影響運動帆船比賽迎風航線的主要因素分析

唐吉濤

摘? 要：為了得到迎風航段航線影響的主要因素，分析了風、流和方位線對迎風航段最佳經濟航線選擇影響。研究發現，比賽中運動員利用風向變化調整自己的航線，減少航行距離;風力小流速大時對迎風行駛中的帆船位移影響較大，所以流向與流速對比賽中帆船選擇迎風經濟航線有較大影響;在帆船比賽中迎風方位線上轉向點的選擇很重要，如果比賽中的帆船高出或者低于迎風方位線，都無形中增加了抵達迎風標志的距離，浪費了時間，這條迎風航線就不經濟。本研究為運動員進行迎風航段最佳經濟航線選擇提供了參考。

關鍵詞：帆船? 迎風航段? 風? 流? 方位線

中圖分類號：G861.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2095-2813（2020）10（a）-0254-03

Abstract： In order to get the main factors that affect the route during the leg of the windward， the influence of the wind， current and direction on the optimum route was analyzed. It is found that athletes should adjust their routes based on the wind direction to reduce their sailing distance in the regatta; when the wind speed is small and the current speed is large， it has a greater impact on the displacement of the sailing boat during the leg of the windward， so the current direction and speed have a greater impact on the selection of the windward economic route; the selection of turning point on the windward direction line is very important. If the sailing boat is higher or lower than the windward direction line， the distance will increase and there will be more time. This windward route is uneconomical. This study provides a reference for athletes to choose the optimum route during the leg of the windward.

Key Words： Sailboat; The leg of the windward; Wind; Current; The direction line

帆船運動發展到今天，新材料的出現和造船工藝的改進，以及訓練方法、手段的創新，使帆船比賽競爭越來越激烈。要取得比賽的勝利，不僅需要依靠科技的進步和訓練創新，還必須抓住項目制勝規律[1-3]。比賽中為了控制帆船船體的姿態和調整或者保持航行方向，帆船運動員要對風、浪、流、風擺等環境有深入了解[4-5]。基于帆翼的空氣動力性能分析，在橫風航段、尾風航段與標旁附近，帆船運動員應根據具體情況調整帆翼拱度、攻角、傾角、扣角等參數，使得帆船能夠處于有利航行位置[2-7]。

在帆船比賽迎風航程占整個競賽航程距離的1/2，在比賽中迎風航線經濟性與否對比賽的勝負起到至關重要的作用[3]。而帆船比賽中迎風航段有無數條航線可以供運動員選擇，在無數航線中會有一條最佳經濟航線。比賽中迎風航段的航線的選擇和取舍之間需要對風向、風速、流向、流速及對手變化等作出準確的判斷。本文分析了影響迎風航段航線選擇因素，為運動員比賽中迎風航道合理操控帆船提供科學指導。影響迎風最佳經濟航線的主要因素如下。

1? 風對迎風經濟航線的影響

在帆船航行的過程中風作用于帆上，然后通過帆力作用于船從而推動船向前行駛[7]，運動員對帆的所有操作都是為了能夠最為合理的利用風能[4]。風能是決定帆船速度快慢的主要因素，利用風向變化會決定航行的距離。

比賽中運動員利用風向變化調整自己的航線，減少航行距離。如圖1所示，以AB間連線為起航線，AB線到風向一系列的平行線與風向垂直，把這些線稱為等位線（位移線），設C點為迎風標（逆風）。假設一種情況是風向不變，以相對舷風的兩條帆船G（右舷迎風）和D（左舷迎風），從L點出發，它們在行駛相同距離時位移是相同的。

第二種情況是以不同舷風的兩條帆船G（右舷迎風）和D（左舷迎風），從L點出發時風向沒有發生變化，當行駛一段距離后風向發生逆時針偏轉。此時兩船繼續保持各自舷風行駛，發現右舷迎風行駛的帆船G位移小，遠離目標點C，而左舷迎風行駛的帆船D位移大，靠近目標點C，從中發現帆船G此時走倒落航線，帆船D此時走上升航線。反之風向順時針偏轉時，情況出現逆轉，帆船G和D位移出現互換，即帆船G此時走上升航線，帆船D此時走倒落航線。

因此，風向變化時不同舷風迎風行駛的帆船位移是不同的，所以風向是決定航線最主要的因素之一。

2? 流對迎風經濟航線的影響

流包括流向和流速，分為潮汐流、風壓流和大洋環流3種，帆船經常接觸的是潮汐流和風壓流。潮汐流主要是由于月球與太陽對地球的引力作用，形成海水漲落周期性變化的現象。潮水在垂直方向的表現為海面上升和下降，在水平方向上則為潮流的變化。高潮與低潮潮差大時流速大，高潮與低潮潮差小時流速小，水深處流速大于水淺處流速。潮汐流的水流速度跟潮汐漲落差大小成正比，在平潮的前后的40～60min期間潮流很小，基本可以忽略不計。

流向隨漲潮、落潮的變化而變化，它與帆船迎風行駛方向形成一個角度，不同的夾角對帆船迎風行駛位移會帶來不一樣的效果。流向同帆船迎風航向在同一直線上，而方向相同或者相反，這時流向對帆船迎風有利位移沒有變化，所以對有利航線沒有影響，只是對帆船迎風前進速度有影響。

如圖2（a）所示，假設風向固定為0°，流向為45°，當一條帆船右舷迎風行駛時，那么流向橫向作用于帆船左側向上推（橫向上壓流），這時流向和流速的共同作用會對船產生有利的位移，使船靠近目標方向，縮短了迎風航線距離。如圖2（b）所示，假設風向固定為0°，流向為225°，當一條帆船右舷迎風行駛時，那么流向橫向作用于帆船右側向下推（橫向下壓流），這時流向和流速的共同作用會對船產生不利的位移，使船逐漸離開目標方向，增加了迎風航線距離。

因此，流向和流速對迎風行駛中帆船位移大小是有一定影響，風力小流速大時對迎風行駛中的的帆船位移影響較大，所以流向與流速對比賽中帆船選擇迎風經濟航線有較大影響。

3? 方位線對迎風經濟航線影響

從起航線到迎風標的航程有很多航線，其中有一條最右側迎風航線和最左側迎風航線，這兩條迎風航線是當時情況下的外沿航線，稱為迎風方位線。通俗來說就是從起航線上、下兩端，以不同舷風迎風行駛的帆船，只能一次迎風換舷（外沿航線轉向點），飛馳抵達迎風標志的這兩條線就是迎風方位線。這兩條方位線最終伸向迎風標志時相交形成了一個角，可稱為迎風方位線角[7]。在帆船比賽中迎風方位線上轉向點的選擇很重要，如果比賽中的帆船行駛出了迎風方位線以外，高出了迎風方位線。如果比賽中的帆船行駛不到迎風方位線上，那它還需要再次通過迎風換舷調整到方位線上，低于了迎風方位線，而這兩種行駛都無形中增加了抵達迎風標志的距離，浪費了時間，這條迎風航線就不經濟。

4? 結語

帆船迎風航程占整個競賽航程距離的1/2，帆船比賽中每個參賽運動員都渴望在迎風最佳經濟航線的選擇上比對手好，達到領先到達迎風標志的戰略目標。而從比賽特點看，帆船迎風航段受客觀氣象和自然因素影響比較大，其中風、流、迎風方位線對航線影響至關重要。風向變化時不同舷風迎風行駛的帆船位移是不同的，比賽中運動員要利用風向變化調整自己的航線，減少航行距離。同時，流向與流速對比賽中帆船選擇迎風經濟航線有較大影響。在帆船比賽中迎風方位線上轉向點的選擇很重要，如果比賽中的帆船高出或者低于迎風方位線，都無形中增加了抵達迎風標志的距離，浪費了時間，這條迎風航線就不經濟。所以，必須對風、流、迎風方位線有充分了解，并對它們之間相互關系有所認知，才能在比賽中很好把握和運用。

參考文獻

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