船尾的一支橹，原理就像一只机翼

皮划艇、独木舟和划艇主要靠阻力推水：桨叶在水中被拉过，然后提出水面回到起始位置。摇橹（stern-sculling）的做法不同。一支长桨架在船尾横板的凹槽或桨架上，桨叶始终浸在水下。摇橹人通常面朝船尾，把桨柄左右横扫，双手划出一个无穷大符号“∞”，同时让桨绕自身轴线转动，以调整桨叶的角度。这项技术在世界上好几个地方至今仍有人使用，但此前主要由民族学家和生物力学研究者研究。G. Roudaut（Tud Yaouank Ar Mor协会，朗波勒-普卢阿泽勒）、B. Augier（法国海洋开发研究院IFREMER）和M. Rabaud（巴黎-萨克雷大学和法国国家科学研究中心）决定把它当作一个流体力学问题来研究。

一支装满传感器的桨

他们的试验船长4.74米、宽1.63米，空船重约100千克，带有一条长而浅的龙骨——摇橹最适合比较重、带龙骨的船，因为桨会交替地把船尾推向左边和右边。碳纤维桨长3.62米，配有一米长的木制桨叶，其横截面左右对称，带有非常轻微的弧度。

测力计测量了双手作用在桨柄上的力，以及凹槽作用在桨上的力。两个运动传感器跟踪桨和船体的运动，一台经GPS校准的桨轮式测速仪测量航速。由于桨很轻，作用在它上面的力几乎相互平衡，因此可以由测得的这两个力推算出水对桨叶的推力。两名经验丰富的摇橹人各自在平静的水面上把船从静止加速到他们所能达到的最高速度。

先是机翼，再是一推

一次划桨分为四个阶段：向一侧横扫，桨的快速转动，向另一侧横扫，再一次转动。

• 在横扫过程中，水以很小的角度迎向桨叶，平顺地流过桨叶表面。桨叶的作用就像一只机翼，升力推动小船前进。用一个标准的翼型计算程序，沿桨叶逐段计算，得出某一时刻的推力为35牛顿，而实测值为31牛顿。
• 在转动过程中，桨叶会短暂地正对水流。普通的阻力只能提供2到10牛顿，但团队测得的是20到45牛顿。差额来自附加质量：桨叶剧烈加速，必须带动一部分水与它一起运动。他们估算的约70牛顿，足以解释测得的力。

全部四个阶段都在推动小船前进，尽管推力在每个周期中有两次降到接近零。在每秒1.2米时，平均推力为19.4牛顿。桨叶的左右两条边轮流充当前缘，作者称，与动物界的推进方式相比，这是独一无二的——鳍和翅膀通常始终保持同一条前缘。在尾流中，每次翻转时脱落的涡旋形成一条交错排列的涡街，把水向后输送。

巡航速度下的65%

用传递给船的功率除以摇橹人施加在桨上的功率，就得到效率。效率在低速时上升，在每秒1.2米左右达到峰值65 ± 5%，然后在每秒2米左右降到约25%。作为对比，作者援引的数据是：船用螺旋桨在其设计速度下以及最好的传统划桨，效率约为75%。

他们解释说，速度高时会出现两个问题。为了让桨叶保持良好的角度，双手的横向移动速度必须超过人体舒适的范围。而且在转动阶段，很难足够快地把桨往回拉——甚至有把桨从凹槽中拔出来的风险。与此同时，船体本身也接近其临界速度，此时兴波成为主要阻力：在测试的速度范围内，所需功率增加了十倍，尽管摇橹人输出了约300瓦的功率，也无法再快了。

更好的桨还有改进空间

为了让测量简单，团队特意测试了一支刚性桨。真正的摇橹人往往更喜欢有一定弹性的桨，作者提出，弹性桨叶、更长的桨，或者向下弯曲的桨叶，可能在高速时保持更好的角度。他们总结说，为摇橹船设计理想的桨，“涉及许多权衡，其中包括摇橹人能产生的功率”。