水排和风箱对于往复式蒸汽机的启发 [复制链接]

第6版()
专栏：学术动态

水排和风箱对于往复式蒸汽机的启发
蒸汽机的发明是近代文明进展的重要标志。去年是蒸汽机的发明人汤姆斯·牛柯门诞生三百周年，在他的故乡英国得文郡举行了纪念会。英国著名科学史家李约瑟博士（英中友好协会会长、中国科学院国外院士）在纪念会上做了一个有意义的学术报告，题为《蒸汽机诞生以前的历史》，旨在追踪这一动力机械的创明，究竟是继承和发展了人类所已掌握的哪些原理和机器原型。李约瑟广泛地探索了欧洲、阿拉伯和中国三大系统的历史文献，揭露出这样一个关键性的事实：蒸汽机的改制完善，是由于牛柯门的继承工作者詹姆士·瓦特吸取和模拟了中国古老的机械水排和风箱的原理与结构而获成的。
李约瑟说，牛柯门的学养几乎完全是希腊的文化传统，所以他的发明是凭借于对真空特质的探索，同时他借助于纯粹希腊的器械，特别是波义林式抽气机。正因为这样，他的基本机具真空唧筒是单作的，即使是在一对唧筒构成时也是如此。
十九世纪初年，瓦特对牛柯门机作了很大的改进，这就出现了一八○○年以来所固定的蒸汽机式样。瓦特是怎样越过牛柯门水平的呢？他主要是吸取了中国的工程传统。首先要谈到双作的原理，这就是机件的结构务必保证活塞在每一冲程的前后阶段都能作出有效的功率。当一七一六年拉哈雅提出他的双作活塞抽水筒之前，在任何的欧洲机械设计中没有使用这种原理的前例。但是，此时的欧洲人熟知中国久已使用的双作活塞抽气筒（即风箱）已逾二百年。此法之传入西方，无疑为葡萄牙海员和耶稣会传教士所为。中国双作活塞风箱至少始于宋朝（约当公元一千年），它能够连续鼓风，对于中国钢铁冶炼技术的发展有巨大的助力。十八世纪的欧洲有许多图画描绘中国的双作鼓风机，著名的一幅是威廉·张伯在一七五七年描绘的。李约瑟说，因此瓦特在一七七七年制造了一个吹气机，它的鼓风筒是双作的。这件事仅仅比他运用同一原理来制造他的外部压缩式压气机（一七八三年造成）早几年。
其次要谈到往复式蒸汽机的构造形态，这是模拟中国中古时代作为另一种用途的机械，而在装置上是反其道而行之的。中国最早的水车不仅用以运转碾磨谷物的磨盘，而且施于更为复杂的职能来牵动冶金的风箱。正如双作的原理一样，运用水力转动机械作功于鼓风炉和熔铁炉，对于中国的冶炼技术具有巨大的功能。一三一三年王祯所著成的《农书》中，对于这种机械有详细的附图描述。欧洲人一向认为，内部转换运动和直线往复运动的最基本的方式是曲轴、连杆和活塞杆构成的标准机件组。可是一般不大了解，这种方式在十五世纪以前的欧洲是未曾形成的。在欧洲，最古的这种图绘是安东尼·比萨内罗在一四四○年左右画的抽水机图。并且，在锯木厂中见到李奥那多·达文西的设计。若要在任何文化中寻找这种标准的机件组的祖宗，一定要追索到上面所提及的那部《农书》。它描绘了一个由水力转动的卧轮，运转着立轴上的飞轮，飞轮周围绕有绳带，交叉套在辅助轴的滑轮上，带动着偏心圆的曲轴，由此把旋转的动力改变为进退的动力。从这个曲轴上，伸出一支连杆和活塞曲轴对着熔炉的风箱作功，在连杆和活塞轴之间利用仿佛像联杆导器的摇摆短柄连系起来。在一三○○年以前，这种机械已存在了多少年，未能精确获知，但比这幅古典绘画至少要推前一百年。当然，这个系统的动力是在转轮的一端以代在活塞的一端，但是从形态上来说，是和蒸汽机严格地肖似的。它的西传是不难估计的，因为从马哥孛罗到比萨内罗之间，中国和意大利的交通是相当频繁的。
据李约瑟的研究，蒸汽机中的若干构件也有模拟阿拉伯中古时代的工程设计的。例如，牛柯门机中的号称为“瀑布”的自动联动机，瓦特机中的小孔杆，分别在十三世纪初和十四世纪初就已运用在阿拉伯人的机械制造中。
论文的结语说：人们不禁会感到惊奇，形成于一八○○年左右的往复式蒸汽机的固定形式基本上包含两个重要组成部分，而它们早已广泛并有效地运用于一二○○年左右的中国了。李约瑟因而作出这样一个公式：水排＋风箱＝蒸汽机。
李约瑟这篇论文的全稿，将在本年出版的《牛柯门学会会报》发表。
（胡道静）