大风车:世界最早立轴多帆风力机械——中国古代重要科技发明创造(七十六)

——中国古代重要科技发明创造(七十六)

来源:科普时报 2026-08-07 10:20

2000多年前,我国汉代已有卧式风扇车用于谷物扬糠。公元前2世纪的西汉墓葬中,已经出土陶制扇车陪葬明器,明代《天工开物》完整绘制了扇车的结构形制。这类农具依靠手摇、脚踏带动扇叶旋转鼓风,实现谷物与糠壳分离,是世界上最早的离心式谷物鼓风机械。18世纪扬谷扇车传入欧洲,变革了西方谷物加工方式,奠定了近代鼓风机的基础。

大风车体积巨大,特指南宋诞生的实用型立轴风帆风车。文献记载其驱动水车灌溉,是中国独立原创的风力机械,早于欧洲水平风车数百年。明初立轴多帆风车结构完全成熟,《天工开物》《王祯农书》完整记载其构造;明清在江淮、黄渤海沿岸大规模普及,民间俗称“走马灯风车”。区别于波斯简易立轴风车、荷兰水平轴风车,该风车采用中式平衡船帆结构,是全球独有的阻力型垂直轴风装置。

大风车主体为八棱柱实木框架,中间竖立主传动轴,外伸8根桅杆悬挂风帆,主轴底端通过齿轮结构连接龙骨水车(翻车)。其核心创新在于自适应风帆机制:风帆偏置安装,靠绳索限位;顺风侧帆自动张开垂直迎风,最大化受力;逆风侧帆自动侧转平行风向,阻力极小。360度任意风向均可持续同向旋转,无需转动整机调向,远优于欧洲风车的转向塔结构。

大风车的功率调节,可按需升降部分风帆,风力大则收帆减速,微风时全帆运转。大风车的动力传动,立轴底部固定大平齿轮,咬合小齿轮驱动水车;齿轮可离合,实现启停控制,一台风车可带动1-3台水车提水。

自古以来,大风车主要用于农田灌溉与排涝。苏北、江南水乡大面积使用,无人力畜力即可持续引河水入稻田;汛期快速排干洼地积水,解放大量农耕劳动力。

大风车还用于海盐生产汲卤,可见于长芦盐场、苏北盐场大规模部署,抽取地下咸水晒盐。20世纪50年代仅天津汉沽、塘沽就有600余架立轴风车作业,是古代盐业核心动力设备的代代传承。随着电动水泵的普及,大风车逐步淘汰;1982年,全国风能资源普查,在江苏阜宁盐场找到国内最后一架破损停用的立轴风车实物。

大风车是世界最早成熟、可全风向工作的立轴提水风车,开创了阻力型垂直风力机技术路线;是融合古代造船帆具、齿机械、水利工程技术,体现了中国古代因地制宜的工程智慧;其自适应风帆设计思路,为现代垂直轴风力发电设备提供传统技术参考。

英国科学史家李约瑟在《中国科学技术史》专门论证:中国古人最早系统性实现风能到齿轮机械能再到水利做功的完整转化,为近现代风力发电、风力提水工程提供早期机械逻辑范本;当代小型立式风机的自适应叶片设计,延续了中国古代风帆受力思路。

(作者系国家教育咨询委员会委员、中国科技馆原馆长)

编辑:吴桐