19世纪轮船技术发展史

轮船是现代远洋运输的主力装备，每年的货运量达高达几十亿吨。

轮船从18世纪末诞生至今已有200多年的历史，从使用蒸汽机的小型木船逐步发展到现在使用大型柴油发动机、燃气轮机的几十万吨巨轮。

最早的轮船技术并不完善，依然保留了风帆系统，相比木帆船没有任何优势。

随着蒸汽机效率的提高、螺旋桨的使用以及钢铁在造船中的广泛使用，轮船的性能最终远远超过帆船并最终取代了帆船。

轮船取代帆船的过程十分漫长，用了一百多年的时间。

这一百多年既是轮船逐步成熟的时期，也是帆船发展的黄金时期。帆船利用新技术和新材料（钢铁）实现了更快的速度，更大的吨位。

直到20世纪初，轮船最终凭借更大的吨位、更快的速度和更准时的运营取代了帆船。

蒸汽机的发明和成熟是轮船出现的前置技术。

蒸汽机是第一次工业革命的代表性产品，在18世纪被发明出来并逐步完善。

在蒸汽机的发明过程中，做出最多贡献的两位科学家是纽科门和瓦特。

纽科门在1712年制成了大气压蒸汽机并用于煤矿的抽水，瓦特则是改进了纽科门的设计显著提升了蒸汽机的效率。

蒸汽机的发明和完善，为轮船的发明点亮了前置技术。

1712年，纽科门制成大气压蒸汽机。

纽科门蒸汽机的工作原理是：

1、加热锅炉产生蒸汽，蒸汽进入气缸推动活塞上行；

2、向汽缸内喷入冷却水使蒸汽冷凝，汽缸内形成真空；

3、大气压力推动活塞下行，活塞连接一根中间有支架的横梁的一端，横梁的另一端连接抽水泵的连杆。

纽科门的大气压蒸汽机被普遍用于当时煤矿的排水。

纽科门蒸汽机的热效率很低，使用范围很窄，蒸汽机得到完善最大的贡献者是瓦特。

瓦特不仅显著改进了纽科门蒸汽机，而且极大拓宽了蒸汽机的使用范围。

1764年瓦特在机身之外加装一个凝汽器，结果显著地降低了能耗。

1781年瓦特又发明了连杆和曲轴机构，把往复运动变为旋转运动。

随后他继续改善机器并发明调速器等，使机器配套齐全，成为切合实用的蒸汽动力机。

1768年,瓦特与波顿合作在英国伯明翰(Birmingham)市建立一个工厂专造蒸汽机。

瓦特蒸汽机在当时的造纸、面粉、纺织、制铁、酿酒等工厂和为城市供水的自来水厂中得到广泛的应用。

当然，这种蒸汽机后来也用以推进火车和船舶，人类文明的交通将迎来革命性的变化。

轮船的发明——19世纪初期

用蒸汽机推进船舶的最早设想是用蒸汽机驱动桨轮以代替人力划桨，在18 世纪末期欧洲就有不少发明家和工程师试验过用蒸汽机驱动桨轮，但都未能获得成功。

在大西洋彼岸的美国却有几个人成功地造出了蒸汽机轮船。

1785~1788 年，费奇(John Fitch)造过两艘轮船，并在美国费城(Philadelphia)的特拉华(Delaware)河上航行多次。

1790年，费奇造了一艘更大的客船，并在费城和Trenton之间往返共航行了约4000公里，但都未能在商业上获得成功，也得不到其它人的支持，他于1798年愤而自杀。

第一个获得商业成功的轮船发明家是美国人富尔顿。

1802 年，他在法国巴黎居住时,曾专程去苏格兰参观在运河上航行的蒸汽机船，并于1803 年造了一艘蒸汽机轮船在巴黎塞纳河上表演过。

富尔顿于 1806 年向瓦特的工厂订购了一台新式蒸汽机并带回美国，他于1807 造了一艘排水量400吨、桨轮装在两舷的木质蒸汽机船——克莱蒙特(Clermont)号。

克莱蒙特号在哈得逊河上试航，从纽约到奥尔巴尼航程390公里，平均航速7.22公里/时。

克莱蒙特号试航成功后，富尔顿在纽约和奥尔巴尼两城市间开辟了一条旅客班轮航线。轮船不受天气风向的影响，准时到达，受到乘客欢迎，在商业上很成功。

在富尔顿获得成功的同期，欧洲的工程师们也相继造出各式轮船并进行了商业运营。

1812 年，苏格兰工程师贝尔造出了一条很小的轮船彗星(Comet)号，在格拉斯哥市中心与河口的格里诺克和海伦斯堡之间的克莱德河上运输旅客和货物。

后来航线延长到苏格兰西海岸的奥本和320公里之外的威廉堡，彗星号被认为是欧洲第一艘商业化营运的轮船。

19世纪初刚刚诞生的轮船在技术上还不成熟，与现代的轮船有显著的差距。

从外观上看，推动船体航行的动力是巨大的明轮。明轮不仅体积巨大，而且推进效率远远不如后来的螺旋桨。

因此轮船的诞生并未对帆船产生冲击。

此时帆船工业仍在高速发展，不论在载重量、速度等技术性能指标上，还是在船队规模上，帆船仍然远远领先于轮船。

但是我们要看到虽然此时轮船的性能仍然不如帆船，但是轮船的技术才刚刚诞生还远远不到成熟的阶段，而帆船的技术潜力已经基本用尽，未来的成长空间基本没有了。

轮船取代帆船的趋势不容置疑，仅仅只是时间问题！

轮船的发展——横跨大西洋

最早发明制造出来的轮船主要用于内河航运和沿海航运，明轮的推进效率低、需要携带大量的燃料、蒸汽机的震动对木制船体影响大等因素都影响了轮船的使用范围。

横跨大洋的航行仍然被木制帆船垄断。

但是随着各项技术的完善，轮船的航行范围越来越大，并开始尝试横跨大西洋。

驾驶轮船首次完成横跨大西洋的壮举仍然是由美国人完成的。

第一艘横跨大西洋的轮船是美国的萨凡纳(Savannah)号。

萨凡纳号是帆船和轮船的混合体，航行时的主要动力仍然来自风帆，但是它安装了蒸汽机和明轮作为辅助动力。

1819年于5月24日，萨凡纳号从美国萨凡纳港出发，用了29天11小时的时间最终到达英国利物浦。

萨凡纳号在横跨大西洋的过程中几乎全程都以风帆为动力，仅在出入港时用蒸汽机，开动蒸汽机时间仅有80小时左右。

萨凡纳号并非现代意义上的轮船，它更多是一艘机帆船，虽然安装了蒸汽机，但是仍然保留了风帆系统，而且在横跨大西洋的航行过程中主要是依靠风帆提供的动力，蒸汽机仅仅是在进出港口时才启动。

但是萨凡纳号仍然创造了历史！当它用蒸汽机驶入利物浦的港口时还是引起了巨大的轰动！

最早全航程用蒸汽机推进横越大西洋的轮船是天狼星(Sirius)号和大西方(Great Western)号。

天狼星号排水量703吨，于1838年3月28日从伦敦起航，4月22日到达纽约。

在航行途中，天狼星号每天耗煤24吨，到达纽约时不仅耗尽了船上煤仓中的燃料，而且把船上一切可燃的物品全都烧掉了才最终抵达目的地。

大西方号是当时英国著名工程师布吕内尔( Brunel)为英国大西方轮船公司设计的。该船全长80.2 米，排水量达到1321吨，主机功率336千瓦。

大西方号于1838年4 月7日从英国出发前往纽约， 23日到达，仅比天狼星号晚了几个小时进港。

大西方号消耗了船上所载煤炭的 3/4，这两艘船到达港口时引起纽约人的狂热欢迎。

大西方号回程仅用时14天，比当时的飞剪型帆船还要快一些，此后该船在布里斯托尔和纽约间正常航行了8年。

1843年英国布里斯托尔的大西方轮船公司新造了一艘轮船大不列颠(Great Britain)号。

这船也是著名工程师布吕内尔设计的。它是一艘铁质轮船，使用了一只4吨重的螺旋桨推进。船长 98米，宽15.6米，排水量3500吨。

1845年7月26日大不列颠号载着60名旅客和600吨货物从利物浦首航纽约，以14天21小时的时间完成了3300海里的航程,平均航速9.24节(1节=1.852公里/小时)。

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英国制造的轮船横跨大西洋的时期正是鸦片战争时期，虽然木制帆船仍然是远洋航运的主力，但是轮船已经开始逐渐崭露头角。

虽然这些轮船往往还配备了风帆，但已经实现了全程使用蒸汽动力推动，而且造船过程中钢铁使用的比例越来越高。

军用船只在采用新技术上落后于民用船只，鸦片战争时期英国人攻打中国炮台的舰队主力仍然是风帆战舰，但是已经有少量木质轮船参与其中了。

轮船的发展——19世纪中叶跨洋班轮的运营

19世纪上半叶，由于世界贸易的发展，各国海外邮件运量也随之快速增加。

当时世界最大贸易国英国的邮局一直用较小的帆船和轮船运送邮件，那时轮船在快速、准时和可靠性方面相比帆船已有明显优势。

英国政府认为邮局自己建造专门递送邮件的大型轮船是不经济的，于是在1838年广泛征求能够准时可靠地递送邮件的船东，并许诺给以丰厚的报酬。

加拿大哈利法克斯(Halifax)市的肯纳德(Cunard)公司拥有一支帆船船队，计划中标后建造4艘轮船，保证在英国的利物浦和美国的波士顿每月各有2次航班开出。

他们中标后就与英国船东合作成立了英国与北美皇家轮船公司，并立即订造4 艘木质桨轮轮船。这些船的排水量是1156总吨，蒸汽机功率552千瓦，航速达到8.5节，可载货225吨和旅客115人。

公司于1840 年开始营业后声誉鹊起，获利丰厚。随后又造了更大更快的Hibernia 和Cambria号。前一艘船在10 天内越过大西洋,并以美国纽约为终点港。

1852 年公司造了它的最后一艘木质轮船Arabia号，主机功率1678千瓦,航速15节。次年公司开始造铁质轮船Persia号,船长114.6米,3300总吨,可载旅客250人。

1878年公司改名为肯纳德轮船公司。

1845年美国国会通过一项法令：美国政府应和美国的航运企业签订运送邮件的合同。此后，立即有一些航运企业利用政府的资助成立了轮船公司。

1847年，美国科林斯(Collins)班轮公司与美国政府签订了提供纽约和利物浦之间运送邮件服务的合同，美政府付给该公司优厚的补贴。

科林斯公司造了4 艘3000吨级的轮船，这些船比当时肯纳德公司的船稍大和稍快一些，旅客设施也考究一些。

当今世界大航运公司之一的半岛与东方轮船航运公司(Peninsular& Oriental Steam Navigation Company)的发展，也与政府签订邮件运递合同有密切的关系。

1840年该公司获得埃及和印度政府运送邮件的合同，于是“东方(Oriental)”一词就加到公司的名字上了。公司添置了1674吨的Oriental和1311吨的 Great Liverpool 两艘轮船。两船的航线是经过直布罗陀海峡和地中海的马尔他(Malta)到埃及的亚力山大港。

1842年半岛与东方轮船航运公司建立苏伊士——加尔各答轮船航线，用2017吨的印度斯坦号经营这条航线。同年,公司又得到英国政府运送邮件到澳大利亚的合同。

随后船只增多,印度航线延伸到新加坡。后来该公司的船又开往中国和日本，成为近代远东最强大的航商之一。

轮船最终的胜利——运河和蒸汽轮机

帆船的行动完全依赖于风力，无风时则不能行动。

帆船在航行时要时刻注意风力和风向,及时调整帆、桁、索具防止被风吹翻。

在沿岸航行时更要注意下风一侧的海岸情况，防止搁浅触礁。

轮船经过不断改进,使其在不同风力和风向下均能有效地航行和操纵,安全性和可靠性比帆船高。

轮船可以开行定期航班，在海上的航行一般比帆船可节省1/3甚至一半的时间。1880年轮船开辟了从欧洲到澳大利亚的航线，50 天可到达,而最快的帆船也需要65 天。

不仅如此，轮船的各项技术仍在不断进步和完善，使得轮船的性能继续提高。

1839年英国造出了阿基米德号，这是一艘真正用螺旋桨推进的船。

螺旋桨的推进效率远远超过明轮，这不仅提高了轮船的速度，而且显著减少了燃料的消耗。

1853年，苏格兰工程师埃尔德(John Elder)申请了新型船用蒸汽机的专利。该机可在一个循环过程中使蒸汽作 2次功。这就是两次膨胀的复式蒸汽机。

这种双膨胀式蒸汽机比过去的单膨胀机可节省燃料30%，而且机器可发出更大的功率。

此外，钢铁被大量用于轮船的建造。

用钢铁造船不仅更坚固，而且能够提高船的排水量，进一步提高轮船的运输效率。

在1885年左右，钢开始取代铁成为造船的主要材料，钢制轮船取得重要进步。

在1890年，在英国所拥有的500万吨轮船中，钢制轮船占了绝大多数。

在1900年时，在德国拥有的194万吨船只中，有130万吨是钢制轮船。

1869年苏伊士运河通航，使用蒸汽机的轮船优势(定期、准时和快速)更加突出，开始在更多航线上取代帆船。

轮船的长途航线大为缩短,煤炭耗量也就大减,运费逐渐降低。

1914年巴拿马运河开通，美洲航线也大幅缩短。

特别是后来，伦敦的劳埃德保险协会大幅度提高帆船的保险费，帆船营运日益困难，不断衰落。

在海运方面，1869年以后轮船逐步取得了支配地位。

1868年苏伊士运河通航前夕，海洋帆船的吨位是蒸汽机船的5.7倍；10年后的1878年轮船的吨位已超过帆船了。

1875年，英国拥有190万吨位的轮船，而帆船的吨位达到420万吨。

10年以后轮船的吨位增加到400万吨，而帆船的吨位则下降到340万吨。

不仅如此，轮船的货运量是帆船的6倍以上。

从20世纪初起，帆船就开始衰落了，只是在一些特殊的旅程和对特定的货物才利用帆船运输，它已沦为一种辅助的海洋运输工具。

轮船用了100多年的时间才最终取代了帆船。

19世纪既是轮船的发展成熟时期，同时也是帆船的黄金发展时期。

新技术的不断涌现不仅是轮船受益，帆船也同样受益，帆船的速度更快，排水量更大。

从帆船的发展历程来看，技术的进步和替代从来都不是一蹴而就的。

新技术的完善需要漫长的时间，旧技术的退场是个缓慢的过程。

对于新技术我们要看到它的潜力，对新技术的成熟给予足够的时间。

开发新技术一定要有耐心，要有长期的策略，只有坚持下去才能获得成功。

参考资料：

1、《轮船史》，杨槱。

2、《帆船史》，杨槱。

3、《剑桥欧洲经济史-第六卷》

4、《中外船史图说》

5、《DK航海史》

6、《DK铁路史》