影响运动帆船比赛迎风航线的主要因素分析

唐吉涛

摘  要：为了得到迎风航段航线影响的主要因素，分析了风、流和方位线对迎风航段最佳经济航线选择影响。研究发现，比赛中运动员利用风向变化调整自己的航线，减少航行距离;风力小流速大时对迎风行驶中的帆船位移影响较大，所以流向与流速对比赛中帆船选择迎风经济航线有较大影响;在帆船比赛中迎风方位线上转向点的选择很重要，如果比赛中的帆船高出或者低于迎风方位线，都无形中增加了抵达迎风标志的距离，浪费了时间，这条迎风航线就不经济。本研究为运动员进行迎风航段最佳经济航线选择提供了参考。

关键词：帆船  迎风航段  风  流  方位線

中图分类号：G861.4                          文献标识码：A                  文章编号：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

帆船运动发展到今天，新材料的出现和造船工艺的改进，以及训练方法、手段的创新，使帆船比赛竞争越来越激烈。要取得比赛的胜利，不仅需要依靠科技的进步和训练创新，还必须抓住项目制胜规律[1-3]。比赛中为了控制帆船船体的姿态和调整或者保持航行方向，帆船运动员要对风、浪、流、风摆等环境有深入了解[4-5]。基于帆翼的空气动力性能分析，在横风航段、尾风航段与标旁附近，帆船运动员应根据具体情况调整帆翼拱度、攻角、倾角、扣角等参数，使得帆船能够处于有利航行位置[2-7]。

在帆船比赛迎风航程占整个竞赛航程距离的1/2，在比赛中迎风航线经济性与否对比赛的胜负起到至关重要的作用[3]。而帆船比赛中迎风航段有无数条航线可以供运动员选择，在无数航线中会有一条最佳经济航线。比赛中迎风航段的航线的选择和取舍之间需要对风向、风速、流向、流速及对手变化等作出准确的判断。本文分析了影响迎风航段航线选择因素，为运动员比赛中迎风航道合理操控帆船提供科学指导。影响迎风最佳经济航线的主要因素如下。

1  风对迎风经济航线的影响

在帆船航行的过程中风作用于帆上，然后通过帆力作用于船从而推动船向前行驶[7]，运动员对帆的所有操作都是为了能够最为合理的利用风能[4]。风能是决定帆船速度快慢的主要因素，利用风向变化会决定航行的距离。

比赛中运动员利用风向变化调整自己的航线，减少航行距离。如图1所示，以AB间连线为起航线，AB线到风向一系列的平行线与风向垂直，把这些线称为等位线（位移线），设C点为迎风标（逆风）。假设一种情况是风向不变，以相对舷风的两条帆船G（右舷迎风）和D（左舷迎风），从L点出发，它们在行驶相同距离时位移是相同的。

第二种情况是以不同舷风的两条帆船G（右舷迎风）和D（左舷迎风），从L点出发时风向没有发生变化，当行驶一段距离后风向发生逆时针偏转。此时两船继续保持各自舷风行驶，发现右舷迎风行驶的帆船G位移小，远离目标点C，而左舷迎风行驶的帆船D位移大，靠近目标点C，从中发现帆船G此时走倒落航线，帆船D此时走上升航线。反之风向顺时针偏转时，情况出现逆转，帆船G和D位移出现互换，即帆船G此时走上升航线，帆船D此时走倒落航线。

因此，风向变化时不同舷风迎风行驶的帆船位移是不同的，所以风向是决定航线最主要的因素之一。

2  流对迎风经济航线的影响

流包括流向和流速，分为潮汐流、风压流和大洋环流3种，帆船经常接触的是潮汐流和风压流。潮汐流主要是由于月球与太阳对地球的引力作用，形成海水涨落周期性变化的现象。潮水在垂直方向的表现为海面上升和下降，在水平方向上则为潮流的变化。高潮与低潮潮差大时流速大，高潮与低潮潮差小时流速小，水深处流速大于水浅处流速。潮汐流的水流速度跟潮汐涨落差大小成正比，在平潮的前后的40～60min期间潮流很小，基本可以忽略不计。

流向隨涨潮、落潮的变化而变化，它与帆船迎风行驶方向形成一个角度，不同的夹角对帆船迎风行驶位移会带来不一样的效果。流向同帆船迎风航向在同一直线上，而方向相同或者相反，这时流向对帆船迎风有利位移没有变化，所以对有利航线没有影响，只是对帆船迎风前进速度有影响。

如图2（a）所示，假设风向固定为0°，流向为45°，当一条帆船右舷迎风行驶时，那么流向横向作用于帆船左侧向上推（横向上压流），这时流向和流速的共同作用会对船产生有利的位移，使船靠近目标方向，缩短了迎风航线距离。如图2（b）所示，假设风向固定为0°，流向为225°，当一条帆船右舷迎风行驶时，那么流向横向作用于帆船右侧向下推（横向下压流），这时流向和流速的共同作用会对船产生不利的位移，使船逐渐离开目标方向，增加了迎风航线距离。

因此，流向和流速对迎风行驶中帆船位移大小是有一定影响，风力小流速大时对迎风行驶中的的帆船位移影响较大，所以流向与流速对比赛中帆船选择迎风经济航线有较大影响。

3  方位线对迎风经济航线影响

从起航线到迎风标的航程有很多航线，其中有一条最右侧迎风航线和最左侧迎风航线，这两条迎风航线是当时情况下的外沿航线，称为迎风方位线。通俗来说就是从起航线上、下两端，以不同舷风迎风行驶的帆船，只能一次迎风换舷（外沿航线转向点），飞驰抵达迎风标志的这两条线就是迎风方位线。这两条方位线最终伸向迎风标志时相交形成了一个角，可称为迎风方位线角[7]。在帆船比赛中迎风方位线上转向点的选择很重要，如果比赛中的帆船行驶出了迎风方位线以外，高出了迎风方位线。如果比赛中的帆船行驶不到迎风方位线上，那它还需要再次通过迎风换舷调整到方位线上，低于了迎风方位线，而这两种行驶都无形中增加了抵达迎风标志的距离，浪费了时间，这条迎风航线就不经济。

4  结语

帆船迎风航程占整个竞赛航程距离的1/2，帆船比赛中每个参赛运动员都渴望在迎风最佳经济航线的选择上比对手好，达到领先到达迎风标志的战略目标。而从比赛特点看，帆船迎风航段受客观气象和自然因素影响比较大，其中风、流、迎风方位线对航线影响至关重要。风向变化时不同舷风迎风行驶的帆船位移是不同的，比赛中运动员要利用风向变化调整自己的航线，减少航行距离。同时，流向与流速对比赛中帆船选择迎风经济航线有较大影响。在帆船比赛中迎风方位线上转向点的选择很重要，如果比赛中的帆船高出或者低于迎风方位线，都无形中增加了抵达迎风标志的距离，浪费了时间，这条迎风航线就不经济。所以，必须对风、流、迎风方位线有充分了解，并对它们之间相互关系有所认知，才能在比赛中很好把握和运用。

参考文献

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[2] 雷晓珊，马勇，蔺世杰.基于单向流固耦合的不同风速下帆板帆翼空气动力性能仿真[J].武汉体育学院学报，2019，53（11）：95-100.

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[4] 马勇，郑伟涛，韩久瑞.基于试验方法的运动帆船帆翼空气动力性能研究[J].西安体育学院学报，2016，33（1）：16-20

[5] 卢友平.风向摆动和帆船迎风航行选择相关性分析[J].当代体育科技，2019，9（20）：223-224.

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[8] 崔志勇.浅析流体力学在竞技运动中的应用[J].中学物理教学参考，2015，44（20）：63-64.