为什么说船不斜不走?

之前就听老水手说“船不斜不走”，船受力越大就越倾斜，还有人说小风天船要斜，所以要反向压弦让船倾斜。

嗯nnn，这些都是真的吗？让我们来一起看看。

目录

单体船的稳定性 - 杠杆原理

复习一下力矩的基础知识

帆船倾斜时的力矩变化

帆船行驶的时候为什么会歪

这些变化对开船有什么启示，回答为什么帆船不斜不走。

单体帆船的稳定性

我们这里直说单体船，因为我只玩过单体船。单体帆船被称作海上不倒翁，因为他有一个很重的龙骨垂在船下，当船倾斜的时候能够自动修正返回到竖直向上的状态。这个过程就和不倒翁一样。



我解释一下这个图：

船的重力中心为G

船的浮力中心为B

当帆船收到外力倾斜的时候，原来的中心不变还是原来的位置G

倾斜的时候，浮力中心B移动到了新的位置B (Ф)。

此时的倾斜角度为 Ф，稳心在原来的中心和新的浮力B（ Ф）线交叉点。

此时的力矩等于船的重力 * GZ（力臂）

当倾斜的角度变大的时候，重力不变，GZ在变大，所以恢复的力矩也就变大。

复习一下力矩

说到这你可能忘了忘了力矩 = 力 * 力臂了，但是估计你记得阿基米德说过的“ 给我一个支点我就能撬动整个地球。”



力矩这个概念就是来自来自杠杆原理，指的是 作用力促使物体围绕某个点转动的趋势。力矩的单位是Nm（牛*米），力矩的公式是 力矩 = 力 * 力的方向与中心的距离。

力矩是一个矢量他是有方向。力矩的方向用“右手”来测。即，右手握拳竖起大拇指，其他四指指向力的方向，大拇指指的方向就是力矩的方向。当一个杠杆收到的力矩和为0的时候那这个杠杆就平衡了。当船的倾斜角度不变的时候就表示作用在船上的力矩达到了平衡。


img船倾斜时的力矩变化

船的重力是不变的，所以力矩只和力的方向和中心点的垂直距离有关，距离越大力矩越大。那我们回头看看船在倾斜时候的力矩变化。



从这个图中我们可以看到：

随着倾斜角度的增加，力矩不断增加。

倾斜角度到达60度的时候，力矩最大。

从60度到130度的时候后，力矩逐渐变小，但依然是正向的力矩。

当130度到180度时力矩是负的。

再来一个清楚一点儿的图



船的稳定性是帆船的一个重要特性，不同的船型都会有不同的稳定性曲线：



这四种船对应力4个不同的曲线



我们现在常见的是船型D（很宽很矮的船体），我们一起看一下这几种不同的船型：

船型A：在任何角度都有正向的扶正能力，所以她很难翻。但是他的曲线很平缓，也就是说它扶正能力一直都不大。虽然不会翻但是很可能一直摇摇晃晃。

船型D：大约在120度左右船就会翻，而且一旦翻船很难回正。但他的曲线是最陡峭的，也就是说在角度小于60度的时候，他的修正力很大。

其他船型介于两者之间。一般现代赛船趋向于D，现代休闲船趋向于C。毕竟我们正常航行是的倾斜角不会超过30度。所以30度以内的回正能力强才是最有用的。

帆船驾驶中为什么会歪

帆之所以能走是因为 帆受到的空气学合力一部分分解为指向船前进的方向，另一部分指向船的侧面。而龙骨也会产生一个和指向船侧面的力，两个力的大小相等方向相反，所以船才能稳定的行驶。



那么假设帆船是个杠杆，那么他同时收到三个力。如图



通过“右手法”，可以得知帆的力 和 龙骨的力是一个方向，船的重力产生的力矩是另一个方向。也就是说 重力产生的力矩 = 龙骨和帆的力的和

同时：

回看上面的曲线，在倾斜角比较小的时候（上图是60度），角度越大力矩越大

一般我们的倾斜角度不会超过30度。所以就是角度越大重力力矩越大。

龙骨的力 = 帆的力。

迎风行走时，帆向侧边的力越大，船前进的力也就越大。

所以可以说，“船越斜，受力越大”
实际中的应用

理论联系实际才能体现出理论知识的价值。

第一个问题，为什么要压弦？

通过上面的分析我们知道 帆船的倾斜角度 体现出帆船受到的力， 那么我们如何在不改变倾斜角度的情况向让船承受更大的力那？

力矩 = 力 * 力臂。帆船的重力是不变的，那么我们只能改变力臂。改变力臂的方法就是压弦。通过压弦可以将船的重心改变从而达到改变力矩的作用。
第二个问题，为什么要在不改变角度的情况下让帆船能够承受更大的力？让船再倾斜一点儿不就行了吗？

如果是休闲船那么肯定要考虑舒适和安全的因素，但是我们玩儿的是赛船。所以暂时不考虑舒适。只要小于60度都是安全的。

这里有个有效面积的问题。帆和龙骨的力都和有效面积有关。有效面积就是，帆或者龙骨在分和流的方向的截面积。船越斜，有效面积越小。帆的有效面积变小并不是坏事儿，这是帆自动泄掉多余的力的方式。但是如果龙骨的有效面积变小就要用更多的水流来使其达到更大的升力（相对于倾斜度小的时候）。这就意味着更大的leeway。leeway在迎风行走时不是好东西。（不展开了）

这也就是为什么我们过迎风标的时候要努力压弦，压弦可以使角度上一点儿，让VMG更好。
第三个问题，小风天反向压弦是为了什么？

这个问题其实和船的稳定性一点儿关系没有。小风天反向压弦只有一个目的: 就是为了让桅杆倾斜，让帆在重力的作用下达到一个理想帆型。因为没风的时候帆耷拉着。

之前就听老水手说“船不斜不走”，船受力越大就越倾斜，还有人说小风天船要斜，所以要反向压弦让船倾斜。

嗯nnn，这些都是真的吗？让我们来一起看看。

目录

单体船的稳定性 - 杠杆原理

复习一下力矩的基础知识

帆船倾斜时的力矩变化

帆船行驶的时候为什么会歪

这些变化对开船有什么启示，回答为什么帆船不斜不走。

单体帆船的稳定性

我们这里直说单体船，因为我只玩过单体船。单体帆船被称作海上不倒翁，因为他有一个很重的龙骨垂在船下，当船倾斜的时候能够自动修正返回到竖直向上的状态。这个过程就和不倒翁一样。



我解释一下这个图：

船的重力中心为G

船的浮力中心为B

当帆船收到外力倾斜的时候，原来的中心不变还是原来的位置G

倾斜的时候，浮力中心B移动到了新的位置B (Ф)。

此时的倾斜角度为 Ф，稳心在原来的中心和新的浮力B（ Ф）线交叉点。

此时的力矩等于船的重力 * GZ（力臂）

当倾斜的角度变大的时候，重力不变，GZ在变大，所以恢复的力矩也就变大。

复习一下力矩

说到这你可能忘了忘了力矩 = 力 * 力臂了，但是估计你记得阿基米德说过的“ 给我一个支点我就能撬动整个地球。”



力矩这个概念就是来自来自杠杆原理，指的是 作用力促使物体围绕某个点转动的趋势。力矩的单位是Nm（牛*米），力矩的公式是 力矩 = 力 * 力的方向与中心的距离。

力矩是一个矢量他是有方向。力矩的方向用“右手”来测。即，右手握拳竖起大拇指，其他四指指向力的方向，大拇指指的方向就是力矩的方向。当一个杠杆收到的力矩和为0的时候那这个杠杆就平衡了。当船的倾斜角度不变的时候就表示作用在船上的力矩达到了平衡。


img船倾斜时的力矩变化

船的重力是不变的，所以力矩只和力的方向和中心点的垂直距离有关，距离越大力矩越大。那我们回头看看船在倾斜时候的力矩变化。



从这个图中我们可以看到：

随着倾斜角度的增加，力矩不断增加。

倾斜角度到达60度的时候，力矩最大。

从60度到130度的时候后，力矩逐渐变小，但依然是正向的力矩。

当130度到180度时力矩是负的。

再来一个清楚一点儿的图



船的稳定性是帆船的一个重要特性，不同的船型都会有不同的稳定性曲线：



这四种船对应力4个不同的曲线



我们现在常见的是船型D（很宽很矮的船体），我们一起看一下这几种不同的船型：

船型A：在任何角度都有正向的扶正能力，所以她很难翻。但是他的曲线很平缓，也就是说它扶正能力一直都不大。虽然不会翻但是很可能一直摇摇晃晃。

船型D：大约在120度左右船就会翻，而且一旦翻船很难回正。但他的曲线是最陡峭的，也就是说在角度小于60度的时候，他的修正力很大。

其他船型介于两者之间。一般现代赛船趋向于D，现代休闲船趋向于C。毕竟我们正常航行是的倾斜角不会超过30度。所以30度以内的回正能力强才是最有用的。

帆船驾驶中为什么会歪

帆之所以能走是因为 帆受到的空气学合力一部分分解为指向船前进的方向，另一部分指向船的侧面。而龙骨也会产生一个和指向船侧面的力，两个力的大小相等方向相反，所以船才能稳定的行驶。



那么假设帆船是个杠杆，那么他同时收到三个力。如图



通过“右手法”，可以得知帆的力 和 龙骨的力是一个方向，船的重力产生的力矩是另一个方向。也就是说 重力产生的力矩 = 龙骨和帆的力的和

同时：

回看上面的曲线，在倾斜角比较小的时候（上图是60度），角度越大力矩越大

一般我们的倾斜角度不会超过30度。所以就是角度越大重力力矩越大。

龙骨的力 = 帆的力。

迎风行走时，帆向侧边的力越大，船前进的力也就越大。

所以可以说，“船越斜，受力越大”
实际中的应用

理论联系实际才能体现出理论知识的价值。

第一个问题，为什么要压弦？

通过上面的分析我们知道 帆船的倾斜角度 体现出帆船受到的力， 那么我们如何在不改变倾斜角度的情况向让船承受更大的力那？

力矩 = 力 * 力臂。帆船的重力是不变的，那么我们只能改变力臂。改变力臂的方法就是压弦。通过压弦可以将船的重心改变从而达到改变力矩的作用。
第二个问题，为什么要在不改变角度的情况下让帆船能够承受更大的力？让船再倾斜一点儿不就行了吗？

如果是休闲船那么肯定要考虑舒适和安全的因素，但是我们玩儿的是赛船。所以暂时不考虑舒适。只要小于60度都是安全的。

这里有个有效面积的问题。帆和龙骨的力都和有效面积有关。有效面积就是，帆或者龙骨在分和流的方向的截面积。船越斜，有效面积越小。帆的有效面积变小并不是坏事儿，这是帆自动泄掉多余的力的方式。但是如果龙骨的有效面积变小就要用更多的水流来使其达到更大的升力（相对于倾斜度小的时候）。这就意味着更大的leeway。leeway在迎风行走时不是好东西。（不展开了）

这也就是为什么我们过迎风标的时候要努力压弦，压弦可以使角度上一点儿，让VMG更好。
第三个问题，小风天反向压弦是为了什么？

这个问题其实和船的稳定性一点儿关系没有。小风天反向压弦只有一个目的: 就是为了让桅杆倾斜，让帆在重力的作用下达到一个理想帆型。因为没风的时候帆耷拉着。