帆船运动第五讲

33
因为风向在随时发生变化， 因为风向在随时发生变化，船员应 该经常检查帆船是否处于“最佳航道” 该经常检查帆船是否处于“最佳航道”。 这时候船员可以驾驶帆船小心地靠近 最佳航道”的上风一侧， “最佳航道”的上风一侧，然后返回 最佳航道” 通过这种方法， “最佳航道”内。通过这种方法，帆船 可以尽可能地减小航向与风向之间的迎 同时保持较佳的船速。 角，同时保持较佳的船速。有经验的舵 手会五至十秒钟做一次这个检查动作。 手会五至十秒钟做一次这个检查动作。
24
帆船靠舵改变航向
25
帆板改变航向
帆板
帆板的转向靠帆的位置和重力的中心的 转变。 转变。 当运动员把能活动的桅杆倒向下风后 板首就向迎风转， 方，板首就向迎风转，相反把桅杆倒向上风 前方，板首就离风偏转。通过桅杆的倒动， 前方，板首就离风偏转。通过桅杆的倒动， 移动帆心，使帆板产生了旋转的力矩， 移动帆心，使帆板产生了旋转的力矩，从而 促使其转向。 促使其转向。
1
帆船运动
主讲人： 主讲人：曲喜峰 理学院体育教学部
2
第五讲
3
帆船运动基本原理
帆船运动基本原理
4
帆船运动基本原理
帆船、帆板运动是奥运会的比赛项目， 帆船、帆板运动是奥运会的比赛项目，这项运动被越来越 多的人所喜爱。但要想学会驶帆，必须首先弄清它的力学 多的人所喜爱。但要想学会驶帆， 原理。 原理。 一般人对于帆船往往认为是被风推着跑的。 一般人对于帆船往往认为是被风推着跑的。其实风的动力 以两种形式作用于帆，如图1、 所示， 以两种形式作用于帆，如图 、图2所示，帆船的最大动力 所示 来源是所谓的“伯努利效应” 来源是所谓的“伯努利效应”。
8
帆船的阻力的作用
如果仅有升力作用，帆船是不能顶风而 如果仅有升力作用， 进的。这时升力只会将帆船向横向推动， 进的。这时升力只会将帆船向横向推动，而 不能形成前进的动力。 不能形成前进的动力。 为了让帆船前进，就必需抵抗住风往横 为了让帆船前进， 向产生的力量。这就得依靠安装在帆船或帆 向产生的力量。 板底部的稳向板和尾鳍了。严格的说， 板底部的稳向板和尾鳍了。严格的说，阻力 会与风的横向压力抵消掉一部分， 会与风的横向压力抵消掉一部分，但残存的 横向压力和帆船的前进力形成一种合力， 横向压力和帆船的前进力形成一种合力，来 推动帆板斜向前进。 推动帆板斜向前进。
5
帆船的动力来源
帆船的动力 我们知道，当空气流动得快的时候， 我们知道，当空气流动得快的时候，在正面挡住它的 物体就会受到空气的冲击， 物体就会受到空气的冲击，这种冲击产生的压力我们称为 动压力。当帆船如图1所示顺风行驶时 所示顺风行驶时， 动压力。当帆船如图 所示顺风行驶时，就是空气对帆的动 压力推动帆船前进的。由“流速增加，压强降低”的伯努 压力推动帆船前进的。 流速增加，压强降低” 利原理知道，当空气向一个方向流动时， 利原理知道，当空气向一个方向流动时，它向侧面作用的 力就要相对减小。也就是说气体流动速度越大的地方， 力就要相对减小。也就是说气体流动速度越大的地方，动 压力压强越大，而静压力压强越小。流速愈小的地方， 压力压强越大，而静压力压强越小。流速愈小的地方，动 压力压强愈小而静压力压强愈大。 压力压强愈小而静压力压强愈大。这样气体流速小的地方 对流速大的地方就会产生一个侧向的压力，这个力称为静 对流速大的地方就会产生一个侧向的压力，这个力称为静 压力。当迎风驶帆时，如图2所示 所示， 压力。当迎风驶帆时，如图 所示，船正是在风的静压力推 动下前进的。 动下前进的。
7
飞机的升力原理
根据风速快的地方的气压会降低的伯努 利效应， 利效应，机翼的上下风流间就形成了一 定的气压差。 定的气压差。 空气有从高气压向低气压流动的习性。 空气有从高气压向低气压流动的习性。 就产生了机翼下方风流向上流动的力， 就产生了机翼下方风流向上流动的力， 将机翼托起的现象。 将机翼托起的现象。这种因为风流而引 起的向上的托力就是我们通常说的升力。 起的向上的托力就是我们通常说的升力。
31
如何判断你的帆受风状况良好
32
迎风航行的“ 最佳航道” 迎风航行的“ 最佳航道”
帆船在迎风航行时， 帆船在迎风航行时，船员需要不断调整航向 与风向之间的角度。 与风向之间的角度。很快船员会找到一条所谓的 最佳航道” 如果帆船越过了“最佳航道” “最佳航道”。如果帆船越过了“最佳航道”的 上风一侧， 上风一侧，船员会发现迎风帆面上的风向线是松 弛的， 弛的，而背风帆面上的风向线则被气流推送的很 顺畅；如果帆船越过了“最佳航道”的下风一侧， 顺畅；如果帆船越过了“最佳航道”的下风一侧， 船员会发现迎风帆面上的风向线被气流推送的很 顺畅，而背风帆面上的风向线是松弛的； 顺畅，而背风帆面上的风向线是松弛的； 如果帆 船正好处在“最佳航道” 船正好处在“最佳航道”内，船员则会发现无论 迎风帆面上的风向线， 迎风帆面上的风向线，还是背风帆面上的风向线 都被气流推送的很顺畅。 都被气流推送的很顺畅。
26
帆板改变航向
27
28
水上器材故障排除及翻船后扶正方法
几种常见故障及排除方法： 几种常见故障及排除方法： 压舷脚带松、 压舷脚带松、断––––帆船飘帆后重新系牢或 帆船飘帆后重新系牢或 用备用小绳加固。 用备用小绳加固。 副舵柄万向节断、 副舵柄万向节断、裂–––––风小可暂用正舵柄 风小可暂用正舵柄 操作，风大时飘帆用绳暂时系紧。 操作，风大时飘帆用绳暂时系紧。 主帆下后角松–––––飘帆后系紧。 飘帆后系紧。 主帆下后角松 飘帆后系紧 稳向板升降困难–––––船首顶风将稳向板降下， 船首顶风将稳向板降下， 稳向板升降困难 船首顶风将稳向板降下 暂不升起，回岸后修理。 暂不升起，回岸后修理。 帆杆上滑轮脱落–––––备用滑轮和活连环。 备用滑轮和活连环。 帆杆上滑轮脱落 备用滑轮和活连环
22
改变航向
23
改变航向
帆船
如图， 如图，帆船靠舵改变航向的原理示意 当船在行驶时， 图。当船在行驶时，水流给舵一个垂直航面 的力F， 的一个分力 能使船产生旋转， 的一个分力F1能使船产生旋转 的力 ，F的一个分力 能使船产生旋转， 另一个分力F2阻挡船前进 由于F2对船起 阻挡船前进。 另一个分力 阻挡船前进。由于 对船起 阻力作用，所以转向时舵角一般不要推得太 阻力作用， 当然，要完成转向动作，除了舵以外， 大。当然，要完成转向动作，除了舵以外， 还要和帆的位置，船员的移动相配合。 还要和帆的位置，船员的移动相配合。
30
帆船技术要点
随着航行时间的增加， 随着航行时间的增加，船员会对如 何有效地驾驶帆船产生一些新的认识。 何有效地驾驶帆船产生一些新的认识。 这些“新的认识” 这些“新的认识”既包括如何保持恰当 的帆船倾角， 的帆船倾角，有效地利用船员自身的重 调帆， 量，调帆，以及利用稳向板的位置使得 帆船平稳航行，也包括对于海流、 帆船平稳航行，也包括对于海流、风、 天气和安全的重新和更深刻的了解。 天气和安全的重新和更深刻的了解。
6
飞机的升力原理
只要我们观察一下飞 机机翼的断面图（ 机机翼的断面图（图3）。 ）。 就可以发现从机翼正面吹 过来的风会沿着机翼的形 状，形成上下两股风流。 形成上下两股风流。 从机翼上方通过的风流因 受到机翼的影响会形成一 道流线形的风流， 道流线形的风流，与机翼 下方的风流流动距离增大， 下方的风流流动距离增大， 所以会造成流速加快的现 象。
19
控制
20
控制
21
控制
由于风力的大小随时会变化， 由于风力的大小随时会变化，横倾力的作用 也随之变化。所以压弦是要随时灵活变化的， 也随之变化。所以压弦是要随时灵活变化的， 这是运动员的一种重要的操作技能。 这是运动员的一种重要的操作技能。 推力FR在推船前进的同时 在推船前进的同时， 推力 在推船前进的同时，同样有一种使 船前倾的作用，虽要比横向力FH使船致倾 船前倾的作用，虽要比横向力 使船致倾 的作用小得多，但它同样会使船失速， 的作用小得多，但它同样会使船失速，所以 运动员还要随时注意可能出现的纵倾， 运动员还要随时注意可能出现的纵倾，设法 通过压弦来保持船的平衡。 通过压弦来保持船的平衡。
29
翻船后扶正技术和方法
扶正技术: 扶正技术 航行中由于风的压力或操作不当， 航行中由于风的压力或操作不当，使帆船向一 侧翻倒，人员落水。此时，千万不要慌张， 侧翻倒，人员落水。此时，千万不要慌张， 头脑要清醒，在水中抓住船， 头脑要清醒，在水中抓住船，千万不能脱离 船。 扶正方法: 扶正方法 将船首顶风，将稳向板上绳索整理好。 将船首顶风，将稳向板上绳索整理好。 站立在稳向板上用力将船拉起。 站立在稳向板上用力将船拉起。在帆船桅杆 离开水面后，抓住时机从一侧进入船舱， 离开水面后，抓住时机从一侧进入船舱，迅 速地抓住舵及缭绳使帆受风。 速地抓住舵及缭绳使帆受风。
15
16
帆船能驶八面风
17
若船要逆风行驶， 若船要逆风行驶，船的航行方向应 与风向成一夹角，所以必须采取“ 与风向成一夹角，所以必须采取“之” 字型的路线。如上图所示。 字型的路线。如上图所受风力的中心点与船体侧 面受水阻力的中心之间有一定的距离， 面受水阻力的中心之间有一定的距离， FH这个力使船横移虽不显著，但使船 这个力使船横移虽不显著， 这个力使船横移虽不显著 向下风倾斜的作用却相当显著。 向下风倾斜的作用却相当显著。如下图 所示， 所示，这就要运动员随时用自己的体重 来调节船的重心，以保持船的平衡（ 来调节船的重心，以保持船的平衡（常 称为“压弦” 称为“压弦”）。
9
帆船的阻力的作用
10
帆船的阻力的作用
11
帆船的动力来源
如图5所示，帆所受的静压力 ， 如图 所示，帆所受的静压力FT，并不能全部用来 所示 推动船前进，真正用来推动船前进的是FT沿船头 推动船前进，真正用来推动船前进的是 沿船头 方向的分力FR， 的值要小于使船横向移动的分 方向的分力 ，FR的值要小于使船横向移动的分 力FH。尽管横向力较大，但在实际行驶时，很少 。尽管横向力较大，但在实际行驶时， 看到船横向移动。而船向前进的速度却相当大， 看到船横向移动。而船向前进的速度却相当大， 先进的帆船和帆板，最快的时速，可达20至 先进的帆船和帆板，最快的时速，可达 至30 节， 造成这样的前进速度，除了帆产生推力以外， 造成这样的前进速度，除了帆产生推力以外，还 有一个重要因素就是船底的流线型， 有一个重要因素就是船底的流线型，船浸入水中 部分的横向截面积远大于纵向截面积，推力FR虽 部分的横向截面积远大于纵向截面积，推力 虽 然比横向力FH小 然比横向力 小，但船在水里前进时所受的阻力 要比船横向移动所受的阻力小许多。所以， 推 要比船横向移动所受的阻力小许多。所以，FR推 船前进效果就相当显著。 船前进效果就相当显著。
12
13
14
帆船的航向限制和效益
帆船既可在动压力的推动下顺风行驶， 帆船既可在动压力的推动下顺风行驶，也可在静压力推动 下逆风行驶。但帆船的航向不是完全没有限制，在正逆风 下逆风行驶。但帆船的航向不是完全没有限制， 左右各约45度角内 是无法产生有效的推进力的，如图6所 度角内， 左右各约 度角内，是无法产生有效的推进力的，如图 所 示的A区 但是太顺风也不是很好的， 示的 区。但是太顺风也不是很好的，因为这时伯努利效 应消失。船靠风对帆的动压力推动， 应消失。船靠风对帆的动压力推动，而动压力的大小决定 于风对帆的相对速度，相对速度越大，动压力就越大。 于风对帆的相对速度，相对速度越大，动压力就越大。然 而船在动压力的推动下，前进速度逐渐增加，风与船相对 而船在动压力的推动下，前进速度逐渐增加， 速度就会减小，因而风对帆的动压力减小， 速度就会减小，因而风对帆的动压力减小，船速会再度慢 下来，同时会进入不稳定状态，如图中C区 下来，同时会进入不稳定状态，如图中 区。所以动压力 对帆船来讲，并不是持续高效的动力来源。只有如图中B 对帆船来讲，并不是持续高效的动力来源。只有如图中 区才是最好的航行方向， 区才是最好的航行方向，这时船航行方向与风向成一定夹 角，船在静压力推动下，能得到持续稳定的推动力，使船 船在静压力推动下，能得到持续稳定的推动力， 获得比较高的航行速度。 获得比较高的航行速度。