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造船工艺:推进机具的革新 航海罗盘的运用

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【摘要】:
自古以来我国的造船工艺一直处在领先地位,特别是槽、舵和披水板这三项发明使西方造船与航海界长期为之倾倒。两宋时期的造船与航海技术继续向前发展。其重大创获有四:一是改进了操纵机具,这就是舵。舵最早出现于东汉,到宋代,为了使舵能在深浅水中并用,出现了升降舵,可以通过滑轮系统来调节舵的高低。为了减少舵转向时在水下所受的阻力,又设计出可以前后移动的舵轴,组成平衡舵。北宋张择端《清明上河图》所绘炸河船只上已经

自古以来我国的造船工艺一直处在领先地位,特别是槽、舵和披水板这三项发明使西方造船与航海界长期为之倾倒。两宋时期的造船与航海技术继续向前发展。

其重大创获有四:

一是改进了操纵机具,这就是舵。舵最早出现于东汉,到宋代,为了使舵能在深浅水中并用,出现了升降舵,可以通过滑轮系统来调节舵的高低。为了减少舵转向时在水下所受的阻力,又设计出可以前后移动的舵轴,组成平衡舵。北宋张择端《清明上河图》所绘炸河船只上已经装有可以升降的平衡舵。1978年天津静海县出土的宋船上也发现过平衡舵实物。与此同时,宋代船工又在舵叶上打上一些小孔,使舵的扭距大为降低,而对舵效却影响甚微,这就是开孔舵。据辛元欧同志的估计,开孔舵的出现不迟于宋元之际。

二是通过推进机具的改进而创造出世界二早的明轮船,这就是“车船”。在船舷两侧对称地装上数对车轮上装有激水叶片,以轮代桨。人在船内用双脚踏动轮轴,带动舷外叶轮旋转。原来桨楫的前后间歇推进被改进为叶轮的回转连续推进,极大地提高了推进效率,史称“其速如飞,远胜帆席”。这种明粉船在唐德宗贞元年间(785-805年)李皋已能制造,但未见推广。南宋初年开始用明轮装备战舰。1132年(绍兴2年)知无为军王彦造飞虎战舰,“旁设四轮,每轮八揖,四人旋斡,日行千里。”当然这是极言其快。

但是可以相信,即使日行数百里,也是当时世界上任何种类的船只所望尘莫及的速度。稍后南宋将领李纲、虞允文等亦造车船,最大的一种上下三层,高7.5丈,船长36丈,两舷装有3040轮,速度快,攻击力强。12世纪30年代活跃在洞庭湖一带的钟相、杨么起义军曾用车船大败宋朝官军。后来客舟、游艇也有‘但用车轮脚踏而行”的。《梦梁录》卷12“西湖”条称:“更有贾秋壑府车船,船棚上无人撑驾,但用车轮脚踏而行,其速如飞。”

三是水密舱的发明和干船坞的使用。水密舱技术之用于造船,增加了抗沉性,提高了安全系数,此点前章已经述及。这里介绍一下干船坞的发明。据沈括《梦溪笔谈补》卷下所载,北宋初年两浙所献龙舟,长达20余丈。赵宋皇室在使用了一个世纪后,“岁久衰败,欲修治而水中不可施工。”熙宁年间宦官黄怀敬献计造干船坞,在金明池北开凿‘大澳”(坑),澳中立起梁柱,放水淹没后,把船引于梁柱之上,再车空澳中之水,这样就可以修船了。修补完毕,再引水于澳中,船即浮起。这种千船坞技术,开近代船台之先河,是宋代造船经验中又一份宝贵的遗产。

四是导向仪器肮海罗盘的发明。茫茫大海,四顾无涯。船师辨别航向只能依靠长期积累的经验,“昼则观日,夜则观星”,既不方便,又有误差。北宋航海家开始把指南针改装成水罗盘,用于远洋航行。这是航海史上具有划时代意义的重大技术突破。沈括《梦澳笔谈》载有“水浮法”、“碗唇旋定法”、“指甲施定法”和“丝悬法”等四种装置方法,其中水浮法是用磁化钢针横贯灯芯,让它浮于水面,装在刻有24个方向的罗盘上,这就是最早的水罗盘,当时叫“浮针”。

北宋朱或《萍州可谈》说:“舟师识地理……,阴晦则观指南针……便知所至。”徐竞《宣和奉使高丽图经》说:“是夜,洋中不可住维,视星斗前进。若晦冥,则用浮针指南,以撰南北。”这是世界上关于航海用“浮针”导向的两条最早的记载。“浮针”的出现莫定了现代磁变仪、磁力仪和航空、航海罗盘的结构原理。水罗盘的运用真正解决了恶劣天气下海上求向的难题,人类自此才摆脱了海洋的羁绊而驰骋在辽阔无垠的大洋之中。