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）

本報記者 王晶玥

圖①：天津靜海宋代木船復原圖。 本圖來自《中國科學技術(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)

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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責校準船向。

面對復雜的水面狀況，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)武漢理工大學教授、中國造船工程學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。“由此說明，至遲在東漢時期，舵已在使用，且較之西方早約1000年。”蔡薇說。

對一個事物名稱的解釋反映了時人對它的認識和理解。東漢末年，訓詁學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。”蔡薇說，它證明，中國先民對水流作用于舵葉并產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)有相當程度的認識，其中體現(xiàn)了一定的流體力學原理：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世紀現(xiàn)代流體力學得到系統(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，考古學家在天津靜海縣(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。通過復原，專家認為舵葉總面積為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。考古工作者根據(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洋貿(mào)易船。這艘船上亦有轉(zhuǎn)軸舵，考古報告顯示，承擔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》等相對“小眾”的歷史文獻資料，其間都有對于舵的精細記載，而且針對不同船型，舵的材質(zhì)和形制也不盡相同。“夫桅、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，怎么能不詳細了解呢？

明代文獻對船舵重要性的深刻認識，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。考古專家依據(jù)《南船紀》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)船隊在遙遠海途上始終駛向既定的遠方。

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，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)成也更加精細復雜，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·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。

策劃：李舫張意軒鐘金葉

動畫設(shè)計制作：李棟

學術(shù)支持：陳樸曾青松

版式設(shè)計：石瑞禾