2010-04-18 08:29:59 阅读5 评论0 字号:大中小
风帆是推动船舶前进的推进工具,利用自然界的风作为动力,使船舶的航速、航区大为扩展,为船舶技术的进一步发展奠定基础。风帆的出现可说是船舶发展史上的重要里程碑,为船舶的大型化和远洋航行开辟了广阔的前景。
中国船舶风帆的出现年代,迄今虽尚无定论,但大部分学者认为殷商时代就已经出现了风帆,认为甲骨文中的“凡”字即为“帆”,因此,商代的人可能已在船上设置帆,利用风力来行船。而且商代的纺织技术已能织出世界上最早的提花织物,那么用恰当的原料来织成风帆也不是没有可能的。
中国风帆的出现和使用,虽然较国外为晚,但因有船尾舵与之相配合,最迟从汉代起,就有相当成熟的驶帆技术,从而使中国的帆船能够跨越海洋,{lx1}于全世界。
船尾舵的前身为船尾舵桨,在商朝已经使用,用来控制船只的航行方向,其形制经历了几个阶段的演变。出土于长沙、广州和湖北江陵的汉代船只模型都有一个共通点,就是船尾都设有桨手,用来控制和操纵舟船的航行方向,这种设于尾部的桨通常称为操纵桨。桨柄增长就成为艄,用以控制船的航向。操纵桨在长期的应用中增加了桨叶的面积,便于控制船的方向,然后逐渐产生了真正的舵。
舵虽然是小小的装置,但它能使庞大的船体运转自如,其奥妙何在?原来,航行中的船只,如果要向左转,就要将舵向左偏转一个角度,水流就在舵面上产生了一股压力,即舵压。舵压本身很小,但它距离船的转动中心较远,所以使船转动的力矩比较大,船首就会相应地转向左方。船尾舵的出现,在船舶发展史上是一件重大意义的事,舵结合风帆和指南针就成为确保船只安全航行的三大条件。
橹的发明是中国对世界造船技术的重大贡献之一,它最早出现的年代目前尚不可考,传说鲁班看见鱼儿在水中挥尾前进,遂削木为橹。橹的外形有点像桨,但是比较大,一般支在船尾或船侧的橹檐上,入水一端的剖面呈弓形,另一端则系在船上。用手摇动橹檐绳,使伸入水中的橹板左右摆动。橹摆动时,船跟水接触的前后部分会产生压力差,形成推力,推动船只前进,就像鱼儿摆尾前进。古人有“一橹三桨”的说法,认为橹的效率可以达到桨的三倍,因为从桨到橹的变化,事实上就是从间歇划水变成连续划水,提高了效率。
橹不仅是一种连续性的推进工具,而且具有操纵船舶回转的功能。麦格雷戈(J.McGregor,英国人)就认为螺旋桨的发明,与欧洲人看到中国人使用橹后受到的启发不无关系。事实上,现代广为应用的螺旋桨推进器,其不间歇作旋转运动的叶片,与在水中滑动的橹板十分相似。
南北朝时期的中国人,已发明了轮船。以船侧轮子的转动代替划桨,以轮激水前进。古称为“车船”、“车轮轲”。在这里,轮成为以连续运动代替间歇运动的机械。车船,中国在世界造船史上的又一大贡献, 现在已是人们公认的现代轮船的始祖。
史载,祖冲之发明「千里船」,在建康 (南京) 新亭江试航,「日行百余里」。可惜,该记载未明确指出,祖冲之是否以轮代桨作为动力机械。至宋代,火药与轮船,已成为两项最重要的军事武器。宋将韩世忠在 1129 年镇江黄天荡战役中“用飞轮八楫,踏车蹈回江面”,有力打击金人完颜亮;在采石矶战役中,宋将虞允文的轮船战舰使金兵“相顾骇愕”等史事,都是明证。随轮船制造技术的提高,船中桨轮数量也从 2 轮发展到 4 轮、 8 轮、 20 轮,甚至 32 轮。
中国古代船舶的龙骨结构是造船业中的一项重大发明,对世界船舶结构的发展产生深远的影响。宋代尖底海船甲板平整,船舷下削如刃,船的横断面为V形,尖底船下设置贯通首尾的龙骨,用来支撑船身,使船只更坚固,同时吃水深,抗御风浪能力十分强。欧洲船只于十九世纪初才开始采用这种龙骨结构,比中国晚了数百年。
这一船舶结构大约发明于唐代,宋以后在海船中被普遍采用,部分内河船也有采用。所谓水密隔舱,就是用隔舱板把船舱分成互不相通的一个一个舱区,舱数有13个的,也有8个的。这一船舶结构是中国在造船方面的一大发明,它具有多方面的优越性。
首先,由于舱与舱之间严密分开,因此在航行中,特别是在远洋航行中,即使有一两个舱区破损进水,水也不会流到其他舱区。从船的整体来看,仍然保持有相当的浮力,不致沉没。如果进水太多,船支撑不住,只要抛弃货物,减轻载重量,也不至于很快沉入海底。如果船舶破损不严重,进水不多,只要把进水舱区里的货物搬走,就可以修复破损的地方,不会影响船舶继续航行。如果进水较严重,也可以驶到就近的口或陆地进行修补。因此,水密隔舱既提高了船舶的抗沉性能,又产加了远航的安全性能。
其次,船上分舱,货物的装卸和管理比较方便。不同的货主可以同时在个别的舱区中装货和取化,提高了装卸的效率,又便于进行管理。
另外,由于舱板跟船壳板紧密连结,起着加固船体的作用,不但增加了船舶整体的横向强度,而且取代了加设肋骨的工艺,使造船工艺简化。
由于水密舱结构具有这些优越性,受到普遍的欢迎。1974年泉州湾后渚出土的南宋海船,1976年南朝鲜新安海底发现的元代海船,1982年泉州法石发现的南宋海船,都采用水密隔舱结构形式。新安海船有8个舱区,法石海船大约也是8个舱区。
中国船舶采用的水密隔舱结构,很早就受到国外的赞赏。元代意大利施行家马可·波罗在他的《游记》中,对中国的船舶作了详细的描述。
英国的本瑟姆曾经考察过中国的船舶结构,并且对欧洲的造船工艺进行了改进,引进了中国的水密隔舱结构。公元1795,他受英国皇家海军的委托,设计并且制造了六艘新型的船只。在他所写的论文中说,他所造的船“有增加强度的隔板,它们可以保护船只,免得进水而沉没,正像现在中国人做的一样。”后来,本瑟姆夫人在为丈夫所写的传记中指出:“这不是本瑟姆将军的发明,他自己曾经公开地说过,'这是今天的中国人,一如古代的中国人所实行的'。”从此,中国先进的水密隔舱结构,逐渐被欧洲乃至世界各地的造船工艺所吸取,至今仍是船舶设计中重要的结构形式。