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中式帆原理

最初的風帆是固定帆,即把帆固定在壹根桅桿上。但這種帆存在明顯的缺點,就是只能接受順風,即來自船尾的風,如果是逆風,幾乎無法行船。後人針對此缺點將固定帆改進為活動帆,用繩索把帆系在桅桿上。這樣不僅方便了帆的升降,還能根據風向來操縱繩索,改變風帆受風面的朝向。活動帆的出現大大提高了帆的受風效率,除無風的狀態外,任何時候都能夠獲得推進力。

中國早期的風帆由植物葉或竹篾編織而成,叫做硬帆。為了使風帆更加牢固,古人不斷改進技術,又發明了平行式風帆,即在帆面的水平方向,每隔壹定間距安裝壹根竹條,從而構成壹個平行的骨架。在縱帆上安裝許多橫向的帆竹後,當風帆遭到不同方向的風吹襲時,橫向的帆竹能夠使風帆較為穩定,形狀不會發生大的變化,不易卷折;而當風力與帆呈某壹小角度並向帆吹襲時,硬帆會產生很大的垂直於風向的升力,升力在船舶前進方向產生了分力,從而成為推動船舶前行的動力。這是中國風帆的特點,也是與西方垂式軟帆的最大區別。

中國式帆船的風帆通常在起航時揚帆,停泊時落帆。由於古代的硬帆很重,揚帆時需要多人合力才能成功,因此古人還發明了專門用來省力的揚帆絞車,在遇到狂風暴雨等惡劣天氣時,依靠揚帆絞車可以做到迅速落帆。

海上氣候多變,航行過程中遇到恰好順風的情況並不多,如果遇到側風、橫風或前側風,未經改良的帆船便無法沿直線航行。而硬帆恰恰能夠根據風向來調整帆的角度,充分借助可利用的風力。風帆在前進過程中還伴隨產生了能使船產生橫漂的橫漂力,如果橫漂力沒有作用在船的重心,就會使船偏航。為避免偏航,需要配合舵壹起使用來控制航向。成語“見風使舵”便來源於此。通過讓船只在水面上走“之”字形航線,分航段調整航向,曲折前進,從而可使船最終按預定航向前進。

隨著駛帆技術的加強,以及舵的操作方式越來越方便,於是也有了“八面來風”的說法,意思是無論哪個方向來的風,都可以被風帆接收轉化為動力。而能將“八面來風”應用自如的只有中國的硬帆。“八面來風”配合“見風使舵”,這是智慧的中國古人總結出來的技術要領,也是我國航海技術的精髓所在。