風,是一種最常見的自然現象。洶湧的海浪、怒吼的林濤、翻滾的稻浪、飄揚的旌旗、旋轉的風車,都是風的“傑作”。眾所周知,騎自行車順風走,要比逆風走輕快;江河裏的木船,常常提起風帆行駛以冀“一帆風順”,小孩玩的紙風輪,會迎風飛轉……那麼,風的本質究竟是什麼呢?
我們的地球表麵是被一層很厚的無色透明氣體包圍著的,這層氣體就是空氣,空氣的運動就產生了風。大氣的運動時而劇烈,時而平緩,風也就有大小之分。生活在“風魔”控製下的人類,很早就結識了這位“隱形術士”,並加以利用。風車,就是人類“見風使舵”的最古老的“手段”之一。
早在公元前200年左右,西亞地區的波斯人發明的立軸式風車,用於磨碎穀粒,為世界上最早的風力機。到了7世紀,伊斯蘭國家出現了基本形式為水平型的風車,用於灌溉、揚水和磨粉。由於這種風車隻是部分帆麵接受力,所以效率不高。
在東方在中國,早在兩千多年前,利用風力驅動的帆船已經在水麵航行,並且出現了風車。
不過當時的風東不是去磨粉,而是作為宗教儀式的道具使用。到了明代,開始應用風力水車灌溉農田,並出現了用於農副產品加工的風力機械。
12世紀以後,風車在歐洲出現了。13世紀左右,英國和北歐國家已使用了相當多的風車,有些風車用來磨粉,但更多的是用來抽汲湖泊中的水和排出滲入堤壩低窪處的海水。荷蘭有許多土地比海麵低,所以普遍使用大型風車來抽出海水。荷蘭的立式水車排除低窪地帶的積水,保護著荷蘭三分之二的國土,使它不再變為泥濘土地。丹麥則是最早利用風力發電的國家,廣泛地用於農村照明和其他生活用電。
歐洲風車的基本形式是風車的旋轉軸跟地麵成水平的垂直型風車,它比水平型風車的結構複雜。這種風車的帆能夠全部受到風力的作用,所以效率較高。早期風車的形式是將帆安裝在有機械的木箱上,把木箱安裝在垂直的支柱上,使帆(或者叫做葉輪)朝著風吹的方向。隨著風車的轉動,通過齒輪將此旋轉運動傳給磨粉機或別的機械的回轉軸上。這就是早期的箱式風車。
到了14世紀,在用磚和石頭建造的塔中安裝上機械,這就是塔型風車。塔型風車成為普遍的形式。風車塔的上部能自由改變方向,當風向變化時,可以轉動風車的帆或葉輪使之迎對風向。這種風車非常好用。在16世紀,風車逐漸實現大型化,精細部件經過研究也得到了一些改進。這樣,幾乎所有的大型風車都改裝成塔型了。
到了18世紀,人們開始用鐵齒輪代替了以前的木製風車部件。同時還進行了各種各樣的新的改進。1745年,英國的E·李發明了使風車自動迎對風向的自動尾冀,並取得了專利。1759年,英國的史密頓在皇家學會發表了關於風衝向風車葉片上的氣流的科研論文。同時,英國的梅克爾發明了使風車葉輪能隨風的強度改變其角度的附加彈簧的葉輪。於是,18世紀末期出現了許多效率高的風車。