最近国际航海界关于使用水翼技术进行帆船比赛的言论层出不穷,现在看来,作为向高科技、高价值和高性能高端运动的一部分,水翼可能会继续沿着目前的轨迹发展。我们无法左右比赛市场及规则,然而水翼不仅仅是最新的潮流趋势,实际上水翼技术和传统帆船一样古老。
对水翼技术的理解以及让船开始飞起来的实验都归功于一些了不起的创新者,他们与那些推动传统小艇发展的人贡献相当。
如果我们回溯到150多年前,船体性能的原理还处于初级阶段,当时一些伟大的技术头脑,比如William Froude,正在探索船体与其漂浮的水面之间存在的关系。随着风帆被蒸汽机所取代,发动机变得越来越强大,将有必要制定些许规则,包括行波和摩擦阻力等,这些规则至今仍在使用。
与此同时,其他同样具有创新思维的人也在试图掌握比空中飞行更重的复杂性。在伦敦工作的工程师Thomas Moy对热气球的兴趣已经使他开始探索飞行,后来他在受信天翁飞行的启发下,开始在伦敦郊外的萨里运河拖曳一段成型的木头来进行试验,并拓展到机翼的性能。
尽管Thomas Moy只专注于飞机,但他的工作现在可以被视为突破性的进展,因为他为即将在巴黎塞纳河上发生的事情奠定了基础。
发明家Horatio Phillips,通过利用蒸汽流创立了一个风洞,为推进翼型截面的科学做出了巨大贡献,他帮助创造了水翼双体船。不过是蒸汽驱动的,但速度可以超过30节,这在当时是不可思议的成就。然而,问题在于功率与重量的比,这在依靠蒸汽发动机提供前动力时很难解决。这种进步的障碍伴随着更轻便的内燃机的问世而解决。
直到1906年,意大利发明家Enrico Forlanini用他的60马力汽油发动机驱动空气螺旋桨运行的船达到了36.9节的航速。当时几位工程师注意到了这一点,其中包括莱特兄弟和亚历山大·格雷厄姆·贝尔,他们都对水翼飞行器进行过试验。
Enrico Forlanini在意大利马焦雷湖(Lake Maggiore)上展示了他的水翼船,尽管他证明了原理的有效性,但他的水翼艇的安全性在今天却令人震惊!
在Enrico Forlanini的启发下,意大利Gaetano Crocco协助开发了可变螺距螺旋桨(上图)。他推动了水翼艇的实际应用,但他后来放弃了这一研究领域,而转向发展液体燃料火箭,这使他成为伟大的发明家之一。
几年之内,动力艇的速度迅速提高到50节,但直到1938年,美国人Robert Gilruth和Bill Carl才设法在一艘帆船上装上水翼板实现了5节的速度。以下是一些关键时刻:
1869年,法国人Emmanuel Denis Fargot为划艇申请了历史上的第一个水翼船专利。
Enrico Forlanini建造的第一艘水翼艇
1906年–由Enrico Forlanini设计制造的第一艘水翼艇(上图5)。它具有梯形结构,由多个支柱支撑多个水翼板,速度达到了36.9节。
Alexander Graham Bell/s HD-4
1918年–亚历山大·格雷厄姆·贝尔(Alexander Graham Bell)和凯西·鲍德温(Casey Baldwin)推出了他们的HD-4,这是一艘重达5吨的船,由两台功率为350马力的自由飞机发动机提供动力,航速达52节。HD-4 水翼船后来创下61.58节的新世界纪录。
“ Catafoil 1”号
1938年,已知的第一艘水翼双体帆船由美国人Robert Gilruth(后来是美国宇航局载人航天计划的负责人)和Bill Carl制造,这艘船被命名为“ Catafoil 1”号(上图),航速大约12节。
Gordon Baker设计的“Monitor”号
1955年,Robert Gilruth又寻求美国海军的财政援助计划建造第二艘水翼帆船“Monitor ”号 (上图) ,该船由Gordon Baker设计,由威斯康星州的Baker Manufacturing公司制造。最初的计划不仅包括水翼,还包括“两个硬帆”,以及“一台机械计算机,该机械计算机可感测每个撑杆上的力并计算出后翼板迎角以避免纵摇”,由于缺乏资金,“Monitor”号被迫放弃固定帆。
1956年,这艘船(使用软帆和自动调整的后水翼板)速度达到30.4节,据非正式报道,她的速度已接近40节 。
David Kelper的“Williwaw”号
1970年,第一艘可以飞行的水翼三体巡航帆船诞生。David Kelper的“Williwaw”号巡航帆船在南太平洋航行了两万英里。
Mayfly水翼双体船
1974年,Peter Hansford的Mayfly 水翼双体船在韦茅斯以19.38节的速度创造A Class级世界纪录。1977年,经过改进速度提高到23节。
“Icarus”号一艘改装过的水翼托纳多型(Tornado)
1976年-改进型水翼托纳多型(Tornado)“Icarus”号(上图)以20.70节的速度刷新了B class级世界纪录。到1985年,Grogono and Fowler 将航速提高到28.14节。
离岸帆船——“Paul Ricard”号
1980年–埃里克·塔巴利(Eric Tabarly)在离岸帆船赛上驾驶水翼帆船“Paul-Ricard”号以两天的优势击败了纵帆船跨大西洋的纪录。
Hobie Trifoiler-原型Longshot
1990年– Hobie Trifoiler,一种双帆水翼三体帆船,每个外伸的船体都有一面主帆,速度30节,是当时世界上最快的量产帆船。这个原型名为Longshot,是由Dan和Greg Ketterman与Russell Long共同开发。
Dan和Greg Ketterman建造了船体, Larry Tuttle建造了水翼板和帆装平台。他们几乎没把它造好就运到了比赛现场。Russell Long航行了几分钟才开始跑起来。尽管短时间内风速只有17节,但他们创造了34.53节的B CLASS级的新纪录。
Hobie Trifoiler
1992年,Russell Long在这艘三体船上以43.55节的速度第四次打破自己的世界纪录。
l'Hydroptère是一种基于水翼的实验型三体船
1994年,法国帆船运动员AlainThébault设计的l'Hydroptère水翼三体帆船下水。船名“Hydroptère”源自两个希腊语单词:hydro和pteron,分别表示水和翼板。2012年1月,法国海军防御公司DCNS和欧洲领先的造船商之一成为该船的赞助商,因此名字改成了l'HydroptèreDCNS。
Techniques Avancees,水翼船的典型
1997年,一艘法国foilborne proa公司的水翼帆船Techniques Avancees以42.12节的速度在D class级创造了新的世界纪录。
l'Hydroptère
2009年11月,L'Hydroptère以51.36节的速度刷新了世界纪录,正式成为世界上最快的帆船。2012年8月,这艘帆船抵达旧金山湾,参加了美洲杯帆船赛。
“Sailrocket II”号
2012年,Paul Larsen的“Sailrocket II”号打破了L ' hydropere的纪录,以65.45节的速度刷新了世界纪录。
最为奇特的是它的不对称设计。尽管航海记录似乎每个月都在被打破,但这次不同,这是一个真正的航海里程碑。这个设计及成绩是这个团队花了10年时间换来的。
AC72——新西兰队利用规则中的漏洞将双体船放在金属水翼板上
2013年,第34届美洲杯见证了AC72的诞生。甲骨文公司引入了一条规则,中央板不允许有T型水翼板,不允许使用移动部件,并且在开始之前必须固定方向舵的俯仰角。然而,新西兰酋长对则有其他计划,在技术总监Nick Holroyd的帮助下,AC72飞起来了。
AC75
2020年,第36届美洲杯帆船赛新型水翼帆船——AC75。
摇摆倾斜式翼轴臂也被设计为可以在船底或外侧活动,以提供足够的支撑力保持船体直立。如果发生倾覆情况,与前几代水翼赛船相比,船员可以更轻松地对其进行扶正。
本届美洲杯帆船赛的另一个新进展是87英尺高桅杆上的双层主帆。双层主帆与桅杆结合形成一个完整的翼帆,产生AC75飞行时所需要的能量,如果你切开它就能看到极具空气动力学效率的流线型横切片,前部是个D字形,气流沿着两侧帆布向后流动,与飞机机翼原理几乎相同。
例如“爱国者”号的秘密武器就是水翼的末端配置襟翼与飞机副翼或襟翼十分相似,它们可以通过转动来控制升空高度,但重要的是这样船员就能更精确的控制提升高度,由此获得“飞行”的能力。
水翼襟翼
强大的水翼系统使爱国者号能够高速前进,并在其倾覆时自动调整。
在旧金山和百慕大举办的两届美洲杯帆船赛,不仅在媒体上取得了巨大的成功,而且还增加了大型水帆船驶向远海的可能性。
彼时,法国的多体船制造商很快就制造出了下一代的“Ultimes”——100英尺长的全水翼型三桅帆船,开始了2020儒勒·凡尔纳奖杯:世界纪录争夺战。
100英尺三体水翼帆船“Sodebo”号
40天23小时30分30秒,这是刻骨铭心的时间,他们要完成一项几乎不可能完成的任务,击败三年前弗朗西斯·乔伊恩(Francis Joyon)在“Idec Sport”号上创造的纪录。
从1938年第一艘水翼帆船问世以来,如此多不同领域的技术在一起进步,使这些神奇的机器能够像我们现在看到的那样进行比赛,我们正处在一个巨大的性能提升的风口之上,水翼帆船非常快,随着每个难题的微小改进,水翼技术已经变得常规化,我想知道人类技术的下一步会把帆船带到哪里?
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