是固定不动的,所以裁判船反映的是真实的风向。
  • 看风向标:通过看自己船上的风向标,虽然自己船上的风向标反映的是视风风向,但我们可以通过自己的船速来凭经验估算大体风向。
  • 看帆抖动:当船每次迎风换舷的时候注意看帆,当船转至正顶风的时候前帆会垂向船中心线会抖动发出声音,还有主帆在这一瞬间也会垂向中间,主缭会完全放松……但这往往就是零点几秒的事,所以一定要在这一瞬间找好参照物来记住真风的风向。还有就是升帆的时候都是顶风升帆的,这时候记住风向看好参照物。
  • 看云的动向:风吹云动,当云层很低的时候可以通过云飘向的方向来确定风向。
  • 看船的速度:看你船跑的速度和主帆横杆角度来估算真风风向然后通过调整航向或帆杆角度来测试真风风向。
    需要强调的,真风风向不同于视风风向。真风吹来的风向会产生波浪,它和波浪是垂直的。视风是船前进的动力。当船速和风速接近的时候,真风和视风的差异最明显。视风在真风的前端,除了逆真风或者顺真风航行的时候。航行的越快,视风就越靠前。顺风时,视风的力度小于真风,逆风时,近迎风航行,视风就大于真风。
通常,越近风航行,帆就拉得或调得越靠近船的中心线。如果顺风航行,帆就要随之靠外。确切的帆的位置是由视风的风向和速度决定的。(视风的风向是由船的方向和真风风速与船速的比决定的。)对于大多数非专业玩家来说,记住以下5种基本的帆点即可。每一种在速度,倾斜度与帆位方面的区别都很明显。

 帆船航行中的真风概念  基础理论 图片9.jpg

Point-of-Sail 帆点
Point-of-Sail 帆点
Wind Direction 风向
In Irons正迎风航行Into the Wind 对着风
Close-Hauled (Beating)紧航30-40 Deg 30-40
Close Reach近迎风航行 60 Deg 60
Beam Reach正横方向航行90 Deg 90
Broad Reach侧顺风航行 135 Deg 135
Running正顺风航行180 Deg 180

【参考文献】
(1)郭禹,张吉平,戴冉.航迹推算 航海学.大连海事大学出版社.
(2)雷卫延,李源鸿,杨志健. 船舶自动气象站的关键技术解析. 广东气象2013.04.014.
(3)陈海泉,陈立宏,曾祥标,等. 雷达和自动气象站资料在GIS中的同步显示. 广东气象,2011,33.
(4) 吕雪芹,李建勇,陈武框.广州2010年亚运会暑热压力监测系统.广东气象,2010,32.
(5)戴冉,王越. 航海专业数学. 大连海事大学出版社,2010.
(6) 楼锡淳,朱鉴秋.海图学概论.测绘出版社,1993.
(7)Sunny Yang. US sailing web.哈德森(福建)游艇有限公司





























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发表于 2016-10-24 20:45 | 显示全部楼层
这么好的帖子,不能沉底了
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 楼主| 发表于 2016-10-24 23:16 | 显示全部楼层
洪运来 发表于 2016-10-24 20:45  帆船航行中的真风概念  基础理论
这么好的帖子,不能沉底了

谢谢洪老板支持!
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发表于 2016-10-24 23:49 | 显示全部楼层
长姿势了
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