帆船为何能逆风行驶，甚至超过风速？

帆船靠风驶动，为什么却能逆风航行，且航速甚至能超过风速呢？今天我们研究一下帆船。帆船行驶方向和风速的关系大概分为如图几种情况，顺风而行，风吹而动好理解，暂不作解释，咱们看逆风，或者叫迎风的情况。

帆被风吹起后，表面是凸起的，受力原理和飞机的机翼类似。网上几乎所有对船帆受力的解释都是一句伯努利原理，凸面流速大，压强就小。虽然现象确实如此，但这样解释并不太合适。你是否想过凸面流速为什么大呢？有个经典错误是等时论，实验已证伪，就不细说了。那么怎么解释合适呢？

其实流速可以理解为是结果而不是原因，由于此处压强小了，压差推动流体加速，才使流速变大的。

那么这里压强为什么小了呢？由于科恩达效应，流体有粘性，假设一开始气流是直的，流动时会把和壁面之间这部分静止的气体不断带走，由于壁面阻挡，此处得不到空气补充，压强自然降低，而远处是大气压，那么压差就使气流就逐步向壁面靠拢，形成弧线运动，同时压差减小，当压差和弧线运动的离心力相等时，达到平衡，形成稳定的低压区。

为了更直观地看一下帆的受力方向，用AICFD软件做了仿真。风以5米每秒吹过帆面，计算后，可以看到空气沿帆的凸面流动，帆受到的力并不是风速方向，而是与帆近似垂直。

当然前提是帆一定要展开凸起，如果帆顺着风，比如这样，没有被吹凸起，这个力就不存在了。

所以帆凸起时，只要调整帆和船的角度，让帆受的力在船头的方向有分量，船就向前方走了，那么另一个分量呢？会不会让船横移呢？

奥秘就在这，帆船底部，有个稳向板，插到水里，就能防止船横向移动。

所以船就只能向船头的方向运动了，走一段后，我们调整船向，走之字折线，就实现逆风而行了。那么之字行驶的角度多少合适呢？是这样，还是这样？粗算了一下，帆受力简化用恒力F代替，设风与船夹角α，风与帆夹角β，船沿正前方受力就是F*sin(α-β)*cosα，逆风时，0-90度间求最大值，写个简单的程序，得出风与船的夹角α是45度，风与帆的夹角β要小于α，且越小越好。

这个是粗略估算，实际上帆不同角度受力大小不一样，但估算的结果和教练传授的经验差不多，都是之字行驶时船大约偏转45度，帆呢，就让它能在完全凸起情况下，与风的夹角尽量小。由于帆的这个受力原理，一定范围内，逆风时船速增大，帆凸面流速更大，帆受力更明显，进而继续加速，可实现船速大于风速，有一些厉害的职业选手可以将船开到2点几倍风速。

分析了这么多理论，有点迫不及待了，启航亲试一下逆风而行！我们先判断风向，是这个方向。开船！