张雪挑战吉尼斯纪录：“水上漂”的流体力学

就在刚刚，张雪机车在湖南麻阳锦江河完成了一项吉尼斯世界纪录挑战。

张雪驾驶MX450改装摩托车，完成40.74公里水上行驶，成功刷新改装摩托车在开阔水域行驶最远距离吉尼斯世界纪录。

这不是他第一次把摩托车骑向水面。2009年，22岁的张雪在浙江武义尝试骑车滑过水面，四次尝试，最远只滑出约20米。

17年后，团队备战三个月，整车迭代了6轮，完成全新的吉尼斯纪录。

把摩托车骑上水面非常炫酷，但是摩托车的密度比水大，它为什么能被水拖起来，还能稳定的行驶几十公里呢？

而“水上漂”的秘诀就藏在流体力学中。

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水怎么托得住一辆摩托车？

回想一下小时候玩的打水漂：找一块扁平的石块，尽力甩向水面；石片靠速度和角度，从水面借到了一次次托举。

回想一下小时候玩的打水漂：找一块扁平的石块，尽力甩向水面；石片靠速度和角度，从水面借到了一次次托举。

但和石片的“一触即跳”不同，摩托车必须在水上连续滑行。

摩托车下的滑水板以一个小角度迎向水流，把一部分水往下压。水被压下去，反过来就在板底形成一片高压区。这些压力合在一起，是一个斜向上的力：向上的分量托住车，叫作动升力；向后的分量拖住车，就是阻力。滑水、快艇，用的都是这个道理。

水的“托举能力”其实大得惊人。水的密度约是空气的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。这就是为什么飞机需要一对大机翼，而高速滑行的船只靠一小块船底贴着水面。

按报道中窄板车型的极速约90公里/小时；据估算，水流的动压约为 ½×1000×25² ≈ 31万帕，相当于每平方米承受30多吨的力。滑水板只需把其中很小一部分转化成升力，就足以托起人和车。

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轮胎不碰地，靠什么往前跑？

托得住，只解决了一半问题。滑水板压水的同时会受到阻力，波浪、飞溅和尾流也都在消耗能量。没有持续推进，车很快就会慢下来。

在公路上，轮胎向后推地面，地面给它向前的牵引力。到了水上，推的对象换成了水。公开的改装介绍显示，特制后轮可以拨水推进。

后轮转动时，凸起的结构像一片片小桨，把水向后推，水则给车一个向前的反作用力。发动机的功率，就这样经过传动系统和后轮，交给了水。

滑水板管“托”，后轮管“推”，但两者分不开。后轮吃水太浅，拨不到足够的水；吃水太深，阻力和功率消耗又会上升。而吃水深浅，又取决于车身被托得多高。

车后那条长长的水花尾巴，是车和水交换动量留下的痕迹。不过水花大不等于推得好，有相当一部分能量，变成了飞溅、波浪和杂乱的尾流。

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速度很关键，起步最艰难

动升力对速度非常敏感。用一个简化的关系来表示：

L = ½ρV²*S*CL

其中 ρ 是水的密度，V 是相对水流的速度，S 是参考面积；CL 是升系数是反映一个物体在流体中所受的向上托举力的无量纲参数，这里可以通过优化板形和姿态进行调整。就像的飞机的升力系数一样，改变攻角和翼型的形状，升力也会变化。

从公式可以看到：速度是关键，如果升力系数不变（即板型的面积和姿态不变），速度降到八成，动升力只剩约六成四；速度减半，升力只剩四分之一。

麻烦在于，升力一减弱，后面的事情会连着发生：车体下沉，更多部件泡进水里，阻力变大；如果推进力补不上，速度会继续下降，升力进一步减小。

起步，要先翻过一座“阻力峰”

更反直觉的是，从“泡在水里”到“滑在水面”的过程中，阻力并不是一路增加的。快艇起步时船头高高翘起、船尾拖出大浪，那正是最吃力的阶段：船体还没被托起，大部分泡在水里推着水走，还要爬自己造出来的波。一旦速度够了、船体被抬起，浸水面积变小，阻力反而会回落。

所以我们能看到张雪在昨天的测试中，从岸上加速后冲入水面，借陆地完成加速，直接以足够的速度跨过这段最难的阶段。但入水那一刻，动力、姿态和水动力支撑必须无缝衔接，只靠那点惯性，是跑不远的。

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跑起来之后，还得稳得住

如果一块板加一脚油门就能解决，这件事早就有人做成了。真正难的是：水面在动，车的姿态也在动。

板子多大，才合适？

张雪的次团队带了宽板和窄板两种改装车，正式挑战用的是窄板车型。

一般来说，宽板支撑面积大，低速更容易托起来，但阻力和飞溅也更大；窄板阻力小，跑得更快，但需要更高的速度才能托住，对姿态也更敏感。板的大小，要和重量、动力、目标速度一起权衡。

车头抬多高，才稳？

滑水板迎水的角度，既决定托举力的大小，也决定它作用在哪里。如果托举力的作用点在重心前方，车头会被抬起；在重心后方，车头会被压下。骑手前后移动身体，其实就是在挪动重心，和水的托举力“找平衡”。

遇到波浪，怎么办？

波浪会让接触面积和迎水角度突然变化，托举力也跟着忽大忽小。一侧先碰到浪，车身可能倾斜；板面短暂离水，支撑又会骤减。骑手要随时调整油门、重心和方向，设计上也要给这些调整留出余地。

既要让水托得住，还要让车在被扰动之后，有机会重新稳下来。

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漂几十米，和跑几十公里，差在哪里？

短距离成功，说明车能在一段时间内维持支撑和推进。距离一拉长，发动机的持续输出、传动负荷、防水、散热、油量和结构耐久性，都会开始影响能跑多远。

操控的负担也会累积。一个小毛病，几十秒内骑手或许能硬扛过去，持续几十分钟就可能耗尽体力。据报道，初版改装车难以操控、极耗体力，经过6轮迭代才稳定下来。

张雪还提到，早期仿真的边界条件设得不准，算出来的数据和实测有偏差，后来靠一次次下水实测，才把计算修正到贴近真实。

这也是工程里最朴素的一条路：把车开进水里，看它怎么抬头、哪里溅水、什么时候难以控制，再回去修改。一次次下水，才把“理论上能跑”，变成“能更久、更稳地跑”。

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张雪机车冲进河里的那一瞬间无疑最令人兴奋。可要让这一幕持续下去，需要许多事情同时成立：滑水板托住车，后轮推动车，骑手稳住姿态。速度、重心或水面稍有变化，这些力就得重新找到平衡。

水没有变化。是速度、姿态和一套反复打磨过的结构，让水托起了这辆摩托车。

而张雪的极致热爱和中国制造再一次闪耀世界吉尼斯纪录！

来源：LBM与流体力学

编辑：nerou987

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