1255再鑄鼎  第55章 自造艦與新型帆

類別: 歷史 | 兩宋元明 | 1255再鑄鼎 | 修改兩次   作者:修改兩次  書名:1255再鑄鼎  更新時間:2020-06-20
 
1257年,二月廿五,闊馬區外海。

一前一后,兩艘掛著辣土豆旗的船只相繼駛過。

“快快,把帆往左轉!”

后面那艘船上,王廣金一邊掌著舵,一邊對前面大喊大叫著。

甲板上的趙虎子趕緊帶著水手轉動起了桅桿底部的一個棘輪。棘輪發出咔咔的聲響,通過繩纜間接牽動與帆骨連接的數根帆索,使整個竹篾織成的帆面圍繞桅桿逆時針轉動,以一個略有偏斜的角度對準了變化后的風向。

帆吃滿了風,帆面微微鼓起,推動船只達到了極速。船板發出吱嘎吱嘎的聲響,不時有浪濺到甲板上。但即使這樣,這艘船也沒趕上前面那艘。

一前一后兩艘都是新船。趙虎子上午在儲蓄所辦完業務后,就急急忙忙趕到闊馬區,為的就是參加這艘船的海試。

它們是闊馬造船廠前不久下水的兩艘三百料木船,仍然是傳統的福船結構,大約有16米長,標準排水量約一百噸。

這兩艘船從55年開工,到前不久第一艦隊回來之后才正式下水。下水的時候,海洋部好是興奮了一番,畢竟這是東海商社自造的第一批船啊。他們把兩艘船分別命名為“金牛”“白羊”,王廣金和趙虎子這些原縱橫號的船組現在就在白羊號上。

其實這兩艘船在去年末就基本完工了。闊馬造船廠一直在招募工匠,現在工匠加工人已經過百人了,所以進度比預計提前了一些。只是由于第一艦隊南下貿易,海洋部人手不足,船造出來也沒人開,所以只分配了一小部分人力進行收尾工作,再讓一部分新手造些小船練手,大部分人力分配到了新型船的制造上。

是的,隨著海洋部對本時代航海船只的逐漸熟悉,他們也對木帆船有了了自己的理解,決定在仿制起點號的基礎上進行多項改進,制造一艘噸位相當的新型船。

新型船的下水還不知道要多少個月,不過研發過程中產生的一些成果可以先在現在的船上試驗一下。今天金牛號和白羊號要試驗的,就是新型的船用風帆。嗯,準確地說,試驗者是金牛號,而白羊號裝備的仍然是舊式的硬帆,是作為對照的。現在這個試驗的結果已經很明顯了。

在介紹新型風帆之前,有必要對歷史上出現過的帆裝梳理一下。

風帆按材質可分為硬帆、軟帆兩種,按固定方式又可分橫帆、縱帆兩種,此外還有一些輔助帆太雜暫且不談。歷史上排列組合,出現過很多各種類型的帆裝,但最終大浪淘沙,比較成功的有三種:軟縱帆、中式硬縱帆、歐式軟橫帆。

先說軟縱帆。軟縱帆是歐洲和中東都經常采用的一種帆裝形式,大多是采用三角或者四角梯形形狀的一整塊帆布,沿桅桿縱向布置,可以繞桅桿轉動,所以能夠利用七面來風,可以制造一些快速靈活的小帆船。但是由于需要一整塊帆布,在古代技術條件下難以做大,所以很難用在大船上。

然后是中式硬縱帆,這是中國獨立發展出來的一種帆裝形式。這種帆是用竹篾、草莖等編制而成,再用竹木為骨撐起來,材質較硬、不易變形,故稱硬帆。大多數硬帆都可以繞桅桿轉動,所以算是縱帆的一種。中式帆具有縱帆的優點,可以憑借七面來風航行,同時又易于操作,非常適合東亞沿海多變的風向,材料又容易取得可以隨時修補,所以被東亞各國廣泛采用。16世紀葡萄牙人到達中國后,也把部分西式帆船改裝成中式硬帆,以適應東亞的海況。

中式硬帆突破了帆布面積的限制,可以做出比縱帆船大得多的船,但做大之后,帆重也急劇增大,仍然不能用在太大的船上,這時候就需要橫軟帆登場了。

歐式橫軟帆,就是用兩根“二”字型橫向排列的木棍拉起一面帆布,再把很多組這樣的帆布裝在桅桿上,形成大面積的帆裝。若是論同等面積下的用風效率,那橫帆肯定是比不過縱帆和中式帆的,要論起靈活性,更是被吊打。但橫帆的強大之處就在于不跟你們玩同等面積,我就要堆面積碾壓你們。

由于橫帆是多塊帆布的組合,所以既不用受縱帆單塊帆布面積的限制,又不用受中式帆重量的限制,可以把總面積做得很大,能夠驅動一些超級別的大船。也許近海航行時跟縱帆半斤八兩,或許還不如,但在能利用常年風帶航行的大洋上,橫帆則具有了絕對的優勢。所以隨著大航海時代的到來,船越造越大,跨洋航行越來越多,歐式橫軟帆也成為了主流的帆裝形式。

不過橫軟帆同樣也是有缺點的。采用橫帆的船通常具有超高的桅桿和巨大的帆面積,為了保證桅桿強度和操控多組橫帆,就必須在桅桿上裝上密密麻麻的支索和帆繩。這些繩子就限制了橫帆的轉動,使得橫帆船只能利用順風和側風,難以利用逆風。

為解決這一問題,西式帆船又加裝了艏斜桅帆和艉縱帆乃至支索帆。這些帆與船體軸向平行布置,在逆風時會被吹鼓起來,而風流過鼓起的帆面時會產生升力,這些升力便可以帶動整艘船戧風而行。如此雖然效率不如縱帆船,但總歸是能動了。

但這一套復雜的帆裝又進一步加大了操縱的難度。一艘縱帆船或許只要十個水手就能操作,而一艘橫帆船卻可能需要幾十上百個水手。不過,在危險的大航海時代,這倒未必是缺點。人多力量大,水手多了,戰斗力也就更強,不管是抵抗海盜還是自己做海盜,都是人越多越好。

東海商社沒那么多水手可以折騰,所以不想用橫帆,再說現在他們的船也沒大到硬帆用不了的時候。但他們對目前的硬帆形式不滿意,于是就參考后世現代帆的理念,設計了一種新形式的帆。

那么現代帆是由這三種帆裝中的哪一種發展來的呢?很遺憾,都不是。

現代根據流體力學設計出來的帆,與其說是從古典帆演化而來的,不如說是從飛機機翼變過來的。

古典帆主要靠風吹扇面的作用力推動,而現代帆則主要靠風流過帆面時由于兩側空氣流速不同而產生的壓力差來推動,和飛機機翼同樣利用的是伯努利效應。

硬要說的話,現代帆大多采用不能形變的骨架結構,又能繞桅桿自由轉動,和中式帆倒是有些像,但帆布采用的是輕薄而強度高的現代纖維材料,比最軟的帆還要軟,所以算是集大成者了。

海洋部就是參照這個理念,用輕薄的帆布替代竹篾作為帆面材料,同時用彎曲帆骨將帆布撐起形成能夠高效利用升力的弧面,軟硬帆結合,設計出了一種歷史上罕見的奇異帆,也就是今天放在金牛號上試驗的這種了。

金牛號上,韓松見大局已定,便放心地將舵交給旁邊的鄭林掌著,自己去前面細細觀察起主桅上的新式帆來。

“嗯,這個帆骨,倒有些像肋骨……”

可不是嘛,主桅上的三面小帆是通過四根橫向帆骨連接并支撐起來,這四根帆骨又自下而上通過一套帆索系統固定在了一根豎向的“脊骨”之上。收帆時,放下帆索,整個帆就像遮陽棚一樣折疊起來了;升帆時,拉緊帆繩,整面帆就完全展開,中部向前凸起,形成桶狀的巨大弧面。

而這根脊骨則通過三個短支柱與桅桿連在了一起,連接處是軸承可以相對滑動,以此實現了帆面的轉向。如此一來,便可調整角度以適應風向。不過與舊式帆不同,新式帆不是以背面迎風,而是以側后面迎風。此時風一面從前方的弧面快速流過,氣壓降低,一面堆積在后方的凹面中,氣壓升高。帆在兩個氣壓差之下產生巨大的推力,推動船向前行駛。

因此,同樣的船體同樣的風,金牛號能跑得比白羊號快,也就不奇怪了。

為了制造這款新型帆,海洋部和工業部又整合了不少新技術,比如說用鋼骨代替了竹木骨架。東海商社能自產優質廉價的鋼材,鋼雖然密度比木材大,但是剛度要高得多,算下來比剛度(模量比密度)更高,在風中不易變形,所以可以用很細的鋼骨替代木骨。但那根固定承力的“脊骨”仍然是木質的,因為木材的比強度要比鋼高,也更容易加工成大型構件。

此外,帆和桅桿之間的連接使用了東海商社的王牌產品石墨軸承,保證了轉動順暢。又有一套新設計的滑輪和索具系統,以完成升降帆、轉動、固定等操作。

這時鄭林把舵交給了水手,自己也跑了過來湊熱鬧。他先是攀上了桅桿,試了試獵獵作響的帆布的手感,又跳了下來,說道:“方迎波給的這批帆布不錯,我看比南方的都不差了。”

韓松點點頭:“豈止不差,他們折騰這么久,也就出了這么一個好東西。我看城陽也干脆別產什么破商品布了,專產帆布得了。”

嗯,這帆面用的是新型棉麻混紡帆布。之前城陽工業區曾經做過一批純棉帆布給海洋部試用,重量相比麻布減輕了不少,但是棉的強度不如麻,城陽工坊的紡織技術也不怎么樣,結果大風時產生了撕裂現象。為此,他們又改進了配方,使用棉麻混紡,經線交替使用一根麻線一根棉線,緯線用兩根棉線一根麻線。這看起來復雜,其實在手工織布時代和普通布織起來沒多大區別。

但這也是基本操作,沒什么特別的,這種帆布的真正秘訣在于提前數百年使用了上蠟工藝,也就是事先把線浸過防水油料再織布,可以增加布料的氣密性和防水性。帆布如果不經過防水處理,風就會從纖維間稀疏的空洞中穿出去,降低推進效率。為此,傳統的做法是織造完成之后再涂蠟或桐油,但這樣用量不好控制,達到同樣的氣密性重量要大上不少,而且成本高昂。因此歷史上有的船為了省錢,就用普通布料做帆布,行船時潑上水浸濕防漏風。東方硬帆之所以用竹篾編制而不用布,也是有出于漏風率低的考慮。相比之下,城陽出產的這種帆布真的是上好的防風布了。

說到這里,鄭林又心癢了,回頭對艉樓喊了一聲:“計一下航速!”然后在十幾根帆索里找出自己想要的那根,從固定處解開,用手拉著慢慢放下去,又提起來。

最頂層的帆骨隨著他的動作先是下降,又升起來,牽拉起來并不費力——由于一系列新技術,最終造出的帆面不但用風能力更強,重量也比同面積的硬帆少了三分之二,整面帆都可以由一個水手收放,更別說這頂層的三分之一了。

他把帆索綁了個繩結固定回去,拍著手說道:“這么輕省,你說當時造的時候為啥不干脆把桅桿造高點,好掛面更大的帆?”

韓松道:“造的時候都定型了,哪那么好改,完全體還是得看新船。而且,”他在甲板上用腳點了點,“聽,這還沒多大風呢,就吱嘎吱嘎了,帆力再大,說不定哪里的結構就得出問題。畢竟是練手的船,不能要求太高啊。”

鄭林點頭道:“也是。而且這帆只是有個雛形,還沒優化完全。回頭給其他幾艘船也換上試試……對了,頭兒,你說,這帆軟帆硬帆都不完全是,得起個特有的名號吧?”

韓松一愣,然后說道:“既然是類似機翼的原理,那就叫東海式翼型帆吧……唔,太長了,干脆叫海翼帆得了。”

鄭林一拍掌:“好,就叫海翼帆!”

這時,后面的水手拿著表和記錄紙來報告了:“報告艦長,之前五海里平均速度8節,最高速度8.6節!”

韓松一聽就笑了:“很好,今天還是沒什么大風,不然說不定能上九節。也不錯了,這應該都甩出白羊號有一節了。行了,今天就到這吧,打信號通知他們返航!”

其實他們今天一共比了三輪。第一輪,由于海翼帆的用風方法和硬帆有很大區別,金牛號上的班組對海翼帆還不是很熟悉,沒發揮出效果,甚至比白羊號還落后了一點。等到第二輪漸漸熟悉了,才持平甚至反超。而這是第三輪,完全上手之后終于表現出了顯著的優勢來。

兩艘船逐漸調頭回航,而此時海翼帆又展現出了一個優勢——由于是利用側風升力,所以可以調整帆面角度使得升力垂直于船體,從而獲得較大的力矩輔助轉向。因此金牛號比白羊號更快地完成了調頭動作,等到后者也轉向南行駛的時候,兩者都差不多并駕齊驅了。

鄭林命人降了頂層帆,與白羊號保持速度一致,又走上艉樓喊來了王廣金他們,笑呵呵地吼道:“王兄,承讓了!”

王廣金嘴角抽搐,回道:“新式帆果然厲害,鄭兄在上面都跑得這么快,回頭我就給白羊號也換上!”

韓松也走上來,喊道:“對,還有起點、縱橫,還有以后的新船,都換!”

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