扇车:圆机扇比名,一轮羽犹轻
——中国古代重要科技发明创造(五十四)
我国的扇车历史悠久,应用广泛,影响深远,遍及世界。
扇车,又称风车、飏(yánɡ)扇、扬车、风扇车、扬谷器,是一种利用流体力学、惯性、杠杆、轮轴等物理原理,人为地迫使空气流动,以将谷物和颖壳、灰糠、瘪粒、尘土分离的综合性复杂农机具。
据东晋葛洪《西京杂记》记载,西汉末年,著名机械师丁缓“又作七轮扇,连七轮,大皆径丈,相连续,一人运之,满堂寒颤”。七轮扇,为开放式旋转扇车,单纯用叶面鼓风,没有气流集中装置,也不考虑离心流场中的气流方向,表明人们对离心原理的应用处于“扇动即有风,有风即可”的层面。
除文献记述外,还有许多出土文物可以印证。20世纪70年代,中原地区出土多件西汉末至东汉时期的陶扇车和陶米碓(duì)。1969年,河南济源县泗涧沟西汉晚期墓中,出土有陶米碓与陶风车的作坊明器。1985年,山东临淄金岭镇1号东汉初明帝至章帝时期墓出土陶扇车与陶米碓模型。1987年,山西运城市芮城城南村东汉墓出土4件带有扇车的釉陶磨坊明器,形制基本相同。2003年,河南济源西窑头村10号西汉末期墓出土1件褐釉陶扇车与陶米碓。美国奈尔逊美术馆藏1件中国汉代陶扇车作坊。
宋代曹勋的《扇车》诗句:“良工巧制鲍鱼形,短架圆机扇比名”,展现了工匠巧制扇车的场景;“十幅怀箱尘不到,一轮因力羽犹轻”,描绘了扇车运转时轻柔无声的特点,将羽毛扇的轻盈与机械运转的力度结合,暗含人与自然力量的平衡;“辗回剧暑轩楹去,载得长风枕簟清”,更将机械运转的物理过程产生的清凉升华为精神层面的惬意,让人仿佛能感受到夏日里的一丝凉意,体现了古人对生活美学的追求。
历经千年发展,扇车的设计从汉代起源到明朝基本定型,凝聚了世代农人的智慧。
直到18世纪,来华传教士将中国农民使用的风扇车运回欧洲,才让闭合式旋转风箱在欧洲得到普及。作为由中国传向西方的重要机械和技术发明之一,风扇车不仅对欧洲农业机械的发展产生了促进作用,也堪称是所有离心式压缩机的鼻祖,对西方近现代鼓风机械的发明具有一定影响。在现代农业机械普及以前,综合了多个物理原理的风扇车曾是农村“机械化”程度最高的农具,它曾无数次让谷物“颗粒归仓”,也是中国农民的智慧结晶。
20世纪60年代,英国科学技术史专家李约瑟完成《中国科学技术史·机械卷》,对我国风扇车有高度评价:“在旋转风扇扬谷机的实用形式上,这是中国技术的又一典型项目。”他指出,无论怎样演变,中国旋转式风扇车有一个惊人的特点:进气口总是位于风腔中央,因而它是所有离心式压缩机的祖先。
“所有欧洲旋转式气体鼓风机都从它演变而来。”李约瑟所言甚是,中国风扇车每经一次改革,都是一种科技进步。它那不断调整优化的器形、进气口、出风口,都是中国古代劳动人民智慧的结晶,是中华民族的骄傲。
近代以来,随着皮带、齿轮传动的出现和畜力、水力、蒸汽、电力的应用,风扇车的动力不断进步,扇车的质地也由纯粹木制改为部分甚至全部铁制,使风扇车更易制造,更加坚固耐用,大大减轻劳动强度,改善生产条件,提高生产效率。
(作者系国家教育咨询委员会委员、中国科技馆原馆长)