第52章 翼帆
公孙度在看到远去的海船升起软帆时,就想起了后世的风帆发展,前世的他并不是什么航海发烧友,对于古代帆船的了解也不深,但是现代帆船他却是很了解的。
原因在于穿越前几年,中国有人获得了现代帆船冠军,几个同事闲着无事,就现代帆船那种简单帆形争论其起源、原理,始终不能达成一致。最后上网查证才知道,现代帆是根据流体力学设计出来的帆,根本就没有参考什么古代帆装,而是取自飞机机翼的原理。
也就是前世初中物理学的伯努利原理,利用帆面两侧的空气流速不同而产生的压力差来推动帆船,也就是说,这种帆,面对垂直方向的风时,受到的推力最大。
而正如公孙度在地图上看到的那样,这条渤海海峡的走向是西南——东北,而渤海春夏季的风向是东南、东风,秋冬季是西北、北风,恰好与航道呈一定角度。若是使用这种现代帆,无论是东南风,还是西北风,只要调整帆向,帆面平行于风向,那么这条航路就能做到全年顺风!
也就是说根本不用费力地去抢风航行,走‘之’字路线逆风行驶,这能够节省多少时间?
公孙度越想越兴奋,他收起怀中地图,连忙找到糜竺径直问道:“此处的帆布多吗?还有就是木料储备是否足够?”
糜竺被公孙度的兴奋神色吓了一跳,顿了一下反应过来道:“此地本就是过往船只的修船所,桅杆、木料、帆布应有尽有。只是主公.你...”后面的问题还没问出口,公孙度就迫不及待地跑开了,糜竺挑眉,第一次见到公孙度如此兴奋,他立刻跟了上去。
既然材料足够,那工匠?公孙度正好不缺,而且他拥有的工匠群体怕是当世含金量最高的了。
片刻后,后营工匠聚集处,公孙度在木板上画出来自己设计的‘现代帆’,模仿后世的现代帆船的样式,整体看上去就像个带弧形面的铲子。
结构跟硬帆类似,只是帆面使用的是轻巧的帆布,而不是硬帆那种用竹篾、草茎等编制而成的硬质不易变形的帆面。横担上的帆面不再是依靠风力鼓起,而是被加工后的木制结构提前鼓起绷紧,形成机翼的凸面,其是这种帆产生推力的主要部件。
“你们看,风一旦平行方向吹过这种帆时,凸面的风速是远远大于凹面的风速的,速度快的凸面压力降低,速度慢的凹面由于风力堆积,压力增大,二者压力差导致帆的受力与风向接近垂直。”
公孙度对着木板上自己的杰作,滔滔不绝地讲起其中的原理来,没想过一转头,这些个大匠一個个晕头转向,有些人点着脑袋眼神迷糊,竟然差点睡着,公孙度回望过去,探寻的眼神搜索下,没有一个敢与他对视的。
这些大匠深感愧疚,这种涉及工匠手艺的学识,竟然让一地太守亲自教学,更让他们惭愧的是,自个儿根本听不懂。
“啪!”公孙度狠狠拍了下自己脑袋,还是太心急了,怎么就期望他们能懂呢?这种自然原理的科普确实太过抽象,现在看来远超这些实操大牛的想象。
“那个,主公,为啥风速高的压力就低,还有压力是啥?”杜期是这些工匠中思维最为活跃的,举手提问道,引得其他匠人佩服的看过去,只是眼神里全是幸灾乐祸,看你倒霉,看你装。
公孙度这回倒没有立刻回答问题,他想起了前几日在营地中杜期为人讲解投石机原理的生动比喻,从而被各营匠人称道的故事。
思索了片刻,他拔出腰间匕首,从营地中寻来一个木块,用匕首按照机翼的截面慢慢削起来。
不一会儿,公孙度手里就出现了一把奇怪的‘木刀’,除了弧面奇怪外,真就像是小孩的玩具木刀似的。
“杜老,你挥舞一下试试?”公孙度将手中的木刀递给杜期道,此刻他算是想明白了,万般的数理解释,都不如让这些大匠感受一下什么叫做伯努利效应。
杜期疑惑的接过木刀,先是端详了下,看出来这是仿照了公孙度木板上的帆面形状,点了点头,他不犹豫,手执木刀,猛地向下一挥。
奇怪的事情发生了,那木刀竟然不受控制一般向着一面偏斜,杜期明显的感受到了挥舞过程中刀身传来的推力。
“嘿!?”他脸上露出感兴趣的神色,接连挥舞几下,无一例外刀身都会出现偏斜,而且他挥舞的速度越快,偏斜的力道也就越大。
此刻,进行反复实践后的杜期慢慢理解了,之前公孙度所讲的那些艰深内容。“哈哈,有趣!原来如此。”杜期发出畅快的笑声,显然是懂了其中道理。
“嘿,杜老头,让我试试,”王昌见杜期玩得高兴,像是有什么大发现似的,他赶忙从杜期手中夺过木刀,自己挥舞起来。
一连挥舞几下,感受到了那股力道的王昌霎时间就陷入了沉思,就连手中的木刀被人夺走都没在意,王昌作为都水监的大匠,与其他大匠的一个重大区别就是他们所进行的大部分工作,其实是对先辈治水的理论总结。
回忆起公孙度所讲的内容,与自己刚才的亲身实验结果,王昌的脑子不时冒出‘速度’‘压力差’几个词。
“原来是这样,我知道束水冲沙的原理了。还有那些黄河渠口设置背后的原理也是如此,不同流速下的压力差,哈哈,原来如此!”王昌就像一个发现了宝藏的小孩,欢呼起来,不在意其他人怪异的眼神,自个跑回去翻起携带的治水典籍,开始对照典籍核实自己的猜想起来。
而此时在场的各位大匠在亲身体验过伯努利效应后,一面惊叹自然的神奇,一面表示这种帆形是小问题,只要材料足够,一天就能做出来。
只是开始加工前,杜期好奇问道:“主公这帆,是何名称?”、
“嗯..”公孙度搓着下巴思索道“既然这是利用飞机机翼原理制成的风帆。”接着他一拍手,对杜期道:“就叫翼帆吧!羽翼的翼。”
工匠们闻言,细细想来,这帆面的确与飞禽的展翼有些相似,都大声赞道“好名字!”
事实证明,无需一天,十几个手脚伶俐的匠人,分工明确下,使用库存的木料和帆布,不到一个时辰,就按照公孙度的设计,将翼帆给制作了出来。
只是这帆并不大,仅是用在小船上做风帆试验的。
一个刚刚通过挥舞木刀,领略了何为伯努利效应的船匠自告奋勇,承担起了试验任务。
试验船不大,不过也正是因为小,才能在众人的合力之下通过岸边的木架,三两下就给小船更换好了桅杆和船帆。
桅杆和船帆刚一装好,船匠二话不说,摩拳擦掌的就上了船,显然,对于这种突破性的帆形,作为船匠是极为兴奋的。
小船船头留一个水手掌舵,船匠在船中掌帆,还有一个人员测速。
此时的海员已经有成熟的测速方法了,那便是流木法。
流木法实际上以木片作为参照物,放置于帆船外舷下,船员与舷侧木片同时齐跑(由船头至船尾)到达,航速为1正更(60里)。如果人至船尾,木片至船中线(为未更),航速实为30里。木片至船尾,人至船中线(为过更)航速为正更1倍。
但是这种方法太麻烦,其中涉及了更这个计时单位,即一柱线香的时间,这其实是这时代的计程方法,用于计速度不够精确。
公孙度倒是临时想了个办法,他让舵手在船头扔木块,测量员在船尾,自木块入水时在心中大声数数,直到木块抵达船尾为止,并且将计的数字记录在册,抵岸后再根据船身的长度,以及测量员计数的速度,就能大概算出来船的速度。
这方法误差其实也大,只是相比于这时海船的30-60-120里的速度值,要精确那么一点点。
却见那船匠上了小船,也不用等待离岸风,直接将帆面调转,斜面迎着恒定的西北风,凭空升起的推力霎时间推动着小船飞速离岸。
“哟嚯~”船匠大喊一声,显然也被这股突然而起力道吓了一跳,不过反应过来后就是止不住的兴奋大叫,接着他不时调整风帆角度,试图激发这帆的最大推力,舵手也是个老练的,配合着他不停转向以保持船身的受力平衡,小船轻快地在海湾划出一道优美的弧线,惊得码头附近的水手连连叫好。
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原因在于穿越前几年,中国有人获得了现代帆船冠军,几个同事闲着无事,就现代帆船那种简单帆形争论其起源、原理,始终不能达成一致。最后上网查证才知道,现代帆是根据流体力学设计出来的帆,根本就没有参考什么古代帆装,而是取自飞机机翼的原理。
也就是前世初中物理学的伯努利原理,利用帆面两侧的空气流速不同而产生的压力差来推动帆船,也就是说,这种帆,面对垂直方向的风时,受到的推力最大。
而正如公孙度在地图上看到的那样,这条渤海海峡的走向是西南——东北,而渤海春夏季的风向是东南、东风,秋冬季是西北、北风,恰好与航道呈一定角度。若是使用这种现代帆,无论是东南风,还是西北风,只要调整帆向,帆面平行于风向,那么这条航路就能做到全年顺风!
也就是说根本不用费力地去抢风航行,走‘之’字路线逆风行驶,这能够节省多少时间?
公孙度越想越兴奋,他收起怀中地图,连忙找到糜竺径直问道:“此处的帆布多吗?还有就是木料储备是否足够?”
糜竺被公孙度的兴奋神色吓了一跳,顿了一下反应过来道:“此地本就是过往船只的修船所,桅杆、木料、帆布应有尽有。只是主公.你...”后面的问题还没问出口,公孙度就迫不及待地跑开了,糜竺挑眉,第一次见到公孙度如此兴奋,他立刻跟了上去。
既然材料足够,那工匠?公孙度正好不缺,而且他拥有的工匠群体怕是当世含金量最高的了。
片刻后,后营工匠聚集处,公孙度在木板上画出来自己设计的‘现代帆’,模仿后世的现代帆船的样式,整体看上去就像个带弧形面的铲子。
结构跟硬帆类似,只是帆面使用的是轻巧的帆布,而不是硬帆那种用竹篾、草茎等编制而成的硬质不易变形的帆面。横担上的帆面不再是依靠风力鼓起,而是被加工后的木制结构提前鼓起绷紧,形成机翼的凸面,其是这种帆产生推力的主要部件。
“你们看,风一旦平行方向吹过这种帆时,凸面的风速是远远大于凹面的风速的,速度快的凸面压力降低,速度慢的凹面由于风力堆积,压力增大,二者压力差导致帆的受力与风向接近垂直。”
公孙度对着木板上自己的杰作,滔滔不绝地讲起其中的原理来,没想过一转头,这些个大匠一個个晕头转向,有些人点着脑袋眼神迷糊,竟然差点睡着,公孙度回望过去,探寻的眼神搜索下,没有一个敢与他对视的。
这些大匠深感愧疚,这种涉及工匠手艺的学识,竟然让一地太守亲自教学,更让他们惭愧的是,自个儿根本听不懂。
“啪!”公孙度狠狠拍了下自己脑袋,还是太心急了,怎么就期望他们能懂呢?这种自然原理的科普确实太过抽象,现在看来远超这些实操大牛的想象。
“那个,主公,为啥风速高的压力就低,还有压力是啥?”杜期是这些工匠中思维最为活跃的,举手提问道,引得其他匠人佩服的看过去,只是眼神里全是幸灾乐祸,看你倒霉,看你装。
公孙度这回倒没有立刻回答问题,他想起了前几日在营地中杜期为人讲解投石机原理的生动比喻,从而被各营匠人称道的故事。
思索了片刻,他拔出腰间匕首,从营地中寻来一个木块,用匕首按照机翼的截面慢慢削起来。
不一会儿,公孙度手里就出现了一把奇怪的‘木刀’,除了弧面奇怪外,真就像是小孩的玩具木刀似的。
“杜老,你挥舞一下试试?”公孙度将手中的木刀递给杜期道,此刻他算是想明白了,万般的数理解释,都不如让这些大匠感受一下什么叫做伯努利效应。
杜期疑惑的接过木刀,先是端详了下,看出来这是仿照了公孙度木板上的帆面形状,点了点头,他不犹豫,手执木刀,猛地向下一挥。
奇怪的事情发生了,那木刀竟然不受控制一般向着一面偏斜,杜期明显的感受到了挥舞过程中刀身传来的推力。
“嘿!?”他脸上露出感兴趣的神色,接连挥舞几下,无一例外刀身都会出现偏斜,而且他挥舞的速度越快,偏斜的力道也就越大。
此刻,进行反复实践后的杜期慢慢理解了,之前公孙度所讲的那些艰深内容。“哈哈,有趣!原来如此。”杜期发出畅快的笑声,显然是懂了其中道理。
“嘿,杜老头,让我试试,”王昌见杜期玩得高兴,像是有什么大发现似的,他赶忙从杜期手中夺过木刀,自己挥舞起来。
一连挥舞几下,感受到了那股力道的王昌霎时间就陷入了沉思,就连手中的木刀被人夺走都没在意,王昌作为都水监的大匠,与其他大匠的一个重大区别就是他们所进行的大部分工作,其实是对先辈治水的理论总结。
回忆起公孙度所讲的内容,与自己刚才的亲身实验结果,王昌的脑子不时冒出‘速度’‘压力差’几个词。
“原来是这样,我知道束水冲沙的原理了。还有那些黄河渠口设置背后的原理也是如此,不同流速下的压力差,哈哈,原来如此!”王昌就像一个发现了宝藏的小孩,欢呼起来,不在意其他人怪异的眼神,自个跑回去翻起携带的治水典籍,开始对照典籍核实自己的猜想起来。
而此时在场的各位大匠在亲身体验过伯努利效应后,一面惊叹自然的神奇,一面表示这种帆形是小问题,只要材料足够,一天就能做出来。
只是开始加工前,杜期好奇问道:“主公这帆,是何名称?”、
“嗯..”公孙度搓着下巴思索道“既然这是利用飞机机翼原理制成的风帆。”接着他一拍手,对杜期道:“就叫翼帆吧!羽翼的翼。”
工匠们闻言,细细想来,这帆面的确与飞禽的展翼有些相似,都大声赞道“好名字!”
事实证明,无需一天,十几个手脚伶俐的匠人,分工明确下,使用库存的木料和帆布,不到一个时辰,就按照公孙度的设计,将翼帆给制作了出来。
只是这帆并不大,仅是用在小船上做风帆试验的。
一个刚刚通过挥舞木刀,领略了何为伯努利效应的船匠自告奋勇,承担起了试验任务。
试验船不大,不过也正是因为小,才能在众人的合力之下通过岸边的木架,三两下就给小船更换好了桅杆和船帆。
桅杆和船帆刚一装好,船匠二话不说,摩拳擦掌的就上了船,显然,对于这种突破性的帆形,作为船匠是极为兴奋的。
小船船头留一个水手掌舵,船匠在船中掌帆,还有一个人员测速。
此时的海员已经有成熟的测速方法了,那便是流木法。
流木法实际上以木片作为参照物,放置于帆船外舷下,船员与舷侧木片同时齐跑(由船头至船尾)到达,航速为1正更(60里)。如果人至船尾,木片至船中线(为未更),航速实为30里。木片至船尾,人至船中线(为过更)航速为正更1倍。
但是这种方法太麻烦,其中涉及了更这个计时单位,即一柱线香的时间,这其实是这时代的计程方法,用于计速度不够精确。
公孙度倒是临时想了个办法,他让舵手在船头扔木块,测量员在船尾,自木块入水时在心中大声数数,直到木块抵达船尾为止,并且将计的数字记录在册,抵岸后再根据船身的长度,以及测量员计数的速度,就能大概算出来船的速度。
这方法误差其实也大,只是相比于这时海船的30-60-120里的速度值,要精确那么一点点。
却见那船匠上了小船,也不用等待离岸风,直接将帆面调转,斜面迎着恒定的西北风,凭空升起的推力霎时间推动着小船飞速离岸。
“哟嚯~”船匠大喊一声,显然也被这股突然而起力道吓了一跳,不过反应过来后就是止不住的兴奋大叫,接着他不时调整风帆角度,试图激发这帆的最大推力,舵手也是个老练的,配合着他不停转向以保持船身的受力平衡,小船轻快地在海湾划出一道优美的弧线,惊得码头附近的水手连连叫好。
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