李奈听到这里忍不住插嘴问道：“为何要打造加高的桅杆？”
“桅杆更高才能挂上更大幅的船帆这样对风力的利用效率才会增加……你知道什么叫利用效率吗？”越之云解释了半截又忍不住反问道。
李奈点点头道：“略懂请继续讲。”
“现在的海船都是使用风力作为主要动力那么船帆对风力的利用率就是影响船只前进动力的主要因素。对于这个问题我们设计了全新的船帆、桅杆和索具结构对风力的利用率会大大地优于现有的福船或者广船……当然也包括那些洋鬼子的盖伦船在内。”越之云很是自豪地向李奈解说道：“采用纵帆中式帆船的船帆便于操控可以灵活地利用各种风向但缺点是船帆少且偏小实际受风的有效面积不大。而采用横帆的西式帆船因为船桅够高因此使用的船帆面积可以更大不过因为桅杆太高收帆扬帆都不是那么容易操作而且高桅杆还必须加上各种支索来保证其稳固性这就大大妨碍了横帆的转动角。”
李奈听得半懂不懂有些疑惑地问道：“在下曾多次见过西洋番人的帆船船帆多而密集看起来似乎足以弥补船帆转动不灵的缺陷。”
“那也仅仅只是看起来而已。”越之云继续解释道：“西式帆船在设计上有很大的局限性因为它们一味地加大风范的面积但其船帆对风力的利用率并没有看上去那么高。顺风时支索帆、斜桁帆、主帆互相遮挡因为支索的存在挡住主帆的转动角侧风和顶风时只能依靠支索帆来利用风力使用效率和操作便利性上远远比了中式帆船的灵活。”
“既然越先生认为中式帆船如此好用那为何过去没人以加高桅杆的方式来加大船帆？”李奈这话一问出来就充分地暴露了其外行的本质。
“纵帆船没法加支索啊不然仅有的灵活优势就没了而且中式帆船都是尖底船桅杆太高会导致重心不稳。”越之云当然也意识到了李奈的无知这下就放心大胆地进行解释了：“而且中式帆船的船帆太重增大面积就会增加重量过高的桅杆在强度上未必撑得住风力大了很容易会折断。”
李奈这才恍然大悟道：“所以贵方才要造那空心的钢铁桅杆便是要减轻桅杆重量增加强度和高度借以来增加船帆的面积。”
李奈这下举一反三倒是很快越之云也马上打住了向他详细解释的念头。新式帆船在桅杆、船帆和索具上所采用的技术革新远远不止钢制空心桅杆一项但只有这一项是技术含量最高外人最难以仿制的因为在金属加工手段上很难达到穿越集团的水平。至于其他的细节改进明眼人只要看过一次之后多半便能得悉其中奥妙了。
海运部对于甲板上层设施的技术改进要远远多于船体本身最重要的便是根据现代力学原理重新设计的风帆系统。这个新的系统采用了东西方两种风帆的部分特点但总体上与之差异极大可以说是穿越集团又一个跨越时代的黑科技利器。
早期的帆船所利用的是风在前进过程中直接吹在风帆上产生的动风压而现代帆船所利用的却是气流流过拱形帆面时所产生的压力这种静风压在船帆上产生的推动力要远远大于动风压。这种原理听起来难以理解而且抽象到很难直观地想象出来因此在这个时代还完全没有被运用到帆船风帆的设计当中。
直到百年后的1726年来自瑞士伯努利家族的丹尼尔·伯努利才提出了“边界层表面效应”即流体的流速越大压强越小流体的流速越小压强越大。而后这一伟大发现被科学界命名为“伯努利效应”这也是流体力学最为重要的定理之一在之后的几个世纪中被广泛应用于船舶、航空器的制造领域。就连足球比赛中的香蕉球现象也可以用“伯努利效应”来完美地解释——足球由于旋转而导致两侧的空气流速不一致因而会向流速更大的一方发生偏转。
西洋帆船所采用的横帆结构只能利用动风压也就是说占据船帆绝大部分面积的煮饭只能在顺风或者侧顺风的条件下才能使用否则风所提供的就不是动力而会变成了阻力。而斜桁帆虽然能够利用一部分的静风压但其扭曲的形状和有限的面积让它的实际作用也非常有限。
而中式帆船虽然靠着相对较为灵活的操帆方式可以利用到静风压的效应但因为中式船帆的设计出发点是为了操作简便高效而并非针对伯努利效应加之受限于桅杆高度无法使用更大的船帆这种相对的技术优势在实际应用中所起到的作用也就变得极为有限。
海运部在船帆的设计上动了非常多的脑筋验证了不下十个方案最后才敲定了更接近于现代帆船的风帆设计方案。这种设计是采用纵帆结构但使用的却并非中式硬帆而是软帆但与西式横帆所不同的是帆面两侧都会加上弯拱形的竹木辐条辐条中间有绳索穿过帆面进行位置固定风帆在受风时的拱起就会限制于辐条的弯度之内。而这样的结构又有异于中式硬帆的单边辐条固定。
这样的拱形帆可以充分利用静风压并且转动灵活可以有效利用侧风甚至是顶风来提供前进的动力对风力的利用效率上要远超传统的中西式帆船。而且有了这种船帆之后船上也不必再加装支索帆之类的辅助风帆操帆要比西式帆船简化了许多。以同等风帆面积和外界风力条件来计算海运部认为根据流体力学设计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并且在使用了新的索具滑轮之后所需的操帆人手并不会比过去增加多少。这也意味着在同等的条件下使用新式船帆的帆船航速也将得到大幅度的提高而这正好满足了执委会所提出的操帆便利、提高航速的要求。
当然了这并不意味着新式船帆就十全十美可以马上应用到先用的帆船上去。首先帆布的制作对目前的穿越集团来说就是一个极大的难题。目前穿越集团并没有纺织产业布料九成靠从外界进口剩下的一成来自本地土著供应的吉贝布和穿越集团的自身储备。而现有的外界进货渠道并没有找到真正适合用来制作船帆的布料——至少以造船厂的标准来看还没有任何的合格品出现。一号试验船的船帆将会利用从后世带来的库存帆布来制作。但库存毕竟有限日后若想规模化地制作这种船帆那迟早还是得面对原材料的问题。
其次这种设计目前只在排水量极小的试验船上使用过真正放到大船使用上是否会获得预想的效果在使用过程中又会出现哪些需要解决的技术难题都还需要时间来进行验证才行。