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【每周科普】科技都这么发达了,“晕船”这事儿有办法解决了不?

时间:2024-04-16 15:41|来源:科学大院|编辑:熊小雯|点击:

2022年,一位脱口秀新人“毛豆”走入了大众视野。毛豆是一位曾在海军服役8年的炊事老兵,他自称是“乘风破浪的厨子”,在舞台上分享了当兵和出海的经历,表演视频也在网络上广为流传。

 

其中有一个关于“晕船”的段子是这样的:

 

 


我第一次去(亚丁湾)护航的时候还是新兵,我的战友们也教了我很多晕船的小妙招。第一次晕船,他们教我拿生姜擦胸口的穴位,说好使;第二次他们教我拿洋葱擦太阳穴,告诉我要是再不好使,可以嘴里含一颗大料;第三次晕船我都不敢跟他们讲了,我感觉他们马上要起锅烧油了。

 

创作喜剧的人常说:喜剧的内核是悲剧。的确,这个让退役老兵毛豆圈粉无数的段子,正是很多海军新兵都经历过的痛苦:曾梦想仗剑走天涯,奈何晕船让你床上趴。

 

想象一下,当你穿上帅气的浪花白军装,收拾好行囊,准备去迎接大海,海风轻轻地吹,海浪轻轻地摇,年轻的水兵头枕着波涛……晕船了。

 

怎么办?人为什么会晕船?科技都这么发达了,有没有什么方法可以让人不晕船?

 

为什么会晕船? 

 

晕船的英文是“sea sickness”,虽然有“sea”,但其实和海没有什么关系,你并不是看到海才晕的。它和生活中常见的晕车、晕机和晕3D一样,都属于“motion sickness”,学名叫晕动症

 

出过海的人,大都知道一首“晕船十字歌”:一言不发,二目无神,三餐不进,四肢无力,五脏翻腾,六神无主,七上八下,九(久)卧不起,十分难受——

 

这首“十字歌”描述的就是典型的晕动症状,这些症状来自前庭系统感受、本体感受和视觉感受的不协调,换句话说,人体不同部位反馈给大脑的信息不一致。

 

当人在主动运动时,比如,行走或跑步时,来自三方的信息通常一致,大脑也会根据接收的信息做出相应的指令,比如继续行走或继续跑,会发出指令,指挥我们的身体做出相应的动作。

 

但是,当人在被动运动时,这三方的反馈信息就可能出现冲突,进而引发晕动症状。比如,人坐在风浪中的船上,如果前庭系统较为敏感,便能迅速感受到运动并报告大脑:“位置发生变化,是否做出反应?”但此时,身体和船是同步摇晃的,所以眼睛看到的景象相对静止,或者摇晃并不是太猛烈,眼睛报告大脑:“相信我,身体正保持静止状态的!”在这种冲突下,人就容易出现晕动症状。

 

搭配实体船景感受晕船,请酌情扫码

 

目前,人们还没有完全搞清楚“为何这种信息冲突会导致晕动症状”,不过医学界普遍认为,晕动症可能和前庭器官过度敏感有关。前庭器官越敏感,对空间感知能力更好,会更容易患上晕动症。

 

话说回来,有没有办法能缓解晕船,可以让年轻的水兵们在航程中更舒适地工作呢?

 

很简单,见招拆招。既然晕动症是来自感受信息的冲突,特别是视觉感受和前庭感受的不一致,那就尽量让这些感受趋向一致,或者屏蔽掉其中不一致的感受。

 

 

这里有三种缓解晕船的方法可以参考:

 

第一种,直接屏蔽视觉感受信号,这样就可以避免视觉和感觉的冲突,你可以闭眼小憩,戴上眼罩或其他视觉辅助设备等。千万注意,一定要少看手机或者电脑,因为静止的影像反而会大大增加前庭和视觉感受的冲突。

 

第二种,走上甲板,放眼望向水天线的方向,让视觉系统感受到你确实在运动,和前庭的感受尽量一致。

 

另外,也可以听听音乐、多聊聊天,尽量多转移自己的注意力,削弱视觉的感受。

 

如果以上的方法都不足以让你克服晕船,那就需要谨遵医嘱,使用茶苯海明片、异丙嗪片、东莨菪碱贴剂等晕船药物,让你的前庭系统别这么敏感,达到缓解晕船的效果。

 

就像毛豆在段子里讲的,尝试生姜、洋葱和大料这些偏方,擦了一周晕船也不见好,就问班长:这些偏方晕船的时候你试过吗?

 

班长答,晕船,我会吃药啊。

 

能不能造一艘不晃的船?

 

刚才提到了,要改善晕船,一方面可以通过改变自身适应环境,那么,另一方面,能不能让船也适应适应环境,做出一些改变?

 

换句话说:能不能造一艘不晃的船?

 

建造一艘不晃的船,保障人员在舰船上的安全,可以说是造船人的夙愿,人们很早就开始为之努力。历史上不乏水战时将船连并在一起的例子,比较广为人知的便是“赤壁之战”,曹操为了让不习惯坐船的北方士兵适应,将舰船用铁锁连在一起,“冲波激浪,稳如平地”,结果遭遇了火攻。

 

以现在的眼光打量,不晃或少晃,就是让船舶的稳性更高。而“重心的高低”是船舶稳性的一个重要因素。早在使用独木舟时,人们就发现:在舟中站立起来活动就有翻船的危险,而坐下来就稳当得多。

 

为了降低重心,提高稳性,大型船舶在建造时,通常会把动力装备等较重的部件安装在船舱水线以下,而舰船的上层建筑则采用铝合金等轻型材料。另外,考虑到在船舶空载时吃水变浅,重心提高,稳性会变差,因此,一些船舶会在船身内部设置压载水舱,当舰船空载时,可以吸入海水做压载水,起到稳定舰船的作用。

 

另一方面,人们还发现:独木舟之所以容易翻,还因为它比较窄,如果把两只独木舟并联起来,加宽了就稳得多。

 

要通过加宽船体来提高稳性,除了并舟,也可以让单体船变宽。有些较为狭长的船只,为了提高稳性,也可以采取一些临时措施。

 

比如,长期以来在我国沿海航行的福州运木船,船体狭长,航速快,但稳性较差,当它满载木材时,工人就会在两舷的外侧绑扎许多木材。这样,当船受到侧向的强风吹袭和恶浪扑打,船体虽然会倾侧,但舷侧所挂的木材没入水中,相当于增加了船宽,也就得到了补充的浮力,船也就随之变得更稳。这种做法也是现代造船业里双体船、三体船的灵感来源,可以在无法增加船舶尺寸的情况下,尽最大可能提高船舶稳定性和抗风浪的能力。

 

左图为福州运木船,右图为三体船Earthrace号 / wiki

 

总结下来,要让船的稳性更佳,重要的就是做到两点:重心低,宽度大。这在现代造船业已经得到了广泛的应用,新建造的船舶都会注意稳性的提高,从而保证乘船者在风浪中的舒适和货物装备的安全。

 

当然,一艘船的安全舒适很重要,其他参数也重要。在设计和建造船时,不光要考虑稳性,还要综合考虑很多角度,比如,船体型线、尺寸参数、浮性、抗沉性、耐波性、结构强度等等。所以,如果你在风浪中感受到有点晃、有点晕,可能也确属舰船设计的折中方案。就是说,设计师和工程师也真的尽力了,要兼顾船的其他性能提升,也只好在稳性上做出一点妥协。

 

总之,造船从业者们在努力了,大家也努力……坚持适应下晕船吧。

 

要让船减少晃动,有哪些黑科技?

 

考虑到船舶实际航行的影响,船舶构造只能在一定范围内调整。说白了,在大风大浪下,设计再完美的船,也会摇摆。这就需要给船舶加点额外的“科技与狠活”——减摇技术。

 

从结构形式来看,目前最常用的减摇装置主要有舭龙骨、减摇鳍和减摇水舱。

 

 

舭龙骨:好用还不贵

舭龙骨通常安装在舰艇中部两舷舭部的外侧,与舭部外板垂直,一般是长条形的板材结构,长度通常为船长的20%到60%,宽度则为船宽的3%到5%。当舰艇横摇的时候,舭龙骨就会产生与横摇方向相反的阻力,从而就形成了减摇力矩,减少舰艇横摇的幅度,是一种被动式的减摇装置

 

舭龙骨 /  wiki

 

舭龙骨的的结构比较简单,造价也低,减摇的效率又很高,而且不需要经常的维修,损坏之后直接更换也非常容易……有这么多的优点,因此,在舰船上面得到了广泛的应用。目前,几乎每一艘海船上面都会安装舭龙骨。

 

 

减摇鳍:来自鱼的启发

减摇鳍是目前效果最好的减摇装置,一般安装于船中两舷舭部,通过操纵机构转动减摇鳍,让水流在鳍上产生作用力,形成阻尼力来减少船舶横摇。

 

首艘国产大邮轮“爱达·魔都号”的减摇鳍 / 《开讲啦》

 

减摇鳍的灵感来自鱼的背鳍和臀鳍,它们就像鱼身上的对外平衡器,能让鱼身在游动过程中避免左右摇晃,在惊涛骇浪里也能自如地游来游去。这一点给了舰船设计师重要的启发,设计出用于舰艇减摇的装置——减摇鳍。

 

1923年,日本长崎造船所的元良信太郎博士首先设计出实用的减摇鳍,并且通过实船试验发现有良好的减摇效果,平均减摇效果达到了70%左右。1958年,英国“玛丽皇后”号在大风浪的条件下进行了减摇鳍性能的实验,结果发现,当减摇鳍不工作时,舰船的横摇角度会达到25度,而当减摇鳍工作的时候,船的摇晃角度平均只有2度左右。

 

不过,减摇鳍要发挥作用,也有限制条件。航速越高,水流产生的作用力越大,减摇效果越好;但又不是越快越好,高航速下,减摇鳍又会成为舰船阻力;另外,当舰船航速为0时,减摇鳍上没有水流作用,也就起不了减摇的作用了。

 

 

减摇水舱:让船成为“不倒翁”

不倒翁大家都见过吧?它无论怎么推都很难倒下,原因就在于重心很低,非常容易恢复姿态。

 

船舶也一样。如果将大量的水注入位于船底部的压水舱,除了增加船只自身重量,让风暴更难撼动船体本身,减小晃动幅度,还能够降低船的重心,让船成为“不倒翁”,防止倾覆

 

减摇水舱安装在船体内,当舰船横摇的时候,减摇水舱内的水会产生往复运动,舷边水柜里面的水就上下波动,产生抵抗横摇的稳定力矩。

 

减摇水舱也分为不同种类:主动式水舱、被动式水舱和被动可控式水舱。主动式水舱就是自身有泵和动力,根据船横摇的情况,调整水的走向。好处是可以随机而动,缺点是需要调动这么多水,耗费动力较多,所以应用并不广泛。和主动式水舱不同,被动式水舱里没有动力和控制系统,仅仅依靠船本身的横摇产生减摇力矩,水随遇而安,随行而动。被动式可控水舱则是纯被动式水舱的进阶版,多了人为对水的干预和控制,使水动得有规律,从而达到满意的效果。

 

减摇水舱。左图为船水平静止时减摇水舱的状态,右图则是“船向右摇至最大角度后,即将向左摇”的状态,因为此时右侧水位更高,产生更大的重力,会限制船向左摇,由此达到减摇的效果。

 

减摇水舱的最大优点是,即使船舶在低速航行状态时也能进行减摇,而减摇鳍、舵减摇等装置则需要达到一定的航行速度方能达到理想的减摇效果。

 

不过,减摇水舱也有缺点:占空间。因为减摇水舱只有达到一定的容积,才能使其产生足够的横摇复原力矩,所以,为了达到理想的效果,减摇水舱会占据船体的很大空间,只适用于有较大空间的船舶。此外,减摇水舱也需要精心设计,控制减摇水舱的自摇频率,否则甚至会产生增大横摇作用。

 

舭龙骨、减摇鳍和减摇水舱,是目前使用较为广泛的减摇技术。此外,还有减摇陀螺、舵减摇等技术,原理上都是为了生成与舰艇横摇相反的力矩,也就是“船想向左晃,你非让它向右动”从而达到减轻横摇的目的。

 

话说回来,即使有如此多的高科技加成,完全不晃的船也是没有的,能逃脱晕船命运的人也很少。曾有调查研究显示,首次航行人员发生晕船的比例为95.2%。

 

好在,大多数晕船都有适应的过程。作为航海人员,的确不能因为晕船下火线,归根结底,还是要靠自己的意志克服晕船,不断适应并逐渐缓解晕船的症状——

 

毕竟,平静的海面培养不出优秀的水手。

 

作者简介

张志友,海军大连舰艇学院航海系教师,科普基地负责人,曾获全军科普讲解比赛第一名。
                                                                                                                              

                                                                                                       ——本文转载自中国科学院官方微信公众号

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