1、风力驱动的历史车轮王守谦 原创 | 2012-10-05 08:59 |风力是人类最早利用的能源形式之一，古代人广泛利用风力驱动，推动了人类历史和文明的快速发展。在蒸汽机出现之前，除了水力、畜力等常用动能之外，飘忽不定的风也成了人类生产和生活领域的伙伴，被广泛应用于粮食加工、信息传递、灌溉和水上交通。从某种意义上说，正是由于早期中国人利用风力的广泛与高效，中华文明的帆樯才高扬南下，在十六世纪之前的海洋上独树一帜。同样也是借助风的驱动，伊比利亚半岛的航海家不但以更大的成就终止了中国的航海传奇，而且促成了更多大陆陆块的邂逅，真正意义上的世界史由此发端。听风、测风是利用风力的前提，也是关键。至少在商
2、代，善观天象的巫师已经懂得判断风向。他们在风杆上悬挂质地轻薄、易于飘荡的布帛或长羽，制成一种叫做“伣”的简单示风器，作为宫廷安排政治日程或日常活动的参考依据之一。秦汉时期继续沿用，但已被称为“綄”或者“五两”。汉武帝时期，建章宫的屋顶或壁门上安装有铜凤凰，“下有转枢，向风若翔”。一旦有风吹来，即呈迎风欲飞状，看凤首即知风向。东汉名士张衡不但对地震观测颇有心得，还深通相风之术。他曾发明相风铜乌，“遇风乃动，察其所自，云乌动百里，风鸣千里”，既可测知风向，也能测出风力。风力驱动农业进步在农业时代，谷物清选加工业是风力利用最为广泛的生产领域之一。先民们最早只是依靠自然风的吹拂，即利用杴和飏篮的“扬”
3、法，把谷粒与秕谷或谷物表皮分开。随着技术和工具的不断改进，自然风和人造风开始被互补利用。先是利用簸箕所产生的间断的人造风，后来则出现了门式大风扇和可连续做功的风扇车。英国学者李约瑟对后者评价极高，认为“中国旋转式鼓风机（卧轴式风扇车）的一个突出的特点是进风口总是在中央，因此必须承认它是所有离心式压缩机的祖先，甚至连现代的巨型风洞也是从它们演变出来的。”农业和其他领域的给排水作业，是古代中国利用风能的另一种形式。东部沿海和长江流域常常采用立轴式风车和卧轴式风车代替人力。前者利用自然风的动能推动风车叶片，将气流的直线运动转化为圆周运动。卧轴式风车则是通过调节帆脚索，使帆面与风轮的回转平面保持适当的
4、夹角，利用风帆与气流垂直方向的分力产生驱动力，驱动风轮转动。这些风车的硬质平衡纵帆能够充分利用侧向风。其风向调节系统不仅不受风向影响，而且可以根据风力大小，改变帆的受风面积。明代文献对风力给排水的生产活动记载颇多。童冀的水车行一文对零陵一带使用风力翻车的情景作了如下描述：“零陵水车风作轮，缘江夜响盘空云。轮盘团团径三丈，水声却在风轮上。轮盘引水入沟去，分送高田种禾黍”。徐光启曾著有农政全书和天工开物两书。前者记载，河北、河南等地曾利用“高山旷野”的风力，驱动“风轮”灌田。后者则称，江南“以风帆数扇”驱动翻车，“去泽水以便栽种”，即利用风车排出低洼地的积水，开荒种田。到了晚明，官员王徵曾与旅华传
5、教士邓玉函（J.Terrenz）编译远西奇器图说录最，介绍西方的风车，但已经无法引起关注，因为在这一时期，中国风车技术早已成熟并在各地广泛利用了。时至清代，风力在农业生产中的利用更为普遍。清初学者方以智所撰物理小识记载，江苏淮、扬等地到处可见“用风帆六幅车水灌田者”。另一学者金武祥也发现，通州、泰州等地遍布立轴式风车，“随风左右，下置龙骨车，挽水而上，日夜不绝，较水车同一便疾也”。对于以旱作为主的北方人而言，风力车水是一件新奇的事情。天津塘沽籍官员井煦饶有兴味地写道，在江南“见有稻田以风车提水，仿式造之，布帆八面，上有铁柱，下有铁碗，随风而行，不烦骡马。择临滩地势宽广者试用之，费省功倍。”滨海
6、盐场的给排水作业需要大量人力，为节省成本，也多用风力代劳。清代学者周庆云称赞天津长芦盐场的风车投入少，功效高，“有风即转，昼夜不息。不假人工，不资人力，洵佳构也”。在民国时代，从苏北到福建莆田的大多数盐场几乎都能看到立轴式风车的缓缓转动。甚至到了建国初期，渤海之滨的汉沽塞上区和塘大区还有立轴式风车 600 余部。工业革命以前，中国以外的其它地区也非常依赖风力。据学者查尔斯辛格在技术史一书中的记载，“在阿富汗，所有的风车和提水的轮子都是由北风带动的，它们都朝向北。风车附带有一系列百叶窗，通过关闭或打开百叶窗就能控制风的进出。如果风力太强，面粉会被摩擦产生的巨大热量烘焦变黑，甚至磨石也会因变热而碎
7、裂”。13 至 14 世纪，欧洲低地国家、德国北部平原和拉脱维亚、俄国低海拔平原地区，也开始使用塔式风车。在那里，“风车主要用作提水机或抽水机的原始动力”。西多会的僧侣，曾在湖泊和沼泽地区大规模地推广风力排水装置。西班牙作家塞万提斯在小说堂吉诃德中对主人公与风车的战斗的描述，事实上正是当地风力利用的一个写照。在另一个国家荷兰，“风车被用在各种可想象得到的行业上，尤其是泽兰地区，蒸汽动力发明之前，那里有超过 900 座的风车同时工作着”。风车及其带动的谷物磨，甚至成了荷兰中世纪后期城镇风貌的典型代表。古代中国：借风远航当然，对风力利用最为广泛和久远的领域，还是水上交通。在汗牛充栋的古代文献和考古
8、成就中，不乏中国人早期深海航行的证明。在辽宁、台湾等地的新石器时代遗址，曾出土了山东黑陶和鲨鱼、鲸等深海动物骨骼，表明中国先民当时已尝试过风力驱动的深海航行，因为“如果没有帆作为动力，光靠桨划行，是不可能航行那么远距离的”。越绝书记载说，齐景公曾游海六个月，“往若飘风，去则难从”，无疑也是风力驱动下的深海航行的写照。越国大臣范蠡曾在助越灭吴之后，因为厌倦政治斗争，携美人西施和“轻宝珠玉”“浮海出齐”，即从江浙迁至山东经商。这段航程长达数百公里，若无风帆助航，单靠人力是无法完成的。秦汉时期，更浩大的风力航行开始出现。秦始皇曾经数次南征百越，其中曾有两次动用水师。学者章巽指出，“两次的船军和海军都
9、在秋季出发南航，顺利获胜，显然是在航行进军中充分掌握和利用了秋冬季节北来的季风”。东汉出现了风力驱动的艨冲斗舰。东吴大将周瑜火烧赤壁时，就是载运“燥荻枯柴”，“灌油其中”，借助风力，“火烈风猛，船往如箭”，从而大败曹军的。由此可见，三国演义中有关蜀相诸葛亮利用风力“草船借箭”的说法，也并非全为“演义”。风力不但在秦汉时期的军事领域被广泛应用，甚至也开始主导近海和远洋航行。公元前 210 年，秦始皇出巡，曾从镇江自海路“北至琅琊”。后又派遣徐福携童男童女数千人深海东渡，寻访传说中的神山，但徐福最终留置日本，不再回返。汉武帝也曾派人自广东徐闻县南下，先后抵达马来半岛的都元国和缅甸的蒲甘城，然后又遍
10、访印度日南、象林界云，从黄支国返航，由马来半岛西南回国，前后耗时两年。若无成熟的驶风技术，这种跨国航行显然是不可能的。秦汉时期的远洋航行成就，与多桅多帆技术的出现有关。据太平御览记载，东汉远洋船帆多为“卢头木”的叶子织成，厚而硬，可以利用正逆风之外的所有侧向风，在急风时便于调整风帆，以增减帆的面积，保证航行安全。由于侧向风除推进船舶之外，还产生横漂力，秦汉航海家创造了舵，以便船舶在提高航速时保持平稳。从东汉到元代，随着风向和风力变化而改变帆角和舵角（即“看风使舵”）的驶风技术逐渐普及开来。李约瑟认为，“这些发明和发现往往远远超过同时代的欧洲”，“在 3 至 13 世纪之间保持一个西方所望尘莫及
11、的科学知识水平”。唐代对外交流广泛，更多的船舶开始出海远航亚非各地。为了最大程度地提高运力，船舶形体往往很大，对风力需求自然更为迫切，甚至“非风不能动”。义净法师曾赴印度求法。他先是在冬季利用南海盛吹东北季风之机到达佛逝（今苏门答腊），次年夏天又利用西南季风，从佛逝启程穿越马六甲海峡。此后多次利用季节变化造成的风向转变，顺利抵达印度。由此可见，唐代驶风技术已经达到很高的程度。宋代航海家也善于利用风力。若去高丽，“皆乘夏至后南风”；若去日本，则利用夏秋时节的西南季风；去印度洋，则靠十一月至次年三月的东北季风。“他们总是抓住时机从苏门答腊出发，或经由印度南端绕航阿拉伯海与波斯湾，或举帆直航亚丁湾与
12、东非海岸”。时至元代，这些经验被总结为各种歌谣四处传唱，当时的海道经就记载了大量的“占风门”歌诀。根据元代的航海经验，意大利旅行家马可波罗在游记中告诉他的同胞，在印度洋和中国海，只有两种风刮过。冬天的风将水手们从大陆带出来，夏天的风将他们带回去。明代的“郑和下西洋”壮举，无疑是风力航海时代最为精彩的华章之一。日本学者寺田隆信认为，郑和宝船九桅十二帆的驶风装备，使其航海活动的代价要比达伽马等欧洲航海家小得多，后者“不仅在航海和操船技术方面有问题，而且也与船舶经不起大洋的风浪不无关系。”郑和船队对西太平洋与印度洋的季风规律运用娴熟。他们多在冬季启程，夏季返航，以便分别借力于东北季风和西南季风。随同
13、郑和远航的马欢在瀛涯胜览一书中，表达了他对船队驶风技术的骄傲。这一时期，以顺风相送为代表的有关驶风技术的航海文献大量出现。顺风相送作为最早记载中国人到达钓鱼岛的文献之一，目前已成为中国对日交涉的主要参考史料。康熙王朝得以收复台湾，也与清朝水师的驶风技术密切相关。攻台主将施琅数次兴师，均因飓风难以控制而功败垂成。在休兵期间，他派专人查阅气候资料并进行了海情和风向、风力的实地观测。攻台之前，施琅基于个人对于海峡季风的了解，向康熙皇帝做出了夏季进军的建议：“乘夏至南风成信，当即进发捣巢。盖北风刚硬，骤发骤息，非常不准，难以预料；南风柔和，波浪颇恬，故用南风破贼，甚为稳当。”由于前期准备充分，战船驶风得宜，施琅最终攻台成功。可惜的是，自郑和下西洋之后，明清两朝就丧失了经略海洋的雄心。为了海疆之外的政敌和外国侵略者联络内患，禁海政策逐渐推行开来。而这一政策的主要内容，就是限制船舶的风力利用设备。明代官方一旦“查海船但双桅者，即捕之”。清代也多次推行禁海令。学者艾尔弗雷德W克罗斯比认为，“如果政治上的变化和文化上的内在原因没有阻止住中国水手的雄心的话，那么可能历史上最大的扩张主义者是远东人而不是欧洲人”。
