帆面积-排水量比 (SA/D)
SA/D 是帆船运动中的“马力-重量比”。帆面积是发动机;排水量是船只必须移动的质量和水体体积。SA/D 将这两个概念整合为一个无量纲数值,以便在尺寸迥异的船只之间进行对比。
您会在杂志评论和经纪人规格表中看到 SA/D,因为它是帆船最接近公开马力数据的值。分子很简单:船帆的平方英尺面积。分母则需要多一个步骤。您需要将排水量转换为船只排开的海水体积,然后将该体积乘以三分之二次方,以将其转换为类似面积的数值。这使得该比例无论对于 24 英尺的日用航行帆船还是 80 英尺的巡航帆船都具有参考意义。
公式
在使用英制单位时,排水量以磅为单位:
- SA — 帆面积,单位为平方英尺(主帆 + 100% 前三角面积 — 参见下文的注意事项)
- D — 排水量,单位为磅
- 64 — 一立方英尺海水的重量,单位为磅
- V — 排水体积,单位为立方英尺,即::math-inline{type="d-over-64"}
该比率是无量纲的 — 面积除以面积 — 因此它同样适用于公制单位,只要使用相应的海水密度将排水量转换为体积即可。它在不同的船只尺寸和单位系统之间具有可比性。
为什么是 2/3 次方?
将排水量除以 64 可以将磅转换为排开海水的立方英尺数。将该体积升至 2/3 次方可将其转换为等效面积,从而可以与帆面积进行比较。如果没有这一步,25 英尺和 50 英尺的帆船就无法进行公平的比较。
它的预测作用
SA/D 主要预测加速度和轻风至中风性能。它能告诉您船只起步的难易程度,以及在船体速度物理特性占主导地位之前,它能多快接近正常排水型速度。
它不能告诉您强风性能、迎风能力或帆下稳性 — 这些取决于船体线型、压舱位置和 GZ 曲线,而不仅仅取决于功率-重量比。
数值解读
Ted Brewer 的分类方法在 Ted Brewer Explains Sailboat Design 中有详细阐述并被广泛引用,它将 SA/D 范围划分为以下几种代表性的船只类型:
| SA/D | 船只类型 |
|---|---|
| 13 – 14 | 动力辅助帆船 |
| 14 – 15 | 慢速辅助动力帆船 |
| 15 – 16 | 普通远海巡航帆船 |
| 16 – 17 | 沿海巡航帆船 |
| 17 – 19 | 竞赛帆船 |
| 20+ | 超轻型赛船、级别赛船、日间航行艇 |
公开级环球赛船(IMOCA 60 和前几代单人远海赛船)则完全处于另一个级别 — SA/D 值在 30 左右到 40 左右非常普遍,而现代 Volvo 和美洲杯赛船的数值还要更高。
来自 IOR 时代(20 世纪 70 至 80 年代)的一个实用经验法则:SA/D 高于 17 被认为是快速的,低于 16 被认为是慢速的 (Sail Magazine, Comparing Design Ratios)。现代桅杆、索具和船帆让量产巡航船能够承载更大的帆装,从而将许多现代巡航帆船的这一数值推高至接近 20。在 1985 年看起来动力过载的船,在今天可能已经成为主流。
对于船主而言: 您是在寻找一艘轻松的巡航船,还是一艘在任何微风下都想动起来的船?您的答案将缩小目标范围,并暗示您将承担多少控帆工作。
注意事项:帆面积的夸大
在对比不同船只的 SA/D 时,最大的失真来源在于帆面积是如何测量的。标准且具可比性的惯例是:
主帆面积 + 100% 的前三角面积
前三角面积是根据帆装尺寸 I(从甲板到前支索连接处的桅杆高度)和 J(从桅杆基座到船首前支索连接处的水平距离)计算得出的:
营销手册经常通过以下方式夸大公布的帆面积:
- 使用 130% 或 150% 的重叠热那亚帆代替 100% 的前三角区域。
- 将**帆后缘弧度(roach)**计算在内——即现代全帆骨主帆后缘额外的圆弧区域。
- 在 **卡特单桅纵帆船(cutter rigs)**上,将外前帆(yankee jib)和内支索帆(inner staysail)的面积同时计入。
这种影响可能非常显著。一艘现代船只公布的 SA/D 可能会比动力相似的经典船只高出 15–25%,这仅仅是因为帆面积的计算方式不同。在进行对比之前,请务必将两艘船的参数标准化为 100% 前三角 + 标称主帆的标准。
注意事项:载荷敏感度
SA/D 的计算基于技术参数表上的排水量数值。轻排水量船只对增加的巡航装备非常敏感:如锚链、海水淡化器、太阳能板、工具和物资。这些重量会使船尾下沉,增加水下湿表面积,并降低实际的 SA/D。重排水量船只在吸收相同载荷时,变化则要小得多。如果您正在选购一艘适合长居的帆船,请在心理上对极轻型设计公布的 SA/D 打个折扣。
关联比例:SA/WS(帆面积-湿表面积比)
对于纯粹的轻风性能,SA/D 的关联比例是 SA/WS ——即帆面积与总湿表面积(船体 + 龙骨 + 舵)的比值:
在微风徐徐、几乎无风的情况下,兴波阻力可以忽略不计,而摩擦阻力(源自湿表面积在水中的拖拽)占据主导地位。SA/WS(帆面积-湿表面积比)体现了由此产生的动力阻力比。Skene 的《Elements of Yacht Design》(游艇设计要素)指出,典型的龙骨帆船在 LWL 为 25 英尺时,其典型的 SA/WS 值约为 1.9–2.4,而在 LWL 达到 80 英尺时,该值可升至 2.9–3.3。
美中不足的是,湿表面积的数据很少公开,因此 SA/WS 很难查到。此外,远洋巡航帆船拥有足够大面积的船体、龙骨和舵叶来承载实际负荷,因此其湿表面积往往较大。在轻风多发水域进行绕标赛的赛船非常看重 SA/WS;而远洋航行者通常更关注 SA/D。
买家如何解读该数值
在选购船只时,您无需纠结于输入数据。如果出售信息中给出了 SA/D(或者您在下方自行计算得出),可以用它来设想这艘船在扬帆起航时会有多活跃。
该数值在操舵时的直观感受:
- SA/D ≈ 14 – 16 —— 在夏季轻风中,您需要更多地依靠发动机驱动。在 10 节的风速下,船只虽然可以移动,但并不紧迫。其好处在于:帆装负荷小,极少需要缩帆,且在突如其来的飑风提前到来时,船只的容错度很高。
- SA/D ≈ 17 – 19 —— 这是主流巡航帆船黄金区间。船只在 5–8 节的风力下就能切实航行,迎风换舷后加速表现体面,且通常只有在风速超过 18–20 节时才需要缩帆。这个区间非常适合夫妻或情侣进行少人操作配置,且不会产生焦虑。
- SA/D ≈ 20 – 22 —— 您会感觉到船只在任何风力下都跃跃欲试。预计您会比码头上的邻居更早开始缩帆,并且需要将更多精力放在调帆上。在轻风中航行真正成为一种乐趣,而不是一种负担。
- SA/D > 22 —— 应将其视为性能型帆船。在大多数巡航船员甚至还没考虑减少帆面积之前,其帆装就已经会让船体超载。请做好准备,将积极的帆务管理作为航行体验的一部分,而不是一项苦差事。
如何将其用作筛选条件:
- 确定您想要的航行方式。是在湖上度过慵懒的夏日傍晚?那么 SA/D 低于 17 就可以了,甚至可能更好。还是想在下午 8 节风力中切实进行沿海航行?那就把目标定在 18 以上。如果是充满激情的周末竞赛?则需要 20 以上。
- 务必进行标准化。 如果一艘船的宣传册上引用的是 150% 的热那亚帆,而另一艘引用的是 100% 前三角区面积,那么第一艘看起来会比实际情况活跃 15–25%。请使用下方的计算器,对两艘船均采用 100% 前三角区 + 主帆面积的值进行对比。
- 与排水量进行交叉比对。 重型船上的高 SA/D 代表着真正的力量。而超轻型船上的高 SA/D 则是一个信号,表明该船需要足够的风力和积极的操帆配合才能表现规整。
一个简单的例子: Catalina 30(~16)航行起来就像一艘踏实、易于掌控的家庭巡航帆船。您可能会在轻风的清晨使用发动机,但在 12 节的风力下,这艘船完全可以轻松自如。J/109(~22)则能更早地在微风中飘行,但也会更早需要缩帆。而 Melges 24(~33)则完全属于另一个类别。
计算器
以下是一些示例帆船及其帆面积和排水量数值。请输入100%前三角面积 + 主帆面积的数值,以便与此处的其他船只进行结果对比。