翼型帆

大家说说翼型帆的优缺点

看过法国人好象是六七十年代吧，搞过这种翼型硬帆的实践，两次横渡大西洋，第一次失败了，第二次好象是成功了，这个帆的主要问题是应力集中在桅的根部，就现在材料和工艺来看，这个设计，理论上好象效率很高，但实际效果并不好，因为因力集中，桅的根部经常开裂，第一次是直接断掉了，第二次也是一边走一边修

对比中式，我们不难发现，中式帆的优点是应力集中在帆的主缭上，桅只是一个支点，

风非常大时，主缭松开或断开，帆就会自动泄力，有效减少断桅和倾覆的危险

中式的传统结构应该是在材料科学和结构力学不发达时最好设计，现在完成可以借鉴

自由的浪花 发表于 2018-2-9 10:52
中式的传统结构应该是在材料科学和结构力学不发达时最好设计，现在完成可以借鉴

中式帆装对比翼型帆那种使用效率更高，操作更便捷？

这类帆，实际是把帆当做飞机的机翼来处理。那么就直接可以利用现有发达而成熟的空气动力学来设计风帆。

这样设计出来的风帆，其实最大的优点 是阻力变小了。而帆的牵引力（航空术语叫升力）并不能变大多少。对于顺风航行的时候，先进的设计不起半毛钱作用。真正会有影响的只有利用横风航行的时候有较大改进。阻力变小会使得风帆可利用风力的最大夹角范围扩大。


从设计角度出发呢，最大的困难点是在机翼只需要一个方向也就是上方产生升力即可，而风帆必须左右都产生牵引力。
另外一个问题是风帆必须考虑收叠的事情，而机翼从来不用考虑这种东西，所谓折叠机翼也只不过是把机翼原封不动折一下，丝毫不缩小它占据的体积。

这导致各种结构设计困难。
结构设计困难，带来的影响就往往是结构脆弱。

龙之翼 发表于 2018-2-9 11:33
中式帆装对比翼型帆那种使用效率更高，操作更便捷？

中式风帆的空气动力性是很差的。

它基本是一种平板构造，在机翼类型中看，属于最原始的渣货。
当然，西洋横方帆更糟。在横风作用下也基本是个平板。
主要原因是硬横桁导致风帆表面难以在水平面上弯曲。
在横风下中式帆会比西洋横方帆略好的原因是中式帆上下是连贯的没有缺口，而西洋帆是一连串的破口到处漏气。

现在流行的纵帆，天然就自带弯曲，而且前缘可以以桅杆来作为形状保持，具备比较良好的空气动力特性。
当然，这也不是说现代的纵帆就已经完美到了顶点。

典型的一个问题就是那个桅杆和帆的交界处并不能保持平滑过渡。而这个原因正是因为要顾及到风帆左右两边都可以使用而产生的恶果。

一个比较简单的机翼形状的帆的水平截面形状应该是这样的。这实际就是单层蒙皮的飞机机翼形状（现代的三角翼还采用这种翼型）。
复杂一点的设计就是上下两面都蒙上布。空气动力性能会更好一些。但这样构造变复杂了而且性能的提高很微弱。

空气作用力越前面越大，所以理论要求前缘应该是个坚硬的结构，而比较靠前的部分（前25%）也应该用较为坚实的结构来做，后半部分受力很小，软布即可。

从弯曲程度来看，前缘的弯曲程度最大，前25%逐渐降低弯曲，后75%可以是直线。如果为了稳定性后面还可以适当微弱的反向弯曲。


但普通的整块软布做的纵帆，除了桅杆可以是坚硬的，后面帆面只能是自然弯曲变成近圆弧形状，满足不了空气动力学所需要的形状。
而且纵帆必须考虑左右两侧都能使用，那么实质是一根桅杆在前，然后帆面从桅杆的中线往后产生一根自然的圆弧。


当然，也有些改良已经得到了应用。比如在纵帆的后缘插入一些硬帆骨——注意这个帆骨不应该插到前25%区域内（当然你也可以通过设计让前25%的帆骨变软），可以强迫风帆的后半部分自然弯曲的程度降低（使之接近直线，但实际上依然有较弱的弯曲），这样风帆弯曲后会更接近理想的形状。

还有些复杂的设计，通过调整风帆内的纤维走向和应力，让帆面鼓起时并不以近圆弧鼓起，而是以更加接近机翼形状鼓起，这些办法现代竞赛帆船中已经用得很广泛了。



对于有些试图创速度纪录的帆船来说，并不需要考虑风帆左右两边都能一样好用，他只需要考虑单侧受风的情况，这样设计就简单多了。

实质上，帆船的原理和飞机的原理是相通的。

飞机的一些显而易见的理论可以原封不动的套用到帆船上：

比较简单的几条：
帆的个数越少，效率越高；越多越差。一个能解决问题的时候不要搞两个，两个能解决问题的时候不要搞三个。还记得老式的双翼机乃至三翼机么？

帆的高度越高（也就是越细长的帆），效率越高。这个对应到飞机上是展弦比越大，飞机升阻比越大。

实际上太细而高的帆结构很脆弱，而且需要船体有很大的压载才能保证不被侧风吹翻。所以呢最终还得从实际出发考虑问题，不得不采用较矮而且宽的帆。不但帆船这么考虑，飞机上也不得不这样做。

在较大的船上，吃水不能无限制的增加，帆的宽度也不能随意增大，那么迫不得已，只能用较多数量个较小的帆来替代梦幻中的单个超级高帆。

帆的形状应该是接近椭圆形的较好。如果考虑到海面的风力垂直梯度问题，应该椭圆形向三角形略微靠拢会有最佳效果。

风帆顶部如果有尖角，这是毫无作用的，直接切掉会有更好的表现。

帆的底部尽量接触船体密闭起来（实质帆船上为了视野通达和方便人员走动，风帆底部都是大开口），否者会漏风而造成较大牵引力损失。
看起来很细的绳索，实际在风中也会产生不小的阻力。高性能的设计中一般都大大减少绳索的使用。

大家说说翼型帆的优缺点

看过法国人好象是六七十年代吧，搞过这种翼型硬帆的实践，两次横渡大西洋，第一次失败了，第二次好象是成功了，这个帆的主要问题是应力集中在桅的根部，就现在材料和工艺来看，这个设计，理论上好象效率很高，但实际效果并不好，因为因力集中，桅的根部经常开裂，第一次是直接断掉了，第二次也是一边走一边修

对比中式，我们不难发现，中式帆的优点是应力集中在帆的主缭上，桅只是一个支点，

风非常大时，主缭松开或断开，帆就会自动泄力，有效减少断桅和倾覆的危险

中式的传统结构应该是在材料科学和结构力学不发达时最好设计，现在完成可以借鉴

自由的浪花 发表于 2018-2-9 10:52
中式的传统结构应该是在材料科学和结构力学不发达时最好设计，现在完成可以借鉴

中式帆装对比翼型帆那种使用效率更高，操作更便捷？

这类帆，实际是把帆当做飞机的机翼来处理。那么就直接可以利用现有发达而成熟的空气动力学来设计风帆。

这样设计出来的风帆，其实最大的优点 是阻力变小了。而帆的牵引力（航空术语叫升力）并不能变大多少。对于顺风航行的时候，先进的设计不起半毛钱作用。真正会有影响的只有利用横风航行的时候有较大改进。阻力变小会使得风帆可利用风力的最大夹角范围扩大。


从设计角度出发呢，最大的困难点是在机翼只需要一个方向也就是上方产生升力即可，而风帆必须左右都产生牵引力。
另外一个问题是风帆必须考虑收叠的事情，而机翼从来不用考虑这种东西，所谓折叠机翼也只不过是把机翼原封不动折一下，丝毫不缩小它占据的体积。

这导致各种结构设计困难。
结构设计困难，带来的影响就往往是结构脆弱。

龙之翼 发表于 2018-2-9 11:33
中式帆装对比翼型帆那种使用效率更高，操作更便捷？

中式风帆的空气动力性是很差的。

它基本是一种平板构造，在机翼类型中看，属于最原始的渣货。
当然，西洋横方帆更糟。在横风作用下也基本是个平板。
主要原因是硬横桁导致风帆表面难以在水平面上弯曲。
在横风下中式帆会比西洋横方帆略好的原因是中式帆上下是连贯的没有缺口，而西洋帆是一连串的破口到处漏气。

现在流行的纵帆，天然就自带弯曲，而且前缘可以以桅杆来作为形状保持，具备比较良好的空气动力特性。
当然，这也不是说现代的纵帆就已经完美到了顶点。

典型的一个问题就是那个桅杆和帆的交界处并不能保持平滑过渡。而这个原因正是因为要顾及到风帆左右两边都可以使用而产生的恶果。

一个比较简单的机翼形状的帆的水平截面形状应该是这样的。这实际就是单层蒙皮的飞机机翼形状（现代的三角翼还采用这种翼型）。
复杂一点的设计就是上下两面都蒙上布。空气动力性能会更好一些。但这样构造变复杂了而且性能的提高很微弱。

空气作用力越前面越大，所以理论要求前缘应该是个坚硬的结构，而比较靠前的部分（前25%）也应该用较为坚实的结构来做，后半部分受力很小，软布即可。

从弯曲程度来看，前缘的弯曲程度最大，前25%逐渐降低弯曲，后75%可以是直线。如果为了稳定性后面还可以适当微弱的反向弯曲。


但普通的整块软布做的纵帆，除了桅杆可以是坚硬的，后面帆面只能是自然弯曲变成近圆弧形状，满足不了空气动力学所需要的形状。
而且纵帆必须考虑左右两侧都能使用，那么实质是一根桅杆在前，然后帆面从桅杆的中线往后产生一根自然的圆弧。


当然，也有些改良已经得到了应用。比如在纵帆的后缘插入一些硬帆骨——注意这个帆骨不应该插到前25%区域内（当然你也可以通过设计让前25%的帆骨变软），可以强迫风帆的后半部分自然弯曲的程度降低（使之接近直线，但实际上依然有较弱的弯曲），这样风帆弯曲后会更接近理想的形状。

还有些复杂的设计，通过调整风帆内的纤维走向和应力，让帆面鼓起时并不以近圆弧鼓起，而是以更加接近机翼形状鼓起，这些办法现代竞赛帆船中已经用得很广泛了。



对于有些试图创速度纪录的帆船来说，并不需要考虑风帆左右两边都能一样好用，他只需要考虑单侧受风的情况，这样设计就简单多了。

实质上，帆船的原理和飞机的原理是相通的。

飞机的一些显而易见的理论可以原封不动的套用到帆船上：

比较简单的几条：
帆的个数越少，效率越高；越多越差。一个能解决问题的时候不要搞两个，两个能解决问题的时候不要搞三个。还记得老式的双翼机乃至三翼机么？

帆的高度越高（也就是越细长的帆），效率越高。这个对应到飞机上是展弦比越大，飞机升阻比越大。

实际上太细而高的帆结构很脆弱，而且需要船体有很大的压载才能保证不被侧风吹翻。所以呢最终还得从实际出发考虑问题，不得不采用较矮而且宽的帆。不但帆船这么考虑，飞机上也不得不这样做。

在较大的船上，吃水不能无限制的增加，帆的宽度也不能随意增大，那么迫不得已，只能用较多数量个较小的帆来替代梦幻中的单个超级高帆。

帆的形状应该是接近椭圆形的较好。如果考虑到海面的风力垂直梯度问题，应该椭圆形向三角形略微靠拢会有最佳效果。

风帆顶部如果有尖角，这是毫无作用的，直接切掉会有更好的表现。

帆的底部尽量接触船体密闭起来（实质帆船上为了视野通达和方便人员走动，风帆底部都是大开口），否者会漏风而造成较大牵引力损失。
看起来很细的绳索，实际在风中也会产生不小的阻力。高性能的设计中一般都大大减少绳索的使用。