中國古代造船技術(shù)的偉大發(fā)明

親愛的同學(xué)們，海貝貝又和大家見面了。前幾期我們介紹了古代船舶的發(fā)展演變情況，船舶技術(shù)隨著時(shí)間的推進(jìn)日新月異。漫長的歲月中，中國古代造船技術(shù)取得過一系列重大的成就，曾長期居于世界領(lǐng)先地位，并對后世產(chǎn)生了巨大的影響。之前我們給大家介紹了船舶推進(jìn)工具櫓、中國式多桅多帆等技術(shù)，今天我們就來介紹一下中國古代造船技術(shù)中另外幾項(xiàng)有世界影響力的偉大發(fā)明。

水密隔艙

水能載舟，亦能覆舟。船舶雖然能自如地漂浮在水面上，但一旦船體破損，水進(jìn)入船艙，若不能及時(shí)堵住漏洞，船最終會(huì)沉沒。1912年4月14日，英國新造豪華郵船“泰坦尼克”號首航途中因撞擊冰山而沉沒，1300多人喪生，成為20世紀(jì)人類歷史上的重大災(zāi)難性事件。由于“泰坦尼克”號郵輪橫向進(jìn)行了分艙，在撞上冰山后，船首5個(gè)艙破損進(jìn)水，維持了2個(gè)多小時(shí)，這才使得近一半人有機(jī)會(huì)逃生，從中可以看出設(shè)置“水密隔艙”對船舶抗沉性的重要性。

那么，什么是水密隔艙呢？它有什么作用，又是如何發(fā)明的呢？

作為中國古代造船技術(shù)的一項(xiàng)偉大創(chuàng)造，水密隔艙是用隔艙板把船體嚴(yán)密分隔成若干個(gè)互不連通的艙室。這樣做有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，起到密封作用，因被橫艙壁所隔，船上形成若干水密隔艙，這樣即使一兩個(gè)船艙破損，水也不會(huì)流到其他船艙，增加了航行的安全性：第二，隔艙板與船殼板緊密釘合，增加了船整體的橫向強(qiáng)度：第三，艙壁為船體提供了堅(jiān)固的橫向結(jié)構(gòu)，使桅桿得以與船體緊密連接，這也使中國古代帆船采用多桅多帆成為可能：第四，方便貨物分類裝卸和管理。

水密隔艙是受到什么啟發(fā)而發(fā)明的呢？原來古人制作水密隔艙是借鑒了竹子橫隔膜結(jié)構(gòu)的功能。美國科技史學(xué)者坦普爾在《中國發(fā)明與發(fā)現(xiàn)的國度》一書中寫道：“建造船舶艙壁的想法是很自然的，中國人是從觀察竹竿的結(jié)構(gòu)獲得這個(gè)靈感的，竹竿節(jié)的橫隔膜把竹分隔成好多節(jié)空竹筒。由于歐洲沒有竹子，因此歐洲人沒有這方面的靈感。”中國盛產(chǎn)竹子，如同使用竹筏一樣，中國船匠早就對竹子的結(jié)構(gòu)和浮性有深刻的理解，從而制造出與竹子結(jié)構(gòu)相類似的獨(dú)一無二的船體結(jié)構(gòu)，堅(jiān)固而輕巧。

唐末五代期間，由于水密隔艙的問世，中國船舶越造越大，航程越走越遠(yuǎn)，開始進(jìn)入印度洋，并以堅(jiān)固、抗風(fēng)力強(qiáng)、安全性好而著稱于世。當(dāng)時(shí)的阿拉伯航海者均喜歡乘坐中國船，因?yàn)樗踩?/p>

水密隔艙技術(shù)在18世紀(jì)傳入歐洲后得到了更廣泛的應(yīng)用。上面提到的“泰坦尼克”號就設(shè)有16個(gè)水密隔艙。但由于“泰坦尼克”號的水密門質(zhì)量不好，個(gè)別水密門在水壓作用下破裂，加劇了船只的沉沒。“泰坦尼克”號沉沒之后，它的姐妹船——“奧林匹克”號和“大不列顛”號被秘密召回造船廠進(jìn)行改造，其中就包括改進(jìn)水密隔艙。水密隔艙技術(shù)既提高了船舶的抗沉性能，又增加了遠(yuǎn)航的安全性，使得這一造船技藝流傳至今。如今，按照規(guī)范要求設(shè)置水密艙壁，早已是世界各國制造船舶必須遵守的準(zhǔn)則。現(xiàn)代造船行業(yè)普遍使用水密隔艙技術(shù)，大型航母甚至有幾百到2 000個(gè)水密隔艙，為遠(yuǎn)洋航行提供了安全保障。2008年，水密隔艙福船制造技藝被列入第二批國家級非物質(zhì)文化遺產(chǎn)名錄，2010年，該項(xiàng)遺產(chǎn)被列入聯(lián)合國教科文組織評定的“急需保護(hù)的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)名錄”。

船尾

舵是操縱船舶航向的工具，經(jīng)常設(shè)在船舶尾部，所以常被稱為“船尾舵”。船尾舵的出現(xiàn)是船舶發(fā)展史上一件意義重大的事。舵是由槳慢慢演化而來的。隨著船體的增大，古人把槳按職能分為兩種：一種負(fù)責(zé)劃行，推動(dòng)船舶前進(jìn)：另一種則負(fù)責(zé)控制方向，被稱為“舵槳”。后來，槳的位置又從船舷移至船尾，成為尾槳，由此便演變出船尾舵。舵通過舵面與舵柄的杠桿關(guān)系、舵面與船的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的杠桿關(guān)系，能使龐大的船體運(yùn)轉(zhuǎn)自如，結(jié)合風(fēng)帆和指南針就成為確保船只安全航行的三大條件。

中國是最早使用舵的國家，已知的最早的船尾舵是1955年廣州出土的東漢墓中陶質(zhì)船模上的船尾舵。

兩千多年來，舵的形式在不斷地改變和創(chuàng)新。早期的舵從船尾伸出，形成一個(gè)較長的凸出，既不美觀也不方便。于是古人們想出了將舵垂直插入水中的方法，這種舵被稱為“垂直舵”。又由于內(nèi)河航道常常深淺不一，為了方便行駛，便產(chǎn)生了升降舵，當(dāng)船駛?cè)霚\灘或者靠岸時(shí)，可以把舵吊起，以防觸底折斷。一些大型船舵，如鄭和寶船長11米多的舵桿，還要用專門的絞車進(jìn)行升降。此外，唐宋時(shí)期還發(fā)明了平衡舵，即把舵的一部分面積分布在舵柱的前方，縮短了舵壓中心與舵軸的距離，從而減少了轉(zhuǎn)舵的力矩，使得操縱更為輕便。為使轉(zhuǎn)舵變得更省力，人們在舵上穿了許多孔，發(fā)明了開孔舵，以此來減少水的阻力。

舵的發(fā)明和使用改寫了世界航海事業(yè)的歷史。歐洲人在采用中國舵之前，都是用槳來控制方向，這樣是無法進(jìn)行遠(yuǎn)洋航行的。大約到10世紀(jì)，舵的技術(shù)已傳到阿拉伯，而直到12世紀(jì)末、13世紀(jì)初，歐洲才開始使用舵，并為15世紀(jì)的歐洲大航海時(shí)代創(chuàng)造了有利條件。

車輪舟

你們見過帶“輪子”的船嗎？也許你感到奇怪，船上又沒有輪子，為什么人們稱之“輪船”呢？事實(shí)上，現(xiàn)在的輪船確實(shí)已經(jīng)沒有“輪子”了，可是在古代，真的有帶“輪子”的船，而且這種船的產(chǎn)生可以說是船舶制造史上的一次變革。

大約在晉朝，中國人發(fā)明了輪槳。車輪舟就是用輪槳作為推進(jìn)工具的。船體兩側(cè)裝有木葉輪，可以通過人力踏動(dòng)使其轉(zhuǎn)動(dòng)，從而推進(jìn)船只。如果連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)槳輪，則槳葉不斷劃水，就可以連續(xù)推進(jìn)。在同一根轉(zhuǎn)軸上可根據(jù)船寬的大小安裝很多踏腳板，由很多人同時(shí)踏動(dòng)，可提高車輪舟的推進(jìn)效能和船速。大家都知道，搖櫓是用手臂來搖，而車船則可以用腿腳的力量踏動(dòng)木葉輪，由于腿腳的力量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于手臂，所以，雖然同樣是使用人力，車船能夠提供更高效的動(dòng)力。車輪舟進(jìn)退自如，這就提高了船的機(jī)動(dòng)性，這一點(diǎn)對戰(zhàn)船來說尤為重要。

車輪舟是中國在世界造船史上的又一大貢獻(xiàn)，領(lǐng)先西方千年左右。在歐洲，車輪船的第一次試驗(yàn)是于1543年在巴塞羅那進(jìn)行的。當(dāng)中國大規(guī)模發(fā)展車船并編成水軍時(shí)，已經(jīng)領(lǐng)先歐洲的第一次試驗(yàn)約400年了。車輪舟推動(dòng)了蒸汽機(jī)船的發(fā)展，推動(dòng)船舶前進(jìn)的大槳輪成為機(jī)動(dòng)船舶的象征，從而出現(xiàn)了“輪船”這個(gè)名稱。盡管現(xiàn)今早已不再使用槳輪了，但輪船的“輪”字仍被沿用。

龍骨結(jié)構(gòu)

中國古代船舶的龍骨結(jié)構(gòu)是造船業(yè)中的一項(xiàng)重大發(fā)明，對世界船舶結(jié)構(gòu)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。龍骨是在船體的基底中央連接船首柱和船尾柱的一個(gè)縱向構(gòu)件，它位于船的底部。在龍骨的上面有橫過的船肋加固。龍骨通常是船殼第一個(gè)被建造的部分，由主龍骨、尾龍骨和首柱三段構(gòu)成。龍骨的一個(gè)主要作用是承重，就如同人和動(dòng)物的脊椎一樣，是船舶最重要的承重結(jié)構(gòu)，承受船體的縱向彎曲力矩，保證船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。龍骨的另一個(gè)作用是擴(kuò)大了船的側(cè)面面積，提高了船在水中的并聯(lián)阻抗，防止了側(cè)風(fēng)轉(zhuǎn)向。這對逆風(fēng)航行尤為重要。此外，龍骨還對船的重量穩(wěn)定有重要作用，減少了船的傾斜或是反向轉(zhuǎn)動(dòng)。

中國古代的造船工匠們?yōu)榱耸勾坝懈玫倪m航性和穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)建造出了“短而肥”的尖底海船。這種船甲板平整，船舷下削如刃，船的橫斷面為V形，尖底船下設(shè)置貫通首尾的龍骨，用來支撐船身，使船只更堅(jiān)固，同時(shí)吃水深，抗御風(fēng)浪能力十分強(qiáng)。在船舷兩側(cè)又裝有舭龍骨，即一種位于船側(cè)和船底交界處的縱向構(gòu)件，它能減弱船舶在波浪中航行時(shí)的搖擺現(xiàn)象，提高了船體的縱向強(qiáng)度。歐洲船只于19世紀(jì)初才開始采用這種龍骨結(jié)構(gòu)，比中國晚了數(shù)百年，而且縱向主構(gòu)件只有龍骨，不及中國海船堅(jiān)固。

中國發(fā)明的水密隔艙、船尾舵、車輪舟、龍骨結(jié)構(gòu)等技術(shù)凸顯了中國古代造船的輝煌歷史，有力地推動(dòng)了中國和全世界的造船與航海活動(dòng)。西方近、現(xiàn)代船舶科技發(fā)展過程中的不少發(fā)明都可以在中國古代造船技術(shù)領(lǐng)域找到影子或閃光點(diǎn)。同學(xué)們，想繼續(xù)了解關(guān)于近現(xiàn)代船舶技術(shù)的發(fā)展和演變情況嗎？讓我們下期再敘吧。