第四十八节帆舵锚橹
作者:法拉第      更新:2017-12-19 12:26      字数:7498

昨晚的庆功宴上,归豹和大家谈起了重开铜矿的事情。养敖作为军人,自然对这事很热心。薳书也赞同尽快重开,并且建议让薳申去霍具体负责此事。归豹最后看向了姜海涛。要在铜矿那里现场制造鼓风机、抽水机,他自然也该去。于是姜海涛询问归豹,自己要去多久。现在工场里的事情虽然不多,但造纸、抛石车一直没什么进展,农田灌溉马上又要开始,抽水机刚开始用,没准有什么问题,姜海涛不敢离开太久。另外一个不敢说的理由是:出了宫城后,自己会不会遭到归章、归贝的暗算?

随后的讨论让姜海涛放了一些心,因为看样子养敖也会去霍。至于时间长短,养敖给出了两种情况。走陆路,就和去蓼城的距离基本差不多。路线是一直往南走,但过淮河后不走史河的西岸,而是走东岸,到蓼城附近后向东走二十公里就到了。时间上,差不多七八天能到,再算上在霍呆的时间,还有回程,大概一个月够了。第二种情况就是走水路,但要绕一个大弯:从胡城沿着颍河朝东南方向顺流而下,路过颍城,进入淮河;然后顺淮河向西逆流而上,进入史河后逆流向南,最后在蓼城附近上岸。这么走要比陆路的100多公里远很多,至少250公里,需要10天左右。但是和陆路比,坐船舒服一些,而且带东西更方便一点。

这一下提醒了姜海涛。根据他的记忆,后世的大规模运输还是靠水运的,比如什么运粮食的漕运。好像秦灭楚,也是靠顺江而下的便利条件,很方便用船运输粮草兵马。这么看起来,水运要比陆运方便很多。可是现在听养敖的话,怎么好像水运的优势并不明显。姜海涛随后又想起了从蓼城回来时,渡河乘坐的木船。船板是用绳索捆起来的,没有钉子。嗯,肯定是因为现在的船不如后世的先进,所以运输能力差一些。想到这,姜海涛就提出自己打算先看看船,再决定怎么去霍。

听了他这个要求,归豹以为他还想试一试那个螺旋桨,于是满口答应了,但也告诉不必强求,用桨划船似乎也还不错。

现在姜海涛带着井来到城外一个码头,看到河里的几条船后,终于明白归豹为什么说“用桨划”也不错了。这春秋时期的船,还真是让他大感意外。

第一个意外就是船帆。还没靠近码头,他就看到河里竖着几块大东西。虽然不是白色的,但姜海涛还是立刻想起了船帆。这玩意可是借助大自然的清洁能源,零成本的,跑运输再合适不过了。按道理说,如果坐帆船去霍,应该能省不少力,速度应该也不慢呀?嗯……不对,顺风时才快呢。大概是春秋人还不懂力的原理,不会利用帆的角度逆风航行。

可是走到近前后,姜海涛才发现自己刚才的推测不在点子上。面前的船帆不是白色,不是因为他刚才以为的用麻布造成的,而是因为它们根本就不是布,是用叶子、竹片编的!所以面前这些船帆看起来,更像一块块竹席,远比布硬多了,自然也重得多。姜海涛忍不住停下脚步问道:“井,那船帆是用什么做的?”“用竹篾编的呀?哦,那些几个颜色浅一些的,是用卢头木叶编成的。”

姜海涛正准备问“为什么不用布”,突然意识到有点多余——现在就算是麻布都很贵,穿衣都不富裕,怎么能拿来制帆呢?而且和竹篾比起来,布肯定要不耐用,风吹雨淋下坏得快。这样一来,春秋的帆船自然要比电影里见的那些渔船慢一些了。[注024801]

来到船边后,姜海涛首先看了看那些竹船帆挂的方式,基本上确定它们只能顺风使用。因为帆的底部有一根横杆,两端用绳索拉到船的两侧,保证它垂直于船轴。一拉绳索,帆就挂起来了。这些帆还分成了一片片的,每片一米见方,往上每隔一两片就有一根横向的竹竿。松开绳索后,竹帆落下,会折叠起来。从几面拉起的船帆看,上面的某些竹竿也在两端系有绳索,帮助固定帆的方向。姜海涛询问了归豹派来的陪同人员后,进一步证实了自己的判断。

他立刻发现自己可以“剽窃”一下古人的成果,设计一套可以改变和控制船帆角度的绳索,然后教这时的船工们利用任意方向的风前进。再想想课外书上好像说过,中国古代的船帆,即使在迎风的情况下,也可以通过走之字形来前进。嗯,那样应该是先朝左前方走,然后转向右前方,同时把帆转一个角度。帆应该是怎样的角度呢?[注024802]

姜海涛蹲下身,准备在地上画图看一看。这时一艘船离开码头,他看了一眼后低下头,捡起块小石头准备画图,突然感觉有点不对头。嗯,好像有点问题?是什么呢?船需要转弯?姜海涛突然意识到什么,马上抬头看那艘离开的船。前面的景象又让他意外了一下——船上没有舵。

不过这样说也不完全正确,应该说船上没有姜海涛过去所熟悉的那种舵——从船尾插入水中的一块板。前面那条船上还是有一个类似舵的东西——一只比普通船桨更宽大的木桨。它被架在船尾,斜插到水里,一名船工正在船尾控制它。[注024803]

姜海涛立刻站起来,登上了一艘木船仔细查看。这一下,他发现这船上不仅没有那种转动灵活的舵,还没有锚。每条船上倒是都有一根长绳索,顶端系着一个大石头。船工告诉他这叫做“碇”,如果是在湖泊中停船,把它扔下去就行了;如果是在河岸边,就直接扔到岸上。现在他们停在码头,有绳索系到码头上的木桩上,用不着它。姜海涛很容易看出,这玩艺肯定不如爪子那样的锚好用,因为它全凭自己的分量来固定。他以为是因为船小,用这碇还算可以接受。可是在问过船工,还有包括井的其他人后,他才发现这时大船也是用这种石碇,或者硬木造的木碇,根本没有爪子那样的锚。[注024804]

在船上又仔细看了半天,甚至包括船底后,姜海涛记下了几名船工的名字,准备回去后通过养敖把他们要回去。因为他已经发现,自己对这船可以提出很多改进之处,大大提高它的能力,包括载重量、航速、省力等等。当然,这些改进也需要一些精通造船、驾船的工匠们来实践和完善。在回宫城的路上,他利用记忆中的船,从公园里的游船碰碰船,到军舰气垫船,再比对现在的船,已经想出了不少改进方法和“发明”。

首先当然就是船帆。刚才询问船工时,姜海涛发现自己先前的一个推测是错的,那就是竹篾造的帆比布帆重,所以船的航速慢了。船工们告诉他,这竹篾比麻布虽然重一些,但最多重两三倍,而整个船帆的重量和船比起来,要小多了,所以对航速的影响不会大。升降时,布帆由于重量轻,特别是更容易折叠,能比普通的竹、叶帆好很多,所以有些贵族的高档船采用布帆。姜海涛听到这里后,彻底打消了全面换用布帆的想法。不过另一项改进大有前途:改变船帆的固定方法,让它可以灵活转动,适应不同的风向。姜海涛准备回去后,立刻在宫城里造几艘木帆船模型,进行试验。

第二就是舵。对现在的船尾结构进行一点改进,竖着打一个孔,插下根木棍,下面固定一块板,上面固定一根杆,就成了一个“新型”的舵。在刚才询问船工时姜海涛还发现,他们已经能利用船帆和舵,利用后方吹来的风前进,不必是正后方。不过这时他们用舵的方式,不完全是插在水里偏个角度而已,还会向一侧划水。姜海涛马上就明白,这是因为单靠水的偏转,转弯的力量会不够。速度不快、桨面不大,可以产生的舵力自然也小。看来春秋人采用这种桨形舵,也是因为它能像桨一样划水,而且离船远,可以提供更大的转弯力矩。眼下速度快的船,都是靠很多人划桨的,这时让一侧的人停止划桨,甚至倒着划,也可以快速转弯,甚至原地旋转。所以姜海涛设计的那种“新型”舵,只有在航速提高后才会有明显优势。

第三项改进是在桨上,也是在了解帆、舵的情况时产生的副产品。没有风,还有迎风情况下,现在的船就只能靠划桨前进,于是船工带姜海涛看了一下木船两旁架设的木桨。桨本身没什么特别的,和姜海涛记忆中的差不多。但是他从船工们的演示中发现,他们都是面向船前进的方向,站着划桨。这可与奥运会比赛上看到的完全相反,于是姜海涛打算让划桨手转过来,背向前进方向。

第四项是橹。这东西放在船尾,既能推进又能控制航向,一个人就搞定了。问过所有的船工,他们都没见过这种让船前进的方法。在姜海涛来源于老家、影视剧的记忆中,好像南方的水乡都爱用这东西,据说效率比桨高,还适应狭窄的水道。而且从仿生学上看,这橹应该比桨更像鱼尾,似乎效率应该更高些。具体结构记不太清楚了,但原理还记得,就是让伸到水下的那一片,斜着拨动划水就行了。这么一想,姜海涛发现这橹和螺旋桨还有点相似,只不过一个是一片,一个是好几片,一个是左右来回地划,一个是只向一个方向转着划。[注024805]

第五项是锚。现在还没有铁,青铜也昂贵,所以姜海涛不可能造金属锚。于是他打算在现在碇的基础上,在石块上固定几根硬木,形成一个木石混合的锚。按照他的理解,后世的锚放到水里后倒下,锚爪就会扎到水底上,提高固定能力。自己现在这么凑合,虽然效果差点,但肯定也能比一块光溜溜的石头强。

第六项是改进造船工艺。姜海涛发现他参观的那几条船,船板似乎都比较厚。以他对木材强度的了解,这船上除了底板、隔板外,侧面,甚至底部两侧的某些船板都可以再薄一些。因为它们的主要作用应该是防止水流入,不必承受太大的负重。只需要让船底中间那根船板足够粗,可以承受整艘船的重量,应该就行了。这大概就是后世所说的船的龙骨。还有沿着船每隔两三米布置的一道隔板,也没必要都那么厚。记忆中,后世船舶里的结构有点像动物骨架:纵向一根龙骨模仿脊椎,横向就是一些像肋骨的东西。所以姜海涛想,可以尝试把那些隔板改成弯曲的木条,这样既承担了侧面来的压力,也减轻了重量。当然到底行不行,得试验后才能知道。但仅仅把一些不必承受大力的船板变薄,就能大大降低船的自重,姜海涛估计能在20%以上。

现在船板厚,姜海涛也想到了另外一个原因,那就是没有框锯。那些船板也是通过斧、楔裂开,然后用凿子慢慢修出来的,所以大多厚而窄。现在有了框锯,姜海涛设想的薄船板才有可能实现。而且这框锯还能带来另外一项好处,那就是板材变宽了,接缝就少了,有利于密封。姜海涛还想到,自己可以利用刨的优势,把接缝处刨成凹凸形的横截面,互相插起来,加强密封。自己曾在小区的装修垃圾里看到过废弃的木地板,侧面就是这种凹凸形的。

回到工场后,姜海涛立刻让大家暂时放下手头的工作,全都来参加船的改进工作。

把自己的设想讲解后,大家很容易就理解了开孔舵,以及造船工艺上的改进和好处。有的木匠还提出,可以用竹木钉代替麻绳捆扎,来固定相连的船板。于是这方面的改进工作被交给了几名木匠负责。

改变划桨手的方向,这里的工匠们就缺乏实践经验了,不知道效果究竟如何。而且这项改动对船体结构的影响似乎也很小,于是大家决定第二天等新招募的船工来了后,让他们去试试。还有锚的具体结构,比如是三个爪还是四个爪,恐怕也是他们更有发言权。

橹的原理,工匠们在看过螺旋桨的水下试验后已经有点理解了。但具体结构怎样,姜海涛记得不是很清楚,只是告诉他们橹柄的顶端有一根绳子连到船板上,而且好像有点弯曲。轸老头在木器结构方面的经验最丰富,但对新概念的理解稍微差点,脑筋不够活。于是姜海涛让豫协助轸老头去设计橹。

这些工匠里对“牛顿运动定律”等新知识理解最透的,还是井和一些小工匠。因此姜海涛把帆的改进交给他们具体执行。为此他还专门让工匠们造一台直径一米的鼓风机,用来给小船模吹风。

小船模第二天就造好了,长半米,宽10厘米,是用一整块木料凿成的。船中间留着一小段没凿,插上了一根竹竿模拟桅杆。帆倒是采用了麻布,上下都系在竹竿上。这俩竹竿的中间还被系了一个绳圈,套在桅杆上,于是帆可以绕着桅杆自由转动。通过调整竹竿两侧的细绳,可以把帆固定在需要的角度上。船的尾部还钻了一个孔,安放了一个开孔舵。

不料在他们到池塘试验时,突然发现了一个问题:鼓风机要比船高很多,而且船跑远了怎么办?姜海涛看着大家把船模从水里捞上来,感觉自己只能学后世的什么研究所之类的,造一个试验水池,还得有一定高度,比如一米。想了想,发现最简单的办法是找一条船放在地上当水盆。不过那玩意的长度可能短点。

回到工场后,看到在一角忙活的木匠们,姜海涛立刻有了主意。他让木匠们暂时停止用新工艺造船体的工作,改为制造一个长20米、宽1米、深半米的方形水槽。大家开始不太理解,于是姜海涛告诉他们船模试验碰到的问题,而且说先造这水槽,正好可以试验一下木板的结合与密封。有木匠问为什么要造20米长。井他们也有点不太理解,因为5、6米似乎就够用了,否则一台鼓风机吹不了那么远。姜海涛原本是考虑到今后肯定需要造超过10米的大船,想一步到位,既试验大船的工艺,也弄一个长水槽方便今后的试验。现在听木匠这么问,他反问对方是不是有什么困难。困难并不算很大,只不过费时费料一些,大概得五六天才能弄好。这一下井不太乐意了,建议还是尽快造一个短水槽,赶紧试一试船帆。木匠们随后提议说,可以先造个5米长的,大概一天就能完成,并且在一端留下需要的榫卯、接口,以后再继续加长。在他们看来,这水槽应该不会一直存着水,至少需要隔段时间检查一下密封。姜海涛这下知道自己考虑得有点偏,把“循序渐进”给忘了。

水槽在第二天如期完成,井立刻开始了吹风试验。鼓风机首先被摆在水槽一端,船模的小布帆被固定在96度,也就是垂直于船轴的方向。这样吹,当然不是为了检验小船模能不能走,而是要记录下一个速度值作为基准,看看今后不同的风速、风向对航速有什么样的具体影响。在姜海涛的带领下,井和很多工匠都已经形成了精确量化的习惯,只要时间允许,就会制定一个比较详细的试验步骤,把多种情况下的数据都记录下来,留待后面分析。

不过这也造成了一个难题,那就是最后记录数据用的竹简消耗量很大。幸好在不需要保存的临时记录和计算过程中,他们可以在地上写字,还能用上轸老头带人造出的纸。

姜海涛也时常想起纸,但一直没有很大进展。现在看着水槽,却给他打开了一扇明亮的窗户。

[注024801]:据三国时期的文献介绍,当时帆船上的帆是用卢头木叶织成的。《三国演义》中的甘宁,外号“锦帆贼”,就是因为他“奢侈”地采用西川锦作帆。从上,也可以看出船帆的材质类似竹席,而不是布。一直到清代,船帆还是以篾、芦苇编织的为多,后来才逐渐改为有竹条加强的帆布。大规模地采用布帆,在春秋时期肯定是非常浪费的。

[注024802]:从文字记录上看,我国最迟到到东汉时期,就在一条船上使用多个船帆。能够逆风航行的转动帆,则最迟从三国时代就开始采用了。从出土的绘画上看,它们在春秋战国之际大概还没有出现。先秦时期的船用帆航行时,都是挂一面帆,顺着风向行驶。大概还能用桨、舵配合一下,稍微改变一下方向,但应该还不会逆风航行。

[注024803]:根据出土的青铜器上的绘画来看,春秋战国时期只有外形类似船桨的舵。出土的西汉木船模型、东汉陶船模型上,也只有船桨形舵,不过逐渐变得更短更宽,和桨开始有区别。因此我们现在所熟悉的那种开孔舵,春秋战国时期肯定没有。

[注024804]:爪子那样的锚,大约到汉代才出现。

[注024805]:橹在春秋时期是否已出现,笔者实在找不到资料。东汉《释名释船》中倒是已经出现了橹、舵、桅、帆。在春秋战国时期的绘画上,橹和桨形舵在外形上无法区分,因为它们都放在船尾,而且橹也具备控制航向的功能。在这里,笔者选择了春秋时期还没有橹的情况,因为橹产生推力的原理和螺旋桨有点类似,和划桨区别很大,结构和使用上也要比桨复杂,古人应该需要经过长期的实践与一定的偶然,才会发现这一现象。而且小船上摇橹,晃动较大。对于早期木船来说,平衡恐怕也是限制橹产生的一个原因。

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