帆船设计

3D Yatch Tour

Volvo 70公开级帆船 2.0 版

高悬的自由式甲板,庞大的流线式船体,以及耸立峭拔的主桅杆,Volvo 70公开级帆船像以往的姊妹帆船一样,保持了性格分明的壮观外表和棱角突出、英勇善战的霸气,当它停泊在码头上时,充满了无限的杀伤力。

一开始人们很难看出新版的沃尔沃帆船与旧船的差异之处。但仔细观察,你会发现组成新舰队的沃尔沃70帆船是精心研制、打造出来的新一代赛船,设计更精细,动力更强大,其性能也有了很大的提高。

两个方面的原因成就了帆船性能的提高:第一,比赛规则的改变;第二,对赛船速度的追求。

VO70–比赛新规则

早在2005-2006赛季里,第一代Volvo 70帆船就用自己的实力,证明了其已把跨洋航海帆船赛的水平提高到了一个新的等级上。直至比赛结束的一刻,都没有一支船队对他们的性能有任何异议,至少没有一支船队抱怨其在直线航行时的速度。

因此在回顾指导这些帆船的设计和建造规则的时候,我们将着重介绍改良和优化的部分,而不是那些激进的变化。了解这些强大的帆船在海浪中顺风行驶时的动力负荷,将是我们了解新一代帆船的一个出发点。

为了鼓励设计师们在帆船内部设计更多的构造来提高帆船的可靠性和耐久力,新规则将可接受的排水量降至13.86-14.00吨之间,同时将龙骨球缘的最大重量设为7.4吨。

另一个调整的是关于船上附加物的规定。船上只允许装有两个稳向板,一个或者两个方向舵,而那些带来麻烦的炸弹舱门和环绕着龙骨或船壳界面的可移动的导流系统将被禁止安装。

在甲板上,所有的球形帆都可以卷起,但支撑球形帆的帆杆却被禁止使用,主要是为了简化船帆的设计和操作,同时减少开发成本。另一个变化是在帆具,增加了一个新的连接在主桅杆上的不对称球形帆, 即所谓的零号帆(code zero),主要是保证帆船在微风时也能很好的航行。

甲板上的另一个明显的变化就是允许全程使用非金属固定索具。这个改变大大降低了索具的总重量。索具重量减轻,桅杆高处的重量就会随之减轻,俯仰力矩就会减少,帆船受到的撞击力就会减弱,整个帆船的行使性能就会极大的提高。

VO70–新型帆船

帆船彰显动力的一个至关重要的因素是横梁。较多的横梁意味着较多的校正船帆时间,产生更多有利的扶正力矩 ,但不好之处是这会在甲板造成更多的浸水面积,带来一些行进的阻力。

船的鳍龙骨和龙骨球缘结构的重量被限定在7.4吨,其最大吃水深度被限定在4.5米,这样由鳍龙骨和龙骨系统产生的扶正力矩的灵活性就会降低。这一点也使得帆船的吃水线横梁显得更加重要。因此,扶正力矩与横梁和浸水面积的比例关系就成为帆船设计的关键所在。

当然,船壳的形状一如既往的成为影响帆船性能的另一个关键。

Farr Yacht Design帆船设计公司的设计师罗素•布勒(Russell Bowler)设计了西班牙电讯队(Telefonica)的两艘帆船,他指出:“平滑式船尾设计有助于计划的制定,但是也带来了一些问题,因为这样一来,船尾就会较低,帆船快速航行时改变速度的操做就会变得比较困难。”

肖恩•卡可克(Shaun Carkeek)是Botin Carkeek 帆船制造公司的帆船设计师,也是彪马队赛船魔兽号(il mostro) 的设计者。他指出,保证帆船在逆风和顺风中都能顺利航行是另一个重要的问题。

卡可克说:“船队在侧风上花费的时间将同往届比赛差不多,但在顺风中花费的时间可能要降低,让位给逆风行驶。”

上一届帆船赛上,我们已经见识了船壳形状的改变是如何提高帆船性能的,也领略了在扶正力矩和微风航行之间取得平衡的重要性。但我们相信虽然以上几点都很重要,但熟知帆船的空气动力学性能才是最关键的。

可能人们在码头上最容易发现的帆船改良之处就是船上的帆缆具。船速加倍的可能性几乎不大,明显的风向角也很少会在横梁的尾部出现,所以风力修正量及其产生的阻力就显得愈加重要。

帆缆具上的装备比起以前明显简化利落了许多。提拉索具和绞缆轮套被设在更低的地方,升降索出口端口位置是经过周密考虑的,目的是减少提升时遇到的槽体阻力。

主桅杆的制造使用了高系数碳纤材料,这就意味着桅杆顶部可以设计得较细窄,减少受风面和受风力,当然也不能太小,它还要保证桅杆顶部有一个较大的截面和一定的负载量,以便能在桅顶上接上大三角帆。

选择非金属帆具对于所有的船队来说是一个勿容置疑的抉择,由此大大减轻了的重量不仅有利于提高帆船的各项航行性能,同时还允许设计师在船上设计一个更重、更强的帆,承载更多负载。

关于行驶计划和船帆准备,各个船队需要重新思考,对他们的装备做一次彻底的评估检查。因为船队在开普敦调转航向以后,面对的不再是以往南大洋上雪橇式的航行,而是一个完全陌生的水域,一段漫长的逆风行驶,特别是从新加坡到中国那一全程2,500英里(4,000公里)的赛段。

在实际风速不到8.5或者9节(15.74-16.67公里/小时)的时候,人们很可能会看到船员们升起挂在主桅顶上的零号帆,零号帆将会大大提高帆船逆风行驶时的性能,将船速提高到9节以上,在40度侧风行驶时比风速还快。

当实际风速为9节(16.67公里/小时)时,船速可达到11节(20.37公里/小时),这不是太难做到的事情,因此考虑到因逆风航行,船队会选择在一个赛段上携带4面逆风帆,放弃其中一个球形帆。

整个环球帆船赛上,每艘Volvo 70船可携带的船帆总数不能超过24面。对许多不了解沃尔沃帆船赛的人来说,这个数字或许看起来很大,但考虑到每一个赛段的需求量,如何恰当地安排各赛段的船帆用量是每个获得最后胜利的船队最需要考虑的问题。

装备库内的具体装备将会因船而异,但在通常的赛段上航行时一般要携带上以下装备:一面主帆,三面逆风三角帆,三个比三角帆小的侧风帆,一个零号帆和五面球形帆。

最大限度的利用船帆,控制好各段使用的数量是取得比赛胜利的一个关键之处,这也是2005-06赛季两艘荷兰银行号(ABN AMRO)帆船带给其他船队的经验和教训。

显而易见,设计师和船队花费了很多时间和精力来提高新一代沃尔沃帆船的动力,但如何驾驭新帆船参加新赛事并赢得比赛却不能仅仅依靠这些。第二代Volvo 70公开级帆船可能看上去与上届的帆船相似,但他们强劲、卓越的航行性能已经把比赛带入了一个更高水准中。

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