何國衛(wèi)

利用風力推動船舶航行是人類利用風能最實用最有效和最有深遠影響的技術發(fā)明和創(chuàng)造，為船舶的大型化發(fā)展、長距離航行提供了不可或缺的技術條件。風帆是利用自然風力的船舶推進有效工具。中國船帆不同于西洋船帆，它在歷史長河中不斷得到改進、提高，并逐漸形成自己的特色，中國帆船依靠這種別具特色的船帆乘風破浪無往不前。

林林總總的中國船帆

木帆船外觀最顯眼的是豎立于船上的船桅和掛在船桅上的風帆。船帆的布置和外形可謂林林總總，五花八門。

桅主要是用來掛帆的，中國帆船很早就采用多桅多帆，根據船的大小不同設置不同數(shù)量的船桅，小船用單桅就夠了，現(xiàn)代木帆船一般從單桅到三桅，三桅船的船桅分主桅（又稱大桅）、頭桅（又稱首桅）和尾帆，主桅一般置于在船長從后至前的十分之六處的縱中線上，頭桅、尾桅分別設在船的首、尾附近。中國船桅有多達7桅的，例如，太湖七扇子船就是七桅七帆（圖1）。明代鄭和下西洋乘坐的大型寶船是9桅12帆（圖2），創(chuàng)世界之最。

圖1　太湖七扇子船

中國船桅一般用順直的圓杉木制成，因為杉木輕而富有彈性抗折強度甚佳，耐腐蝕也比校好。桅通常是整根木材獨豎，桅上掛一幅縱帆。西洋帆船則多桅多帆，桿桅通常用三節(jié)連接而成，每一節(jié)桅上掛著橫向布帆（圖3）。

中國帆船的風帆（又稱蓬），形狀大致分矩形、扇形和上部扇形下部矩形的混合形等三類，以后者居多。太湖七扇子船是沙船型，它的船帆是矩形帆，廣船的帆形如張開的折扇，故稱作扇形帆，扇形帆的外形很美，當三帆向左右同時展開，好像蝴蝶在海面飛舞，美其名為蝴蝶帆（圖4），與其他船型相比最具特點。

圖2　鄭和寶船

不論哪類形式的風帆，其風帆面的高度大于帆的寬度，被稱作縱帆。西洋帆船的風帆是單幅風帆，帆面的高度一般小于帆寬，所以被稱作橫帆。

中國船帆也有布質的軟帆、三角帆，一般都用于內河船和小船上。某些航海木帆船駛風時加掛的三角形軟帆，它是用作輔助帆。張掛在不同位置輔帆有不同的稱呼：掛在主帆或頭帆一側的，稱“外挑”；在主桅底下的，稱“坐裙”；掛在主桅頂部與頭桅頂部之間的，稱“天橋”；斜掛在頭桅上部與船頭伸桿之間的，稱“前插花”；斜掛在主桅上部與船尾部之間的，稱“后插花”；斜掛在主桅上部與船首部之間的，稱“耳捂”。除“外挑”與“坐裙”用于駛順風外，其余都在駛偏風的時候適當張掛。

中國船帆是采用“吊帆索”將風帆掛置在桅上的。帆是利用風對風帆面的壓力推船前進的駛風裝置?！半S風張幔曰帆，使舟疾泛泛然也”，這是漢代劉熙所著《釋名》一書中對風帆有生動描寫。唐代大詩人李白也寫有“直掛云帆濟滄?！钡慕^妙詩句。

圖3　西洋飛箭式帆船

中國帆船都是靠拉動“提頭索”升帆的，只要松放“提頭索”，風帆就能靠自身重量落下，放置在桅下的帆架上，升落帆的操作都在甲板上進行很是方便。而西洋帆船的收放帆卻需要多名水手爬上每根帆橫桁，站立在橫桁上齊力將沉重的帆面向上卷起或放下，這顯然是一種高強度高危險的高空作業(yè)（圖5）。

“硬帆”和“活帆”是中國船帆的重要特點

圖4 廣東船的蝴蝶帆

中國船帆的最重要特點是既屬“硬帆”也是“活帆”。船帆有“軟帆”和“硬帆”之分，用布縫制而成的風帆面是布面，因其質軟而稱“軟帆”。所謂“硬帆”是指風帆面用篾或蒲草編織而成的帆面，這種帆的面質硬當屬“硬帆”。另有一種風帆特別奇特，它的帆面雖用布料，但在布帆面上橫置多根竹子撐條用來支撐帆面，形成一具整體比較平整的帆面，使風帆具有一定的硬度，因此也屬“硬帆”，這正中國布質“硬帆”的獨特之處。橫置的竹子被稱作帆竹，帆竹有一定的彈性，風帆面受風時會略呈弓形，形似機翼剖面。當風力與風帆面成某一角度吹襲時，如同風對機翼產生的升力一樣，風帆面也會產生垂直于風向的很大升力，此升力在船的前進方向的分力就是帆船的前進動力。

圖5 “哥德堡號”水手正在放帆

中國絕大多數(shù)的布質風帆，尤其是主帆，就是這樣的布質硬帆。當然，“硬帆”與“軟帆”是相對于而言的。在古代“硬帆”稱作利篷，布質軟帆為布幔。西洋船的船帆是典型的軟帆，當船處于順風時西洋船的“軟帆”似乎具有明顯的優(yōu)勢，但當船受側向來風時就不如中國的“硬帆”有效了。有“帆竹”的“硬帆”能更有效地利用風力，為絕大多數(shù)木帆船所采用。

中國帆船“硬帆”上的“帆竹”，通常一帆有若干根均勻分布，帆底邊的一根比較粗，稱帆底桁。“帆竹”或裝置在帆的一面，或交錯穿插于帆的兩面。抱桅索把風帆面圍抱在桅桿一側，抱桅索圍過桅桿兩端系結在帆竹上，保持帆面與桅桿貼近，它既使風帆面與桅桿貼近又留有兩者活動的空間，風帆能靈活地繞桅桿轉動。這樣使帆面受到的風力均勻地傳遞到桅桿并通過桅桿傳遞到船體。抱桅索除用繩索外也有用竹竿、竹片、藤條的，為了減少抱桅索與桅桿之間的摩擦力，有的抱桅繩索上還穿上用果子核制成的珠子。船帆能繞桅桿靈活地轉動，風帆的轉動技術就把風帆變活了，使它成為“活帆”，“活帆”可以方便地繞船桅大角度的隨意左右轉動，使風帆的面向適應風向的變化，讓風帆處于有利的受風狀態(tài)，在清代寧波船桅帆上清晰地展示出抱桅索的技術特色（圖6）。

抱桅索的設置不僅使船帆繞桅轉動而且升降帆的上下移動都是非常靈活的。西洋帆船的“軟帆”雖然也能稍作轉動但受到桅兩側的穩(wěn)索等影響，可轉動的角度并不大，帆的升降也很困難，完全不能與中國的“活帆”相比，它基本上屬于“死帆”或充其量為半活帆。

圖6　清代寧波船上的抱桅索

以桅中心線劃分，若“硬帆”前后部分的風帆面積不相同，則稱為平衡帆；若桅中心線前后帆面積剛好相等則是全平衡帆；若桅處在帆面的邊線上，即是帆面積積全部在桅的一邊，則是不平衡帆。平衡帆風帆面積的重心在桅的后面，便于操縱，駛風靈活，中國帆船使用的絕大多數(shù)“硬帆”是屬于平衡帆。西洋帆船的“軟帆”布置是在桅的左右對稱，是典型的全平衡帆。

“硬帆”和“活帆”是中國船帆最重要的技術特征，中國特色的轉動“硬帆”得到廣泛的應用。

圖7　打戧航行圖

中國船帆駛八面來風

圖8　南京船上的披水板

眾所周知，風從船尾吹來是最好不過的了，因為這是順風，順風是航船吸收風力的最佳風向，中國最常用的祝愿用語祝您“一路順風”講的就是這個道理。然而，自然界風的來襲是四面八方的，相對于航船的風向有順風、左和右斜順風、左和右側風（即橫風）、左和右斜逆風和逆風等八個方向，當然，逆風（即頂風、當頭風，古稱斗風）時，風力反倒成了航船前進的阻力，不進則退，這是航船最不愿見到的。風向不是航船所能改變的，而需要航船去適應風向。如何操縱風帆接受和利用不同方向的來風呢？這就涉及到中國帆船的風帆特點和駛風技術了。

因為中國帆船屬于“硬帆”，只要與來襲的風有一定夾角，就會產生垂直于風向的升力分解成船舶前進的推力，又因為中國帆船是“活帆”，因此可以根據不同航向和風向的實際情況來轉動船帆，使風帆處于最佳位置。古代船民操帆的經驗告訴我們，在一定的風向和航向下，風帆面處于風向和航向組成的夾角的平分線上時最為有利。中國船帆的“硬帆”和“活帆”的特點，使它不僅在順風，而且不論是在后側風還是前側風的情況下都能吸收風力推進船舶前進。因此，航船遇到的只要不是正逆風（頂頭風），即使是前側風也能獲取風力在航船前進方向的分力。但航船遭遇頂風時就只得落帆了，難怪北宋的徐兢在《宣和奉使高麗圖經》中就有“唯當頭風不可行”的記載。

既然“唯當頭風不可行”，中國帆船又是如何實現(xiàn)“八面受風”航行的呢？它靠的是中國船工創(chuàng)造的“打戧”（又稱“調戧”）駛風技術。

聞名遐邇的逆風調戧技術就是通常所說的船作“之”（或稱“Z”）字形的航行技術，帆船行“之”字形航線靠操縱船首左右連續(xù)轉向來實現(xiàn)。因為“之”字形航行使航向與風向之間有較大的夾角，通過操風帆面使它處于風向和航向組成的夾角的平分線上，從而獲得一定的推進風力（圖7）。當風角大于135°時，因為相對于順風來說它的風力和航速就很小，所以只得打戧駛風了。

帆面在受到側斜風時，船舶勢必存在橫向漂移力，這時可向迎風側壓舵，使船首稍迎著風向，以抵消橫漂影響。風帆與船舵的配合使用是帆船駛風技術的重大進步。當航船受到過大的側斜風所產生的橫移力時，船的抗漂移僅靠船舵難以勝任，中國創(chuàng)造的披水板隨之登上歷史舞臺，它的科學性和有效性已被實踐所證明。披水板又稱腰舵、翹頭，披水板是木帆船駛風的輔助工具，它是不等邊長方形的硬雜木厚板，上窄下略寬，平時對稱地懸掛在船的兩舷側，一般用拉索升降。當駛偏風時就將下風舷的披水板放到水中，由于披水板對船舶產生橫向阻尼力，起到減小或阻止船體橫向漂移，即是起到了抗漂作用，披水板對船減小橫漂的效果十分明顯。

針對逆風打戧時船受到左右交替的橫移力，就對應地將左右兩舷的披水板輪流放落下水以助打戧駛風。沙船是平底而且吃水淺，抗漂能力差，因此普遍使用披水板。清代南京船就是平底沙船，受側風極易漂移，圖中的披水板得到了很直觀的顯示（圖8）。

圖9　荷蘭船上的披水板

明代宋應星的《天工開物》已有披水板的明確記載：“船身太長而風力橫勁，舵力不甚應手，則急下一偏披水板以抵其勢”。由此認為披水板始于明代應該是成立的，它不僅明確指出航船用披水板，還指出了披水板的抗漂助舵作用。

成書于明代天啟元年（1621年），由茅元儀撰的《武備志》中明確地記有“沙船能調戧使斗風”，這可能是采用調戧技術逆風航行的最早記載。這說明北宋時船帆“當頭風不可行”的問題到明代得到了解決。

當然，為了求得更為有力的帆角獲得更佳的風力，打戧并非一定在頂風時才采用，在斜側風時也有打戧航行的。

《天工開物》記有：“凡風從橫來，名曰搶風。順水行舟則掛篷，（作）之、玄游走，或一搶向東，止寸平過，甚至卻退數(shù)十丈。未及岸時，捩舵轉篷，一搶向西。借貸水力兼帶風力扎下，則頃刻十余里?！硖L而風力橫勁，舵力不甚應手，則急下一偏披水板，以抵其勢?！边@是中國船工在橫風中，帆、舵、披水板聯(lián)動操駕技術的生動寫照，更是熟練掌握打戧技術的反映。

實踐證明，中國帆船采用打戧駛風技術是完全可以在逆風下航行，逆風打戧是中國古代船民航海實踐中的重要創(chuàng)造。但是，也應該指出的是，打戧操作必須連續(xù)左右操舵控制船向，船員處于一刻不閑地高度緊張的操作狀態(tài)，技術要求很高，連續(xù)作業(yè)時間長，勞動強度極大，若用披水板來配合調戧則更是如此。

有趣的是，在荷蘭也見有相似的披水板，只是外形上有所不同（圖9）。也不知，是西方學中國的還是中國學西洋的，還是各自的創(chuàng)造發(fā)明？

中西帆船的風帆裝置各成體系各具特色，各有優(yōu)缺點，中外風帆技術在長期的航海交往中相互交融是必然有的。到了清末在中國帆船相比于西洋帆船處于落后的狀態(tài)下，取長補短洋為中用比較明顯。