科学传奇·海上的隐秘行动：水上飞翔者的震撼表演

2024-10-07 百科知识版权反馈

【摘要】：水上的飞翔者人类征服了整个陆地，但却没有征服海洋。在佛罗里达的水上马拉松，她和丈夫布赖恩曾驾驶他们的1000马力赛艇，向每小时200千米的纪录发起冲击。那么，怎样摆脱这样的情况，在水面上自由飞翔呢？美国加利福尼亚的迈克·墨菲就是这样幸运的飞翔者。他跃入空中7米，随后进行一连串疯狂的跳跃、筋斗和旋转，创造了水上运动的最高纪录。他对空中和水上飞行速度的痴迷一点不亚于通信。

水上的飞翔者

人类征服了整个陆地，但却没有征服海洋。人们可以凭借飞速的交通工具在陆地上急驰，但到了大海上，人类就显得如此弱小。

没有快速行进的船只，人在水中几乎寸步难行，且在水中运动需要消耗巨大的能量。对于又大又重的船只来说，排水驱动前进就显得非常困难。许多世纪以来，海员们一直在风帆、发动机和船体组接上下功夫，想方设法抵抗水的巨大黏性阻力。

◆一艘船在以最快速度行驶时，排水型船体会产生船首波◆

◆躲体外形、船帆和发动机动力的完美组合才能创造出令人刺激的急速◆

◆来自美国加利福尼亚的迈克·墨菲◆

但问题在于，水给运动物体带来的阻力要比空气大将近1000倍，对于这种排水型船体，增加马力绝非解决之道。对于具有传统排水量的船体而言，船速越高，水的阻力越大。因而给排水型船体增加动力丝毫不能使船速加快。它只会在船头形成巨大的白浪，船会消耗掉许多能量但速度快不起来。一艘船在以最快速度行驶时，排水型船体会产生船首波，接着中部产生大洞，水从船尾下面喷涌而出，这使能量浪费巨大。因此，要想获得更快速度，必须另寻途径。

二十多年来，来自英国布里斯托尔的工程师奈格尔·艾恩斯一直潜心于设计世界上最先进的赛艇。他设计建造的赛艇工艺精湛，单人驾驶10天就可穿越大西洋。每艘赛艇都是一个工程奇迹，前端尖细的船体可将常规船体遇到的阻力降到最低。

船体外形、船帆和发动机动力的完美组合才能创造出令人感到刺激的急速，当然，这也有赖于高超的驾驶技术。来自加拿大奥克威尔的威尔玛·罗斯就是这样技术娴熟的驾驶者之一，她是世界上水上驾驶速度最快的女性。在佛罗里达的水上马拉松，她和丈夫布赖恩曾驾驶他们的1000马力赛艇，向每小时200千米的纪录发起冲击。

◆墨菲以令人难以置信的空中滑水动作打破了水的束缚，在水画上腾云驾雾◆

◆迈克·墨菲跃入空中7米◆

◆空中滑水刨造了水上运动的最高纪录◆

无论是乘V型底赛艇在湖面呼啸游弋，还是独自在茫茫大洋中面对浩瀚波涛开始漫漫航程，人们都梦想追求最快的速度，寻找最大的乐趣。这时温和的水面仿佛成了我们的敌人，它紧紧地拉住了船只，让我们无法快速前行。那么，怎样摆脱这样的情况，在水面上自由飞翔呢？

美国加利福尼亚的迈克·墨菲就是这样幸运的飞翔者。

墨菲是近50年来世界最优秀的划水者之一。1998年，他把一个可上浮的水翼装在常规滑板水线以下，上面装上座椅，这样在加速时能让自己浮起来。这是因为加在上面的悬翼结构起到了作用，它的原理实际上和飞机翅膀原理一样。墨菲以令人难以置信的空中滑水动作打破了水的束缚，在水面上腾云驾雾。他跃入空中7米，随后进行一连串疯狂的跳跃、筋斗和旋转，创造了水上运动的最高纪录。

然而，滑板并不是在水上急驰的船只，它带给我们的只是一些花样和刺激，而不是速度。但是它的悬翼结构却是船只值得学习和借鉴的地方，船只是否也能摆脱水的阻力，在水面上飞起来呢？

其实，人们从很早开始就一直在进行这样的尝试，那就是水翼艇。

水翼艇是一种“摩托快艇”，行驶在空气跟海水的界面上。它利用空气的浮力，把自己从水里举起来，举得越高越好，以尽量减少阻力。

◆水上滑水带给人们很大的乐趣◆

◆水翼艇的科学原理是由法国大发明家亚历由夫·格莱汉姆·贝尔首先使用的◆

◆1919年，美国海军送给贝尔和鲍德温两台当时世界上最强劲的活塞发动机◆

水翼艇运动因为有了自己的世界冠军和一整套令人眼花缭乱的表演而声名鹊起。而实际上，最先想到水翼艇并进行过研究的是1 9世纪中期的一个法国牧师，而这项运动的科学原理是由法国大发明家亚历山大·格莱汉姆·贝尔首先使用的。

一百多年前，贝尔发明了电话，这使他名声大哚。他对空中和水上飞行速度的痴迷一点不亚于通信。在获得电话专利后的几年里，他和年轻的工程师凯西·鲍德温开始了对水翼艇的实验。水下羽翼提供的动力可以使船身离水而起，摆脱黏性阻力的桎梏。在没有外界资助、材料也有限的情况下，贝尔和鲍德温测试了几十种形状的船身和飞翼，但是加拿大湖泊的湍流把它们无一例外地撕成了碎片。

直到第一次世界大战爆发，贝尔一直坚持着自己的研究，而且一战爆发使贝尔的工作更加紧迫起来。

游弋于巨浪阻力之下的德国潜艇对北大西洋的英国航线构成严重威胁，水面舰只难以赶上它们。满怀爱国热情的贝尔一心要提高水面舰只速度。1919年，美国海军送给贝尔和鲍德温两台当时世界上最强劲的活塞发动机。他们将两台发动机和一副木质螺旋桨绑在雪茄形的船体上，这般代号“HD-4”的海上巨人准备冲刺了。它果然不负众望。1919年，贝尔和鲍德温的水翼艇创造了新的最高时速1 14千米，是当时横越大西洋的最快速度保持者——重32 000吨的“毛里塔尼亚”号的两倍以上。

小贴士

亚历山大·格莱汉姆·贝尔

电话发明家亚历山大·格莱汉姆·贝尔，1847年生于苏格兰爱丁堡市。虽然他只在学校念过几年书，但是通过家庭的熏陶和自学却受到了良好的教育。贝尔对语音复制感兴趣是很自然的，因为他父亲是语言生理、语言矫正和聋哑教学方面的专家。(www.chuimin.cn)

1871年，贝尔移居马萨诸塞州波士顿市。1875年在那里做出了最终发明电话的一些发现。1876年2月，他申请电话发明的专利权，几个星期之后就获得了该项发明的专利权。有趣的是，还有一名叫伊茉沙·格雷的人申请类似装置的专利权的报告与贝尔同一天到达，但是晚到了一个多钟头的时间。

虽然电话发明使贝尔成了富翁，但是他从来没有中断研究工作。他还发明了几项有用的仪器。他的兴趣广泛，但是主要关心的问题自始至终是帮助聋哑人。他的妻子实际上是他先前教授过的聋女。他们有两儿两女，两个儿子都在襁褓时死去了。1882年贝尔加入美国籍，1922年去世。

HD-4海上巨人般的雪茄形船体“毛里塔尼亚”号是世界上第一艘现代化客轮，长240.7米，是当时世界上最大、最快的船。“毛里塔尼亚”号代表着工业革命的全部成就。它的船体用数千块钢板制成，甲板和船舷都用轻而强度高的钢板制成。船上可载乘客2 335人、各级船员812人。它从利物浦到纽约全程只需4天20小时15分，速度惊人。更重要的是，它在所有海域和任何天气下100%的安全可靠性成为乘客最看重的特点。

贝尔设计的HD-4速度不仅能超过“毛里塔尼亚”号，更比德国潜水艇快得多，然而，水翼艇还没来得及用于军事，一战已宣告结束。但是在20世纪30年代，水翼艇因为船体可以离开水面，成为摆脱水阻力的最有效途径，而令频频交战的各国海军刮目相看。各种形状和大小的军用水翼艇纷纷出现，德国人在二战期间也曾经进行过试验。

◆20世纪50年代，加拿大的Rx巡逻艇开始在水翼艇领域领先◆

◆美国研制的战舰装有可缩进船身的飞翼，以便在浅水中减少阻力◆

◆美国“平观”号军舰长65米，重320吨◆

20世纪50年代，加拿大的RX巡逻艇开始在这一领域领先，艇前装有新型水平稳定器，它是用于切割巨浪增加稳定性的辅助翼。1967年，加拿大人利用水平稳定器原理制造出神奇的“布莱德”号，它是以贝尔和鲍德温试航革命性的HD-4的湖泊的名字而命名的。“布莱德”号重200吨，是水翼艇家族的巨人，但不到5年它就结束了使命。因为它过于昂贵笨重，不能连续巡航。现在，它正静静地躺在魁北克的一家海军博物馆中。

对于这项创意性的发明，美国人也没有等闲视之。美国有着漫长的海岸线，加上有众多岛屿需要守护，所以很快接过了水翼艇研制的火炬。1969年，美国海军提出发展水翼式导弹艇的PHM计划，提出设计方案后，在1973年2月交由美国波音公司建造。1974年，飞马座水翼式导弹艇投入使用。1977年7月，美国第一艘—飞马座”号交付太平洋舰队服役，到1983年共建成6艘。这种水翼式导弹艇长40 5米（水翼上翻时长为44.7米），宽8.6米（艇艉水翼翼展为14 5米），吃水2.3米（翼航状态为1 9米），满载排水量为240吨，翼航时推进功率18 000马力，最大航速50节，以40节航速巡航时的续航力为700海里，艇员25名。它是全铝结构，全浸式自控双水翼喷水推进水翼艇，具有世界一流的快速性、适航性和机动性。

◆美国两艘水面喷气水翼艇“图克姆卡里”号和“旗杆”号参与了越南河战役◆

◆设计师奈格尔和桑姆博准备为他们设计的壮观的水翼帆船进行处女航◆

◆桑姆博上◆

然而，这并没有满足美国人的愿望，他们的梦想是建造时速可达185千米的战舰。他们实验了几十个方案，其中一些应用了最新式喷气发动机，而非常规推进器。另一些则装有可缩进船身的飞翼，以便在浅水中减少阻力。比如美国“平观”号军舰长65米，重320吨，需要靠一对14000马力的发动机才可起飞。

美国两艘水面喷气水翼艇“图克姆卡里”号和“旗杆”号参与了越南河战役。它们装备了鱼叉式反舰导弹，能从40节以上的高速船只上完成精确发射。但问题也不容忽视，有些还很严重。比如射程有限，吃水深，预算不足。不久，“飞马座”发生了碰撞，随后，原型船“崭新一号”也遭遇撞击，美国于是放弃了研制时速100节高速舰船的想法。但是，新的技术已经流传到民间，水翼艇革命开启了航海史上新的黄金时代。

在佛罗里达格恩斯威尔，设计师奈格尔和桑姆博士准备为他们设计的壮观的水翼帆船进行处女航。这艘水翼帆船有三个无摩擦船体，船名就叫“桑姆的极速三船体并列游艇”。它有20米长，船体所用材料基本上都是复合材料，其中还包括表面碳素纤维，这是当今造船业选用的最轻、强度最高的材料。而且玻璃纤维结构至少能为船体节省总重量的30%，也使船的钢性有所提升。

◆“海德鲁普特里”号帆船表现出令人难以置信的优越性能◆

碳素纤维大大减少了材料的延展性，因此可以得到刚性和坚固程度好很多的平台，挠曲度降低了。他们使用激光束为每一个部件进行定位，精确度误差不超过1毫米。桑姆和他的船员们对于这样的船体结构非常欣赏和喜爱，因为它是高科技复合材料打造出的工程杰作。每一个部件都经过了精心的设计、精细的加工，并且按照强度要求进行精确制造。它能有效抵御施加给它的各种压力。

在法国，“海德鲁普特里”号帆船也表现出令人难以置信的优越性能，它长18米多，总重量接近5吨，造价7 500万美元，最高速度达到45节。阿兰-泰伯和20名船员利用它去迎接更大的挑战，它的目标是打破横越大西洋的速度纪录以及24小时速度纪录。

◆学生们利用斜靠式自行车变速箱驱动一艘水翼小艇浮到水面上◆

这些在海上风驰电掣的船只，像鸟儿一样在无尽的水上飞翔。它们配有碳素纤维桅杆，只要提升水翼，船速便可以轻松超过风速，最快时时速达到推动它前进的风速的两倍。

在贝尔追逐速度之后的一个世纪里，水翼艇已经变得十分高效，仅靠脚踏板就足以使船摆脱水的黏性阻力，享受急速的乐趣。依靠脚踏板便足以驱动的水翼艇一下引起了人们追求人力驱动的风潮。

在加拿大中部安大略省，学生们利用斜靠式自行车变速箱驱动一艘水翼小艇浮到水面上，他们努力冲击时速二十多千米的女子纪录，并且学习如何平衡重量和动力之间的关系，这一点对任何船只都至关重要。他们试验，再试验，积极改进，就像亚历山大·贝尔当年那样。

当加拿大的孩子们面临强有力的挑战的时候，在美国著名的麻省理工学院，学生们制造出一艘名为“迪卡维台塔”的水翼艇。它仅靠人力就能达到34千米的时速c-他们也借此保持了男女百米单人水翼艇航速的世界纪录。

◆日本雅马哈的工程师们以踏板取代短桨的没计，很快就让船只再次增添了活力◆

但纪录未能保持很久，聪明的人类便又找到了新的突破。日本雅马哈的工程师们在浜名湖上进行试验，重新构想新的思路，以便最大限度地利用人的体力。他们以踏板取代短桨的设计，很快就让船只再次增添了活力——一旦船体浮上水面，物理学定律开始让它“飞”了起来。他们设计的“超级凤凰”水翼艇可以在10秒之内跑完100米——足以和任何奥运短跑选手相抗衡。

除了人力驱动，日本人的超轻型、太阳能电子水翼艇速度更是惊人，“超级凤凰”被远远抛在后面。

水翼艇发动了一场水上速度革命——但水翼并不是减少阻力、对抗波浪的唯一途径。当你梦想着驾驶世界上最快的航海器时，方法很简单：加大发动机转速，冲破一切障碍。这个信条使加拿大快船手威尔玛·罗斯一举成名而无所畏惧。

科学传奇·海上的隐秘行动：水上飞翔者的震撼表演

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