北京哪些医院白癜风最正规 http://baidianfeng.39.net/bdfby/yqyy/自然风作为帆船动力的唯一来源，那它们的航速有可能超过风速么。这看似是不可能的事，还违背常理，牛顿的棺材板更是盖不住。实则不然，它们不仅能轻易超过风速甚至能以数倍于风速的速度航行。
年“风帆火箭2号”就在45公里/小时的风速下跑出了.95公里/小时，约68节的航速，这是当时风速的2.7倍，但这仍不是终点。
这看似违背直觉，但并不违反物理规律，不过其作用机理着实有些匪夷所思。
事实上，我们所熟知的欧洲古典帆船是不可能做到这一点的，那是因为这种帆所形成的推动力只有一种，那就是风直接吹在帆面上形成的推力，而随着航速的增加，帆与风之间的速度差就越来越小，推力也就越来越小，当推力与船在水中航行的阻力相持平，帆船也就不会再加速了。船速永远无法达到风速就更别想超过风速了。
所以，如果要进一步提高航行速度，那就必须找到比风直接推动帆船来的更有效率且强大的动力来源。
我们知道飞机是靠机翼上下的空气压力差来制造升力的，横截面呈水滴形的机翼下缘平整和上缘隆起，在飞行过程中空气流过上表面速度要比下表面的快由此机翼上方的空气压力要小于机翼下方。由此机翼下面的大气压就把飞机托了起来，而飞行速度越快机翼上表面的空气流过速度也就越快升力也就越大。
那么，把这样强大的力量运用在帆船上，把飞机的机翼立起来插在帆船上，把飞机向上的升力转化为帆船前进的动力，然后侧风航行，岂不美哉？
但是仅仅是把这样的风帆立起来插在帆船上还是不够的。因为此时风帆的作用在船上的力仍然有两股，由上图可见，一股提供给船只向前航行的推力（水平方向的升力），而另一股则是作用在帆面上的一个侧向推力。这股侧向的推力会在大迎角逆行和大横风条件下让船横着漂甚至是吹翻。
这样不仅产生了极大的阻力加速变得困难而且会非常危险。为了克服这股“无用”的力就衍生出了在船只底部长长的插入水下的板状龙骨，利用水的阻力来克服横风对船的侧向推力。这样极大的缓解了船的横移，对侧倾也有很大的帮助。
横风风力过大的时候风给船的侧向力也会增大，而衍生龙骨的减摇能力也是有限的，这时候就要增加配重了。在船倾斜的反方向增加重量来降低船只的横摇，现代经济帆船没有那么多的空间和多余重量来增加专门的配重块，那就只能靠人力来充当压舱石。但若风力过大而帆位或航向调整不及时可能就压不住了。
现在我们知道，船帆设计成曲面而形成的侧风升力能够使船更高效而稳定的航行，但此时帆船仍然是达不到数倍风速的。
而随着航行速度的加快，前进的阻力也随之越来越大，直到阻力抗衡了动力，船又到达了极速，若想要让航速数倍于风速，这样的推力又显得捉襟见肘了。
如何才能让帆船速度更快，更大的风究竟要从哪里来呢？
自然总是那么的令人超乎想象，这种更大的风居然是帆船自己创造出来的，然后供自己使用。。。
举个例子，假如在一个西向微风的天气中，走在路上能的我们够清晰的感觉到风向和风力，但当我们骑上自行车以时速20公里向北行驶，这时感觉到的风向和风力就会发生变化，风力会略大于20公里，风向是北偏西一点。
我们把相对于陆地或海面的风，也就是自然的风称为“真风”；大家在运动状态中感觉到的风叫做“视风”或“体感风”，视风的大小与方向是真风和你运动速度产生的行进风叠加的结果，三者是矢量关系。行进风是假设周围空气静止时，运动对象感受到的风，与运动速度相同只是方向相反，在船上就叫做船风。
由此，我们可以知道真实作用于船帆上的风是视风，在侧真风至逆真风范围内航行时，视风总是大于船速和真风的。
那么，只要船在真风的作用下开始动了、有了初速，视风风速开始增加（大于真风），作用于船帆上的升力也随之增大；增大的升力进一步将船加速，船速的增加又使得视风的风速进一步增大，继而升力继续增大、船继续加速……这就带来了一个相当违背直觉的现象，循环加速，匪夷所思！
那么这个循环可以无限进行下去、最终速度无极限吗？感觉上好像是不可能，但在数学理论上来说的确是没有限制的，因为好像真的可以无限接近、无限大、无限小……
然而，真实世界中物理规律终归无法超越，多个物理量是在同时发挥作用、相对变换、也在彼此限制的。对于帆船来说，视风的速度虽然在不断增加，但它的方向也是随之不断变化的，逐渐向正逆风方向接近。
在这个过程中，如果保持帆位不变，船帆对视风的迎角将变小，空气流过船帆凸面和凹面时的压力差减小，升力也随之变小，直至与水的阻力相平衡而匀速行驶。风若是直接吹到了曲面船帆的凸面上，不但没有升力了，还会把船吹得倒退。
所以，为了继续获得升力，就需要不断的调整帆位。而帆位的调整将使升力的方向发生改变（升力垂直于风向），但它可以分解出在航行方向上的分力，只是这个航向力将随着视风向正逆风方向的不断偏转而逐渐减小趋于零，同时升力的侧向分力逐渐增加，帆的凹面对风的阻力也成为前进的阻力之一。在随视风不断增大的加速过程中，航向力先是随之增大，然后又逐渐减小，直至与总的前进阻力平衡而终止了加速，此时达到最大航速。
实际上，在达到理想的最大航速之前，侧向力已增长到难以抗衡，航向与姿态都会失控，很容易侧倾翻船。
在现实的工程设计中，想要获得更高航速的关键之处主要在于三点。
尽量减小行驶阻力，
能够最大限度的以接近正逆风的角度航行，
克服侧向力和侧倾。
所以，很多运动帆船都采用了水翼设计，就是像飞机那样让船在水中“飞”起来，减少船身的行驶阻力；为了克服侧倾，多采用双体、三体船身来加宽；海上的风向在小角度内并没有那么稳定，迎角过小时软面的织物船帆很容易鼓不起来瘪掉了，此时像机翼一样的刚性帆体就成为首选。
为美洲杯设计的双体轻型帆船能够达到2倍真风速，小小的两片水翼就能让它飞起来，巨大的主帆是硬质刚性的，采用可操控的活动襟翼来改变帆面的曲度。
单体帆船为了对抗侧向力更是绞尽脑汁，例如这样举着一只脚跑的。
而纯粹为打破速度纪录而设计的风帆火箭2号，舍弃了操控性将船帆设计成倾斜的以更好的平衡各种力之间的作用来稳定航行姿态，空重也仅有公斤。
在空气没有被压缩之前，速度仍然可以继续提高。但是，水中的航行限制仍然非常大，船重、行驶阻力、侧向力、侧倾之间的问题很难平衡，海面上的波浪也导致了巨大的颠簸，稳定性的降低使得进一步突破3倍风速异常困难。
那么，把帆船安上轮子、在平坦的陆地上行驶如何？
前进的阻力小（滚动摩擦）、侧向阻力大（滑动摩擦），行驶过程中通过空气动力学下压车身进一步增大侧向阻力和抗侧倾能力。
由此，童年时期就是超级航海爱好者的英国工程师詹金斯，花费十年设计、建造出的第五辆风力车“绿鸟（Greenbird）”创造了.9公里时速的世界纪录，达到了约3倍风速。如果天气与场地合适，詹金斯认为绿鸟能够达到5倍风速（最终速度不一定太高，但加速时间和距离要够长）。
但是，车轮的前进阻力仍然不够理想，大家若是看过轮滑与滑冰比赛的话可能会感觉到它们之间的差异，所以还是给帆船穿上冰鞋吧！
因为极低的摩擦系数，冰船可以在真风速非常小的气象条件下行驶，达到5倍风速是比较容易的，在良好的气象与场地条件下甚至能够达到10倍风速，国际冰帆船竞赛协会比赛中的冰船大多在3～5倍风速之间行驶。
达到风速倍数的差别如此之大的原因在于，冰船与视风之间最小能够以7度角行驶，水上的轻型多体运动帆船最小是20度，而普通的现代帆船在45度角之内就无法航行了，这是由足够小的前进阻力与抗衡侧向力的能力决定的，帆船可以因此获得最宽泛的持续加速范围，也就是尽量做到升力最大化、阻力最小化。
人类对世界的理解，取决于对大自然的提问方式，没有被偶然发现的、也没有被主动提出问题进行研究的那些范围，就是完全不知道、一直在隐藏着的。
来源：人类旅程
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