漢代,我國(guó)造船航海技術(shù)已經(jīng)成熟。它的標(biāo)志是除前文所述能造成高十余丈有三層樓的高大“樓船”及類(lèi)型繁多的各種船只外,還有很多發(fā)明創(chuàng)造,如槳、櫓、船尾舵、風(fēng)帆等船舶推進(jìn)工具的日益完善和廣泛使用,橫隔艙造船結(jié)構(gòu)的重大貢獻(xiàn)等。
楫和棹
我國(guó)遠(yuǎn)在新石器時(shí)代就早已知道利用竹篙、木槳來(lái)劃船行進(jìn)并控制方向了。以后,隨著人們向深水區(qū)的遠(yuǎn)航,用竹篙不那么方便也不大能起作用了,木槳的作用日益增加。早期的槳多為短槳,叫“楫”,上端為圓桿,下端作板狀,用兩手持楫劃船使船前進(jìn)。在廣州出土的西漢木船模上有四個(gè)木俑,各拿一把短槳,坐著劃船,那就是楫了。但是,由于楫入水淺,推動(dòng)力量小,人們就不斷改進(jìn),加長(zhǎng)槳板,加寬槳葉,坐著劃的短槳日益變成站著劃的長(zhǎng)槳。長(zhǎng)槳古代稱(chēng)為“棹”。又由于長(zhǎng)槳重,劃水不方便,干是就在舷側(cè)做了可以擱放長(zhǎng)槳的槳柄孔或固定的支點(diǎn),叫槳座,以發(fā)揮杠桿作用。槳板撥水向后,其反作用力通過(guò)槳座推動(dòng)船只前進(jìn)。在長(zhǎng)沙出土的西漢木船模中,我們可以看到有16支長(zhǎng)槳即“棹”,這16支掉就是以舷板上的圓孔作支點(diǎn)的,棹有了支點(diǎn),就成了一個(gè)杠桿,劃動(dòng)時(shí)可以減輕臂力,發(fā)揮了腕臂的作用,槳手的體重也產(chǎn)生了作功的效果,效率大為提高。為了增加船只行駛的速度,槳手們常常一齊邊劃邊唱以統(tǒng)一動(dòng)作,同時(shí)可減輕疲勞感。漢武帝《秋風(fēng)賦》中有“蕭鼓鳴兮發(fā)棹歌”,描寫(xiě)的就是這種情況。
櫓
櫓是由長(zhǎng)槳演進(jìn)而成的用人力推進(jìn)船只的工具,也是控制船舶航向的工具。槳在劃行中常有不便。槳每入水作功一次,馬上要出離水中,為第二次入水作功作準(zhǔn)備,這樣,出水中作的是“虛功”,影響劃行的效率。因此它是間歇作功,船只也只能間歇推進(jìn)。于是人們對(duì)長(zhǎng)槳加以改進(jìn)發(fā)明了櫓。櫓的外形很像長(zhǎng)槳,但較大,櫓的把手和櫓板都是彎形的。入水一端的剖面是弓形,另一端系于船上,在櫓把手頂端部位系著一條繩叫“櫓擔(dān)繩”,櫓擔(dān)繩的下端拴在甲板上的一個(gè)鐵環(huán)上。櫓擔(dān)繩既可起固定櫓的作用,又可以作長(zhǎng)短的伸縮以調(diào)節(jié)櫓板入水的深淺。劉熙《釋名》中指出櫓的操作位置及作用:“在旁曰櫓,櫓膂也,用膂力然后舟行也。”櫓的操作方法是“搖”,被稱(chēng)為“搖櫓”。櫓入水后一直連續(xù)搖動(dòng),水中的櫓片左右擺動(dòng),其前后面發(fā)生水壓力的差異可產(chǎn)生推力。它的推力比長(zhǎng)槳效率高,而且省力。由于櫓加長(zhǎng)了長(zhǎng)槳的槳柄與槳葉,又把原槳葉的尾部彎曲上翹,所以櫓也被稱(chēng)為是新式的長(zhǎng)槳。櫓被置于舷側(cè),手持櫓柄,來(lái)回?fù)u動(dòng),對(duì)舟船起連續(xù)推動(dòng)力,這是漢代船舶推進(jìn)工具中劃時(shí)代的重大發(fā)明。櫓后來(lái)由置于舷側(cè)逐漸演變到置于船尾,不僅能起推進(jìn)作用,還可操縱船舶的轉(zhuǎn)彎,調(diào)整方向,控制航向。由于櫓結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,一器多用,至今仍在起作用。櫓是中國(guó)對(duì)世界造船與航海技術(shù)上的突出貢獻(xiàn)。
船尾舵
我國(guó)是世界上最早發(fā)明舵的國(guó)家。舵的發(fā)明和使用是我國(guó)造船與航海技術(shù)上的重大成就。槳的作用是劃行和控制方向,控制方向的槳被稱(chēng)為舵槳,它的位置逐漸從船舷移到船尾的正中央成為尾槳。尾槳從劃動(dòng)改為不離水面的擺動(dòng),尾槳起到了舵的作用,改稱(chēng)為舵槳,舵槳就是舵的始祖。從1974年湖北江陵西漢墓中出土的木船模型上可以看到船上有五支長(zhǎng)槳,都有槳叉,其中的四支在船前部?jī)蓚?cè),作劃槳用,另一支在靠船尾的舷部作舵槳用。舵槳遇淺灘或靠岸時(shí)不易操縱,槳翼隨船體加大而加大也不易操縱,于是人們改變了安裝方式,產(chǎn)生了舵。
舵至遲在東漢已發(fā)明并使用,1955年廣州出土的陶船模的舵尾就有一支早期的船尾舵。舵面呈不規(guī)則的四方形,面積較大,完全不同于舵槳的形狀。舵桿以十字形結(jié)構(gòu)固定,從船尾斜伸入船后方,舵桿頂端有一洞孔,用以安裝舵把,轉(zhuǎn)動(dòng)舵把可使舵面連軸轉(zhuǎn)動(dòng),可以自如地調(diào)節(jié)船只行進(jìn)的方向。這是航向操縱工具的重大革新。
風(fēng)帆
漢代,我國(guó)使用風(fēng)帆的技術(shù)已經(jīng)成熟。秦漢時(shí)期,我國(guó)早已能憑借季風(fēng)進(jìn)行大規(guī)模航海。沒(méi)有成熟的風(fēng)帆使用技術(shù)這是不可能的。西漢劉安《淮南子》說(shuō):“辟(譬)若伣[qiàn欠]之見(jiàn)風(fēng)也,無(wú)須臾之間定矣。”東漢許慎注說(shuō),“綄?zhuān)踙uǎn緩],候風(fēng)也,楚人謂之五兩也。”伣是古代測(cè)風(fēng)、觀(guān)察風(fēng)向的一種設(shè)備,后來(lái),有人也叫它為五兩。“伣”這種測(cè)風(fēng)儀商朝就有了。漢代沿用下來(lái)。這實(shí)際是一條為了測(cè)風(fēng)而綁在桿頂上的絲綢帶子(或羽毛)。有風(fēng)的時(shí)候又隨風(fēng)而擺動(dòng),據(jù)它擺動(dòng)的方向可知風(fēng)向。漢武帝所建的建章宮上有兩只相風(fēng)(觀(guān)察風(fēng)向)的銅鳳凰。古地理書(shū)《三輔黃圖》說(shuō):“銅鳳高五尺,飾黃金,棲屋上,下有轉(zhuǎn)樞,向風(fēng)若翔。”東漢張衡作過(guò)相風(fēng)銅鳥(niǎo)。當(dāng)然,這都是很堂皇的了。為什么又叫“五兩”呢?因重量必須在五兩以上,八兩以下,太重難以吹起,太輕則易于旋轉(zhuǎn),就不好掌握風(fēng)向了。這種測(cè)風(fēng)儀,由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用,航海中又很需要就很容易移到船上去使用。唐代詩(shī)人李白《送崔氏昆弟之金陵》詩(shī)中有“水客弄?dú)w棹,云帆卷輕霜,扁舟敬亭下,五兩先飄揚(yáng)”句,說(shuō)明了這一問(wèn)題。后代還有在船桅頂端懸掛“鯉魚(yú)旗”的,它就是從“伣”美化發(fā)展而來(lái)的,也是一種測(cè)風(fēng)儀。
風(fēng)帆的結(jié)構(gòu)和馭風(fēng)技術(shù)最晚在東漢已經(jīng)完備了。帆有一類(lèi)是用絲織物或布做的,叫“布帆”;另一類(lèi)用竹蔑或其他植物纖維做的,叫“蓆帆”。從結(jié)構(gòu)上看,一類(lèi)是軟帆,如布帆、蒲草帆,沒(méi)有橫向的帆竹支撐,只能在正順風(fēng)時(shí)用人字桅懸掛,不能斜移,也不能轉(zhuǎn)動(dòng)。另一類(lèi)是硬帆,是用與帆橫面等長(zhǎng)的若干根竹竿等矩支撐在帆的一面,或是交錯(cuò)穿插在帆的兩面上,這種橫竹竿叫帆竹,它可以支撐帆面使之平整,可以更有效地利用風(fēng)力。硬帆可以?huà)煸趩为?dú)的桅桿上,又可以圍繞桿來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng),形成平衡縱帆。
東漢丹陽(yáng)太守萬(wàn)震著《南州異物志》,敘述了當(dāng)時(shí)南海航海者的風(fēng)帆馭風(fēng)技術(shù)。書(shū)中說(shuō)明了帆面懸掛的位置在馭風(fēng)中的作用及帆面懸掛的樣式與受風(fēng)的關(guān)系:“其四帆,不正前向,皆使斜移,相聚以取風(fēng)吹。風(fēng)后者激而相射,亦并得風(fēng)力。若急,則隨宜增減之。斜張相取風(fēng)氣,而無(wú)高危之慮,故行不避迅風(fēng)激波,所以能疾。”這使我們了解到漢代海船的風(fēng)帆使用技術(shù)。海船在駛風(fēng)航行時(shí),隨風(fēng)向的順逆不同而采取不同的帆位布置。這種方法現(xiàn)代木帆船還在使用。船工有“船駛八面風(fēng)”的說(shuō)法。也就是帆船要利用各種風(fēng)向來(lái)馭風(fēng)航行。八面風(fēng)指相對(duì)于海船航向的八種風(fēng)向,即順風(fēng)、逆風(fēng)、左、右側(cè)風(fēng)(即左右橫風(fēng))。左、右斜順風(fēng),左右斜逆風(fēng)。各種風(fēng)吹來(lái),都與船體縱中線(xiàn)形成一個(gè)夾角。當(dāng)正順風(fēng)時(shí),風(fēng)向與船體縱中線(xiàn)一致形成0°角,正橫風(fēng)時(shí)形成90°角,正逆風(fēng)時(shí)形成180°角。海船的航向與風(fēng)向在0°—180°間,這樣,由于風(fēng)向的不同會(huì)形成不同的夾角,這種夾角叫“風(fēng)角”。當(dāng)風(fēng)角成0°時(shí),海船航向與風(fēng)向一致,船帆全面正迎風(fēng)吹,是利用風(fēng)力的最佳位置。這時(shí)的帆面與船體縱中線(xiàn)便形成一個(gè)90°夾角,這夾角叫“帆角”,在一般情況下,風(fēng)角與帆角成反比。實(shí)際上,海船常常是在各種橫風(fēng)與斜風(fēng)中航行,正順風(fēng)的0°風(fēng)角與90°帆角的情況是非常少的。不論風(fēng)向怎樣,船工們是會(huì)隨著風(fēng)向的變化把帆面調(diào)整到最好的位置,形成最有利的帆角??偸切币品嬉杂L(fēng)。在多帆的船上,斜移的帆面各自迎風(fēng),后帆就不會(huì)擋住前帆的受風(fēng)了。這也都是早在漢代就已形成的利用風(fēng)帆駕船的成熟經(jīng)驗(yàn)。東漢馬融于元初二年(公元115年)所作《廣成頌》一文對(duì)風(fēng)帆作了生動(dòng)的描述:“然后方余皇,連舼舟,張?jiān)品?,施霓幬[chóu綢],陵迅流,發(fā)棹歌,從水謳,滛魚(yú)出,蓍[shī詩(shī)]蔡(蓍草莖,古人筮用,“蓍蔡”即蓍龜、蓍草和龜甲,都用以卜吉兇)浮,湘靈(神名,虞舜妃,即湘夫人)下,漢女游。”(《后漢書(shū)·馬融傳》)
附:風(fēng)角與帆角的關(guān)系簡(jiǎn)略示意圖
橫隔艙的造船結(jié)構(gòu)
從考古發(fā)現(xiàn)中可知我國(guó)漢代就使用先進(jìn)的造船技術(shù),采用橫隔艙的造船結(jié)構(gòu)了。從1955年在廣州出土的東漢陶船模與1974年湖北江陵出土的船模上可以看出,船的甲板下在前、中、后建有三個(gè)艙。從廣州陶船模上可以明顯看到從船首到船尾有八個(gè)橫梁,船的兩側(cè)設(shè)有順船身縱向鋪設(shè)的木板,作撐篙用的左右兩邊走道。有舵錨。由于在甲板上建有艙房,艙房的左右兩壁都?jí)鹤趦上仙?,因此前后兩壁之下必須有橫梁支持它的重量。三座艙房的前后壁各壓座在一根橫梁上,這就用了六根橫梁,余下的兩根中,按木船的一般建造模式,其中的一根是船首的龍梁,另一根是船尾的斷水梁。這正好共用八根橫梁。每根橫梁之下正是木船建造中加固橫向強(qiáng)度的框架,架上再附釘上橫向木板構(gòu)成的隔艙板。八根橫梁說(shuō)明有八副隔艙板,它們把船體分成九個(gè)嚴(yán)密的分艙(船艙)。這就是用橫梁和隔艙板形成的分隔艙結(jié)構(gòu)造船技術(shù)。船在航行時(shí),即使有一兩個(gè)船艙受到破壞進(jìn)水了,水也不會(huì)流入其他船艙中,船也不會(huì)馬上沉沒(méi)。進(jìn)水的船艙可以抓緊時(shí)間抽水、堵塞漏洞和進(jìn)行其他修理,并不影響船的繼續(xù)航行。隔艙板與船殼板緊密釘合,縫隙處以桐油灰密封,船體被加固,在大風(fēng)大浪中航行增加了船舶的堅(jiān)固性和行駛的安全性。
船首艙多作儲(chǔ)存帆、纜索等航海工具物品之用。船尾艙多作為廚房。此外還有七個(gè)正式艙室供使用。
橫隔艙的造船結(jié)構(gòu),是我國(guó)造船技術(shù)的重大發(fā)明。后世造船,船體不管如何分艙,但都沿用了中國(guó)古代造船借分艙抗沉和加固橫向強(qiáng)度的設(shè)計(jì)原理。
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