每艘帆船的设计者都必须解决一个有趣的问题：防止船上桅杆折断落水的最好方法是什么？人们关于这个问题的看法是有分歧的，可分为两个流派：东方派和西方派。西方派认为让桅杆维持在船上的最好办法是用横桅索和支索组成的复杂系统来固定。东方派则认为这些都毫无意义，而且很贵；他们的做法是竖立一根摇摇晃晃的高大桅杆，上面挂上大块的麻布垫子、竹席或俯拾可得的其他东西，然后依靠信仰的力量维持桅杆的直立。反正在这样的奇迹里，我从未发现任何其他力量的加入。
——威斯顿·马特（Weston Martyr），《南太水手》（The Southseaman）
我们刚才推导的压力容器理论，稍做修正，也适用于除密闭容器以外的其他东西，即“敞开”的膜和织物，它们需要承受风或水的自由流动带来的压力。这类东西可见于帐篷、风筝、帐幕、织物覆盖的飞机、降落伞、船帆、风车、耳膜、鱼鳍、蝙蝠和翼手龙的翅膀，以及葡萄牙战舰水母的帆状膜冠。
就所有这些用途而论，便利又经济的办法（见第14章）不是使用“刚性”的面板、外壳或单壳式构造，而是用某种柔韧的织物、外皮或膜覆盖住由杆、圆木或骨构成的强劲开放框架。这样的结构刚性不能太强，它需要实现下述功能，即一旦有来自风压或水压的任何侧向力作用于膜上，它就必须挠度变形或凹陷为弯曲的形状，在一阶近似下，可视之为球体或圆柱的一部分，因此膜上应力遵循的规律同压力容器外壳上的几乎一样。
由此我们可以很容易地揭示出单位宽度的膜上作用力或张力为pr，即风压（p）和覆膜曲率半径（r）的乘积。因此，膜弯曲得越厉害，膜上的作用力就越小，施于支撑框架的载荷也会减少。
当风吹起来时，风产生的压力随风速的平方而增加。在强风情况下，压力确实变得非常大，施于支撑结构的载荷也是一样。按西方工程学派的思维方式，我们对此无能为力，因为我们宁死也不愿让覆膜——不管是船帆或飞机的一部分，还是其他东西——在其支撑物之间明显鼓起来。当然，我们永远无法让织物保持完全平整，但我们能想方设法让它尽可能保持紧绷。实际上，我们可以做的事情就是使支撑框架变强、变重和变贵，并希望它不会断裂——当然，往往事与愿违。
例如，现代赛艇的帆桅装置通常是由管状金属桅杆和几乎不可伸展的涤纶帆组成的。这种空气动力的机械结构是靠许多绳和线来保持运作的，这些绳和线被依次用旋钮、摇柄和液压千斤顶拧得紧紧的，以应对船在微风中快速航行时作用在帆上的巨大载荷。这堪称工程“效率”的一个奇迹，但它也贵得吓人。这种类型的船舶给他们的乘坐者传递了一种绝非安逸的紧张感。(www.xing528.com)
一种更简单也更廉价的工作方式是，让船帆在它的支撑物之间鼓起来。这样一来，随风压的增长，曲率半径会减小，无论风吹得多么猛烈，帆布上的张力也会大致保持不变。当然，人们必须确保这种有助于缓解结构性难题的变形不会导致空气动力方面的问题。
中国人想出了一种优雅且令人满意的解决办法，毕竟他们以较为舒适安全的方式在海上航行了数个世纪。对于传统中式平底帆船的帆桅装置，各地的样式有所不同，但大体上都如图6-7所示。横跨船帆的板条依附于桅杆上，因为整个帆桅装置都是由柔性材料制成的；随着风力的增强，板条间的船帆按图6-8所示的方式鼓起来而不会损失太多的空气动力效率。如果鼓起不够，放松帆绳便能轻而易举地办到。赫伯特·哈斯勒（Herbert Hasler）上校因“二战”期间领导波尔多突袭战而闻名，近来他采用中式四角纵帆取得了令人满意的结果，几艘装配这种帆桅装置的赛艇以比较轻松的方式完成了远洋航行。如今十分流行的“悬挂式滑翔机”也是基于几乎同样的原理设计的，虽然它们可能会让因循守旧者感到震惊，但它们既便宜又强劲，似乎还很有效。
图6-7 中式平底帆船的帆桅装置
图6-8 平底船帆放松帆绳时的侧视图
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