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[前沿设计] 关于中国帆船的大型化设计

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发表于 2017-8-10 14:49 | 显示全部楼层 |阅读模式

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从近代来看,中国帆船基本没有1000吨以上的。在西方人眼中,甚至连3桅杆以上的帆船都没有。
一般的形象中,中国帆船都是一些制造粗糙,外形破烂的 JUNK,另外一层意思就是垃圾。
 关于中国帆船的大型化设计 210030ujijs09hiu3byuss.jpg
其实对比古代时期西方的帆船,他们的也没好到哪里去。一直要到飞剪船时代,西方帆船才真正在性能上遥遥领先。现在仍然在海上行驶,成为西方海洋文明标志的那些壮观的大帆船,绝大多数都可以列为大型铁壳(或钢质)帆船。也就是多次改良之后的,在蒸汽时代面临淘汰的这类帆船。
 关于中国帆船的大型化设计 谢多夫号帆船.jpg
中国帆船很遗憾,没有进入到这个改良进程中,性能一直停留在古代时期。
这里面最好的也就是采用西方船体的lorcha船型。
 关于中国帆船的大型化设计 129491chinese
金华兴号这类渔船,也是近似于lorcha的一类。船体特别是前部线性是采用飞剪船类型的船头。
 关于中国帆船的大型化设计 xin_1708052906103431167226.jpg



我们也可以照西方帆船的进化路径,设计出有中国特色的多桅杆大型帆船。



这里要特别提到中国帆船的桅杆数量。

从古代文献记录中看,中国帆船有很多桅杆的。阿拉伯大旅行家伊本·白图泰甚至声称中国帆船有多达10桅杆。

但近现代可以看到的沿海地区的中国帆船中,一般的都是三桅帆船。而且这种三桅船前桅是类似西洋帆船的前三角帆的位置,也就是仅仅相当于双桅的西洋帆船。内水倒是有不少多桅帆船,通常有5桅杆,最多的是太湖七扇子,多达7桅杆。
 关于中国帆船的大型化设计 timg8D337BFH.jpg
有些人认为内河考虑到航道狭窄,帆的幅面比较窄,而船体宽度因为河道限制不能太宽,结果船体就变成细长型,那么要充分获得风力,桅杆数量必须弄很多。然后海船中,因为没有河道宽度的制约,船帆的宽幅不受制约,那么不需要太多桅杆就可以充分利用风力了。也就是因为内水和海洋环境的不同导致技术层面的问题。

海船的问题,我认为从宋到元,无论从文字记载还是出土船体实物,都显示当时的海船都是宽而扁的(长宽比小于3,大概是2.7左右)。郑和宝船的尺寸数据虽然现代大多持否定态度,但不可否认的是这个宝船从长宽比来说,是符合实情的。
在明代海船也开始出现狭长型船体(长宽比4)。到明末的时候,狭长型船体已经占主流。从历代封舟尺寸记录中可知,除了崇祯年间最大的那一艘是个宽扁船体外,其他都是狭长船体。
从技术上分析,采用特别宽的船体,从感性上说很容易接受,因为越宽的船体似乎越平稳(在平静的内水是这样的)。进入波浪翻滚的海域貌似应用更宽的船体。
但这只是一种心理上的简单推理,和实际情况并不一样。真实的情况是船体越宽大,船体的横摇越剧烈,除非这个宽度已经大到极致(比如像郑和宝船那样50多米的宽度,这个时候这个宽度已经比很多帆船的长度还要大了,那么横摇会比较小)。
对于没那么巨型的船体来说,使用更窄的船体(宽度和型深接近的,也就是船体横截面接近正方形)反而能获得较好的适航性。另外一方面航速也因为宽度相对变窄,船体变狭长,而可以明显提高。

另外一方面,内水使用的帆船确实有很多这种狭长型的多桅杆帆船。从技术上讲,只要把这些船适当加强,完全可以满足航海的要求。
但为什么从明中后期开始见不到多桅杆的航海帆船。

仅有的记录是某次封舟,是5桅杆。而现存于世的封舟图,虽然画了三根桅杆,但明显可见,最后面一根桅杆不正常,也就是它实际是个双桅杆的船改装过来的情况更为合理。而同时期日本记录的中国商船,全部是双桅船,船尾多数都有第三个立杆但那是个旗杆,而非挂帆的桅杆。
 关于中国帆船的大型化设计 rt13.jpg
我认为这是明中期以后的海禁导致。这个海禁跨越时间很长,中间虽有很多的间断和政令难以执行,但总体上说一直持续到清代。内容基本也相仿。在技术方面的措施主要是限制航海船只的航海能力。
其实在明前期也有一些海禁,比如永乐年间一个命令是民间船只全部改成平头船。我不知道这个平头船是否是相对于尖头船来说的(可以理解为把船头从尖改成方的,也可以理解为把高耸的防浪船头砍平)。。。但明中期倭寇猖獗时期的海禁,才是真正大规模的得到比较彻底执行的行为。

这些命令中明确记载出海民船不得2桅杆以上(这个在朱元璋时代就写入大明律法),甚至有的时期是看见双桅船就视为大逆不道。封舟因为不是民船,而是彰显朝廷威仪的,所以可以不受这个限制。但长期限制下去,民船中不出现2桅杆以上的船的时候,官方试图在民船中征召来改装封舟,那也弄不出多桅杆的船来。
这些命令中有一条是禁止民船有遮洋牌。这个部件不知道为何物,但从字面理解,以及和近代木帆船的一些传统做法来看,我估计是封舟图中船头的那个免朝牌的位置。现在一些地区的木帆船有船头两侧板外张,而前面却无遮无拦,明显不利于遮风避浪且结构强度脆弱的所谓“开角花屁股”船体。估计就是当年为了遵守这条指令,把船头的这个遮浪板给拆了变成的这模样,久而久之变成一种文化传统。
 关于中国帆船的大型化设计 172718ihkstbk4utxitszu.jpg  关于中国帆船的大型化设计 111608jmcq22ghhpc5jqw5.jpg
清代后期,海禁基本不再执行,但整个国家自身的海上力量也彻底退化。民间虽然有很低幅度的改良,但也无济于事。

说了这么多,想表达的意思是,中国的航海帆船之所以只见到2~3桅船,并不是什么海洋环境导致的技术问题,纯粹是因为政策的限制产生的传统。
比如不许造超过2桅杆的,那么可以肯定,以前造的肯定比2桅杆多,而且既然他要这样禁止,那么肯定更多桅杆的航海性能更好,所以他才需要去限制。
而且现在这个三桅的,还是在清代中后期,海禁不再被关注的情况下缓慢发展起来的。我个人的猜想估计是从2桅船的船尾的那个旗杆演变成正式的桅杆。

至于制造粗糙,这个问题主要是外国人看得见的都是一些民间的渔船货船之类,中国近代也没有什么游艇文化,官方特别是宫廷,对航海没任何兴趣。那么只能是生活在社会底层的人群去使用这些帆船,对他们来说,满足基本生存条件都非常难得,那怎么可能有心情和能力去搞什么华丽精致的造型呢?


在这种三桅船形制下,最大的(按外国人的估计)有60米左右。但通常情况下最大的一般为40多米。
 关于中国帆船的大型化设计 002258c0cy64i342l2w0co.jpg
如果采用现代钢制船体造100米左右的船,把这个造型放大的话,会出现个主帆宽度过大的问题(会接近60米宽度),这种情况下导致一系列的结构和操纵性问题。比较妥当的解决方案是增多桅杆,而不是把小船生搬硬套的照比例放大。
样式上,可以参考但也不必拘泥于照搬。
最后得到的结果应该是,远观它无可辩驳的就是中国帆船,而不会被认为是其他类型。

我们现在找不到多桅杆的中国航海帆船来参考,那么也可以从内水帆船来改良设计。

洪泽湖帆船4~5桅,各个桅杆高低不一,呈现绝对的扇形分布。
太湖帆船5桅杆个别7桅杆。桅杆高低基本可以分为2~3组,而不是每根完全不同。
这些可以作为大型中国帆船的风帆布局参考。

我主要的设计思想是
帆的分幅,前帆为8幅,中间的主帆统一尺寸,全部12幅。尾部的为6幅。
太湖七扇子据称是从6桅改制过来的(古法为6桅杆,七扇子把尾部的小帆增加到3个,个人认为7扇子造型不良不如古法)。
从充分利用风力的角度出发,当然是恨不得每个桅杆都是主桅。
但考虑到帆船的纵摇以及受风,最前和最后桅杆最好短一些。这样整体受力每个桅杆都会比较一致。也就是洪泽湖帆船那样桅杆均匀变高低比较合适。但考虑到建造的统一性,没必要搞太多规格出来,也就是大桅统一。
而再考虑到侧风下的受力中心的问题,所有帆装的总面积中心位置要比较靠前。或者说把后部的桅杆弄矮一些。
这样看,就可以用以下构造(按帆的分幅数量):
8-12-12-12-12-6-6
 关于中国帆船的大型化设计 QQ图片20170810143813.png
这个帆的面积分布比太湖七扇子靠后了一些,这个可以通过改良船体来解决(把船体前部变尖削,船体重心会往后移动,这样帆和船体就匹配了)。

历史上,西方的横方帆帆船最多是5桅杆(例如普鲁士号),纵帆船中有6桅杆的木制纵帆船Wyoming和7桅杆的铁壳纵帆船Thomas W. Lawson。如果要搞个什么创纪录,那倒是可以搞8桅杆。
8-12-12-12-12-12-6-6
不过感觉8桅杆的有点比例不协调。  关于中国帆船的大型化设计 QQ图片20170810154129.png
纵然这样,也比郑和宝船里面的9桅杆和伊本·白图泰说的10桅杆不如。

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发表于 2017-8-10 19:41 | 显示全部楼层
中式帆超过三桅感觉不好看

近代大型木帆船应该是福州运木船foochow pole junk(花屁股) 和老闸船http://www.51hanghai.com/thread-60426-1-1.html

你说的开口没有免朝牌或者两侧翼间没有板子的那种船,一般是浙船或者福州运木船,有远洋过:福州运木船宁波号(原名金泰豐)远航到美国,慢悠悠的,1912年55天航行7000多英里到达洛杉矶San Pedro港,换算下来是平均4-5节。(1911 Captured by rebels in the battle of Hankow and sold to Americans for $50,000. 1912 Wrecked in a typhoon on June 12.  Wrecked again in a typhoon September 26 off Kyushi, with the loss of the sails and use of the rudder. Crew mutinied and refused to work. Four men rowed the vessel 320 miles back to port. Once in port, the crew were taken in arms. On December 22 of the same year, a new crew sailed the repaired Ningpo7,000 miles in 55 days to San Pedro.           http://www.cawreckdivers.org/Wrecks/Ningpo.htm
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发表于 2017-8-10 19:54 | 显示全部楼层
中国木帆船三桅海船的尾帆都很小的 桅杆也细 可以说是双桅船发展而来 尾帆只是转向辅助
唐船图有的有画出尾帆,小小的
 关于中国帆船的大型化设计 k139l0025.jpg
 关于中国帆船的大型化设计 QQ截图20170312155248.jpg
 关于中国帆船的大型化设计 QQ图片20150404004639.jpg

老外画的 尾桅和尾帆也是细小
 关于中国帆船的大型化设计 py0596.jpg
 关于中国帆船的大型化设计 drhdth.png
 关于中国帆船的大型化设计 629452253.jpg
 关于中国帆船的大型化设计 gvygu.png
 关于中国帆船的大型化设计 XGK6_016.jpg
 关于中国帆船的大型化设计 QQ图片20170316124258.jpg
比较有意思的是后来的照片时代 都没看见日本唐船图里中国木帆船挂头巾顶横帆软帆了

点评

尾部的桅杆低矮,这个是和帆船受风有关的,帆的形制必须和船体匹配。 在早期(明朝)那个尾部的立杆有的时候是绑在尾部舷侧的,而不是立在船体中线上的。这种绑法怎么看都感觉像一种临时措施。 我估计是为了迎合  详情 回复 发表于 2017-8-11 09:26
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发表于 2017-8-10 20:09 | 显示全部楼层
倒三角平板状的船艏,高耸的两侧翼板,有的翼板间还有免朝牌或者绞车,从明到清,画作都是如此
 关于中国帆船的大型化设计 QQ截图20160910105323.jpg.thumb.jpg
 关于中国帆船的大型化设计 QQ截图20160910103317.jpg.thumb.jpg  关于中国帆船的大型化设计 QQ截图20160910110422.jpg.thumb.jpg
 关于中国帆船的大型化设计 QQ截图20160910103255.jpg.thumb.jpg
 关于中国帆船的大型化设计 QQ截图20160910103235.jpg.thumb.jpg
到了后来,浙船变尖了不过两侧翼板还在免朝牌和绞车没了,就像楼主贴的,
 关于中国帆船的大型化设计 QQ截图20160910110803.jpg.thumb.jpg
广船有些也是变尖了而且有些是西洋的样式,广船有些船屁股也开始变成圆的了,
 关于中国帆船的大型化设计 QQ截图20160910110913.jpg.thumb.jpg
 关于中国帆船的大型化设计 QQ截图20160908190828.jpg.thumb.jpg
 关于中国帆船的大型化设计 QQ截图20160908190906.jpg.thumb.jpg
倒是福船还是平板的船艏,变窄了,有些也没有两侧的翼板和翼板间的绞车了(闽浙交界的福州运木船,有着福船的平板状托浪板也有浙船风味的两侧翼板)。
 关于中国帆船的大型化设计 QQ截图20160910105840.jpg.thumb.jpg
 关于中国帆船的大型化设计 QQ截图20160910105850.jpg.thumb.jpg
对于平板状船艏,建国后木帆船调查的手册里是这么说的
 关于中国帆船的大型化设计 福建渔船概述1.jpg
 关于中国帆船的大型化设计 福建渔船概述2.jpg
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发表于 2017-8-10 20:12 | 显示全部楼层
中式帆船大型化感觉,船体改进,增加桅杆后感觉和windjammer的纵帆款式差不多那个意思

中式帆装的优点和不足是一体的,带撑条的纵帆操纵方便,可以像现代运动帆船一样绕桅杆大幅转动,可以顺风当横帆,可以适度戗风逆行,一套帆装顺逆两用,操纵主要在甲板上,不用经常爬桅爬帆桁;不足也在此:操帆方便,但撑条靠在桅杆表面上下,却妨碍了加装支索(近代广船有加少量侧支索 从桅顶到舷侧 一侧2或4根),只能靠加粗桅杆增加强度,也不能用西式的接桅方法,不能做到像西方帆船桅杆之高,帆面积不及西方的大。

大面积的传统材料中式帆在大风中顺风换舷也是很危险的,太平公主号的李金华博文里有说过http://blog.sina.com.cn/s/blog_6e6401ae01019229.html

当然以上的缺点可以用现代材料攻克部分
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 楼主| 发表于 2017-8-11 09:07 | 显示全部楼层
大型化,另外一个意思是摆脱一些似是而非的观念(有些被视为“优良传统”,实则为谬论),完全以技术的角度出发来设计建造。搞到最后,就殊途同归了。形状相近也是必然的事情。
历数帆船的中国特色(特别是外观)大概有这么几条:
1,独特的长条形密横桁平衡帆
挂点在前1/4之前附近,颜色通常为黄色/棕色/褐色
这个是最明显的外观特征,十里外都能识别

2,船体色彩鲜艳,颜色多为红黑。
船头基本都绘制有眼睛(这个是最显著特征之一)
炮窗多在窗口边框涂成口字形状
船体下部直至船底为白色,
船头彩绘,有浪拱红日、猛兽兴波之类的
船尾彩绘,多有大鹏展翅仙人来贺,船名书于其中
明末清初的船尾上大多立三刀戟,可能是帮派标识。

3,水密舱构造,这点现代船只普遍使用已经算不得特征了。

4,方头
实际就算明代之前的中国帆船,也有尖头的。这个并不是中国帆船的必然特征。但反过来说,只要是方头的,那么必定是中国帆船。。。
当然,这个方头也分纯粹的如沙船一般的方头,也有潮汕地区那样的实质为尖头削平的扁头船。
在航速不超过10节的时候方头还是圆头或者尖头并没有什么实际的意义。但如果试图把航速提高到15乃至20节的时候,还要保持方头就显得有些困难了。如果方头弄得太窄,那也显不出它是个方的这种外观印象。如果太宽,那你只能得到一个低速的船体。
这是个纠结的问题。

5,披水板
沙船上使用的这个部件的功能被近代的舭龙骨取代,更进一步的技术措施是使用良好的船体设计取消舭龙骨,或者使用主动减摇水翼。至于抗横漂,这个只对浅吃水的扁平船体有用,吃水深而宽度窄的狭长船体本身就具备这功能,并不需要额外的装置。

6,巨大的可升降尾舵
把舵面放到船体吃水之下,主要作用还是减摇。同前面的披水板,这个东西在现代没有什么意义。至于什么勒肚索之类更没存在的必要了。


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 楼主| 发表于 2017-8-11 09:26 | 显示全部楼层
ssail 发表于 2017-8-10 19:54
中国木帆船三桅海船的尾帆都很小的 桅杆也细 可以说是双桅船发展而来 尾帆只是转向辅助
唐船图有的有画出 ...

尾部的桅杆低矮,这个是和帆船受风有关的,帆的形制必须和船体匹配。并不是因为它是个后补,所以就细小。在最后的帆也可以是很大的,但这种帆必然会比较靠前(得综合全船的全部帆来看,比如你最后面的大帆基本要靠到船尾了,那么必然最前面有一些帆要远远前挑出船头)。具体怎么样还要看船体的构造。

在早期(明朝)那个尾部的立杆有的时候是绑在尾部舷侧的,而不是立在船体中线上的。这种绑法怎么看都感觉像一种临时措施。
我估计是为了迎合当时的律法出海船不得超过2桅。在港口的时候就把这旗杆给拆了,以备官方检查。出港了就把它绑起来。

当然,也有的地方稽查得不是这么严厉。那么也有作为固定的构造立在船体上的。但不论是永久性的结构还是临时性的捆绑,这个位置在那个年代平时都是旗杆。

至于出了海没人看见的时候,就可以把帆挂起来了。但这个帆 和前面正常的两个帆是不一样的。这个是个偷偷摸摸弄上去的装置,所以是个易于收藏的布制软帆,而不是前面两个巨大的篷帆。

你发的一些日本的唐船图中,第三个桅杆也和前面挂的帆一样,都是篷帆。这个就是已经变成一种固定构造而不再是临时的措施了。这个是可以判断出年代的。

因为这些船使用竹席编制的篷帆而不是后代的布帆,那就是年代比较早的,到了清代后期基本都变成布帆了。但桅杆有3根,这在明朝可能性很小。那么可以判断应该是清康熙之后的船只,估计是1750~1850年左右。

后代不再在篷帆顶部再挂软帆的做法,这个估计是篷帆已经被布面帆取代导致。篷帆非常沉重,如果高度很高,船只就因为重心太高有易于翻覆的担忧了。顶部软帆应该是在弱风下使用的,以增大受风面积。强风下应该撤出,只使用篷帆。
布面帆重量比篷帆要轻不少,即使全部取代篷帆+顶部软帆重量上也没什么超出。可以省事的时候没必要给自己添麻烦,自然就不需要再搞一个额外的部件了。至于个别的情况,下面使用布面帆,然后顶上再弄一个软帆,这也不是不可以。。。如果你用多了就会变成和西洋帆船一样的构造了。
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