风车的改进与推广

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风车的改进与推广

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风车，作为一种古老的机械装置，其历史可以追溯到公元605年的波斯。从最初的阻力型风车到现代的发电风车，风车经历了多次重大改进，不仅提高了效率，还拓展了应用领域。本文将为您详细介绍风车的发展历程及其在不同历史时期的创新与应用。

风车的起源与早期发展

最早的风车出现在约605年的波斯，这些风车被称作阻力型风车，其侧边有一点像水车，在一根纵轴上有捆扎的芦苇或帆布做的巨大而垂直的翼板。这些风车主要用来抽水灌溉，还可以驱动碾石将谷物碾成面粉。

风车于12世纪在西欧出现，但是早期欧洲的风车与早期波斯的风车有一个明显的区别：欧洲风车的翼板从一个水平轴上伸出，而不是安装在垂直轴上，整个风车安装在石塔或其他固定物的一侧，这样的设计更加有效地利用了可用气流。在一个垂直轴阻力型风车上，只有一半翼板任何时候都暴露在风中，这就意味着至少一半的可用能量流失了。通过将翼板安装在升高了的水平轴上，欧洲人制造的风车立刻将效率提高了1倍以上。

这似乎让人挺难理解：拥有更加先进技术的波斯人没有意识到这点吗?而实际上，水平轴风车是比垂直安装的阻力型风车复杂得多的装置。首先，使用一个竖立的风车去转动磨石必然会涉及到齿轮的使用，从而实现旋转90°的转力，对欧洲的水磨制造匠来说，实现这个没有问题，因为这项技术已经在水车上使用了；其次，一个竖立的风车只有在翼板正对风向时才能最有效地工作，因此欧洲早期的风车或建造得面向盛行风，或可以灵活调节。前一种设计在法国、西班牙南部海岸及地中海部分岛屿上很适用，因为这些地方常年刮着由海面吹来的风，但在风向多变的北部地区，这种设计就不再可行，为此，内陆风车，又称岗位风车，广泛地应用于这些地方，它们通常体积较小，被安置在一个立柱之上，可以根据风向而调整位置。

风车的技术革新

到了15世纪，风车翼板安装在一个独立于风车塔主体、可自由转向的“帽”里。当磨坊主需要调节翼板所面对的方向时，他只需要转动这个“帽”而不是整个装置。调节过程通常只需要用到一根长杆，它的一端连接在“帽”背，以一定角度垂到地上。推动这个长杆时，整个“帽”随之转动。得益于这项技术的发明，风车不再因转动时对人力的要求而局限在一定大小之内，人们因此可以用砖或是石头来盖造几层楼高的风车。此时风车不再是单纯的机械，而更像严格意义上的建筑。建造越高大的风车意味着有更大的翼板，也就可以产生更强的驱动力。风车内也有足够的空间可以提供给主人及他的家庭成员居住、工作，按照不同的生产过程，比如储藏、碾磨、从碾磨后的面粉中筛去麸皮、称重、包装等划分楼层。

起初，风车的翼板是由木制框架蒙上帆布制成，会被过大的风吹卷，甚至在非工作状态下整个被吹落。到了1772年，苏格兰的风车匠安德鲁·米克发明了弹簧翼板，它们由木制板条制成，在弹簧作用下成闭合状态。刮大风时，翼板上承受的压力迫使板条弹开，以减小对风的阻力。这个精妙的自动控制装置保证了翼板在稳定的速率下转动，能在阵风或是强风环境下安全工作。1807年，英国工程师威廉·丘比特发明了一种在翼板转动过程中改变板条角度（从而改变翼板转动速率）的方法。由于能够调节翼板的转速，磨坊主能更好地把握所生产面粉的质量。