正是在这种背景下,一些富有创新精神的人物开始思考,能否用更省力、更有效的方式驱动船只。
他们不再满足于船员直接用肌肉力量作用于船桨,而是尝试引入一套中间机制,通过船内的人力驱动外部的桨叶旋转,从而推动船体前进。这便是桨轮船概念的萌芽。
据史书记载,唐代的李皋就曾设计制造过一种名为“踏车”的战船,其核心便是利用船上的装置驱动轮子上的桨叶拨水。
随后,晚唐的另一位名将高骈也对这种技术进行了改进和应用,证明了其在实战中的价值。
虽然当时的踏车船结构可能相对简单,但它已经奠定了桨轮船的基本原理:将船内的人力转化为旋转动力,再通过桨轮把旋转动力转化为船只前进的推力。
这如同在水上放置了一个由内部机器驱动的“轮子”,而非一个个独立的“手臂”在划水。
宋代荣光
如果说唐代的踏车船是桨轮船的初现,那么宋代无疑是其发展的黄金时代。
北宋王朝面临强大的外部军事压力,尤其是在水域辽阔的长江、淮河等地与对手周旋,对强大水军的需求空前强烈。
这极大地刺激了船舶技术的革新,桨轮船正是在此时达到了前所未有的高度。
《武经总要》这部北宋官修的军事著作,详细记载并绘制了多种类型的桨轮船,为我们留下了宝贵的历史图像资料。
书中描述的桨轮船,已经不再是简单的单轮或双轮,而是出现了惊人的多轮设计。有的船只两侧共安装了二轮、四轮、六轮,甚至还有两侧总计达到三十二轮的巨型战舰。
这些宋代桨轮船,船体通常较大,甚至采用多层结构,能容纳数十甚至上百名操作人员。
船上的核心便是那些巨大的桨轮,它们安装在船的两侧,桨叶像车轮的辐条一样向四周伸展。当桨轮旋转时,桨叶便连续不断地插入水中并向后拨水,产生强大的推力。
想象一下,一艘拥有三十二个桨轮的战舰,两侧密密麻麻的桨叶同时搅动水流,其产生的澎湃动力和视觉冲击力是何等惊人。
这种多轮设计,不仅显著增强了船舶的整体推力,也提升了船只的稳定性和抗风浪能力。
它们在宋金、宋蒙战争中扮演了重要角色,尤其是在内河和湖泊作战时,其速度和机动性常常让传统的桨船和帆船难以匹敌。
加速之谜
那么,这些桨轮船究竟是如何实现“加速”航行的呢?其核心在于其独特的机械传动系统,以及由此带来的高效动力转化和应用方式。
与直接划桨不同,桨轮船将船员的体力通过踏车或摇动曲柄的方式,转化为旋转运动。这种旋转力量通过轴杆和可能的齿轮传动,最终驱动船外的桨轮高速旋转。
这种机械传动带来了几个关键优势。一是,它改变了人力的输出方式,使得船员可以用更连续、更省力(相对于直接划重桨)的方式提供动力。
而且通过传动比的设计,桨轮的旋转速度可以快于人力输出的速度,或者在保持速度的同时输出更大的扭矩。
更重要的是,桨轮的桨叶连续不断地拨水,产生的推力是持续且稳定的,不像划桨那样存在回收和换桨的间歇。
这种连续的推力叠加,使得桨轮船在相同人力投入下,能够实现比传统划桨船更高的平均速度,尤其是在需要长时间高速航行或对抗水流时。
同时,桨轮的独立驱动(两侧桨轮可以分别控制速度甚至方向)赋予了桨轮船出色的机动性。
它们可以快速转向,甚至在狭窄水域实现原地掉头,这在复杂的河道或激烈的海战(虽然它们主要用于内河和近海)中是巨大的战术优势。
它们也能够在逆风逆水时保持航速,这让依赖风力或顺水漂流的敌船束手无策。
因此桨轮船通过机械的力量,不仅提升了航行速度的上限,更优化了速度输出的稳定性和船只的可控性,从而真正实现了航行的“加速”与效率提升。
然而,必须看到,这些桨轮船的核心动力源,始终是船舱内船员们不间断的人力输出。驱动多达三十二个桨轮的巨舰,往往需要上百名乃至更多的船员在船内轮班或同时进行艰苦的劳作。
他们或踏动巨大的踏车,或摇动曲柄,将纯粹的体力转化为驱动桨轮的旋转力。
这种持续且高强度的体能消耗,远超传统帆船在顺风条件下的需求,船员的体力储备和补给直接决定了航行的续航能力和速度维持时间。
正是这种对庞大人力和持续体力的严重依赖,成为了桨轮船用于长途、开阔海域航行的先天不足。
漫长的远洋航行,往往需要船只能在海上漂泊数周甚至数月,这期间人力难以持续供应,而帆船则能高效利用无成本的自然风力。
加之桨轮本身在汹涌波涛中的脆弱性、在风浪中拨水效率的降低以及其维护难度,使得它们在面对浩瀚大洋和变幻莫测的海况时,远不如结构相对简洁、依靠风力驱动的帆船那样可靠、经济且具备持续远航能力。
这或许也是它们虽强大一时,却未能完全取代帆船成为跨洋贸易和远距离探索主力的重要原因。
不过,即使存在这些限制,作为人类历史上早期成功实现机械驱动的大型船只,宋代桨轮船的技术成就依然彪炳史册。
它们凭借出色的速度和机动性,在内河湖泊以及近海作战中发挥了无可替代的作用,特别是在无风或逆风逆水等帆船受限的环境下,其优势尤为明显。
这些曾在宋代水域搅动风云的桨轮船,是古人智慧与工程结合的杰作。它们证明了在没有蒸汽机之前,纯粹的人力配合巧妙的机械装置,也能催生出令人赞叹的加速能力。
信源:
郑明. 郑和宝船是中华古代舰船的代表.《VIP》,2009
唐志拔. 中国舰船发展史略(二) 古代战船持续发展时期.《CNKI》
信源:
郑明. 郑和宝船是中华古代舰船的代表.《VIP》,2009
唐志拔. 中国舰船发展史略(二) 古代战船持续发展时期.《CNKI》返回搜狐,查看更多