237.第237章 勝利港造船廠(二)(2 / 2)

1627崛起南海 零點浪漫 2613 字 2020-06-06

李奈聽到這里忍不住插嘴問道:「為何要打造加高的桅桿?」

「桅桿更高才能掛上更大幅的船帆,這樣對風力的利用效率才會增加……你知道什么叫利用效率嗎?」越之雲解釋了半截又忍不住反問道。

李奈點點頭道:「略懂,請繼續講。」

「現在的海船都是使用風力作為主要動力,那么船帆對風力的利用率,就是影響船只前進動力的主要因素。對於這個問題,我們設計了全新的船帆、桅桿和索具結構,對風力的利用率會大大地優於現有的福船或者廣船……當然也包括那些洋鬼子的蓋倫船在內。」越之雲很是自豪地向李奈解說道:「采用縱帆中式帆船的船帆便於操控,可以靈活地利用各種風向,但缺點是船帆少且偏小,實際受風的有效面積不大。而采用橫帆的西式帆船因為船桅夠高,因此使用的船帆面積可以更大,不過因為桅桿太高,收帆揚帆都不是那么容易操作,而且高桅桿還必須加上各種支索來保證其穩固性,這就大大妨礙了橫帆的轉動角。」

李奈聽得半懂不懂,有些疑惑地問道:「在下曾多次見過西洋番人的帆船,船帆多而密集,看起來似乎足以彌補船帆轉動不靈的缺陷。」

「那也僅僅只是看起來而已。」越之雲繼續解釋道:「西式帆船在設計上有很大的局限性,因為它們一味地加大風范的面積,但其船帆對風力的利用率並沒有看上去那么高。順風時支索帆、斜桁帆、主帆互相遮擋,因為支索的存在擋住主帆的轉動角,側風和頂風時只能依靠支索帆來利用風力,使用效率和操作便利性上遠遠比了中式帆船的靈活。」

「既然越先生認為中式帆船如此好用,那為何過去沒人以加高桅桿的方式來加大船帆?」李奈這話一問出來,就充分地暴露了其外行的本質。

「縱帆船沒法加支索啊,不然僅有的靈活優勢就沒了,而且中式帆船都是尖底船,桅桿太高會導致重心不穩。」越之雲當然也意識到了李奈的無知,這下就放心大膽地進行解釋了:「而且中式帆船的船帆太重,增大面積就會增加重量,過高的桅桿在強度上未必撐得住,風力大了很容易會折斷。」

李奈這才恍然大悟道:「所以貴方才要造那空心的鋼鐵桅桿,便是要減輕桅桿重量,增加強度和高度,借以來增加船帆的面積。」

李奈這下舉一反三倒是很快,越之雲也馬上打住了向他詳細解釋的念頭。新式帆船在桅桿、船帆和索具上所采用的技術革新遠遠不止鋼制空心桅桿一項,但只有這一項是技術含量最高,外人最難以仿制的,因為在金屬加工手段上很難達到穿越集團的水平。至於其他的細節改進,明眼人只要看過一次之後,多半便能得悉其中奧妙了。

海運部對於甲板上層設施的技術改進要遠遠多於船體本身,最重要的便是根據現代力學原理重新設計的風帆系統。這個新的系統采用了東西方兩種風帆的部分特點,但總體上與之差異極大,可以說是穿越集團又一個跨越時代的黑科技利器。

早期的帆船所利用的是風在前進過程中直接吹在風帆上產生的動風壓,而現代帆船所利用的卻是氣流流過拱形帆面時所產生的壓力,這種靜風壓在船帆上產生的推動力要遠遠大於動風壓。這種原理聽起來難以理解而且抽象到很難直觀地想象出來,因此在這個時代還完全沒有被運用到帆船風帆的設計當中。

直到百年後的1726年,來自瑞士伯努利家族的丹尼爾·伯努利才提出了「邊界層表面效應」,即流體的流速越大,壓強越小,流體的流速越小,壓強越大。而後這一偉大發現被科學界命名為「伯努利效應」,這也是流體力學最為重要的定理之一,在之後的幾個世紀中被廣泛應用於船舶、航空器的制造領域。就連足球比賽中的香蕉球現象,也可以用「伯努利效應」來完美地解釋——足球由於旋轉而導致兩側的空氣流速不一致,因而會向流速更大的一方發生偏轉。

西洋帆船所采用的橫帆結構只能利用動風壓,也就是說占據船帆絕大部分面積的煮飯只能在順風或者側順風的條件下才能使用,否則風所提供的就不是動力而會變成了阻力。而斜桁帆雖然能夠利用一部分的靜風壓,但其扭曲的形狀和有限的面積讓它的實際作用也非常有限。

而中式帆船雖然靠著相對較為靈活的操帆方式可以利用到靜風壓的效應,但因為中式船帆的設計出發點是為了操作簡便高效而並非針對伯努利效應,加之受限於桅桿高度無法使用更大的船帆,這種相對的技術優勢在實際應用中所起到的作用也就變得極為有限。

海運部在船帆的設計上動了非常多的腦筋,驗證了不下十個方案,最後才敲定了更接近於現代帆船的風帆設計方案。這種設計是采用縱帆結構,但使用的卻並非中式硬帆,而是軟帆,但與西式橫帆所不同的是,帆面兩側都會加上彎拱形的竹木輻條,輻條中間有繩索穿過帆面進行位置固定,風帆在受風時的拱起就會限制於輻條的彎度之內。而這樣的結構又有異於中式硬帆的單邊輻條固定。

這樣的拱形帆可以充分利用靜風壓,並且轉動靈活,可以有效利用側風甚至是頂風來提供前進的動力,對風力的利用效率上要遠超傳統的中西式帆船。而且有了這種船帆之後,船上也不必再加裝支索帆之類的輔助風帆,操帆要比西式帆船簡化了許多。以同等風帆面積和外界風力條件來計算,海運部認為根據流體力學設計出的新式船帆要比原有的中西式船帆都至少高出三分之一的效率,並且在使用了新的索具滑輪之後,所需的操帆人手並不會比過去增加多少。這也意味著在同等的條件下,使用新式船帆的帆船航速也將得到大幅度的提高,而這正好滿足了執委會所提出的操帆便利、提高航速的要求。

當然了,這並不意味著新式船帆就十全十美,可以馬上應用到先用的帆船上去。首先,帆布的制作對目前的穿越集團來說就是一個極大的難題。目前穿越集團並沒有紡織產業,布料九成靠從外界進口,剩下的一成來自本地土著供應的吉貝布和穿越集團的自身儲備。而現有的外界進貨渠道並沒有找到真正適合用來制作船帆的布料——至少以造船廠的標准來看還沒有任何的合格品出現。一號試驗船的船帆,將會利用從後世帶來的庫存帆布來制作。但庫存畢竟有限,日後若想規模化地制作這種船帆,那遲早還是得面對原材料的問題。

其次這種設計目前只在排水量極小的試驗船上使用過,真正放到大船使用上是否會獲得預想的效果,在使用過程中又會出現哪些需要解決的技術難題,都還需要時間來進行驗證才行。