从只能利用顺风到能够利用侧斜风,又进而能够八面来风都可以利用,这不但的是航行技术的进步,而且是人类对力的认识的发展和巧妙运用。
要利用侧斜风,就需要有分力和合力的认识。尽管中国古代对它们的认识还是经验性的,没有理论化和系统化,但是我们的祖先却成功地把这一经验性认识变为实际应用,这可以说是一项重大的科学和技术成就。
这种调动船头方向的过程,在航行中称为“调戗”。也正是依据这个原理,不但可以利用侧风、斜风,也可以利用顶头逆风。在遇到顶头逆风的时候,只要用调戗来改变船头的方向,走之字形,就可以把顶头逆风变成侧斜风,使船前进了。
此外,风吹船帆还会产生一股升力,特别是海中风大,升力太大就会翻船。为了降低风压中心,减弱升力,海船一般是把帆幕制成短而宽的形状,或是上狭下宽的形状。同时,通常还在帆的下部再加“篷裙”,就可以更有效地降低风压中心。
我国这种利用八面风力的技巧,远远走在世界前面。十二世纪初,我国航海中已做到只有当头风不可行,其他方向的风力都能利用了。可是西方的帆船要到十六世纪才达到这个水平,而那时我国又能“调戗使斗风”,能逆风行船了。
六、披水板和中插板上面提到的S向横向推力,除了用调戗方法使船只朝所需要的方向前进外,我国古代还发明了披水板,来减弱横向推力。披水板通称橇头,又称副舵、腰舵,也称做浮板或下风板。
披水板装置在船舷的两侧,当受到侧风或斜风吹刮的时候,在下风方向放下披水板,可以削弱横向的推力,减少船只横向漂流和偏移。宋朝的《武经总要》中在谈到海鹘船的时候说:
“舷上左右置浮板,形如鹘翼,趣助其舡,虽风涛怒涨,而无侧倾覆背。”
明朝宋应星的《天工开物》也记载:
“中腰大横梁出头数尺,贯插腰舵,则皆同也。腰舵非与梢舵形同,乃阔板研成刀形,插入水中,亦不转,盖夹卫扶倾之义”
也就是说,披水板的装置,增加了船舶遇风浪时候航行的稳定性,可以防止船受横向推力而发生倾覆的危险。同时,由于横向推力减弱,也更便于调戗变换船身的方向,正如《天工开物》中所说:
“船身太长而风力横劲,舵力不甚应手,则急下一偏披水板,以抵其势。”
披水板起源于九世纪以前的唐朝,可能是受水鸟在浮动的时候利用两翼起平衡作用的启示而发明的,当时的海鹘船两舷就装置了浮板。宋朝的海鹘船每侧的浮板有四到六具的。到明代,简化成一具。
除披水板外,如宋朝客舟中,在两舷侧用大的竹子捆缚成口袋形状来抗拒风浪;明朝沙船设置竹制太平篮,平时悬挂船尾,遇风浪的时候装石块放置水中,都能起到披水板的作用。在明清时期,在船舶上又出现了中插板,就是在船底增设两根梗水木,它跟船尾升降舵配合使用,能够有效地少船舶横向漂流偏移,保证船只在航线上正常航行。