中國古代造船技術的偉大發(fā)明

親愛的同學們，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，船舶技術隨著時間的推進日新月異。漫長的歲月中，中國古代造船技術取得過一系列重大的成就，曾長期居于世界領先地位，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工具櫓、中國式多桅多帆等技術，今天我們就來介紹一下中國古代造船技術中另外幾項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，水進入船艙，若不能及時堵住漏洞，船最終會沉沒。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世紀人類歷史上的重大災難性事件。由于“泰坦尼克”號郵輪橫向進行了分艙，在撞上冰山后，船首5個艙破損進水，維持了2個多小時，這才使得近一半人有機會逃生，從中可以看出設置“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的一項偉大創(chuàng)造，水密隔艙是用隔艙板把船體嚴密分隔成若干個互不連通的艙室。這樣做有幾個優(yōu)點：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，這樣即使一兩個船艙破損，水也不會流到其他船艙，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度：第三，艙壁為船體提供了堅固的橫向結構，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構的功能。美國科技史學者坦普爾在《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構獲得這個靈感的，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構和浮性有深刻的理解，從而制造出與竹子結構相類似的獨一無二的船體結構，堅固而輕巧。

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，開始進入印度洋，并以堅固、抗風力強、安全性好而著稱于世。當時的阿拉伯航海者均喜歡乘坐中國船，因為它更安全。

水密隔艙技術在18世紀傳入歐洲后得到了更廣泛的應用。上面提到的“泰坦尼克”號就設有16個水密隔艙。但由于“泰坦尼克”號的水密門質量不好，個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行改造，其中就包括改進水密隔艙。水密隔艙技術既提高了船舶的抗沉性能，又增加了遠航的安全性，使得這一造船技藝流傳至今。如今，按照規(guī)范要求設置水密艙壁，早已是世界各國制造船舶必須遵守的準則。現(xiàn)代造船行業(yè)普遍使用水密隔艙技術，大型航母甚至有幾百到2 000個水密隔艙，為遠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文化遺產(chǎn)名錄，2010年，該項遺產(chǎn)被列入聯(lián)合國教科文組織評定的“急需保護的非物質文化遺產(chǎn)名錄”。

船尾

舵是操縱船舶航向的工具，經(jīng)常設在船舶尾部，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：一種負責劃行，推動船舶前進：另一種則負責控制方向，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系、舵面與船的轉動中心的杠桿關系，能使龐大的船體運轉自如，結合風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”。又由于內河航道常常深淺不一，為了方便行駛，便產(chǎn)生了升降舵，當船駛入淺灘或者靠岸時，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行升降。此外，唐宋時期還發(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，從而減少了轉舵的力矩，使得操縱更為輕便。為使轉舵變得更省力，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，這樣是無法進行遠洋航行的。大約到10世紀，舵的技術已傳到阿拉伯，而直到12世紀末、13世紀初，歐洲才開始使用舵，并為15世紀的歐洲大航海時代創(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？事實上，現(xiàn)在的輪船確實已經(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工具的。船體兩側裝有木葉輪，可以通過人力踏動使其轉動，從而推進船只。如果連續(xù)轉動槳輪，則槳葉不斷劃水，就可以連續(xù)推進。在同一根轉軸上可根據(jù)船寬的大小安裝很多踏腳板，由很多人同時踏動，可提高車輪舟的推進效能和船速。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木葉輪，由于腿腳的力量遠遠大于手臂，所以，雖然同樣是使用人力，車船能夠提供更高效的動力。車輪舟進退自如，這就提高了船的機動性，這一點對戰(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，領先西方千年左右。在歐洲，車輪船的第一次試驗是于1543年在巴塞羅那進行的。當中國大規(guī)模發(fā)展車船并編成水軍時，已經(jīng)領先歐洲的第一次試驗約400年了。車輪舟推動了蒸汽機船的發(fā)展，推動船舶前進的大槳輪成為機動船舶的象征，從而出現(xiàn)了“輪船”這個名稱。盡管現(xiàn)今早已不再使用槳輪了，但輪船的“輪”字仍被沿用。

龍骨結構

中國古代船舶的龍骨結構是造船業(yè)中的一項重大發(fā)明，對世界船舶結構的發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響。龍骨是在船體的基底中央連接船首柱和船尾柱的一個縱向構件，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被建造的部分，由主龍骨、尾龍骨和首柱三段構成。龍骨的一個主要作用是承重，就如同人和動物的脊椎一樣，是船舶最重要的承重結構，承受船體的縱向彎曲力矩，保證船舶結構強度。龍骨的另一個作用是擴大了船的側面面積，提高了船在水中的并聯(lián)阻抗，防止了側風轉向。這對逆風航行尤為重要。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動。

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，設計建造出了“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，尖底船下設置貫通首尾的龍骨，用來支撐船身，使船只更堅固，同時吃水深，抗御風浪能力十分強。在船舷兩側又裝有舭龍骨，即一種位于船側和船底交界處的縱向構件，它能減弱船舶在波浪中航行時的搖擺現(xiàn)象，提高了船體的縱向強度。歐洲船只于19世紀初才開始采用這種龍骨結構，比中國晚了數(shù)百年，而且縱向主構件只有龍骨，不及中國海船堅固。

中國發(fā)明的水密隔艙、船尾舵、車輪舟、龍骨結構等技術凸顯了中國古代造船的輝煌歷史，有力地推動了中國和全世界的造船與航海活動。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領域找到影子或閃光點。同學們，想繼續(xù)了解關于近現(xiàn)代船舶技術的發(fā)展和演變情況嗎？讓我們下期再敘吧。