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古人的造船智慧——风帆
发布时间:2020-07-16     作者:郑玉婷   来源:科普中国   分享到:

“孤帆远影碧空尽,唯见长江天际流”,李白的诗句名传千古,诗句中提到的帆同样经年不衰。从人力摇橹、划桨,到借助风力的帆,古人的造船智慧在行船动力的改进中体现得淋漓尽致。

在帆出现之前,船的行驶除凭借水流作用外,主要依靠的是人力。但是随着船体的不断增大和所载物品的不断增加,需要的动力也不断变大。于是人们发明了帆,开始借助自然界的风力来为船的行驶增加动力。

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我国的风帆航海技术是从商周时期开始的。大约在汉晋时期,发展较为成熟的风帆技术才被运用于远洋航海。风帆技术是古代航海技术发展一次巨大飞跃,也是原始航海技术向古代航海技术发展的重要标志。

最初的风帆是固定帆,即把帆固定在一根桅杆上。但这种帆存在明显的缺点,就是只能接受顺风,即来自船尾的风,如果是逆风,几乎无法行船。后人针对此缺点将固定帆改进为活动帆,用绳索把帆系在桅杆上。这样不仅方便了帆的升降,还能根据风向来操纵绳索,改变风帆受风面的朝向。活动帆的出现大大提高了帆的受风效率,除无风的状态外,任何时候都能够获得推进力。

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中国早期的风帆由植物叶或竹篾编织而成,叫做硬帆。为了使风帆更加牢固,古人不断改进技术,又发明了平行式风帆,即在帆面的水平方向,每隔一定间距安装一根竹条,从而构成一个平行的骨架。在纵帆上安装许多横向的帆竹后,当风帆遭到不同方向的风吹袭时,横向的帆竹能够使风帆较为稳定,形状不会发生大的变化,不易卷折;而当风力与帆呈某一小角度并向帆吹袭时,硬帆会产生很大的垂直于风向的升力,升力在船舶前进方向产生了分力,从而成为推动船舶前行的动力。这是中国风帆的特点,也是与西方垂式软帆的最大区别。

中国式帆船的风帆通常在起航时扬帆,停泊时落帆。由于古代的硬帆很重,扬帆时需要多人合力才能成功,因此古人还发明了专门用来省力的扬帆绞车,在遇到狂风暴雨等恶劣天气时,依靠扬帆绞车可以做到迅速落帆。

海上气候多变,航行过程中遇到恰好顺风的情况并不多,如果遇到侧风、横风或前侧风,未经改良的帆船便无法沿直线航行。而硬帆恰恰能够根据风向来调整帆的角度,充分借助可利用的风力。风帆在前进过程中还伴随产生了能使船产生横漂的横漂力,如果横漂力没有作用在船的重心,就会使船偏航。为避免偏航,需要配合舵一起使用来控制航向。成语“见风使舵”便来源于此。通过让船只在水面上走“之”字形航线,分航段调整航向,曲折前进,从而可使船最终按预定航向前进。

随着驶帆技术的加强,以及舵的操作方式越来越方便,于是也有了“八面来风”的说法,意思是无论哪个方向来的风,都可以被风帆接收转化为动力。而能将“八面来风”应用自如的只有中国的硬帆。“八面来风”配合“见风使舵”,这是智慧的中国古人总结出来的技术要领,也是我国航海技术的精髓所在。



本文由北京市第六十五中学一级教师胡晓艳进行科学性把关。

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