10月25日,湖南麻阳锦江的水面上,一辆改装摩托车一路贴着水面飞驰,连续行驶40.74公里,刷新了“改装摩托车在开阔水域行驶最远距离”吉尼斯世界纪录。骑手是“张雪机车”创始人张雪。
这个梦,他在浙江埋下,一做就是17年。2009年,22岁的他在浙江武义第一次把摩托车骑向水面,四次落水,最远只滑出约20米。这一次,他把这段距离延长了约两千倍。
问题来了:一台整车约104公斤,加上车手,静止状态下,水的浮力根本托不住它,凭什么能在水面上跑半个多小时不沉?答案不是浮力,是动升力——一个让水在高速下“抬”起物体的流体力学原理。
小时候都玩过打水漂:一块扁石片,靠速度和角度,能从水面借到一次次托举。摩托车玩的是同一套把戏,只是把“石片”换成了车底一块滑水板,专业上叫两栖滑行橇。
滑水板以很小的角度迎向水流,把一部分水往下压。水被压下去,反过来在板底形成一片高压区,合起来是一个斜向上的力——向上的分量托住车,叫动升力;向后的分量拖住车,是阻力。滑水、快艇,都是这个道理。
水很“给力”:它的密度约是空气的800倍,同样的速度、同样大小的板,在水里得到的托举力,大约是在空气里的800倍。这也是为什么飞机要靠一对大机翼,而快艇只要一小块船底贴着水面。
这和飞机机翼是一回事吗?底层都遵循动量守恒,但工作方式差别很大。飞机机翼主要靠翼型上下表面的压力差,把气流向下偏转,从而获得向上的升力;水上滑行板则更直接,靠板面把水向下压,获得反作用力。正因为水的密度远大于空气,滑行板不需要跑到飞机那样的速度,就能获得足以托起一辆摩托车的动升力。
不过动升力有个“脾气”——对速度极其敏感。速度降到八成,升力只剩约六成四;速度减半,升力直接掉到四分之一。所以起步最难:车还没被托起来时阻力最大,要先翻过一座“阻力峰”。张雪的办法,是先在岸上加速再冲进水里,用陆地蓄下的初始动能,直接跨过这段最吃力的阶段。
托得住只解决一半,还得往前跑。公路上,轮胎向后推地面,地面反推车向前;到了水上,推的对象换成了水。
这辆MX450的后轮做了专门改造,换上特制深齿桨胎,局部浸在水中,转动时像一片片小桨向后拨水,水就给车一个向前的反作用力。前部则装有转向橇,入水后充当水舵,负责控制方向。滑水板管“托”,后轮管“推”,转向橇管“方向”,分工明确。
两件事还互相牵扯:后轮吃水太浅拨不到水,吃水太深阻力又陡增——而吃水深浅,又取决于车身被托得多高。所以骑手不是单纯拧油门,而是在持续寻找一个动态平衡。
漂起来并不难,一块板加一脚油门就能做到。难的是在水上一口气跑40多公里,还要保持平衡。
滑水板的角度一变,车头就会抬起或压下。骑手只能不断前后挪动身体,配合油门和方向,随时找回平衡。水面一有波浪,托举力忽大忽小,车就更难控制。
这次挑战还要连续完成七次转弯、八个赛段。转弯必须减速,可速度一降,升力也跟着下降,车身很容易失衡。距离拉长后,发动机、防水、散热、油量、车体耐久和骑手体力,全都成了考验。团队筹备了三个月,整车方案迭代了多版,才把这辆车从“理论上能跑”调成“能更久、更稳地跑”。
水并没有变硬,是人和车一起找到了驾驭水流的办法。从20米到40.74公里,这40多公里不是单纯跑出来的,是17年里一次次改结构、调平衡、和波浪与升力较劲磨出来的。所谓水上漂,不过是长久的热爱,借着物理的力量,开出了最远的一程。
参考资料:中科院物理所、科普中国、中国数字科技馆等
橙柿互动·都市快报 记者 黄盈
编辑 郭智杰
审核 毛迪 金立鹏
校对 王建英
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