Инженерная мысль

техника в традиционном Китае.
 
Основные тенденции развития техники
 
В эпоху Сражающихся царств в Китае сформировалось убеждение, что развитие техники является одним из способов улучшения жизни. Техническая деятельность рассматривалась как подражание природным процессам, при котором не создается нечто новое, а только выявляются для блага людей заложенные в вещах свойства. Изобретателей считали мудрецами, постигшими важнейшие законы Вселенной, поэтому они часто обожествлялись и почитались национальными героями.
 
Многие инженеры и ремесленники находились на государственной службе. Каждая династия имела свои цеха и арсеналы. Наиболее доходные и продвинутые отрасли производства были национализированы. Самые сложные машины строились, как правило, в императорских цехах или под наблюдением важных чиновников. Видные государственные деятели поощряли способных техников.
 
Механические устройства содержали детали из камня, дерева, бамбука, бронзы и железа, часто выглядя как произведения искусства и шедевры изобретательности. Как и все вещи во Вселенной, механические устройства считались подобием космического целого; они описывались в терминах «учения о символах и числах» (сяншучжи-сюэ), и их детали наделялись соответствующей символикой. С другой стороны, природно-космические реалии часто осмыслялись в технических понятиях. Например, иероглиф цзи [1], который первоначально обозначал спусковой механизм арбалета, приобрел значение «внутренняя движущая сила» в таких словосочетаниях, как тянь цзи («небесная пружина») и шэн цзи («жизненная пружина»). Другой пример – в «Дао дэ цзине» (§ 5) проявленная Вселенная уподобляется кузнечным мехам (то [2]) и флейте (юэ [9]): «Разве не подобен промежуток между Небом и Землей кузнечными мехам и флейте? Опустошаешь, а не покоряется; движешь, а еще больше выходит».
 
Механические устройства
 
Мехи. Первоначально железо в Китае получали в горнах или малых шахтных печах, в которые воздух подавался естественной тягой через дымоход. Температура в них была недостаточной для плавки, и получалась крица – тестообразное зашлакованное железо. Производить литьевое железо стали в IV в. до н.э., используя мехи. Первоначально это было примитивное приспособление для нагнетания воздуха с растягивающимися кожаными складчатыми стенками. Однако в этом же веке были изобретены более совершенные мехи двойного действия. Эти мехи состояли из длинной прямоугольной полости, в которой передвигался поршень, приводимый в действие рабочим (через несколько столетий для этого стали использовать водяное колесо). Для герметичности поршень обкладывался перьями или тряпками. С концов коробки были установлены клапаны. Воздух нагнетался при прямом и обратном движении поршня благодаря действию переключающихся клапанов. Эти мехи производили равномерное дутье, их сопла имели железные носики, что увеличивало эффективность.
 
Использование силы воды для приведения в действие мехов плавильной печи началось в 31 н.э., когда, согласно официальной хронике, Ду Ши [1], чиновник из Наньяна, изобрел возвратно-поступательный механизм, работающий от водяной турбины. Преобразование вращательного движения в возвратно-поступательное осуществлялось эксцентриком и системой рычагов. Приводимые в действие водой мехи (шуй пай) были признаны удобными и получили повсеместное распространение. Это устройство заметно уменьшало трудоемкость получения металла и улучшало его качество.
 
Обычные мехи с водяным приводом появились в Европе в XI–XII вв., а двухсторонние поршневые – только в XVI в., хотя односторонние поршневые насосы были там известны с II в. до н.э.
 
Карданов подвес. Этот механизм носит имя Джероламо Кардано (1501–1576), который в книге «De subtilitate rerum» («Хитроумное устройство вещей», 1550) описал его как приспособление для подвески масляных ламп. Он не называл его своим изобретением. Ранее такие лампы применяли арабы, но, скорее всего, изобретателем карданова подвеса следует считать александрийского ученого-механика Филона, описавшего его в «Механике» (250 до н.э.). В Китае независимо и несколько позже также было сделано подобное изобретение. Не исключено, что арабы переняли карданов подвес у китайцев.
 
Самое раннее его упоминание в китайской литературе относится к 140 до н.э. Предполагаемым изобретателем устройства считается Фан Фэн. Подвес Фан Фэна применялся в масляных лампах, в которых лампадка крепилась на кольцах, скрепленных в двух противоположных точках, что позволяло ей сохранять горизонтальное положение. Данный принцип был вскоре забыт.
 
В «Си цзин цза цзи» («Разнообразные записки из западной столицы», 189 н.э.) сообщается, что создателем «курильницы для постели» с применением особого подвеса был ремесленник Дин Хуань (он также изобрел «волшебный фонарь»). Это был тот же подвес, который использовал Фан Фэн. Благодаря данному устройству, «курильница» была безопасна в постели, поскольку имеющаяся в ней лампадка всегда сохраняла горизонтальное положение. В последующие века «карданов» («филоновский», «фанфэновский» или «динхуаневский») подвес часто применялся в разных устройствах.
 
С давних пор в ежегодных праздничных процессиях в качестве символов Луны использовались бумажные фонари с установленными внутри непроливаемыми светильниками на кардановом подвесе. Их называли «катящимися лампами», «шарами духов», «серебряными мешками» и т.д. С эпохи Сун с помощью карданового подвеса поддерживалось кресло императора в паланкине, что позволяло сидеть вертикально, даже если носильщики наклоняли паланкин. В XVI в. европейские, а в XVIII в. китайские матросы подобным образом крепили компас.
 
Цепной подъемник. Впервые о цепном подъемнике упоминул Ван Чун (27–97) в «Лунь хэн» («Взвешивание суждений»). Однако не исключено его существование в Китае и ранее. В легендах говорится, что он было создан по распоряжению Чжоу-гуна (согласно традиции 1115–1095).
 
Цепной подъемник первоначально использовался для подъема воды и назывался лун гу шуй чэ («водяное колесо [наподобие] хребта дракона») или фань чэ («опрокидывающиеся совки»). Его четыре типа различались тем, приводились ли они в действие человеком, животным, силой воды или ветра. Самым ранним типом был цепной подъемник та чэ («ступальное [водоподъемное] колесо»). Данное название происходит оттого, что в движение он приводился двумя работниками, которые переступали каждый с педали на педаль. Эти педали укреплялись на оси колеса с зубьями, которое тянуло снизу вверх соединенные цепочкой лотки с водой. Внизу находилось другое колесо с зубьями, установленное таким образом, чтобы угол наклона движущейся цепочки с лотками составлял приблизительно 25°. Обычно высота подъема не превышала 5 м. Вместо лотков могли использоваться соединенные шарнирами прямоугольные дощечки, которые при приведении в действие скользили в наклонно поставленном желобе, располагаясь перпендикулярно его сторонам и гоня перед собой воду. Согласно данным, приводимым цинским ученым Линь Цином в его сочинении «Хэ гун ци цзюй ту шо» («Иллюстрированные описания инструментов и орудий для речных гидротехнических работ»), желоб обычно имел длину 6–7 м, ширину 13–23 см и высоту около 30 см.
 
В эпоху Южной Сун большие цепные подъемники стали приводиться в действие силой животных. Для этого они должны были иметь зубчатый привод, позволяющий передать усилие от оси с рычагом, вокруг которой ходил привязанный к рычагу бык, на ось с цепным колесом. Такие установки назывались «бычьим [водоподъемным] колесом» (ню чэ).
 
По свидетельству Ван Чжэня в «Нун шу» («Книга о земледелии», изд. в 1314), в начале эпохи Юань водоподъемники приводились в действие также при помощи силы воды или ветра.
 
Вместо деревянных лотков, соединенных в цепь, которая надевалась на заборное и подающее колеса, часто использовали сосуды, сделанные из толстого бамбука с сохраненной перепонкой. Они назывались гао чжуань тун чэ – «подъемное колесо с вращающимися трубками». Для мощных водоподъемников использовались заборные и подающие колеса диаметром до 20 м.
 
Помимо подъемников для воды, использовавшихся при ирригации, иссушении болот и для снабжения питьевой водой, в цинском Китае существовали еще подъемники, позволявшие транспортировать землю и песок, что требовалось при различных строительных работах. Первые европейские цепные подъемники с квадратными поддонами были сделаны в XVI в. В следующем столетии в Британском флоте такие подъемники использовались для выкачивания воды из трюмов.
 
Ременной и цепной приводы. Ременной привод, передающий движение от одного колеса к другому, существовал в Китае уже в I в. до н.э. Он упомянут Ян Сюном (53 до н.э.–18 н.э.) в «Фан янь» («Местные говоры», 15 до н.э.).
 
Ременной привод использовался в машинах по разматыванию шелковичных коконов и в шелкопрядильных машинах. Они имели большое колесо и маленький шкив, на которые и одевался приводной ремень. Колеса были как с оправами, образующими паз, так и без них. Вместо колеса еще использовалось устройство с втулкой с двумя рядами спиц, между концами которых натягивались нити. Эти нити образовывали «мягкий паз», в который и помещался ремень. Такая конструкция обеспечивала достаточно хорошее сцепление «колеса» и ремня.
 
Ременный привод использовался также в разных сельскохозяйственных машинах, в частности, в мельницах, приводимых в действие животными. Цепная передача была изобретена астроном Чжан Сы-сюнем в 979 и использовалась в его больших механических часах с небесным глобусом. Вероятно, в ней заимствован принцип цепных подъемников, и хотя их цепи не передавали движение, Чжан Сы-сюнь увидел эту возможность.
 
Когда в 1088 изобретатель Су Сун, наиболее знаменитый преемник Чжан Сы-сюня, построил огромную астрономическую часовую башню, он пробовал сначала использовать для передачи энергии вертикальный шпиль. Но такое устройство не работало. Так что ему пришлось применить цепную передачу, которую он назвал «астрономической лестницей». Сохранился ее рисунок, сделанный самим Су Суном и изданный в 1094 в его книге «Синь и сян фа яо» («Новый проект армиллярных часов»). Это самое старое в мире изображение цепного привода.
 
Самая ранняя в Европе машина с приводным ремнем датируется 1430. Это горизонтальное точило. Ленточные приводные ремни стали использоваться в Европе только в XIX в. Первая европейская цепная передача была сделана в 1770 Жаком де Вокансоном для мотальной машины и мельницы. В 1869 Дж.-Ф. Третз использовал цепную передачу в велосипеде.
 
Спиннинговая катушка. Во II в. до н.э. китайцы изобрели кривошипный механизм, т.е устройство со смещенным относительно оси вращения шипом (пальцем). Это устройство применялось прежде всего для подъема воды из колодца и во всякого рода ручных мельницах и веялках.
 
Кривошипный механизм также использовался в спиннинговой катушке дяо чэ, работающей как маленькая лебедка, с помощью которой, наматывая на нее лесу, подтягивают блесну или другую приманку, чтобы придать им вид движущейся рыбы. Самая ранняя ссылка на нее имеется в «Ле сянь чжуань» («Жизнеописания известных бессмертных», IV в.). Учитывая, что некоторые части этого текста были написаны уже в I в. до н.э., можно предположить, что пассаж о спиннинговой катушке написан в диапазоне от I в. до н.э. до III в. н.э. Самое старое изображение спиннинга имеется на рисунке художника Ма Юаня [2], который называется «Рыболов на зимнем озере» и датируется приблизительно 1195. На Западе спиннинг был упомянут впервые в 1651.
 
Веялка. Видимо, еще в доциньское время была изобретена веялка с ротационным вентилятором. Глиняные модели таких веялок были найдены при раскопках могильников нач. II в. до н.э. Принцип их работы был прост. Неошелушенное зерно помещалось в бункер с решетом вместо дна и обдувалось непрерывным потоком воздуха посредством такого вентилятора. Шелуха выдувалась, а зерно оставалось в бункере. Вентилятор с 4–6 лопастями приводился в действие вручную колесом с ручкой, являющемся разновидностью кривошипа, который начал применяться с тех же времен и использовался еще в ручных мельницах и шелкопрядильных станках. Позднее появились педальные веялки с кривошипом.
 
Существовали портативные и стационарные веялки. Так как изготовить веялку стоило дорого, портативная модель была удобна возможностью аренды на время. Китайские веялки с ротационным вентилятором были завезены голландскими моряками в Европу в начале XVIII в.