作者： ASA Asia-刘伟

    当你第一次听说帆船可以迎风航行，一定会感到有些违背直觉。事实上，所有性能一般的帆船都可以很好得迎风航行。那么这种有违直觉的现象背后的物理原理是怎样的呢？今天我们来深究一下。

    你可以很容易想象帆船被风推着顺风航行，帆就像一个降落伞一样，兜住风推动船前进。类似地，顺风航行的帆船的帆工作在降落伞模式（阻力模式）。只需要再加点舵效，船就可以航行一个侧顺风角度（帆船术语中称为侧顺风帆向角）。

    在研究帆船迎风航行的物理原理之前，我们先来了解一下帆船的结构组成，包括水上的结构 和水下的结构 。帆是空气中的一个翼形（流体力学术语，是流体中像翅膀一样的结构，可以产生升力），而龙骨或稳向板是船在水中的另一个翼形。帆船迎风航行时，它们两个在空气和水的流动下，都能自己产生升力。只有空气或水顺畅流过、而不是被流体推动或拖动时（这样只会产生阻力），翼形才会产生良好的升力。

    除了顺风时的降落伞模式，帆在迎风航行时，会像机翼一样工作。帆以这样的翼形模式工作时，会产生垂直于风向的风力。在这个力作用下，船有前进和向下风漂流的趋势。龙骨或稳向板同样在水中以翼形模式工作，从水中获取升力，来抵消船向下风漂流的趋势。最终结果是，船克服水的阻力，向前移动。你可以把船想象成一块滑溜的肥皂。现在，你用两根手指挤压这块肥皂，只要两个力稍微有点小的夹角，不再完全对齐，肥皂就会从你的两指间溜走。帆船就是利用这种方式航行的。帆的力量和龙骨、稳向板的力量就是这两根手指，二者相互挤压，推动船向前进。

那么翼形为什么又会产生升力呢？这背后的科学原理就复杂多了，以致于需要一本书才能讲清楚。科学中有个专门的学科叫流体力学来研究这个问题。简单地来说，我们可以接受这样的解释：帆把风的气流偏转了几度，进而从中获得了一个垂直于风向的升力。同样地，水中的龙骨或稳向板也从流过的水流中获得了类似的升力。

然而，帆对风的方向偏转能力是有限的，如果角度过大，气流就会离开帆，不再与帆贴合，这被称为气流不畅（stall）（飞机会因此掉下来，在航空上称为失速）。因此帆相对于风的迎角（attack angle,又称攻角）一般在9度左右，此时有迎风航行所需的最大升阻比（升力与阻力的比率）。迎风航行时，水手需要密切留意，以保持这个临界角度，尤其是在有风摆时。

正常工作的帆的气流，此时帆是工作在最佳状态                               气流不畅的帆，处于“Stall”状态，帆的下风产生很多湍流。