第9章 双体帆船
第9章 双体帆船
于是乎,曹宾和其他工匠们迅速拿起工具,按照霍成图上的要求开始了工作,周围很快响起了锯木头和锤子敲打的声音。
霍成当然也没闲着,他继续在一旁,聚精会神画着后续的设计图。
哎,等过些日子,一定要想办法弄一套制图工具,特别是要专门做一根适合画工程图的硬笔,哪怕是炭块也好!
霍成边画边想,因为毛笔画图确实有些费劲。
不过,他还是在天黑之前完成了新船所有核心构件的设计图。
望着海上的夕阳,霍成甩了甩酸痛的手腕,长长吐了一口气。
然后他又趁着落日的余晖,检查了一遍自己的图纸。
嗯,没有问题。
霍成图纸上设计的船,是一艘帆船。
本来最开始上岛的时候,霍成曾考虑过一步到位,直接制造蒸汽机或者斯特林发动机,让黑鲨岛跑步进入蒸汽时代。
然而根据他上岛后的观察,这个想法恐怕短时间内很难实现,因为岛上的条件实在太有限了。
黑鲨岛上只有一个造船小作坊,以及一个铁匠铺,想生产出合格的蒸汽机零件,确实有点强人所难了。
所以蒸汽船或者斯特林发动机船的事情,恐怕得往后推一推,目前最好的选择还是从帆船开始。
上辈子,霍成的团队曾经受邀参与过一个国家级海洋考古工程,专门负责研究古代船舶建造技术,所以他对古代木帆船的建造非常了解,设计一艘木帆船对于他来说没有任何难度。
不过,仅仅达到普通木帆船的技术标准,那可是远远不够的。
毕竟霍成之前已经立下了军令状,要造出一艘速度快且各方面性能都遥遥领先的新船,否则就要跳海喂鱼。
于是,霍成根据黑鲨岛上现有的技术水平,结合现代造船技术和他自己的经验,以及船舶结构力学以及流体力学的原理,设计出了一艘全新的帆船。
这艘帆船,形态可谓相当怪异,不要说明末这个时候,就算是几百年后的21世纪,这个设计也属于比较前卫的了。
首先,这不是一艘单体船,而是一艘双体船。
所谓双体船,就是有两船体的船。外观上看,很像是把两艘普通的单体船并排绑在了一起。
不过,这可不是简单的绑在一起,双体船的船体形状都是经过专门优化的,很多性能都有显著提升。
比如拥有更强的耐波性,更好的稳性,有效减小兴波阻力,甲板面积更大,船的整体强度更好……
不过,这并不是霍成选择双体船的最主要原因。
他选用双体船,最主要的原因是为了配合他的船帆。
这艘船的船帆,是此船最大的亮点。
古代帆船的船帆,可大致分为软帆和硬帆。
软帆当然就是软质的帆,西方的远洋船用得比较多。
硬帆一般由植物藤条或者其他比较硬的材料编织而成,质地较硬,操控所需的绳索较少,内河与近海更有优势,我国古代运用较多。
这两种帆型,可谓各有千秋。
不过现在,霍成给他的新船设计的船帆,以上这两种全都不属于。这艘船的船帆是一种“超硬帆”,换句话说,这就是一块硬质的木板。
是的,霍成所谓的船帆,就是一块板子。
不过,这可不是一般的板子,根据设计图,这块板子中间厚,两边薄,一面弧,一面稍微平整,很像飞机的机翼。
这是一种现代帆船的新技术,学名叫“刚性翼帆”,说白一点,就是把飞机的机翼竖过来,插在了帆船上。
这样,风在推动帆船的时候,帆船获得的就不只是风的推力了。
根据流体力学中的伯努利原理,翼帆两面空气流速不同,会形成压力差,这个压力差就成为了另一种可以利用的动力。
这种动力,在飞机上叫做“升力”,这个力是很大的,用在帆船上,可以大大提升帆船的速度。
特别是在逆风条件下,这种帆型的优势尤其明显。
虽然和传统帆船一样,这种翼帆船逆风状态下也必须以“之”字形航行,但理论上它的逆风航行速度是可以超过风速的。
这可不是开玩笑,上辈子霍成的团队曾经接过一个项目,来自一家专门生产比赛用帆船的船厂,帮助他们优化船帆。
项目的主要工作,就是在水池实验室和风洞实验室测试各种船型和帆型的性能。
当年的这个项目不大,霍成的主要精力当然也不在这,所以就安排了手下的一个博士生去做,不过试验进程霍成全程把控。
最后,经过流场分析、理论计算以及几个月的试验,测试了上百种帆型,最终他们为帆船厂优化出了几种最优帆型。
理论上这些最优帆型配合优化后的船体,逆风时的航速都可以超过风速,顺风时的性能也大大提升。
霍成虽然穿越了,但当年的试验结果可还在脑子里,就算不能完整记清楚每一项数据,最优帆型和船型的大体形状他也是清楚的,所以他非常有信心。
只是,这种刚性翼帆有一个很大的问题。
逆风状态下,伯努利效应虽然会让船帆获得更大的前进推力,但同时也会产生一个指向船侧面的分力,这个分力会让船偏航。
一般来说,为了避免这种情况,这种帆船的底部还要增加一个结构,那就是一片水翼。
所谓水翼,其实跟船帆一样,也是机翼结构,只不过是竖着插在船底的,而且比较小。
帆船在航行的时候,跟帆一样,水流也会在这片水翼上产生力,正好可以中和掉船帆的侧向分力,非常巧妙。
只是以上这些巧妙的设计还不够。
因为船帆和水翼不在一个平面上,它们两个产生的力量虽然方向相反,但会让船严重倾斜,甚至在海上“打滚”,直接翻船。
面对这种情况,小型帆船有一种简单粗暴的解决方案,那就是找几个比较重的船员坐在船舷上,用体重把船给压正。
但霍成手里的这艘船,将来可是要干大事的,显然不适用于这种办法。那怎么办呢?
霍成想到了把单个船帆改成两个船帆,并将两面船帆并排横向放置。
这样,逆风航行时就可以让两面帆呈现一定角度,互相把横向的分力抵消,并且获得强大的前进动力,也不再需要水翼。
如此,不仅可以让船稳定航行,理论上甚至可以让船正对着逆风方向迎面航行,不需要像传统的帆船那样,面对逆风必须“之”字形航行。
当然,这只是理论上,要实现这一切,不仅设计时需要精密的计算,航行时可能也需要人工智能精确操控,在这个时代显然是做不到的。
不过霍成依然很有信心,即使做不到面对逆风时直航,至少也可以大幅缩小“之”字形航行的角度,极大地提升效率。
那么,要实现两面风帆并排放置,就需要加宽船体,于是霍成最终决定用双体船,因为甲板宽阔就是双体船的优点之一。
现在,船的设计图霍成已经基本画好了,包括两个船体,两根桅杆,两面刚性翼帆,还有舵机结构以及船的各种构件。
接下来,就需要曹宾等人把设计图上的东西用木头做出来。
当然,现代帆船从船帆到桅杆再到船体等等,用的都是现代材料,远不是古代的木料所能比的。
霍成在设计的时候也充分考虑了这一点,桅杆以及船体一些该加固的地方,都做了特殊加固。
木质的船帆也要配合一些金属零件加强,黑鲨岛上的铁匠铺虽然简陋,但完成这个工作应该还是可以的。
同时,霍成还充分考虑了黑鲨岛现有的木料加工条件,在很多地方都做了优化。
最后,经过霍成的粗略计算,这艘船完工下水后,在4-6级风的情况下,理论上的最高航速可以达到15-22节,几乎相当于蒸汽动力船了。
这个速度,不仅远远超过了黑鲨岛上这些老掉牙的破船,哪怕是大明最精锐的水师战舰,亦或是西洋殖民者的帆船,也远远达不到。
当然,这只是理论上的数据,船建造时的误差、操船人的水平、天气海况的影响以及其他各种复杂因素,都会导致船的实际性能“缩水”。
不过没关系,就算性能有缩水,也远不是目前黑鲨岛这些老式帆船能相提并论的。
此时,太阳已经下山。
“好了,大家先收工,明天再继续!”霍成朝大家挥了挥手。