何國(guó)衛(wèi)

利用風(fēng)力推動(dòng)船舶航行是人類(lèi)利用風(fēng)能最實(shí)用最有效和最有深遠(yuǎn)影響的技術(shù)發(fā)明和創(chuàng)造，為船舶的大型化發(fā)展、長(zhǎng)距離航行提供了不可或缺的技術(shù)條件。風(fēng)帆是利用自然風(fēng)力的船舶推進(jìn)有效工具。中國(guó)船帆不同于西洋船帆，它在歷史長(zhǎng)河中不斷得到改進(jìn)、提高，并逐漸形成自己的特色，中國(guó)帆船依靠這種別具特色的船帆乘風(fēng)破浪無(wú)往不前。

林林總總的中國(guó)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(fēng)帆。船帆的布置和外形可謂林林總總，五花八門(mén)。

桅主要是用來(lái)掛帆的，中國(guó)帆船很早就采用多桅多帆，根據(jù)船的大小不同設(shè)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(chēng)大桅）、頭桅（又稱(chēng)首桅）和尾帆，主桅一般置于在船長(zhǎng)從后至前的十分之六處的縱中線(xiàn)上，頭桅、尾桅分別設(shè)在船的首、尾附近。中國(guó)船桅有多達(dá)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(guó)船桅一般用順直的圓杉木制成，因?yàn)樯寄据p而富有彈性抗折強(qiáng)度甚佳，耐腐蝕也比校好。桅通常是整根木材獨(dú)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(guó)帆船的風(fēng)帆（又稱(chēng)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(lèi)，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(kāi)的折扇，故稱(chēng)作扇形帆，扇形帆的外形很美，當(dāng)三帆向左右同時(shí)展開(kāi)，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(diǎn)。

圖2　鄭和寶船

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

中國(guó)船帆也有布質(zhì)的軟帆、三角帆，一般都用于內(nèi)河船和小船上。某些航海木帆船駛風(fēng)時(shí)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(chēng)呼：掛在主帆或頭帆一側(cè)的，稱(chēng)“外挑”；在主桅底下的，稱(chēng)“坐裙”；掛在主桅頂部與頭桅頂部之間的，稱(chēng)“天橋”；斜掛在頭桅上部與船頭伸桿之間的，稱(chēng)“前插花”；斜掛在主桅上部與船尾部之間的，稱(chēng)“后插花”；斜掛在主桅上部與船首部之間的，稱(chēng)“耳捂”。除“外挑”與“坐裙”用于駛順風(fēng)外，其余都在駛偏風(fēng)的時(shí)候適當(dāng)張掛。

中國(guó)船帆是采用“吊帆索”將風(fēng)帆掛置在桅上的。帆是利用風(fēng)對(duì)風(fēng)帆面的壓力推船前進(jìn)的駛風(fēng)裝置?！半S風(fēng)張幔曰帆，使舟疾泛泛然也”，這是漢代劉熙所著《釋名》一書(shū)中對(duì)風(fēng)帆有生動(dòng)描寫(xiě)。唐代大詩(shī)人李白也寫(xiě)有“直掛云帆濟(jì)滄海”的絕妙詩(shī)句。

圖3　西洋飛箭式帆船

中國(guó)帆船都是靠拉動(dòng)“提頭索”升帆的，只要松放“提頭索”，風(fēng)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(jìn)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(qiáng)度高危險(xiǎn)的高空作業(yè)（圖5）。

“硬帆”和“活帆”是中國(guó)船帆的重要特點(diǎn)

圖4 廣東船的蝴蝶帆

中國(guó)船帆的最重要特點(diǎn)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(fēng)帆面是布面，因其質(zhì)軟而稱(chēng)“軟帆”。所謂“硬帆”是指風(fēng)帆面用篾或蒲草編織而成的帆面，這種帆的面質(zhì)硬當(dāng)屬“硬帆”。另有一種風(fēng)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(lái)支撐帆面，形成一具整體比較平整的帆面，使風(fēng)帆具有一定的硬度，因此也屬“硬帆”，這正中國(guó)布質(zhì)“硬帆”的獨(dú)特之處。橫置的竹子被稱(chēng)作帆竹，帆竹有一定的彈性，風(fēng)帆面受風(fēng)時(shí)會(huì)略呈弓形，形似機(jī)翼剖面。當(dāng)風(fēng)力與風(fēng)帆面成某一角度吹襲時(shí)，如同風(fēng)對(duì)機(jī)翼產(chǎn)生的升力一樣，風(fēng)帆面也會(huì)產(chǎn)生垂直于風(fēng)向的很大升力，此升力在船的前進(jìn)方向的分力就是帆船的前進(jìn)動(dòng)力。

圖5 “哥德堡號(hào)”水手正在放帆

中國(guó)絕大多數(shù)的布質(zhì)風(fēng)帆，尤其是主帆，就是這樣的布質(zhì)硬帆。當(dāng)然，“硬帆”與“軟帆”是相對(duì)于而言的。在古代“硬帆”稱(chēng)作利篷，布質(zhì)軟帆為布幔。西洋船的船帆是典型的軟帆，當(dāng)船處于順風(fēng)時(shí)西洋船的“軟帆”似乎具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但當(dāng)船受側(cè)向來(lái)風(fēng)時(shí)就不如中國(guó)的“硬帆”有效了。有“帆竹”的“硬帆”能更有效地利用風(fēng)力，為絕大多數(shù)木帆船所采用。

中國(guó)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(chēng)帆底桁?！胺瘛被蜓b置在帆的一面，或交錯(cuò)穿插于帆的兩面。抱桅索把風(fēng)帆面圍抱在桅桿一側(cè)，抱桅索圍過(guò)桅桿兩端系結(jié)在帆竹上，保持帆面與桅桿貼近，它既使風(fēng)帆面與桅桿貼近又留有兩者活動(dòng)的空間，風(fēng)帆能靈活地繞桅桿轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣使帆面受到的風(fēng)力均勻地傳遞到桅桿并通過(guò)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(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)帆的轉(zhuǎn)動(dòng)技術(shù)就把風(fēng)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(zhuǎn)動(dòng)，使風(fēng)帆的面向適應(yīng)風(fēng)向的變化，讓風(fēng)帆處于有利的受風(fēng)狀態(tài)，在清代寧波船桅帆上清晰地展示出抱桅索的技術(shù)特色（圖6）。

抱桅索的設(shè)置不僅使船帆繞桅轉(zhuǎn)動(dòng)而且升降帆的上下移動(dòng)都是非常靈活的。西洋帆船的“軟帆”雖然也能稍作轉(zhuǎn)動(dòng)但受到桅兩側(cè)的穩(wěn)索等影響，可轉(zhuǎn)動(dòng)的角度并不大，帆的升降也很困難，完全不能與中國(guó)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(xiàn)劃分，若“硬帆”前后部分的風(fēng)帆面積不相同，則稱(chēng)為平衡帆；若桅中心線(xiàn)前后帆面積剛好相等則是全平衡帆；若桅處在帆面的邊線(xiàn)上，即是帆面積積全部在桅的一邊，則是不平衡帆。平衡帆風(fēng)帆面積的重心在桅的后面，便于操縱，駛風(fēng)靈活，中國(guó)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(duì)稱(chēng)，是典型的全平衡帆。

“硬帆”和“活帆”是中國(guó)船帆最重要的技術(shù)特征，中國(guó)特色的轉(zhuǎn)動(dòng)“硬帆”得到廣泛的應(yīng)用。

圖7　打戧航行圖

中國(guó)船帆駛八面來(lái)風(fēng)

圖8　南京船上的披水板

眾所周知，風(fēng)從船尾吹來(lái)是最好不過(guò)的了，因?yàn)檫@是順風(fēng)，順風(fēng)是航船吸收風(fēng)力的最佳風(fēng)向，中國(guó)最常用的祝愿用語(yǔ)祝您“一路順風(fēng)”講的就是這個(gè)道理。然而，自然界風(fēng)的來(lái)襲是四面八方的，相對(duì)于航船的風(fēng)向有順風(fēng)、左和右斜順風(fēng)、左和右側(cè)風(fēng)（即橫風(fēng)）、左和右斜逆風(fēng)和逆風(fēng)等八個(gè)方向，當(dāng)然，逆風(fēng)（即頂風(fēng)、當(dāng)頭風(fēng)，古稱(chēng)斗風(fēng)）時(shí)，風(fēng)力反倒成了航船前進(jìn)的阻力，不進(jìn)則退，這是航船最不愿見(jiàn)到的。風(fēng)向不是航船所能改變的，而需要航船去適應(yīng)風(fēng)向。如何操縱風(fēng)帆接受和利用不同方向的來(lái)風(fēng)呢？這就涉及到中國(guó)帆船的風(fēng)帆特點(diǎn)和駛風(fēng)技術(shù)了。

因?yàn)橹袊?guó)帆船屬于“硬帆”，只要與來(lái)襲的風(fēng)有一定夾角，就會(huì)產(chǎn)生垂直于風(fēng)向的升力分解成船舶前進(jìn)的推力，又因?yàn)橹袊?guó)帆船是“活帆”，因此可以根據(jù)不同航向和風(fēng)向的實(shí)際情況來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)船帆，使風(fēng)帆處于最佳位置。古代船民操帆的經(jīng)驗(yàn)告訴我們，在一定的風(fēng)向和航向下，風(fēng)帆面處于風(fēng)向和航向組成的夾角的平分線(xiàn)上時(shí)最為有利。中國(guó)船帆的“硬帆”和“活帆”的特點(diǎn)，使它不僅在順風(fēng)，而且不論是在后側(cè)風(fēng)還是前側(cè)風(fēng)的情況下都能吸收風(fēng)力推進(jìn)船舶前進(jìn)。因此，航船遇到的只要不是正逆風(fēng)（頂頭風(fēng)），即使是前側(cè)風(fēng)也能獲取風(fēng)力在航船前進(jìn)方向的分力。但航船遭遇頂風(fēng)時(shí)就只得落帆了，難怪北宋的徐兢在《宣和奉使高麗圖經(jīng)》中就有“唯當(dāng)頭風(fēng)不可行”的記載。

既然“唯當(dāng)頭風(fēng)不可行”，中國(guó)帆船又是如何實(shí)現(xiàn)“八面受風(fēng)”航行的呢？它靠的是中國(guó)船工創(chuàng)造的“打戧”（又稱(chēng)“調(diào)戧”）駛風(fēng)技術(shù)。

聞名遐邇的逆風(fēng)調(diào)戧技術(shù)就是通常所說(shuō)的船作“之”（或稱(chēng)“Z”）字形的航行技術(shù)，帆船行“之”字形航線(xiàn)靠操縱船首左右連續(xù)轉(zhuǎn)向來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)椤爸弊中魏叫惺购较蚺c風(fēng)向之間有較大的夾角，通過(guò)操風(fēng)帆面使它處于風(fēng)向和航向組成的夾角的平分線(xiàn)上，從而獲得一定的推進(jìn)風(fēng)力（圖7）。當(dāng)風(fēng)角大于135°時(shí)，因?yàn)橄鄬?duì)于順風(fēng)來(lái)說(shuō)它的風(fēng)力和航速就很小，所以只得打戧駛風(fēng)了。

帆面在受到側(cè)斜風(fēng)時(shí)，船舶勢(shì)必存在橫向漂移力，這時(shí)可向迎風(fēng)側(cè)壓舵，使船首稍迎著風(fēng)向，以抵消橫漂影響。風(fēng)帆與船舵的配合使用是帆船駛風(fēng)技術(shù)的重大進(jìn)步。當(dāng)航船受到過(guò)大的側(cè)斜風(fēng)所產(chǎn)生的橫移力時(shí)，船的抗漂移僅靠船舵難以勝任，中國(guó)創(chuàng)造的披水板隨之登上歷史舞臺(tái)，它的科學(xué)性和有效性已被實(shí)踐所證明。披水板又稱(chēng)腰舵、翹頭，披水板是木帆船駛風(fēng)的輔助工具，它是不等邊長(zhǎng)方形的硬雜木厚板，上窄下略寬，平時(shí)對(duì)稱(chēng)地懸掛在船的兩舷側(cè)，一般用拉索升降。當(dāng)駛偏風(fēng)時(shí)就將下風(fēng)舷的披水板放到水中，由于披水板對(duì)船舶產(chǎn)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(duì)船減小橫漂的效果十分明顯。

針對(duì)逆風(fēng)打戧時(shí)船受到左右交替的橫移力，就對(duì)應(yīng)地將左右兩舷的披水板輪流放落下水以助打戧駛風(fēng)。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(cè)風(fēng)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(yīng)星的《天工開(kāi)物》已有披水板的明確記載：“船身太長(zhǎng)而風(fēng)力橫勁，舵力不甚應(yīng)手，則急下一偏披水板以抵其勢(shì)”。由此認(rèn)為披水板始于明代應(yīng)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(shū)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(diào)戧使斗風(fēng)”，這可能是采用調(diào)戧技術(shù)逆風(fēng)航行的最早記載。這說(shuō)明北宋時(shí)船帆“當(dāng)頭風(fēng)不可行”的問(wèn)題到明代得到了解決。

當(dāng)然，為了求得更為有力的帆角獲得更佳的風(fēng)力，打戧并非一定在頂風(fēng)時(shí)才采用，在斜側(cè)風(fēng)時(shí)也有打戧航行的。

《天工開(kāi)物》記有：“凡風(fēng)從橫來(lái)，名曰搶風(fēng)。順?biāo)兄蹌t掛篷，（作）之、玄游走，或一搶向東，止寸平過(guò)，甚至卻退數(shù)十丈。未及岸時(shí)，捩舵轉(zhuǎn)篷，一搶向西。借貸水力兼帶風(fēng)力扎下，則頃刻十余里?！硖L(zhǎng)而風(fēng)力橫勁，舵力不甚應(yīng)手，則急下一偏披水板，以抵其勢(shì)?！边@是中國(guó)船工在橫風(fēng)中，帆、舵、披水板聯(lián)動(dòng)操駕技術(shù)的生動(dòng)寫(xiě)照，更是熟練掌握打戧技術(shù)的反映。

實(shí)踐證明，中國(guó)帆船采用打戧駛風(fēng)技術(shù)是完全可以在逆風(fēng)下航行，逆風(fēng)打戧是中國(guó)古代船民航海實(shí)踐中的重要?jiǎng)?chuàng)造。但是，也應(yīng)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(shù)要求很高，連續(xù)作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度極大，若用披水板來(lái)配合調(diào)戧則更是如此。

有趣的是，在荷蘭也見(jiàn)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(xué)中國(guó)的還是中國(guó)學(xué)西洋的，還是各自的創(chuàng)造發(fā)明？

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