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[古代科技] 中國古代航海技術上的成就與造船工程技術成就

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家鄰 發表於 2007-10-22 11:37 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
  來源: 網絡
我國幅員遼闊,海岸線很長,不只是一個大陸國家,而且也是一個海洋國家,自古以來航海事業就很發達。     

  天文航海技術     

  天文航海技術主要是指在海上觀測天體來決定船舶位置的各種方法。我國古代出航海上,很早就知道觀看天體來辨明方向。西漢時代【淮南子】就說過,如在大海中乘船而不知東方或西方,那觀看北極星便明白了。(【齊俗訓】:"夫乘舟而惑者,不知東西,見斗極則悟矣。")晉代葛洪的【抱朴子外篇・嘉q】上也說,如在雲夢(古地名)中迷失了方向,必須靠指南車來引路;在大海中迷失了方向,必須觀看北極星來辨明航向。?quot;夫群迷乎雲夢者,必須指南以知道;並乎滄海者,必仰辰極以得反。")東晉法顯從印度搭船回國的時候說,當時在海上見"大海瀰漫,無邊無際,不知東西,只有觀看太陽、月亮和星辰而進。"一直到北宋以前,航海中還是"夜間看星星,白天看太陽"。只是到北宋才加了一條"在陰天看指南針"。

  大約到了元明時期,我國天文航海技術有了很大的發展,已能觀測星的高度來定地理緯度。這是我國古代航海天文學的先驅。這種方法當時叫"牽星術"。牽星術的工具叫牽星板。

  牽星板用優質的烏木製成。一共十二塊正方形木板,最大的一塊每邊長約二十四厘米,以下每塊遞減二厘米,最小的一塊每邊長約二厘米。另有用象牙製成一小方塊,四角缺刻,缺刻四邊的長度分別是上面所舉最小一塊邊長的四分之一、二分之一、四分之三和八分之一。比如用牽星板觀測北極星,左手拿木板一端的中心,手臂伸直,眼看天空,木板的上邊緣是北極星,下邊緣是水平線,這樣就可以測出所在地的北極星距水平的高度。高度高低不同可以用十二塊木板和象牙塊四缺刻替換調整使用。求得北極星高度後,就可以計算出所在地的地理緯度。

  元代意大利的馬可波羅由陸路來我國,在我國耽了二十多年後由海路回去。海路航線是經我國南海進入印度洋折而往西。馬可波羅當時是搭乘我國航海家駕駛的我國船舶回去的。在馬可波羅遊記中記載了當時我國海船和航海的情況。據遊記記載,海船由馬六甲海峽進入印度洋後,便有北極星高度的記錄,可見那時我國航海家已經掌握了牽星術。明代鄭和七次下"西洋","往返牽星為記"。可知當時航行在印度洋中的我國航海家已經十分熟悉牽星術了。明代牽星,一般都是牽北極星,但在低緯度(北緯六度)下北極星看不見時,改牽華蓋星(北極星是小熊座a星,華蓋星是小 熊座β、γ雙星)。

  明代在航海中還定出了方位星進行觀測,以方位星的方位角和地平高度來決定船舶夜間航行的位置。當時叫觀星法,觀星法也屬牽星術範圍之內。

  明代牽星術的航海記錄,例如從古裏(今印度西海岸的科澤科德)到祖法兒(今阿拉伯半島東海岸阿曼的佐法爾)航路,在古裏開船,看北極星的高度是六度二十四分(折合今度,下同)。船向西北,船行九百公裏到莽角奴兒(今印度西海岸的門格洛爾),看北極星的高度是八度。後船向西北偏西,航行一千五百公裏,在大海中,看北極星的高度是十度。又船向正西稍偏北,航行二千一百公裏,到祖法兒,看北極星的高度是十二度四十八分。把北極星高度用當時的算法拆算地理緯度,和現在各地的地理緯度基本相合。又從航路來看,航向和航程也和現在的骯路大致相同。由此可見,明代天文航海技術已經相當先進。

  關於求天象出沒時間,明代航海家也有些規定。流傳下來的明末抄本航路專書中有太陽月亮的出沒時間表,還有"定太陽出沒歌"和"定太陰出役歌"。"定太陽出沒歌"文是:

  "正九出乙沒庚方;二八出兔沒雞場;

  三七出甲從辛沒;四六生寅沒犬藏;

  五月出艮歸乾上;仲冬出巽沒坤方;

  惟有十月十二月,出辰入申仔細詳。』

  這是把十二個月的太陽出沒時辰用一首歌訣來概括。正月、九月太陽出在乙時沒在庚時,乙時在卯時和辰時之間,庚時在申時和西時之間。又兔指卯時,雞指酉時。甲時在寅時和卯時之間,辛時在酉時和戌時之間。犬指戌時。艮時在丑時和寅時之間,干時在戌時和亥時之間。巽時在辰時和已時之間,坤時在未時和申時之間。五月是夏至所在的月份,所以太陽出的時間要早,沒的時間要晚。仲冬是十一月,是冬至所在的月份,所以太陽出的時間要晚,沒的財間要早。這樣計時和天象實際相比是有些誤差的,但大致還適用。

  據明代一些航海書籍記載,遠洋海船上各色人員俱備,其中陰陽官、陰陽生專管觀測天象。明末流傳的小說【三寶太監西洋記通俗演義】中記載,"觀星斗陰陽宮十員"。又說:"每一號船上面有三層天盤,每一層天盤裏面擺着二十四名官軍,日上看風看雲,夜來觀星觀斗。"雖然這是一部小說,但多少也反映了明代航海中一些實際情況。

  地文航海技術

  我國古代地文航海技術的成就,包括航行儀器如航海羅盤、計程儀、測深儀的發明和創造,以及針路和海圖的運用等。

  航海羅盤是我國發明的。我國發明指南針後,很快使用到航海上。北宋時的指南浮針,也就是後來的水羅盤。宋代朱或敘述宋哲宗元符二年到徽宗崇寧元年(公元1099年到1102年)間的海船上已經使用指南針。宣和五年(公元1123年)徐兢到朝鮮去回國後所著【宣和奉使高麗圖經】中描寫這次航海過程說:晚上在海洋中不可停留,注意看星斗而前進,如果天黑可用指南浮針,來決定南北方向。這是目前世界上用指南針航海的兩條最早記錄,比公元1180年英國的奈開姆記載要早七八十年。

  航海羅盤上定二十四向,二十四向我國漢代早有記載。北宋沈括的地理圖上也用到這二十四向。把羅盤三百六十度分做二十四等分,相隔十五度為一向,也叫正針。但在使用時還有縫針,縫針是兩正針夾縫間的一向,因此航海羅盤就有四十八向。大約南宋時已有這四十八向的發明了。四十八向每向間隔是七度三十分,這要比西方的三十二向羅盤在定向時精確得多。所以三十二向的羅盤知識在明末雖從西方傳進來,但是我國航海家一直用我國固有的航海羅盤。

  古時船上放羅盤的場所叫針房,針房一般人員不能隨便進去。掌管羅盤的人叫火長。明代【西洋番國志】中說:要選取駕駛人員中有下海經驗的人做火長,用作船師,方可把針經圖式叫他掌握管理。"事大責重,豈容怠忽。"可見航海羅盤是海船上的一個重要設備。

  計程儀又叫測程儀。三國時期吳國海船航行到南海一帶去,有人寫過【南州異物志】一書,書中有這樣的記載:在船頭上把一木片投入海中,然後從船首向船尾快跑,看木片是否同時到達,來測算航速航程。這是計程儀的雛型。一直到明代還是用這個方法,不過規定更具體些,就是以一天一夜分為十更,用點燃香的枝數來計算時間,把木片投入海中,人從船首到船尾,如果人和木片同時到,計算的更數才標準,如人先到叫不上更,木片先到叫過更。一更是三十公裏航程。這樣便可算出航速和航程。

  我國古代這種計程的方法,和近代航海中扇形計程儀構造很相近似。扇形計程儀也是用一塊木板(扇形),不過用和全船等長的游線系住投入海中,然後用沙時計計算時間。沙時計一倒轉是十四秒。在游線上有記號,從游線長度算出航速和航程。我國古代用香枝(也叫香漏),西方近代用沙時計(也叫沙漏),兩者實在是異曲同工。

   我國至遲在唐代末年已有測深的設備。一種是"下鈎"測深,一種是"以繩結鐵"測深。深度達到六十多尺,這還是淺水測深。再稍晚一些,有記載說用綱下水測深,"綱長五十餘丈,才及水底。"綱是大繩,五十多丈,在已是深水測深了。

  南宋末年吳自牧的【夢粱錄】上說:如果航海到外國做買賣,從泉州便可出洋。經過七洲洋,"船上測水深約有七十餘丈"。當時測水這樣深,可見我國宋代已經有比較熟練的深水測深技術了。

  宋代已經有針路的設計。航海中主要是用指南針引路,所以叫做"針路"。記載鐵路有專書,這是航海中月積月累而成。這些專書後來有叫"針經",有叫"針譜",也有叫"針策"的。

  凡是針路一般都必寫明:某地開船,航向,航程,船到某地。航向的名稱有下列各種:單向的,叫單針(也有叫丹針的),或叫正針。雙向的,以相鄰兩向並稱,就是上文提到的縫針。兩個航向合稱時,有四種情況:第一,先單向後雙向;第二,先雙向後單向;第三,兩個都是單向;第四,兩個都是雙向。還有超過兩個航向合稱的。航程都用更計算。船到某地,就用四種不同稱號:第一,平,並靠的意思;第二,取,經過的意思;第三,見,望見的意思;第四,收,到達的意思。船舶在晚間航行時,要把牽星記錄寫入針路裏。又在航行過程中還要不斷測量水深,也要寫入針路。

  現在把明代【籌海圖編】記載由太倉到日本的針路舉例摘錄如下:"太倉港口開船,用單乙針,一更,船平吳淞江。用單乙針及乙卯針,一更,平寶山,到南匯嘴。用乙辰針出港口,打水①六七丈,沙泥地是正路,三更,見茶山。自此用坤申及丁未針,行三更,船直至大小七山,灘山在東北邊。灘山下水深七八托②,用單丁針及丁午針,三更,船至霍山。……"這段文字不算難懂。現在已經發現好幾種針路抄本,包括東洋和西洋的,我們要進一步研究。十六世紀初葡萄牙人航行於東南亞時,襲用了我國航海家所用的針路。

  至於海圖,北宋徐兢【宣和奉使高麗圖經】上己有海道圖,這是我國航海海圖最早的記載,可惜原圖已失傳。我國現存最早的海道圖是明初【海道經】裏附刻的"海道指南圖"。





船 型 

  中國是世界上造船歷史最悠久的國家之一。在歷史上,中國木船船型十分豐富多彩。到本世紀五十年代估計有千種左右,僅海洋漁船,船型就有二三百種之多。我國古代航海木帆船中的沙船、鳥船、福船、廣船,是最有名的船舶類型,尤以沙船和福船馳名於中外。

  沙船在唐代出現於江蘇崇明。它的前身,可以上溯到春秋時期。沙船在宋代稱"防沙平底船",在元代稱"平底船",明代才通稱"沙船"。

  沙船載重量,一般記載說是四千石到六千石(約合五百噸到八百噸),一說是二千石到三千石(約合二百五十噸到四百噸),元代海運大船八九千石(一千二百噸以上)。清代道光年間上海有沙船五千艘,估計當時全國沙船總數在萬艘以上。沙船運用範圍非常廣泛,沿江沿海都有沙船蹤跡。元明海運最盛時期年運量達三百五十萬石以上。遠洋航線沙船也很活躍。早在宋代以前公元十世紀初,就有中國沙船到爪哇的記載。在印度和印度尼西亞都有沙船類型的壁畫。二十世紀初有人認為,當時從我國北方到新加坡航線上的沙船,就是中世紀以前從我國到紅海以及東非港口貿易的那種船。

  公元十五世紀初的明代初年,鄭和七次下"西洋",二十多年間訪問了三十多國,在世界航海史上寫下了光輝的一頁。每次出動船艦一百多艘或兩百多艘,其中寶船四十多艘或六十多艘,共載兩萬七千多人。當時在南京和太倉造船,集中在太倉劉家港整隊出海。鄭和寶船長約一百五十米,舵杆長一一・○七米,張十二帆,這是最大的沙船了。

  五桅沙船。

  沙船有許多特點:第一,沙船底平能坐灘,不怕擱淺。在風浪中也安全。特別是風向潮向不同時,因底平吃水淺,受潮水影響比較小,比較安全。第二,沙船能調俄使鬥風(詳見船舶動力一節),順風逆風都能航行,甚至逆風頂水也能航行,適航性能好。第三,船寬初穩性大,又有各項保持穩性的設備,所以穩性最好。第四,多桅多帆,帆高利於使風,吃水淺,阻力小,快航性好。

  沙船方頭方尾,俗稱"方艄";甲板面寬敞,型深小,干舷低;採用大梁拱,使甲板能迅速排浪;有"出艄"便於安裝升降舵,有"虛艄"便於操縱艄篷:多桅多帆,航速比較快,舵面積大又能升降,出海時部分舵葉降到船底以下,能增加舵的效應,減少橫漂,遇淺水可以把舵升上。沙船採用平板龍骨,比較弱,寬厚是同級繒船船的百分之四五十,而大?(是沙船兩舷前後縱通材,非常粗壯堅實)特別多,大中型沙船每側有大?四根到六根,直壓到頭,川口鑲口(沙船艙口前後的縱通材)也很粗壯,直通前後。因而結構強度仍比其他同級航海帆船大。採用多水密隔艙以提高船的抗沉性。七級風能航行無礙,又能耐浪,所以沙船航程遠達非洲。

  福船是一種尖底海船,以行駛於南洋和遠海著稱。宋人說:"海舟以福建為上。"明代我國水師以福船為主要戰船。古代福船高大如樓,底尖上闊,首尾高昂,兩側有護板。全船分四層,下層裝土石壓艙,二層住兵士,三層是主要操作場所,上層是作戰場所,居高臨下,弓箭火炮向下發,往往能克敵制勝。福船首部高昂,又有堅強的衝擊裝置,乘風下壓能犁沉敵船,多用船力取勝。福船吃水四米,是深海優良戰艦。1974年七八月間,福建泉川灣後渚港發掘出一艘宋代海船,尖底而船身扁闊,平面近似橢圓形,頭尖尾方,從龍骨到舷側有船板十四行,一到十行是兩層船板疊合,十一到十三行是三層船板疊合,三層總厚度十八厘米(裏層八厘米,中層五厘米,外層五厘米),用三層板是防水線附近波浪衝擊,這和沙船用大?甚至用護?是一個道理。船板搭接和平接兩種方法混合使用。板縫有麻絲、竹茹和桐油灰搗成的合物。泉州古船十三艙,復原以後的船長三四・五五米,寬九・九米,深三・二七米,排水量三七四・四噸。

  公元七世紀的唐代,我國海船就以體積大、載量多、結構堅固、抗風力強聞名於世。此後,阿拉伯商人常乘中國帆船往來於東南亞一帶。九世紀中葉晚唐時期以後,我國建造的大海船更為許多亞非國家的人民所樂於乘坐。宋元時期,我國造船業又進一步發展。許多外國朋友往往用"世界最進步的造船匠"來稱譽我國船工。

  我國古代造船技術的特點,是能創造出可以適應各種不同地理環境、各種不同性能要求的優良船型。例如,周代的方舟,是一種雙體船。戰國時期有舫船,也是兩船並連在一起的雙體船,不僅能提高穩性,更便於裝貨載人。漢代的樓船非常高大雄壯。三國時期海上大船長二十多丈。晉代盧循(?-411)作八槽艦。南北朝時期祖沖之作千裏船。唐代有海鶻船,又出現新型漕船叫歇支江船。宋代最大的車船(槳輪船),長三十六丈,寬四丈一尺。明代有鄭和寶船,還有兩頭船、蜈蚣船、連環舟、子母舟以及其他新型船艦。連壞舟分前後兩截,前截沖炸敵船,後截脫壞駛回。連壞舟還長時期地用於民間運輸,也很方便,在彎曲小河中可以分成兩截,便於轉彎。子母舟後部中空藏小船,人敵陣後發火和敵船同毀,戰士乘小船返回。

  我國船工還善於吸取兒種優良船型的優點,綜合起來,創造新船型。例如宋代的江海兩用船,就是採用湖船底、戰船蓋、海船頭尾的新船型。又如清初康熙年間的福州運木船,又稱三不像船,它不像沙船,不像鳥船,不像蛋船,實際上就是吸取了這三種船型的優點創造出來的新船型。

  船舶設計

  宋代文獻中曾出現"船樣"二字:"溫州言,制置司降下【船樣】二本,仰差官買木,於本州有管官錢內各做海船二十五隻",這裏記載的【船樣】可能主要還是船圖和工料定額。另外還有提到"戰船木樣",那就顯然是指木製船模了。

  明代【南船紀】、【龍江船廠志】、【漕船志】中,記載的工料定額、尺寸、數量十分詳盡,但是沒有涉及船舶設計。目前已經發現的有關船舶設計的歷史文獻是清初的記載,它可說是我國封建社會後期傳統的船舶設計的代表作,表現了我國船工的智慧和創造性。

  清初,福建趕繒船的設計,是我國古代福船系統設計放樣的精華。趕繒船的龍骨是有彎度的,先決定龍骨長短,後決定彎度。先由船長決定龍骨總長度,再按比例決定三段龍骨長度。其次便要決定龍骨兩端的起橇(起翹),根據前後起橇就決定了龍骨的彎度。我們知道,三角形已知兩邊和高是不難畫出的。以前起橇作高,前龍骨和中龍骨作兩邊,畫出一個三角形;再甩後起橇、中龍骨和後龍骨又畫出一個三角形。把兩個三角形相同的一邊(中龍骨)重合起來,再描繪平滑曲線,如上圖所示,便繪出龍骨縱剖面圖。

  趕繒船的橫剖面,設計和繪製程序如下:設梁頭(船上的橫樑)長若干,這就是上平墨長度(上平線,墨是墨線)。每上平墨一丈配下平墨(下平線)若干。上下平墨互相平行,兩端兩兩連接起來就是邊墨(邊線)。上下平墨間的垂直距離等於艙深減去雞胸,這就得出上下平墨間的距離。又有所?quot;樣橇",就是為了把水圓轉處畫得肥圓一些的起橇。樣橇是邊墨和下平墨的交點到水圓轉處的垂直距離(和邊墨垂直)。如圖所示,畫出上下平墨、邊墨、雞胸、樣橇以後,再把上平墨兩端,雞胸下端,兩個樣橇外端,五點連成一條平滑曲線,這一條平滑曲線和上平墨就構成了船舶橫剖面單線圖。由四大梁頭處的四個橫剖面(四大梁頭指頭禁梁、駛風梁、官艙粱、尾禁梁),以及龍骨縱中剖面,構成趕繒船的基本線型圖。

  此外,在邊墨的中點畫一根和邊墨垂直的線,叫班胸,可以使水線附近的弧度更加肥滿一些。

  這種傳統的船舶設計方法是我國船工創造的具有民族風格的古代船舶設計方法。它的特點是方法簡便,效果良好,整體局部巧妙結合。以船舶的橫剖面為例,變更上下平墨和邊墨圍界起來的梯形,是橫剖面的整體變更。變更樣橇、班胸等的長短,那是局部調整。把整體變更和局部調整靈活地互相結合起來,就形成了一套十分簡便而又巧妙的設計方法。它體現了我國船工的智慧和創造性。

  至於我國各個地區各種船型的設計,往往採用各種不同的設計模數,一代一代地傳授下來,而採用哪一種尺度作基數,那是各不相同的。

  船舶建造

  南京市漢中門挹江門之間的三漢河中保村,相傳是寶船廠遺址。遺址上分佈着許多長方形大型水塘,依次稱一、二、……有幾個塘長二百到二百四十米,寬二十七到三十五米,深二米左右,當地居民都知道這是建造寶船的地方,至今仍有"上四塢"、"下四塢"的名稱。在這幾個大船塢遺址當中,1953年、1957年和1965年先後發現長一一・○七米的大舵杆以及殘損的絞關木(復原長四・七五米)等船上設備構件。這八個大船塢可以說是我國古代勞動人民製造寶船的歷史見證。

  在造船過程中設計船模,以及利用船塢造船,歷史文獻累有記載。宋代有黃懷信用大船塢修理大船,明代有"二十五日出塢,塢那造船之所"等記載。金代張中彥"手制小舟,才數寸許,……"記述了建造船舶先制船舶模型的過程。這比戰船"木樣"的記述更加明確地表示了設計建造船舶的程序。由此上溯到秦漢時期,漢墓中幾次發現的木製、陶製船舶明器,類似船舶模型。這至少可以說當時在造船過程中已經具備了先製造船模的條件。而廣州秦漢造船工場遺址的發現,似乎更加足以證明,在歷史上我國船工很早就利用船台造船,利用滑道使船舶下水了。

  1974年底在廣州市發掘的秦漢造船工場遺址,是一個規模巨大的古代船舶工場,有三個平行排列的造船台,還有木料加工場地。船台和滑道相結合,外形和鐵路相似,由枕木、滑板和木墩組成。枕木分大小兩種。滑板寬距可以調節。一號船台兩滑板中心間距一・八米,船的寬度應是三・六到五・四米;二號船台兩滑板中心間距二・八米,能造五・六到八・四米寬的船。滑板上平置兩行承架船體的木墩,共十三對,兩兩相對排列,高一米左右。在船底鑽孔、打釘、縫,有這樣的高度是比較合適的。

  一號船台南側有木料加工場地,場地上有烘彎木料的"彎木地牛"結構。還出土了劃線鉛塊,這是下料時劃線用的。造船台出土鐵鑄、鐵鑿、鐵釘和縫用的"掙鑿",此外還有方錐形木垂球(取垂線用)。

  秦漢時期相當規模的造船基礎,為以後唐宋時期我國遠洋帆船的高度發展創造了很好的條件,這就使我國航海木帆船在太平洋和印度洋上聲譽卓著達一千年以上。

  船舶性能

  我國古代船舶有很好的性能,主要有以下四點:

  第一,快航性。如江蘇沙船由於多桅多篷,篷又高,能充分利用風力,船體吃水又淺,阻力小,所以快航性好。鳥船頭小肚膨,身長體直,由於型線比較好,在速度方面和沙船、唬船差不多一樣快。明清時期各種船型當中具有快航性能的不少,如淮揚課船、江西紅船等內河船,也都具有快航的特點。

  第二,抗沉性。我國古代船舶的抗沉性是世界聞名的。唐代的船已用桐油石灰縫,使船舶具有很好的抗沉性。有人認為晉代八槽艦就是八個不漏水的艙(水密隔艙),雖然沒有確切的證明,但是當時的確已經具備製造水密隔艙的條件。宋元時期我國船舶的水密隔艙蜚聲中外,許多外國朋友提到中國船,就要稱譽中國船的抗沉性和水密隔艙(一艙兩艙漏水,不至於全船沉沒)。而西方到十八世紀才有水密隔艙。

  第三,適航性。我國古代的船舶船型眾多,多能因地制宜。各種不同船型能適應各種不同的地理環境。例如北方沿海多沙灘,我國船工就創造了平底沙船,少擱無礙。不管順風逆風,甚至逆風頂水,也能航行。至於各水系的內河船,適航性能好的也很多。

  第四,穩定性。宋代大龍舟用壓艙鐵八十萬斤才能保持船舶的穩定性。福船分四層,最下層裝士石壓艙。這說明我國船工對於船舶的穩定性一向予以極大的注意。

  公元九世紀以前,唐代海鶻船兩舷有浮板,起穩定作用,這是披水板的起源。宋代海鶻船圖每側浮板四到六具,到明代已經簡化為一具。這就是披水板,遮稱橇頭。後來,到明清之際,船底增設了梗水木兩根,有如今天的舭龍筋,起穩定作用。梗水木的出現是一大進步。沙船又備有竹製太平籃,平時懸掛船尾,遇風浪時裝石塊放置水中,使船不搖盪。因此,中國船的安全平穩在當時獲得了世界好評。

  船舶動力

  充分和靈巧地利用風力,是我國古代船舶技術高度發展的標誌之一。利用人力推進時,從槳、楫發展到櫓是一大進步。俗話說"一櫓三槳",說明櫓的效率是槳的兩倍甚至三倍。用槳划船一半做實功,一半做虛功;而櫓的整個運動過程都是做實功,使船舶推進工具的效率大大提高。秦漢造船遺址,漢代樓船,以及高效率推進工具櫓的出現、船尾舵的出現和風帆的使用,說明我國古代造船技術到漢代已經成熟了。

  漢魏時期,我國船工就經常把帆轉到一定的角度,它的使用面積是隨風力大小而增減的。   宋人說:"風有八面,唯當頭不可行。"這說明十三世紀以前我國在使用風力方面,除當頭風以外,其餘七面都可以行船。而西方的帆船,到十六世紀以後才能做到這一點。

  至於逆風行船,在我國已有四百年以上的歷史。逆風行船的記載首見於沙船。"沙船能調俄使鬥風!"逆風行船必須戧走(斜行),否則不能前進。為了保持正確航向,又必須"調戧"(輪流換向),必須走"之"形航線。逆風行船,披水板、船尾舵和風帆要密切配合。

  二桅沙船兩舷各裝披水板一塊,調戧時輪流使用下風一側的披水板。把披水板放落水中,伸到船底之下,以增加船舶橫向移動的阻力,來減少船舶偏航角度。

  我國船工曾經創造了各種不同形式的風帆。例如同是沙船,而風篷不同:內河沙船風篷狹長;外海沙船風篷比較寬而短,大約寬一倍,短三分之一左右。大概因為海風強勁,海船風篷必須降低風壓中心。我國南海帆船的風篷,把下風的邊緣做成折角或曲線形,上部比較小而下部比較寬大,使風壓中心降低,船就不易被風吹翻。

  風帆的利用,從初期的單桅單帆說,帆不大,船跑得不快。後來逐步發展到三帆、四帆、五帆、七帆,甚至十二帆。人們並發現帆掛桅頂最有效。所謂"頭巾頂可以提吊船身輕快",順風時使用"頭巾頂"航行速度就加快。在大篷的兩邊加"插花",可使船身不欹側。"插花"多在旁風時使用。大篷下面再加"篷裙",更能降低風壓中心。

  風篷增多固然可以充分利用風力,但同時也增加了操作的複雜性,加重了船工的勞動。如遇風暴突然來臨,不能把帆及時降下,就有折桅翻船的危險。於是又逐步簡化到一桅只有一帆,而帆的面積加大,使得既能充分利用風力,又便於操作和節省勞力。明代公元十五世紀以後,我國帆船的篷帆便逐漸簡化。從簡單到複雜,又從複雜進步到在同等效率下力求簡化,這是事物發展的一般規律。

  在古代,我國船舶動力大多使用風力,特別是長途航行。至於短途航行,卻多使用槳櫓。而槳輪船(車船)的出現,在一千多年當中也發揮過巨大的作用。

  南北朝時期祖沖之造千裏船,日行一百多裏。千裏船可能是一種槳輪船。唐代李皋(733-792)創造槳輪船,史書記載十分明確:"為戰艦,扶二輪踏之,翔風破浪,疾若掛帆席。"(【舊唐書・李皋傳】)槳輪船到南宋就有了較大規模的發展。在洞庭湖起義的農民領袖楊麼(?-1135),他的部下高宣曾經創造許多槳輪船。宋代大型的槳輪船長二三十丈,可容戰士七八百人。楊麼的槳輪船有樓兩三重,載一千多人,吃水一丈左右。槳輪船車數從四車、八車增到二十車、二十四車、三十二車。當時還有一種飛虎戰艦是四車船,四輪兩軸,每一輪槳一般有八葉槳片。以後一直到清末二十世紀初,我國南方地區還曾有過少量槳輪船。槳輪船的動力是用人力,不如帆船使用風力經濟,因此,雖然在一定時期裏面也曾形成高潮,但是終於未能十分廣泛地使用。

  槳輪船也叫明輪船,是把槳楫改成槳輪推進,把槳楫的間歇推進改成槳輪的旋轉推進(連續運轉)。槳輪船的出現是船舶推進技術上的一次重大進步。從唐代李皋算起,我國創造槳輪船比西方槳輪船的出現要早七八百年,歐洲到十五、十六世紀才有槳輪船出現。

  船舶的動力問題解決了以後,同樣重要的是航行方向問題。

  這個問題又可分兩個方面,一是掌握航向,一是辨別方向。掌握航向靠舵。我們知道,用槳櫓推進的船舶,可以不需要船尾舵:而帆船卻非有船尾舵不可。在我國,漢代陶船明器(廣州漢墓出土)上的船尾舵,可以明顯地看出由"梢"發展成舵的跡象,它標誌着當時船尾舵的出現。我國船工創造船尾舵比西方約早四個世紀。以後逐步發展,甚至有了正舵、副舵、三副舵。兩千多年來,我國船工創造了各種形式的舵,如升降舵、平衡舵、開孔舵等各種式樣。平衡舵和開孔舵都可以降低轉舵力矩,使轉舵省力。我國在唐宋時期已經有平衡舵。

  至於用指南針辨別方向,那更是我國航海技術的突出成就。航海船舶沿海岸航行,不需要辨別方向的儀器,老舵工熟悉沿海岸水域的海水深淺,看海岸遠近趨深避淺,船上往往只有舵工。在大洋中航行,舵工掌舵就要聽"火長"指揮(火長就是現今所謂"領航員")。所謂"惟憑針盤而行,乃火長掌之",說的就是這個情況。在大洋中航行,一望無邊,指南針就成為必不可少的航行儀器。"夜則觀星,晝則觀日,陰晦觀指南針。"(朱或:【萍州可談】)指南針是我國四大發明之一,在宋代用於航海,是我國航海技術的卓越成就,比西方要早兩個世紀。

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