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轉(zhuǎn)軸舵——中國古代船舶這樣掌控航向(字載匠心·驚艷時光的中國智慧)

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來源:人民日報海外版



圖①:天津靜海宋代木船復(fù)原圖。

本圖來自《中國科學(xué)技術(shù)史·交通卷》

圖②:天津靜海宋代木船基本結(jié)構(gòu)圖。右下角為該船船舵。

本圖來自《中國科學(xué)技術(shù)史·交通卷》

圖③:在廣州出土的東漢陶船模型,該模型現(xiàn)藏于中國國家博物館。

(資料圖片)

說船舵,先要從船槳說起。想象一個場景:你和朋友坐在一葉木船中,各執(zhí)一槳,一左一右,從湖邊較淺處向湖心劃去。船槳劃開湖面,越往水深處劃行越感覺吃力。恰在這時,湖上起風(fēng)了,水面漾起漣漪,船身開始搖晃、打轉(zhuǎn)。槳葉入水,你們發(fā)現(xiàn)劃得更費力了:不僅要用它劃行前進,還要掌握方向。你們迫切地需要一個人專門負(fù)責(zé)校準(zhǔn)船向。

面對復(fù)雜的水面狀況,需要分離槳的兩項功能,令一名槳手在船尾操縱航向,既與推進槳手互不干擾,又方便操作——這就是中國先民們在水上探索過程中發(fā)現(xiàn)的“秘訣”,也是舵的發(fā)軔。此后漫長的歲月里,船尾槳葉面積不斷增加,船的方向得以更好地受控,就這樣,舵產(chǎn)生了。

舵的產(chǎn)生:由以槳代舵到拖舵

學(xué)界對舵的具體發(fā)明時間尚無定論,出土文物將這個模糊時間推至兩漢時期。據(jù)武漢理工大學(xué)教授、中國造船工程學(xué)會船史研究分會秘書長蔡薇介紹,從圖像實證看,1976年,廣西貴港羅泊灣一號漢墓出土銅鼓上,刻有龍舟競渡紋,龍舟上已有舵紋。

從實物證據(jù)看,上世紀(jì)50年代,廣東廣州市先烈路東漢墓出土的陶船模型,尾部舵樓下方設(shè)有舵,出現(xiàn)了已知世界上最早的舵模型。陶船模型的尾部有一座小棚,棚頂有一方形開口,下面就連接著這個舵。蔡薇指出,這個船舵的外觀與船槳較為相似,殘留著以槳代舵的痕跡,但無可辯駁的是,它是一個舵?!坝纱苏f明,至遲在東漢時期,舵已在使用,且較之西方早約1000年?!辈剔闭f。

對一個事物名稱的解釋反映了時人對它的認(rèn)識和理解。東漢末年,訓(xùn)詁學(xué)家劉熙在其探求事物名源的典籍《釋名》中這樣形容舵:其尾曰柁。柁,拕也,在后見拕曳也。且弼正船使順流不使他戾也。

也就是說,東漢人將舵定義為位于船尾、看起來像被船只拖拽著的部件,用途則是輔正船只順著水流或預(yù)定航向前行,不向其他方向偏斜。

不過,此時的舵并非沿著豎直的舵桿軸線轉(zhuǎn)動,而是一種形式較為原始的“拖舵”,此時距離轉(zhuǎn)軸舵的產(chǎn)生,還有約500年時間。

垂直舵桿:開啟水上交通新階段

轉(zhuǎn)軸舵何時出現(xiàn),仍是學(xué)界的未解之題。據(jù)船舶工程、造船史專家席龍飛教授研究,唐代畫家鄭虔的山水畫中曾描繪垂直軸線舵,說明實現(xiàn)了垂直化的轉(zhuǎn)軸舵,至遲在唐代或唐以前出現(xiàn)。

“由拖舵演進為轉(zhuǎn)軸舵,是中國船舵發(fā)展史上的一個重大里程碑事件?!辈剔闭f,它證明,中國先民對水流作用于舵葉并產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)有相當(dāng)程度的認(rèn)識,其中體現(xiàn)了一定的流體力學(xué)原理:舵葉偏轉(zhuǎn)引起舵葉兩側(cè)流速差異,形成壓力差,產(chǎn)生橫向推力,使船尾偏轉(zhuǎn),進而改變船頭方向。

早在17、18世紀(jì)現(xiàn)代流體力學(xué)得到系統(tǒng)發(fā)展之前,唐代就已經(jīng)使用轉(zhuǎn)軸舵這種蘊含現(xiàn)代理論知識的船舶屬具,彰顯了中國先民的實用智慧。這種智慧在實踐中萌發(fā),又服務(wù)于實際應(yīng)用,開啟了后世種類豐富的船舵發(fā)展歷程。蔡薇表示,后續(xù)考古發(fā)掘和研究文獻所指的不平衡舵、平衡舵、升降舵、開孔舵等,本質(zhì)都是轉(zhuǎn)軸舵。它們均基于轉(zhuǎn)軸舵運行原理發(fā)展、用以匹配不同船型和不同航運的需求。

舵之家庭:持續(xù)演進傳承至今

兩宋時期,轉(zhuǎn)軸舵衍生出了平衡舵這一形式。蔡薇認(rèn)為,所謂平衡舵,就是舵葉的一部分位于舵桿前方,形成舵軸兩側(cè)均有舵葉的結(jié)構(gòu),這種設(shè)計通過平衡水動力力矩,顯著減小轉(zhuǎn)舵所需力矩,使船只轉(zhuǎn)向更靈活省力。

1978年,考古學(xué)家在天津靜??h(今靜海區(qū))元蒙口村附近,清理出了一只年代約在北宋政和年間木船,并發(fā)現(xiàn)了被淤泥擠在緊靠船尾板位置的舵。據(jù)分析,這艘船應(yīng)為內(nèi)河貨運船或近海航行船,這只舵桿則為修整過的樹干,殘高2.19米。通過復(fù)原,專家認(rèn)為舵葉總面積為2.2平方米左右,舵桿前的平衡部分面積為0.285平方米,平衡系數(shù)為12.8%。這是中國出土的首個保存較為完好的宋代平衡舵實物,也是中國船舵臻于成熟的重要物證。

兩宋時期,中國水上交通迅速發(fā)展,內(nèi)河航運繁榮興盛,海上貿(mào)易亦成就斐然,其中自然離不開包括船舵在內(nèi)的諸多船舶技術(shù)發(fā)展的支撐。1974年,一艘宋代木船殘骸在福建泉州市后渚港重見天日??脊殴ぷ髡吒鶕?jù)所載貨物和其上海洋生物等推測,該船至遲于南宋咸淳七年(1271年)建成,且為從南洋返航的遠(yuǎn)洋貿(mào)易船。這艘船上亦有轉(zhuǎn)軸舵,考古報告顯示,承擔(dān)舵桿重量并維持船體水密性的舵承座,其軸孔向后傾斜22度,與現(xiàn)代船舶數(shù)據(jù)相近,再次證明了這一時期我國船舵技術(shù)的高超與先進。

藝術(shù)創(chuàng)作源于實際生活。北宋名畫《清明上河圖》的船只都在使用轉(zhuǎn)軸舵,現(xiàn)身于藝術(shù)品中的舵同考古文物相互佐證,印證了轉(zhuǎn)軸舵的實際應(yīng)用。值得注意的是,這些舵還與升降功能相結(jié)合,吃水深時將舵降下,提高舵效和抗橫向漂移的能力;吃水淺時將舵提起,起到保護作用。

至明朝,由轉(zhuǎn)軸舵衍生出來的各類舵已廣泛助力航運,無論是大眾所熟知的宋應(yīng)星著《天工開物》,還是記錄漕船修造與管理制度的《漕船志》,記載南京龍江船廠建立100余年來發(fā)展沿革和體制規(guī)章等的《龍江船廠志》,闡述明代官船形制、工料數(shù)據(jù)、管理制度及產(chǎn)業(yè)布局的《南船紀(jì)》等相對“小眾”的歷史文獻資料,其間都有對于舵的精細(xì)記載,而且針對不同船型,舵的材質(zhì)和形制也不盡相同?!胺蛭?、舵二者,船之要也”,《龍江船廠志》道出了詳盡描述舵的意義:船桅和船舵是船的關(guān)鍵所在,怎么能不詳細(xì)了解呢?

明代文獻對船舵重要性的深刻認(rèn)識,更在考古發(fā)現(xiàn)里得到鮮活印證。1957年,江蘇南京明代寶船廠遺址六號作塘出土了一根長約11米的鐵力木舵桿。鐵力木是一種原產(chǎn)于云南西南部及廣西西南部的常綠喬木,因其木質(zhì)堅硬沉重而得名??脊艑<乙罁?jù)《南船紀(jì)》記載推斷,這只舵桿應(yīng)為鄭和下西洋所駛一艘寶船上的船舵部分構(gòu)件。舵的其他部分已不存在,如何復(fù)原船舵的整體構(gòu)造也眾說紛紜,但有一點毋庸置疑:使用珍貴木材制造如此巨大的舵桿,足以彰顯寶船廠及造船工匠對船舵的重視;深海巨浪間,正需要這樣的舵有力把控船的航向,引領(lǐng)船隊在遙遠(yuǎn)海途上始終駛向既定的遠(yuǎn)方。

從最原始的以槳葉控制方向,到拖舵、轉(zhuǎn)軸舵,再到以轉(zhuǎn)軸舵為基礎(chǔ)逐漸發(fā)展壯大的“舵之家庭”,中國先民始終以實踐出真知的精神,發(fā)明和不斷改進船舵,為內(nèi)河運輸、航海提供技術(shù)支撐。古代中國文明雖為農(nóng)耕文明,但以船舵為代表的一系列船舶屬具演進表明,我們的水上交通同樣發(fā)達(dá),歷朝歷代都對河湖及海域進行了廣泛探索。

時至今日,中國船舶業(yè)飛速發(fā)展,船舶制造類型更加多元,船舵構(gòu)成也更加精細(xì)復(fù)雜,但不變的是,因具有良好的操縱性能,轉(zhuǎn)軸舵的原理仍在現(xiàn)代船舶中廣泛應(yīng)用。追求技術(shù)進步的匠人精神代代相傳,亦不曾改變。

如今,中國造船業(yè)水平持續(xù)提升:全球第一艘采用船艏、船艉雙向破冰技術(shù)的極地科考破冰船“雪龍2”號,多次前往地球最南和最北端;國產(chǎn)首艘大型郵輪“愛達(dá)·魔都”號,實現(xiàn)國產(chǎn)大型郵輪“從0到1”的歷史性跨越;中國自主設(shè)計建造的第五代大型LNG運輸船“綠能瀛”號代表了世界大型LNG運輸船領(lǐng)域最高技術(shù)水平……站在今天回望歷史,便會發(fā)現(xiàn)那些曾引領(lǐng)先民舵定航向、劈波斬浪的中國古代智慧結(jié)晶,始終在一艘艘現(xiàn)代船舶之中駐留并啟迪后人。(本報記者 王晶玥)

策劃:李舫張意軒鐘金葉

動畫設(shè)計制作:李棟

學(xué)術(shù)支持:陳樸曾青松

版式設(shè)計:石瑞禾

《人民日報海外版》(2026年01月14日第07版)



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