图1：木杴、竹扬杴、飏篮图（采自《王祯农书》）
“扬”法是我国古代主要的谷物加工方式之一，其优点是“不劳车扇太忙生”，“又胜箕簸”，使用效率高，简单易行。但其必须借助适度风力的自然风方可进行，风太大或太小、无风则不能进行生产，有很大的局限性，在一定程度上也制约了谷物加工的及时性。
（二）间断人造风利用的“簸”法与簸箕
“簸”法，其主要工具是簸箕。将需要清选的谷物置于簸箕中，“挤匀扬播，轻者居前，擛弃地下。重者在后，嘉实存焉。”【5】其原理是利用簸扬起的谷物下落过程中，使谷物与簸箕间的空气受压而产生向外的气流而吹带走谷物外壳等杂物。簸箕的发明和使用是间断人造风应用于农业谷物加工的开始。在古代也称“箕”。
簸箕至迟在商周时期已出现。【6】据考证，甲骨文、金文中均有“箕”，
考古资料表明，早在商周时期，我国已掌握了木条和竹条的编织技术，根据后世关于簸箕材料的有关记载，推测早期的簸箕可能是用竹、木编织而成的。北魏贾思勰《齐民要术》记载了当时用于编织簸箕的“箕柳”的种植方法等情况，《种槐柳楸梓梧柞》载：“种箕柳法：山涧河旁及下田不得五谷之处，水尽干时，熟耕数遍。至春冻释，于山陂河坎之旁，刈去箕柳，三寸截之，漫散即劳。劳讫，引水停之。至秋，任为簸箕。”【9】专门用于编织簸箕的箕柳的种植，表明当时簸箕在农业生产中有很大的使用量，且已成为重要的谷物清选加工工具。《王祯农书》对当时南北所用簸箕及其材料有较详细的记载：“北人用柳，南人用竹，其制不同，用则一也。”【10】
簸箕的早期形制文献缺少记载，考古中也很难见到实物。但从各地出土的汉代陶俑有关簸箕的模型，使我们能对当时的簸箕形制有直接的认识。在四川新津出土一汉代背儿劳动俑，此农妇头上梳两缕髻发分垂于两耳之下，背负一婴儿，双手平端一簸箕，似在簸扬（如图2）【11】。新津还出土有东汉陶俑，男性，身材粗短，着长服，挽袖，左手前曲执插，右手执箕。与此俑类似的石俑，在四川峨嵋和郫县也有出土。此外四川彭山出土东汉陶俑，男性，头戴圆帽，身着圆领半长衣，右手于胸前执插，左手下垂执箕（如图3）。《王祯农书》附有当时使用的一种前端带舌的簸箕图（如图4）。与近现代的簸箕形制比较，簸箕自汉代始形制无大的变化，表明簸箕形制至迟在汉代已基本成熟，并为后世所沿用。
图4：簸箕（采自《王祯农书》）
簸箕用途极为广泛，除用于场上对谷物进行清选外，还多用于农业选种，以及酿酒、酿醋、榨油等加工作坊中，用它簸净粮食，以利加工。相对其他两种谷物清选方式，“簸”法较费人力，不适合大规模的清选作业。但因其简单易用，至今仍是农业生产及各种手工作坊离不开的清选农具。
（三）连续人造风的利用与风扇车
至迟在西汉时期，人们已经发明了风扇车，产生连续的人造风用于谷物清选加工。风扇车是一种利用流体力学、惯性、杠杆等物理原理人为地强制空气流动，产生一定风力的人造风用以把蹂打脱粒后或舂、碾后的谷物籽粒与混在一起的穰籺、糠皮等杂物分开。风扇车至迟发明于汉代，除西汉文献《急就篇》的记载外，还有出土的多例汉代风扇车模型为佐证。
风扇车也叫飏扇、扇车。中国古代风扇车的形制主要有立轴式风扇车和卧轴式风扇车两种，原动力为人力，用手转或足踏。元《王祯农书》中有记载，风扇车“有立扇、卧扇之别，各带掉轴。或手转足踏，扇即随转”【12】。卧轴式风扇车，根据风箱的结构又可分为敞开风箱式风扇车和闭合风箱式风扇车。
1．卧轴式风扇车
汉代的卧轴式风扇车模型，在考古中多有发现。如1969年河南济源泗涧沟出土的西汉陶制踏碓与风扇车模型（如图5），风扇车箱体呈梯形，箱体中部上方有漏斗形盛粮用的高槛，槛下有匾缝启门，启门上还装有一个能调节大小的长板，启门下边的正面有一长方形出米口，出米口右侧的正面有圆形进风口，在其对面中心处，有一安装风轮的轴孔，这个孔与在进风口一侧的一竖木用以固定风轮和曲柄摇把，出土时这些木制件已不存在。在进风口后部塑有一个立俑，双手作摇风扇车的姿势。在槛的左边有斜坡形空箱，系盛谷糠的地方。在槛的右边为风轮箱体，呈长方体。【13】
图5：济源泗涧沟西汉墓陶制风扇车模型
1982年河南南阳市博物馆在市东郊征集到一件西汉时期的灰陶风扇车模型，整体呈长方盘状，盘四周为矮墙，左下角附近有出入口，盘一头有圆形臼窝，为舂谷之处。左下角处有一风箱，风箱呈长方体斜坡形，一头为谷口，另一头可能为出糠口。全长46.5cm，宽22cm。【14】
河南洛阳东关东汉墓出土的踏碓、风扇车模型，陶制，由高槛、车厢等组成，上部有进粮的长方形高槛，槛下有斜腿支撑，风箱左端两臂有圆形曲轴孔，正面中间下部有长方形出粮口，风箱后部还有糠秕的出口。出土时木制风叶已不存在，图6分别是其复原图和结构剖面图。【15】
图6：洛阳东关东汉踏碓、风扇车复原及机构剖面图
山西芮城城南村东汉墓出土的4件彩釉陶碓房模型内，都见有风扇车的模型（如图7）。风扇车有风叶六片，风轮轴上的曲轴是操作者用于摇动风叶的手柄。风扇车上有盛谷高槛，下有出糠的夹槽。【16】
从汉代出土的风扇车模型看，后世风扇车的重要部件：机体、风箱、叶轮、手柄、曲轴、高槛、出料口等，汉代都已具备，有的还有容纳清选后谷物和糠秕的容器等。汉代风扇车较多且不同的出土地点表明，当时风扇车在我国黄河中下游地区已被普遍使用。
到了宋、元、明时代，风扇车做为一种重要的农具较多的被载入各种书籍。北宋时期，风扇车在诸多励精图治的政治家和文学家的诗歌中可见到记载，多为他们重视和赞扬。如北宋梅尧臣（字圣俞）有咏飏扇诗：“飏扇非团扇，每来场圃见。因风吹糠籺，编竹破筠箭。任从高下手，不为寒喧变。去粗而得精，持之莫言倦”【17】。《王祯农书》引王安石的诗：“精良止如留，疏恶去如摈。如摈非尔憎，如留岂吾吝。无心以择物，谁喜亦谁愠？翁乎勤簸扬，可使糠秕尽”【18】。王安石通过对风扇车的功用赞扬，以物喻人，抒发了自己力主变法革新的宏志。
元代《王祯农书》对其结构、效用等有详细的记载。《王祯农书》卷十五载：“飏扇。《集韻》云：飏，风飞也。扬谷器。其制：中置簨轴，列穿四扇或六扇，用薄板，或糊竹为之。复有立扇、卧扇之别，各带掉轴。或手转足蹑，扇即随转。凡舂碾之际，以糠米贮之高槛，槛底通作匾缝，下泻均细如籭，即将机轴掉转搧之，糠粞既去，乃得净米。又有舁之场圃间用之者，谓之扇车。凡蹂打麦禾等稼，穰籺相杂，亦须用此风扇，比之杴掷箕簸，其功多倍。”【19】这里记述了古代两种不同形制的卧轴式风扇车——敞开风箱式风扇车和闭合风箱式风扇车。两种风扇车结构不同，使用场所也不相同。风扇车的风轮有四或六片（或更多的偶数片）扇叶构成。足踏式风扇车又称扇车【如图8】，风箱部敞开，形体较为宽大，风轮也较大，可产生较强的风力，使用于“场圃间”，对“麦禾等稼”蹂打后“穰籺相杂”的谷物进行清选。闭合风箱式风扇车——飏扇【如图9】，则主要是与碓、碾等谷物去壳工具配合使用。
明代徐光启《农政全书》记载有与《王祯农书》相同的足踏式风扇车。宋应星的《天工开物》卷四《粹精》篇记载了当时使用的风扇车，且附有图【如图10】，其形制跟近现代仍在使用的已基本一样。
图8：足踏式风扇车（采自《王祯农书》）
风扇车自汉代出现后，经过不断的改进和完善。汉代出土的风扇车模型，风箱为长方形。到元《王祯农书》中所记载的风扇车的箱体已为圆柱形，这一改变至晚始于公元1200年左右。【20】圆柱形箱体较长方形的箱体更为完善，是风扇车技术的一大进步，标志着中国古代风扇车的形制及其技术的成熟。风轮在长方体箱体内旋转时会在箱体内与风轮轴平行的箱体壁所组成的二面角内产生涡流，涡流对风轮的运转有阻碍作用，风轮运转的越快，涡流对风轮的阻力也越大，因此摇动风扇车就要做一部分克服涡流阻力的无用功。随着人们在生产实践中经验的积累和对自然规律的不断探索，发现流线型结构对气体的流动产生的阻力要较方形的小，于是把风箱由长方体改为圆柱体，巧妙地消除了涡流（如图11）。同时也说明至晚在公元1200年前人们就对空气涡流的产生及其具有的阻碍作用有了相当深刻的认识【21】。
图12：双出粮口风扇车
风扇车的出现，使人们能够摆脱对自然风的依赖，采用连续的人造风，根据需要随时对加工后的谷物进行清选，极大地拓展了谷物清选加工的方式，提高了生产效率，对我国农业的发展起到了非常重要的促进作用。同时，风扇车的发明，也是古代人民在风能利用方面的创举之一，具有很高的技术水平，充分反映了古代劳动人民的勤劳与智慧。而西方从中国接受它的时代不会早于18世纪中叶。【23】
2．立轴式风扇车——门式大风扇
目前所知最早的立轴式风扇车，是四川彭县大平出土的汉画像砖“舂捣图”中的门式大风扇（如图13），其应为立轴式风扇车的早期形态。图的右下方有一人两手各执一片“门”形扇叶的柄，平行左右搧动，另一人正肩上扛粮斗将谷物徐徐倒下，谷物在下落过程中，糠秕被扇叶扇起的风吹向一边。两个扇叶的安装，应该是和屋门一样，安装在上下铰链（如滑动轴承）之中的。汉代画像砖描绘的内容是对当时社会生活实际的反映，门式大风扇出现在画像砖的“舂捣图”中，表明在当时应有较广泛的应用。
关于立轴式风扇车的文献记载，始见于元代《王祯农书》，对其结构有较为简略的记载：“其制：中置簨轴，列穿四扇或六扇，用薄板，或糊竹为之。……带掉轴，或手转足踏，扇即随转。凡舂碾之际，以糠米贮之高槛，槛底通作匾缝，下泻均细如籭，即将机轴掉转搧之，糠粞既去，乃得净米。”【24】由此记载可知，立轴式风扇车与卧轴式风扇车除了风轮的安装不一样外，其它结构应基本一样。相对于卧轴式风扇车，立轴式风扇车驱动机构较复杂，也不宜有很高的转速，产生风量有限，使用应没有卧轴式广泛，这可能是文献少有立轴式风扇车而多有卧轴式风扇车的记载的原因之一。
二、用于提水灌溉及排水——风车
风能应用于农业提水灌溉及排水，是通过风车将空气流动的动能转化为用于提水灌溉或排水所需的机械能，主要是用做翻车（又称龙骨水车）的动力，应用于我国沿海及长江流域风能资源丰富的地区。其原理是利用自然风的动能推动风车的叶片，将气流的直线运动转化为风轮绕其轴心线的圆周运动。古代的风车按风轮轴的位置可分为立轴式风车和卧轴式风车两种。风车的叶片借鉴于我国的船帆，由中国式硬质平衡纵帆变化而来。
【一】立轴式风车
图14：荷兰使节描绘的17世纪江苏地区立轴式风车场景图（采自：李约瑟《中国科学技术史·机械工程》）
清代，文献对立轴式大风车的结构、原理、装用等均有较详细的记载。清中叶，周庆云在《盐法通志》卷三十六记述了立轴式风车的构造原理：
风车者，借风力回转以为用也。车凡高二丈余，直径二丈六尺许。上安布帆八叶，以受八风。中贯木轴，附设平行齿轮。帆动轴转，激动平齿轮，与水车之竖齿轮相搏，则水车腹页周旋，引水而上。此制始于安凤官滩，用之以起水也。
长芦所用风车，以坚木为干，干之端平插轮木者八，如车轮形。下亦如之。四周挂布帆八扇。下轮距地尺余，轮下密排小齿。再横设一轴，轴之两端亦排密齿与轮齿相错合，如犬牙形。其一端接于水桶，水桶亦以木制，形式方长二三丈不等，宽一尺余。下入于水，上接于轮。桶内密排逼水板，合乎桶之宽狭，使无余隙，逼水上流入池。有风即转，昼夜不息。不假人工，不资人力，洵佳构也。【28】
图15：立轴式风扇车风帆张挂及风向调节原理图（采自：刘仙洲《中国古代农业机械发明史》）
立轴式风车除用于农业提水灌溉及排水外，在近现代的盐场中也被广泛应用。据调查，20世纪50年代初，仅渤海之滨的汉沽塞上区和塘大区就有立轴式风车约600部，【30】其结构如图16、图17所示。此外，1982年江苏阜宁县沟墩的盐场尚有立轴式风车，该车有2丈4尺高，4丈多宽，但已有损坏。1985年10月，同济大学机械史课题组对沟墩风车进行了调查，该风车最大尺寸长约14米，宽11.2米，高10.6米。风帆尺寸规格均为4.2米×2.8米，大小齿轮数分别为88、18，直径分别为3.5米及0.7米。【31】并根据抢救的资料及其他史料，对其进行复原，为中国科技馆制作了一套模型。
立轴式风车主架构采用八棱柱的框架结构，中置立轴，因其形似“走马灯”，又称为“走马灯”式大风车。立轴上部镶接8根辐杆，下部镶接8根座杆。桅杆与辐杆、座杆、旋风榄、篷子股相联，挂上风帆，即构成风轮。立轴与铁环的配合，以及针子与铁轴托（铁碗）的配合，构成了两副滑动轴承。平齿轮固定在立轴下部，与一个小的竖齿轮啮合，竖齿轮通过其方孔，装在直径约7寸的大轴上，并可在轴上左右移动，以实现齿轮的啮合与分离，起离合器的作用。大轴上装有主动链轮，驱动龙骨。风吹帆，推动桅杆，使立轴和平齿轮转动，驱动翻车。帆所受风压与风帆的面积、升挂高度及安装角度有关。风大时，一个平齿轮可驭动两台甚至三台翻车。
天津塘沽地区和江苏阜宁地区的风车原理基本相同，但风帆的张挂方法不尽相同。塘沽风车的风帆在绳子拉紧时与风轮半径重合（如图18）。【32】苏北阜宁风车在拉紧时与风轮半径成一初始角（如图19）。【33】同济大学机械史课题组对两种类型的大风车进行了受力分析和计算机辅助分析计算比较，发现阜宁风车风帆的效率较塘沽风车的大。【34】
立轴式风车的发明和使用，较好地将自然能——风能应用于农业及制盐业的生产，在一定程度上减轻了人、畜的力役，是我国古代一项重要的发明，具有很高的科学技术水平，充分反映了古代劳动人民的勤劳和智慧。然而，由于这种风车体积大，占地面积较多，80年代中期已被电动或内燃机水泵所替代。
图16：天津地区的立轴式风车图（采自：李约瑟《中国科学技术史·机械工程》）
图17：汉沽立轴式风车结构简图(陈立绘)
1.扬绳（4根粗铁丝或木杆，拉在大柱上），2.辐杆（伞盘秤），3.铁环（将军帽），4.立轴（大将军，直径大于8寸，高22尺），5.旋风榄，6.桅杆（小桅子），7.风帆（风篷，8个），8.座杆，9.针子（锥形铁轴端），10.平齿轮（车盘，车圈，直径10尺，88个齿），11.篷子股（支杆），12.大柱。
注：括号内为别名与规格。
图18：天津塘沽地区的风车挂帆法
（二）卧轴式风车
卧轴式风车至晚出现于明代。【35】也有学者认为其约起源于汉代【36】，但其依据似不充分。卧轴式风车所用风帆也是典型的中国式船帆。其原理是通过调节帆脚索，使帆面与风轮的回转平面保持适当的夹角（一般为100左右），利用风帆上与风的气流垂直方向的分力产生驱动力，驱动风轮转动。
1993年5月，连云港市赣榆县盐场（拓汪乡西林子村）使用10多台卧轴式风车，用于驱动翻车提盐水，这种风车最多可挂6面风帆。张柏春和冯立升先生对其进行了调查和测绘。为了便于绘图时表达其结构，测绘时仅挂了三面帆，已能使翻车运转提水了（如图20、图21）。整个风车，除了少数铁件外，均为木制，并以杉木为主。木杆制成的卧轴，大端（装齿轮）直径约为180毫米，另一端直径100毫米;钢管制成的卧轴直径为75毫米。为了延长使用寿命，木零部件制成后要先打泥子，再涂桐油。当风力为3～4级时，风轮转速约为每分钟30余转；风力4～6级时风车运转最佳，转速约为每分钟40～50转。风力8级时转速可达每分钟80转，但已不适于驱动翻车。
卧轴式风车的张帆方法与立轴式风车相似，使游绳（升帆索）绕过弦绳上的小绳圈，将风帆拉得张开，游绳的另一端拴在距主动齿轮不远的卧轴上。不用时，拉紧绕在卧轴上的绳子及移动人字架，都可以使风轮停止转动。卧轴式风车的缺点是不能自动适应风向变化。使用时，需根据风向的变化，搬动人字架在水平面3000范围内绕睡枕移动卧轴，使风轮对着风向。但比起立轴式风车，具有构造简单、使用简便、占地面积较小等优点。二十世纪末，除苏北个别盐场以外，福建莆田盐场也有200余台卧轴式风车。【38】
1.人字支架，2.弦绳(铁丝)，3.风帆(布质)，4.弦绳(铁丝)，5.游绳(升帆索)，6.卧轴，7.主动齿轮，8.睡枕,9.双轮（木轴座），10.竖齿轮，11.主动链轮(拨轮)，12.支架，13.翻车水槽，14.大轴(直径140)，15.支架与铁立轴，16.绳圈，17.弦绳(铁丝)，18.桅杆，19.缆绳(帆脚索)，20.帆竹〔帆椼)，21.弦绳
三、结语
古代先民在农业生产实践中，对风能进行了充分的开发利用，取得了很大的成就。谷物清选加工技术及工具经历了由利用杴和飏篮对自然风直接利用的“扬”法，到利用簸箕产生间断人造风的“簸”法，以及门式大风扇，又到产生连续人造风的重大发明——风扇车出现的演变过程。清选方式由单一的对自然风的利用到自然风和人造风的互补利用；做功方式由簸箕的上下簸扬做功，到门式大风扇的半圆周转动做功，又到风扇车的圆周转动连续做功的发展过程，极大地提高了生产效率。由间歇做功到连续做功，反映了技术发展由萌芽到逐步完善的内在特点及规律。
三种谷物清选加工方式及工具的优缺点互为补充，生产中可根据不同的情况选择合适的方式及工具，也可不同形式配合使用，形成了完备的谷物清选加工的技术及工具体系。特别是风扇车的发明，自汉代起，即在风箱侧面以叶轮轴中心为圆心设置圆形的进风口，使风扇车早期的结构即较为合理，反映了很高的技术水平。李约瑟在《中国科学技术史》中对这一结构及风扇车作了很好的评价：“中国旋转式鼓风机（卧轴式风扇车）的一个突出的特点是进风口总是在中央，因此必须承认它是所有离心式压缩机的祖先，甚至连现代的巨型风洞也是从它们演变出来的。”此结构“是中国技术的一典型项目，似乎确定的是，所有欧洲旋转式气体鼓风机都从它演变出来。”【39】
用于提水的风车，风帆采用中国式硬质平衡纵帆，充分发挥了其可较好地利用侧向风的特点。特别是立轴式大风车，其独特的风向调节系统极富科学性，不仅不受风向的影响，而且可根据风力的大小简便地改变帆的受风面积，以保证风车正常地工作，形成了我国独特的风车技术特点，反映了很高的科学技术水平。当王徵、邓玉函（J.Terrenz）编译《远西奇器图说录最》（1627年）介绍国外风车时，中国风车技术早已成熟并被一些风能资源丰富的地区广泛利用。
社会发展与科学技术的进步是互动的。社会需求是科学技术发展的重要的原驱力之一，科学技术的进步反过来对社会的发展有很大的促进作用。我国古代农业中对风能开发利用的技术及成就，是应社会生产的需要而产生的。如双出粮口风扇车的出现就是十七世纪以后城市人口不断增加，对谷米消费的需求与日俱增，一些地主及商人也就随之开起了大型米店，并而改革谷米加工机械，促使发明了双出粮口风扇车。风车的发明和使用，减轻了人力及畜力役，拓展了农业生产的动力能源，有力地推动了我国古代农业生产及社会的发展。