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古人的造船智慧——風帆
發布時間:2020-07-16     作者:鄭玉婷   來源:科普中國   分享到:

“孤帆遠影碧空盡,唯見長江天際流”,李白的詩句名傳千古,詩句中提到的帆同樣經年不衰。從人力搖櫓、劃槳,到借助風力的帆,古人的造船智慧在行船動力的改進中體現得淋漓盡致。

在帆出現之前,船的行駛除憑借水流作用外,主要依靠的是人力。但是隨著船體的不斷增大和所載物品的不斷增加,需要的動力也不斷變大。于是人們發明了帆,開始借助自然界的風力來為船的行駛增加動力。

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我國的風帆航海技術是從商周時期開始的。大約在漢晉時期,發展較為成熟的風帆技術才被運用于遠洋航海。風帆技術是古代航海技術發展一次巨大飛躍,也是原始航海技術向古代航海技術發展的重要標志。

最初的風帆是固定帆,即把帆固定在一根桅桿上。但這種帆存在明顯的缺點,就是只能接受順風,即來自船尾的風,如果是逆風,幾乎無法行船。后人針對此缺點將固定帆改進為活動帆,用繩索把帆系在桅桿上。這樣不僅方便了帆的升降,還能根據風向來操縱繩索,改變風帆受風面的朝向。活動帆的出現大大提高了帆的受風效率,除無風的狀態外,任何時候都能夠獲得推進力。

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中國早期的風帆由植物葉或竹篾編織而成,叫做硬帆。為了使風帆更加牢固,古人不斷改進技術,又發明了平行式風帆,即在帆面的水平方向,每隔一定間距安裝一根竹條,從而構成一個平行的骨架。在縱帆上安裝許多橫向的帆竹后,當風帆遭到不同方向的風吹襲時,橫向的帆竹能夠使風帆較為穩定,形狀不會發生大的變化,不易卷折;而當風力與帆呈某一小角度并向帆吹襲時,硬帆會產生很大的垂直于風向的升力,升力在船舶前進方向產生了分力,從而成為推動船舶前行的動力。這是中國風帆的特點,也是與西方垂式軟帆的最大區別。

中國式帆船的風帆通常在起航時揚帆,停泊時落帆。由于古代的硬帆很重,揚帆時需要多人合力才能成功,因此古人還發明了專門用來省力的揚帆絞車,在遇到狂風暴雨等惡劣天氣時,依靠揚帆絞車可以做到迅速落帆。

海上氣候多變,航行過程中遇到恰好順風的情況并不多,如果遇到側風、橫風或前側風,未經改良的帆船便無法沿直線航行。而硬帆恰恰能夠根據風向來調整帆的角度,充分借助可利用的風力。風帆在前進過程中還伴隨產生了能使船產生橫漂的橫漂力,如果橫漂力沒有作用在船的重心,就會使船偏航。為避免偏航,需要配合舵一起使用來控制航向。成語“見風使舵”便來源于此。通過讓船只在水面上走“之”字形航線,分航段調整航向,曲折前進,從而可使船最終按預定航向前進。

隨著駛帆技術的加強,以及舵的操作方式越來越方便,于是也有了“八面來風”的說法,意思是無論哪個方向來的風,都可以被風帆接收轉化為動力。而能將“八面來風”應用自如的只有中國的硬帆。“八面來風”配合“見風使舵”,這是智慧的中國古人總結出來的技術要領,也是我國航海技術的精髓所在。



本文由北京市第六十五中學一級教師胡曉艷進行科學性把關。

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