中西帆船性能比較

好专业版主！快来射精！

先来支持一个。
比比哥德堡还是可以的，就不要跟19世纪的西洋船比了。

好文！期待继续

找到一原始文献
http://ishare.iask.sina.com.cn/f/6034841.html

船型與阻力
船型與浮力、耐波性有關以外，也跟船速有很大的關係。如果船型適當，船遇到的水阻越小，就能獲得更高的船速。
船舶阻力分為空氣阻力與水阻，水線以上為空氣阻力，水線以下是為水阻。空氣密度為水的1/800，且空氣阻力只佔總阻力的2~3%，故可忽略排除。

水阻分為黏性水阻與興波阻力，而黏性水阻又再分為磨擦水阻與形狀水阻。當船在航行時因為水的黏性與水的摩擦力造成的磨擦水阻佔總水阻的50%~80%。當水流過船體造成分離現象，此分離現象會在船周圍形成漩渦而造成吸力此乃形狀水阻。而興波阻力則是船在航行時產生船行波時所引起的阻力，船速越大，則興波阻力就越強。低速船則主要考慮如何降低黏性水阻，而高速船主要考慮消除興波阻力。

如上面所言，船的型狀與黏性水阻大小有連帶關係，船速與浸水表面積越大，則黏性水阻也越大；降低船殼的粗糙度使之光滑或減少浸水表面積，皆可降低水的磨擦，這也是為何18世界以後英國海軍用銅包覆船底，就是為了降低海中生物的覆著。在降低形狀水阻方面，其長寬比(L/B)加長，可獲得較低的形狀水阻，現代船舶在船首增加球鼻首，可有效降低興波阻力。

以下是福船與哥德堡號模型在水槽中進行傳體阻力測試的結果︰

福船福勞得數與總阻力關係圖


福船船速與有效馬力關係圖


哥德堡號福勞得數與總阻力關係圖


哥德堡號船速與總阻力關係圖

在學術上常以福勞德系數來表示船的快慢，福勞德系數 = 船速/開根號(重力*船體長度L)。由上面兩圖看來當福船船速增加到福勞德系數0.25時，總阻力系數快速增加，加速到4節時，所需要的馬力也快速的增加。而哥德堡號在福勞德系數0.25時，總阻力系數還不到0.004，且船速在4節時總阻力系數也低於0.004，直到4節多總阻力系數才增加到0.004。其意謂哥德堡號的船型其總水阻比福船更低，更適合於高速行駛。

雖然有學者認為西式船體狀如「鱈頭鯖尾」最寬處在中間偏前，雖有利取得較大的船頭浮力，但船型不如中式船體。因中式船體型如水禽，水平切面為前窄後寬，最寬處在中間偏後，是最有利於減少水阻與空氣阻力的形狀，因為水禽本來就身子半沉半浮。但我認為是似是而非的講那。因如上文所講，空氣阻力遠小於水中粘性水阻，根本可以忽略不計。且水阻公式算的是浸水表面積，也無關於水線上船體的型狀。最後，數字會說話。此等因民族主義充腦的積非成是，是無助於學術上的客觀。



船型與阻力
船型與浮力、耐波性有關以外，也跟船速有很大的關係。如果船型適當，船遇到的水阻越小，就能獲得更高的船速。
船舶阻力分為空氣阻力與水阻，水線以上為空氣阻力，水線以下是為水阻。空氣密度為水的1/800，且空氣阻力只佔總阻力的2~3%，故可忽略排除。

水阻分為黏性水阻與興波阻力，而黏性水阻又再分為磨擦水阻與形狀水阻。當船在航行時因為水的黏性與水的摩擦力造成的磨擦水阻佔總水阻的50%~80%。當水流過船體造成分離現象，此分離現象會在船周圍形成漩渦而造成吸力此乃形狀水阻。而興波阻力則是船在航行時產生船行波時所引起的阻力，船速越大，則興波阻力就越強。低速船則主要考慮如何降低黏性水阻，而高速船主要考慮消除興波阻力。

如上面所言，船的型狀與黏性水阻大小有連帶關係，船速與浸水表面積越大，則黏性水阻也越大；降低船殼的粗糙度使之光滑或減少浸水表面積，皆可降低水的磨擦，這也是為何18世界以後英國海軍用銅包覆船底，就是為了降低海中生物的覆著。在降低形狀水阻方面，其長寬比(L/B)加長，可獲得較低的形狀水阻，現代船舶在船首增加球鼻首，可有效降低興波阻力。

以下是福船與哥德堡號模型在水槽中進行傳體阻力測試的結果︰

福船福勞得數與總阻力關係圖


福船船速與有效馬力關係圖


哥德堡號福勞得數與總阻力關係圖


哥德堡號船速與總阻力關係圖

在學術上常以福勞德系數來表示船的快慢，福勞德系數 = 船速/開根號(重力*船體長度L)。由上面兩圖看來當福船船速增加到福勞德系數0.25時，總阻力系數快速增加，加速到4節時，所需要的馬力也快速的增加。而哥德堡號在福勞德系數0.25時，總阻力系數還不到0.004，且船速在4節時總阻力系數也低於0.004，直到4節多總阻力系數才增加到0.004。其意謂哥德堡號的船型其總水阻比福船更低，更適合於高速行駛。

雖然有學者認為西式船體狀如「鱈頭鯖尾」最寬處在中間偏前，雖有利取得較大的船頭浮力，但船型不如中式船體。因中式船體型如水禽，水平切面為前窄後寬，最寬處在中間偏後，是最有利於減少水阻與空氣阻力的形狀，因為水禽本來就身子半沉半浮。但我認為是似是而非的講那。因如上文所講，空氣阻力遠小於水中粘性水阻，根本可以忽略不計。且水阻公式算的是浸水表面積，也無關於水線上船體的型狀。最後，數字會說話。此等因民族主義充腦的積非成是，是無助於學術上的客觀。

風帆效率
帆船航行的最基本原理就是利用「帆」的裝置將風力轉化為航行力，當風向改變時，帆的角度也要改變將風向改變的風力變成航行力以維持前進的方向。理論上這個角度是介於0 ~180 度之間，在這個角度差異下，帆船駕駛操作方式基本上可分為迎風航行、側風航行及順風航行等三種。

航向、風向與帆船操作方式示意圖

帆如果缺乏了壓力差，帆船就無法借力使力，也就無法前進。當船與真風夾角為0度時，船帆的兩面無法形成正負壓力區，帆面也無法張起，只會如旗布般飄動。
只有當航向與風向形成超過45度角時，帆面才會應壓力差鼓起，船才可以前進。

帆船在行駛上有分為順風行駛、側風行駛、與迎風行駛，正順行駛就是順者風向與風夾角180度而航行。一般人以為正順行駛是最有效率的，其實不然。以下圖來說視風(scheinbarer Wind，帶動船隻前進的力量) =真風(wahrer Wind，即自然風) -運動風(Fahrtwind，與真風相反的風)。正順行駛時產生運動風的現象更為明顯，視風力量被抵消更大。如果船隻為多桅杆，正順行駛也會因為後桅擋到前桅或主桅，變成只有風力作用到後桅的情況，都會影響風帆的效率。

帆船正順行駛中的風力向量關係

側風航行是指風從帆船航行路線的側面來驅動船體前進，夾角為45度角時，屬於近風行駛；夾角為60度角時，屬於近側行駛；夾角為90度角時，屬於正側行駛；夾角為135度角時，屬於後側行駛。
而逆風行駛(夾角0~45度角)是最沒效率的；一般來說，要靠船隻行左右近風行駛交替，以之字形的路線前進。綜合以上所說，行駛效率是後側行駛、正側行駛>順風行駛>近側行駛>近風行駛>逆風行駛(0~45度角)。所以以多桅帆船來說，側風航行的能力最為重要，而最佳的側風角度則因帆裝不同而有所變化。

風帆獲得風力的公式為1/2 * 空氣密度 * 風速^2 * 風帆面積 * 帆升力係數。如果帆吃風的效率好帆升力係數高，或風帆面積面積大則可以獲得更大的推力，船速提升將更容易。

哥德堡號是一條三桅帆船，其帆裝如下圖：


1        斜杠帆        12        三角帆
2        四角斜桁帆        13        主桅支索帆
3        前桅主横帆        14        主中桅支索帆
4        前桅帆        15        主上桅支索帆
5        前上桅帆        16        后桅支索帆
6        主横帆        17        后中桅支索帆
7        主帆               
8        主上桅帆               
9        后桅纵帆               
10        后桅中帆               
11        前中桅支索帆

以下為哥德堡號模型進行風洞測試所得到的風帆綜合升/阻力係數關係圖，Y軸為升力係數，X軸為阻力係數：

風洞測試風向與風帆夾角示意圖


哥德堡號風向夾角與風帆升/阻力系數關係圖

下列是哥德堡號風帆獲得最大帆升力系數與風向、風帆夾角關係表
               

而福船部份，因尚未有學者進行風帆升阻力測試研究，但我們可以利用其它的測試資料進行推演。日本人曾對一艘橫掛典型中密桿梯形縱帆的2桅北前船進行風帆測試，以下是北前船的風帆綜合升力/阻力系數：

兩桅北前船風帆的升/阻力系數關係圖

由以上的圖可知，中密桿梯形縱帆的綜合升力系數可以接近1.5，而哥德堡號的風帆其綜合升力系數最高為0.82，且中密桿梯形縱帆其迎風時的風帆綜合升阻比(升力系數/阻力系數)最高為4.2，也優於哥德堡號的1.75，符合其大家的認知-中式風帆綜合效率優於西式風帆。但論文<<風帆空氣動力學特性研究試驗>>指出同一形狀下其軟帆的效率好於硬帆，且橫木條越多效率越差。所以我認為中式風帆綜合效率優於西式風帆不是在於材質，而是在於更優良的型狀。
中式風帆雖然綜合效率較優，但無法做大，因為以帆布製成的哥德堡號風帆，平均為每平方公尺一公斤重，其總重約為1.9噸。如果中式風帆要做成面積一樣或較小，材質為竹篾編且有橫木條的中式帆其總重會更驚人。所以我認為中式風帆適合使用在小船上，大船使用西式軟帆。

待續






風帆效率
帆船航行的最基本原理就是利用「帆」的裝置將風力轉化為航行力，當風向改變時，帆的角度也要改變將風向改變的風力變成航行力以維持前進的方向。理論上這個角度是介於0 ~180 度之間，在這個角度差異下，帆船駕駛操作方式基本上可分為迎風航行、側風航行及順風航行等三種。

航向、風向與帆船操作方式示意圖

帆如果缺乏了壓力差，帆船就無法借力使力，也就無法前進。當船與真風夾角為0度時，船帆的兩面無法形成正負壓力區，帆面也無法張起，只會如旗布般飄動。
只有當航向與風向形成超過45度角時，帆面才會應壓力差鼓起，船才可以前進。

帆船在行駛上有分為順風行駛、側風行駛、與迎風行駛，正順行駛就是順者風向與風夾角180度而航行。一般人以為正順行駛是最有效率的，其實不然。以下圖來說視風(scheinbarer Wind，帶動船隻前進的力量) =真風(wahrer Wind，即自然風) -運動風(Fahrtwind，與真風相反的風)。正順行駛時產生運動風的現象更為明顯，視風力量被抵消更大。如果船隻為多桅杆，正順行駛也會因為後桅擋到前桅或主桅，變成只有風力作用到後桅的情況，都會影響風帆的效率。

帆船正順行駛中的風力向量關係

側風航行是指風從帆船航行路線的側面來驅動船體前進，夾角為45度角時，屬於近風行駛；夾角為60度角時，屬於近側行駛；夾角為90度角時，屬於正側行駛；夾角為135度角時，屬於後側行駛。
而逆風行駛(夾角0~45度角)是最沒效率的；一般來說，要靠船隻行左右近風行駛交替，以之字形的路線前進。綜合以上所說，行駛效率是後側行駛、正側行駛>順風行駛>近側行駛>近風行駛>逆風行駛(0~45度角)。所以以多桅帆船來說，側風航行的能力最為重要，而最佳的側風角度則因帆裝不同而有所變化。

風帆獲得風力的公式為1/2 * 空氣密度 * 風速^2 * 風帆面積 * 帆升力係數。如果帆吃風的效率好帆升力係數高，或風帆面積面積大則可以獲得更大的推力，船速提升將更容易。

哥德堡號是一條三桅帆船，其帆裝如下圖：


1        斜杠帆        12        三角帆
2        四角斜桁帆        13        主桅支索帆
3        前桅主横帆        14        主中桅支索帆
4        前桅帆        15        主上桅支索帆
5        前上桅帆        16        后桅支索帆
6        主横帆        17        后中桅支索帆
7        主帆               
8        主上桅帆               
9        后桅纵帆               
10        后桅中帆               
11        前中桅支索帆

以下為哥德堡號模型進行風洞測試所得到的風帆綜合升/阻力係數關係圖，Y軸為升力係數，X軸為阻力係數：

風洞測試風向與風帆夾角示意圖


哥德堡號風向夾角與風帆升/阻力系數關係圖

下列是哥德堡號風帆獲得最大帆升力系數與風向、風帆夾角關係表
               

而福船部份，因尚未有學者進行風帆升阻力測試研究，但我們可以利用其它的測試資料進行推演。日本人曾對一艘橫掛典型中密桿梯形縱帆的2桅北前船進行風帆測試，以下是北前船的風帆綜合升力/阻力系數：

兩桅北前船風帆的升/阻力系數關係圖

由以上的圖可知，中密桿梯形縱帆的綜合升力系數可以接近1.5，而哥德堡號的風帆其綜合升力系數最高為0.82，且中密桿梯形縱帆其迎風時的風帆綜合升阻比(升力系數/阻力系數)最高為4.2，也優於哥德堡號的1.75，符合其大家的認知-中式風帆綜合效率優於西式風帆。但論文<<風帆空氣動力學特性研究試驗>>指出同一形狀下其軟帆的效率好於硬帆，且橫木條越多效率越差。所以我認為中式風帆綜合效率優於西式風帆不是在於材質，而是在於更優良的型狀。
中式風帆雖然綜合效率較優，但無法做大，因為以帆布製成的哥德堡號風帆，平均為每平方公尺一公斤重，其總重約為1.9噸。如果中式風帆要做成面積一樣或較小，材質為竹篾編且有橫木條的中式帆其總重會更驚人。所以我認為中式風帆適合使用在小船上，大船使用西式軟帆。

待續

好东西，记一下，跟着看

期待后续！

是不是该找两条大小相近的船来比较

zhepro 发表于 2012-5-3 07:50
是不是该找两条大小相近的船来比较
因為大小相近的船,我找到的資料不夠完全,哥德堡號的資料最全.
像Duyfken號是166噸,但綿羊人把船復原後,根本沒進行性能測試,他們著重於該船的歷史與當年大航海時代發生的歷史,這是Duyfken復原基金會給我的答案.
至於600噸的葡萄牙船Nau號,我是找不到作者的e mail,不然我想去要更多的資料.
如果你能找的到巴達維亞號或阿姆斯特丹號的詳細資料(wiki的不夠詳細),我會更Happy.

不错不错，有理有据

期待后续，不错不错。

另外推荐一本书你可以参考《实用中式帆装设计与使用》。各大网店存货极少了，买得到否看运气。不过有电子版下载，百度一下就有。

觉得中国的好看

技术贴，不错。

很像学术贴

这个好！！！
学习了！！！

好帖学习了，楼主快来续啊

东西不错，地狗

不过貌似你在另外个论坛被砸场子了？福船真是例外？不过话又说回来，按照明朝的度量衡，就算是福船也只有欧洲四级舰大小，也许中国帆确实不适合大船呢

妈宝地狗 发表于 2012-5-2 21:04
風帆效率
帆船航行的最基本原理就是利用「帆」的裝置將風力轉化為航行&#63 ...
也不一定中式帆船就不适合做大吧，忘了我郑和宝船了？体型上完爆任何西方双桅三桅船啊，可惜海禁之后技术失传了，具体资料就不得而知了，不过起码证明中国船不是只能小打小闹。

灰白那提斯 发表于 2012-5-16 10:25
不过貌似你在另外个论坛被砸场子了？福船真是例外？不过话又说回来，按照明朝的度量衡，就算是福船也只有欧 ...
我就想见个郑和的宝船，那个不够大？

他喵的八嘎 发表于 2012-6-8 04:44
我就想见个郑和的宝船，那个不够大？
够大，但问题是那不是战船，那货只有几门炮也就算了，还不是按照东亚战船的样式设计的，虽然是福船型的巨船却没有战斗力，最多算个旗舰，战斗力只能用来自保

灰白那提斯 发表于 2012-5-16 10:25
不过貌似你在另外个论坛被砸场子了？福船真是例外？不过话又说回来，按照明朝的度量衡，就算是福船也只有欧 ...
中国的梯形硬式帆操作简单收放迅速，一帆数用，但沉重，修复困难，备用帆收藏困难，比较适合用在商船上。西方软式帆操作复杂，多帆配合使用，但是轻便方便储藏，修复也方便，用在战船上更好。

冰冰冷有点苦 发表于 2012-7-1 18:05
中国的梯形硬式帆操作简单收放迅速，一帆数用，但沉重，修复困难，备用帆收藏困难，比较适合用在商船上。 ...
你说的话是顺着楼主的意思，和我没关系，你可以去试试和反驳的人争执。不过要做好准备，他们也是历史知识很扎实的http://www.cctvdream.com.cn/bbs/forum.php?mod=viewthread&tid=38536&extra=&page=1

灰白那提斯 发表于 2012-7-2 01:26
你说的话是顺着楼主的意思，和我没关系，你可以去试试和反驳的人争执。不过要做好准备，他们也是历史知识 ...
我只说了下帆的问题，并没有对楼主的有任何赞同的表示哇。

冰冰冷有点苦 发表于 2012-7-2 08:04
我只说了下帆的问题，并没有对楼主的有任何赞同的表示哇。
好吧。。

不错，中式帆船更适合商船

中式船大都是平底的吧

我觉得还是个用进废退的问题，如果华夏一直如郑和时代那样使用舰船，这些应该都不是问题，自然是能有解决方法的。

你第一段结尾的意思就是中国船不能承受太高的风浪么？