輕武器瞄準(zhǔn)具的形態(tài)變化分析與設(shè)計(jì)研究

張琳霏 高矚 吉曉民

(西安理工大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院，陜西 西安 710056)

隨著世界多極化和經(jīng)濟(jì)全球化趨勢(shì)的深入發(fā)展，世界經(jīng)濟(jì)政治格局出現(xiàn)了新變化，世界軍事安全日趨復(fù)雜。為了維護(hù)國(guó)家主權(quán)，國(guó)家需要增強(qiáng)軍事實(shí)力，不斷開發(fā)新型輕武器，其中對(duì)現(xiàn)有軍隊(duì)輕武器裝備進(jìn)行改良設(shè)計(jì)已成為軍工企業(yè)重要的設(shè)計(jì)開發(fā)內(nèi)容。

輕武器是武器裝備的重要組成部分，其裝備的范圍和領(lǐng)域非常廣泛，涉及各個(gè)軍兵種，而安裝在輕武器上的瞄準(zhǔn)具，對(duì)提高武器作戰(zhàn)能力和士兵作戰(zhàn)效果有著極其重要的作用。［1］當(dāng)前，國(guó)內(nèi)兵器工業(yè)研制機(jī)構(gòu)非常重視瞄準(zhǔn)具的設(shè)計(jì)與開發(fā)，不僅在技術(shù)性能上進(jìn)行創(chuàng)新研究，而且越來越重視瞄準(zhǔn)具的外觀造型設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)人性化的設(shè)計(jì)要求。一直以來，由于受到軍械裝備設(shè)計(jì)能力和加工工藝的限制，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有兵器機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的瞄準(zhǔn)具形態(tài)始終不能擺脫傳統(tǒng)幾何形態(tài)的設(shè)計(jì)思想，形態(tài)特征簡(jiǎn)單，各分體形態(tài)比例不合理，整體形態(tài)顯得笨重而缺乏美感，與民用產(chǎn)品在形態(tài)美感上相差甚遠(yuǎn)。本文就輕武器瞄準(zhǔn)具典型形態(tài)的變化沿革進(jìn)行了詳細(xì)的分析與研究，并在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用設(shè)計(jì)幾何學(xué)、形式美法則等理論，對(duì)瞄準(zhǔn)具形態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，為企業(yè)的設(shè)計(jì)實(shí)踐提供具體的設(shè)計(jì)依據(jù)。

1 瞄準(zhǔn)具工作原理

瞄準(zhǔn)具是指安裝在武器上且能賦予其準(zhǔn)確瞄準(zhǔn)角，使平均彈道通過目標(biāo)的瞄準(zhǔn)裝置，是武器密不可分的重要組成部分。［2］隨著瞄準(zhǔn)技術(shù)的不斷發(fā)展，先后出現(xiàn)了機(jī)械瞄準(zhǔn)具、望遠(yuǎn)式瞄準(zhǔn)具、反射式瞄準(zhǔn)具、綜合型瞄準(zhǔn)具，等等。

1.1 機(jī)械瞄準(zhǔn)具

機(jī)械瞄準(zhǔn)具是第一代瞄準(zhǔn)裝置，它由準(zhǔn)星和照門組成，如圖1所示，該瞄準(zhǔn)具形態(tài)簡(jiǎn)單，瞄準(zhǔn)精度很大程度上取決于射手的經(jīng)驗(yàn)。［2－3］

圖1 機(jī)械瞄準(zhǔn)具

1.2 望遠(yuǎn)式瞄準(zhǔn)具

隨著望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的發(fā)明，將望遠(yuǎn)鏡與瞄準(zhǔn)裝置相結(jié)合應(yīng)運(yùn)產(chǎn)生望遠(yuǎn)式瞄準(zhǔn)具，如圖2所示。望遠(yuǎn)式瞄準(zhǔn)具有目標(biāo)放大的作用，戰(zhàn)士能更清楚地識(shí)別和觀察遠(yuǎn)處的目標(biāo)，瞄準(zhǔn)精度較高，適用于遠(yuǎn)距離精確射擊。［3］

圖2 望遠(yuǎn)式瞄準(zhǔn)具

反射式瞄準(zhǔn)鏡不同于望遠(yuǎn)式瞄準(zhǔn)鏡，其原理

1.3 反射式瞄準(zhǔn)具

如圖3所示。反射式瞄準(zhǔn)鏡通常沒有放大系統(tǒng)，故也沒有倒像系統(tǒng)。［3］

圖3 反射式瞄準(zhǔn)具

1.4 綜合型瞄準(zhǔn)具

隨著輕武器技術(shù)性能和目標(biāo)機(jī)動(dòng)性的提高，以及電子、夜視等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，瞄準(zhǔn)具技術(shù)正逐步向光、機(jī)、電結(jié)合，觀測(cè)、跟蹤、瞄準(zhǔn)合一，全天候和高度自動(dòng)化等方向發(fā)展，逐步成為綜合型瞄準(zhǔn)具。［1］圖4為綜合型瞄準(zhǔn)具，綜合瞄準(zhǔn)具內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，外觀形態(tài)將所有配件和瞄準(zhǔn)裝置進(jìn)行封裝，保證了所有設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，瞄準(zhǔn)精準(zhǔn)度得以較大提高。

圖4 綜合瞄準(zhǔn)具

2 瞄準(zhǔn)具的形態(tài)變化沿革分析

圖5表明了瞄準(zhǔn)具的形態(tài)變化的沿革概況，從縱向看，歷代瞄準(zhǔn)具的形態(tài)隨著瞄準(zhǔn)技術(shù)和光電技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，為適應(yīng)之而導(dǎo)致形態(tài)不斷地隨之改變。

圖5 各代瞄準(zhǔn)具的形態(tài)變化圖

從橫向看，將歷代瞄準(zhǔn)具典型形態(tài)進(jìn)行幾何輪廓提取，可以發(fā)現(xiàn)瞄準(zhǔn)具的形態(tài)追隨功能。機(jī)械瞄準(zhǔn)具由于是憑借人眼進(jìn)行瞄準(zhǔn)，沒有任何光學(xué)元器件輔助，故其形態(tài)只是由最簡(jiǎn)單的幾何方形和圓形組成;望遠(yuǎn)式瞄準(zhǔn)具受到望遠(yuǎn)鏡形態(tài)的制約，其基本形態(tài)與望遠(yuǎn)鏡相似，呈類回轉(zhuǎn)體，考慮到物鏡采光之需，口徑尺寸往往要比目鏡大很多，中間部分是分劃板的可調(diào)節(jié)旋鈕，形態(tài)多為回轉(zhuǎn)體;反射式瞄準(zhǔn)具基于瞄準(zhǔn)原理的重大變革，其形態(tài)較之望遠(yuǎn)式瞄準(zhǔn)具發(fā)生較大變化，物鏡和目鏡合二為一成窗形的析光鏡，輪廓表現(xiàn)為圓形和方形的組合形，分劃板和采光系統(tǒng)組合而成長(zhǎng)方體;綜合型瞄準(zhǔn)具內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用全封閉外觀，形態(tài)呈方型或圓柱形的包裹體，配以各種功能按鈕或旋鈕。

一般地，瞄準(zhǔn)具由目鏡、光電系統(tǒng)、物鏡和防滑帶、按鍵等組成，圖6將歷代瞄準(zhǔn)具各組成部分局部形態(tài)進(jìn)行了幾何輪廓提取，可以看出，自上而下瞄準(zhǔn)具的外觀形態(tài)逐步從零散的形態(tài)變?yōu)檎w性更為突出的形態(tài)，即從機(jī)械瞄準(zhǔn)具的準(zhǔn)星和照門兩零散分體發(fā)展為由三個(gè)局部分體組成的望遠(yuǎn)式瞄準(zhǔn)具，再發(fā)展為由兩分體構(gòu)成的反射式瞄準(zhǔn)具，最后趨于形態(tài)完整統(tǒng)一的綜合型瞄準(zhǔn)具。這種形態(tài)變化的趨向表明，當(dāng)前集光電技術(shù)、機(jī)械結(jié)構(gòu)于一體的瞄準(zhǔn)具，為有效地保證瞄準(zhǔn)精度和產(chǎn)品的制造精度，其形態(tài)設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)采用全封裝獨(dú)立形態(tài)，以確保其形態(tài)的整體一致性。

圖6 各代瞄準(zhǔn)具形態(tài)輪廓比較圖

3 瞄準(zhǔn)具的形態(tài)設(shè)計(jì)方法

當(dāng)前，綜合型瞄準(zhǔn)具已被世界各國(guó)輕武器廣泛配套使用，設(shè)計(jì)師改良設(shè)計(jì)的方法不一，本節(jié)運(yùn)用設(shè)計(jì)幾何學(xué)、形式美法則等理論，建立瞄準(zhǔn)具形態(tài)設(shè)計(jì)方法。

3.1 基于設(shè)計(jì)幾何學(xué)的形態(tài)設(shè)計(jì)

立體造型的正確表達(dá)和構(gòu)建離不開幾何知識(shí)，設(shè)計(jì)幾何學(xué)將設(shè)計(jì)與幾何進(jìn)行完美結(jié)合［4］，從比例與構(gòu)成上對(duì)典型綜合瞄準(zhǔn)具形態(tài)的輪廓、各部分之間的比例關(guān)系等進(jìn)行分析，展開具體的形態(tài)設(shè)計(jì)。

“黃金分割”作為設(shè)計(jì)幾何學(xué)中最完美的比例關(guān)系，將一線段按黃金分割率1.618分割。［5］圖7所示的綜合瞄準(zhǔn)具形態(tài)中，前后側(cè)面包絡(luò)輪廓均為矩形，設(shè)計(jì)可將其平均分割為兩個(gè)大小相同的小矩形，長(zhǎng)寬比例近似等于1.618，滿足黃金分割率，使產(chǎn)品形態(tài)具有安靜、穩(wěn)健的特點(diǎn)。瞄準(zhǔn)具外殼表面的防滑帶分布在左邊黃金矩形的中軸線兩端，排列均勻、和諧。

圖7 綜合瞄準(zhǔn)具前后側(cè)面包絡(luò)輪廓的幾何關(guān)系圖

如圖8所示，綜合瞄準(zhǔn)具外殼表面的螺孔定位是按照1∶1的等比例關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)、排布，給人以平衡、穩(wěn)定的形態(tài)感覺。瞄準(zhǔn)具的左右側(cè)面形狀設(shè)計(jì)為一不完整的橢圓形(圖9)，橢圓的長(zhǎng)軸和短軸之比接近于可以形成矩形，瞄準(zhǔn)具的物鏡均衡地分布在此矩形對(duì)角線的兩側(cè)。從圖10的瞄準(zhǔn)具俯視圖來看，頂部輪廓長(zhǎng)和寬比例關(guān)系為6∶1，將其平均劃分為6個(gè)大小相同的正方形，使弧形結(jié)構(gòu)頂端落在第4個(gè)正方形中，其圓心到兩端的距離之比接近黃金分割比例。

圖8 螺孔定位幾何關(guān)系

圖9 側(cè)視比例關(guān)系圖

圖10 俯視幾何關(guān)系圖

綜上所述，基于設(shè)計(jì)幾何學(xué)，瞄準(zhǔn)具整體的長(zhǎng)寬比例、定位關(guān)系確定應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)，符合特定的黃金分割率，要結(jié)合瞄準(zhǔn)具的功能、技術(shù)、結(jié)構(gòu)等標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)比例的美學(xué)優(yōu)化，使形態(tài)給人以整體協(xié)調(diào)統(tǒng)一的視覺效果。

3.2 基于形式美法則的形態(tài)設(shè)計(jì)

形式美法則是人類在創(chuàng)造美的過程中對(duì)美的形式規(guī)律的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和抽象概括［6］，它對(duì)典型綜合型瞄準(zhǔn)具形態(tài)設(shè)計(jì)具有直接的指導(dǎo)作用。

3.2.1 統(tǒng)一和變化

任何一種形態(tài)都力求把“統(tǒng)一”和“變化”完美地結(jié)合起來，做到豐富而不雜亂，有條理有規(guī)律而不單調(diào)。［7］瞄準(zhǔn)具的形態(tài)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)其各部分形態(tài)特征間區(qū)別與聯(lián)系，如圖11所示，瞄準(zhǔn)具的物鏡口徑呈圓形，與瞄準(zhǔn)具的方形外殼截然不同，為了形成一個(gè)統(tǒng)一的形態(tài)整體，設(shè)計(jì)需要建立兩者一致性的內(nèi)在聯(lián)系。由于瞄準(zhǔn)具的物鏡結(jié)構(gòu)決定了其口徑形態(tài)是不能變更的，設(shè)計(jì)將外殼形態(tài)兩側(cè)的截面成一個(gè)不完整的橢圓形平面，既保留了方形的直線又在兩側(cè)增加了曲線的變化，與物鏡的口徑形態(tài)取得了協(xié)調(diào)統(tǒng)一，表現(xiàn)出兩者統(tǒng)一與變化的整體效果。

圖11 瞄準(zhǔn)具幾何元素的統(tǒng)一和變化關(guān)系

3.2.2 節(jié)奏與韻律

重復(fù)能構(gòu)成樸素的節(jié)奏感，造型中的線條和形體，它的方向和大小的重復(fù)，是使局部與整體求取統(tǒng)一的手段。瞄準(zhǔn)具上的橢圓形防滑帶和水滴形旋鈕(圖12)構(gòu)成了垂直方向的重復(fù)韻律，可增加瞄準(zhǔn)具形態(tài)視覺方向上的穩(wěn)定性。

圖12 瞄準(zhǔn)具幾何元素的節(jié)奏與韻律關(guān)系

3.2.3 對(duì)稱與均衡

對(duì)稱與均衡是平衡的不同表現(xiàn)形式，均衡是在不對(duì)稱中求平穩(wěn)。對(duì)稱與均衡的形態(tài)在視覺上有均勻、協(xié)調(diào)、整齊的樸素美感，符合人們的視覺習(xí)慣。圖13中XM25瞄準(zhǔn)具的頂部為左右對(duì)稱的平衡形式，這種格局創(chuàng)造出的形態(tài)具有嚴(yán)格、平穩(wěn)的特點(diǎn)。

圖13 瞄準(zhǔn)具幾何元素對(duì)稱與均衡長(zhǎng)的關(guān)系

3.2.4 調(diào)和與對(duì)比

調(diào)和與對(duì)比是在同質(zhì)的造型要素間強(qiáng)調(diào)共性或差異性，以達(dá)到統(tǒng)一或變化的形式法則。［8］

圖14顯示了典型瞄準(zhǔn)具輪廓和部件的線型，由圖14可以清楚地看出，以直線型為主的瞄準(zhǔn)具輪廓，它的部件大多呈直線條的形態(tài)風(fēng)格，從整體到局部線型風(fēng)格一致，能產(chǎn)生和諧統(tǒng)一的藝術(shù)效果。在線型調(diào)和的前提下，瞄準(zhǔn)具設(shè)計(jì)了圓形的旋鈕、橢圓的防滑帶等，這些形態(tài)與直線型形成對(duì)比，避免了因橫豎線過分單一而使形態(tài)顯得呆板笨重。

圖14 瞄準(zhǔn)具幾何元素的調(diào)和與對(duì)比關(guān)系

3.2.5 過渡與呼應(yīng)

過渡是在造型的面或形體轉(zhuǎn)換時(shí)所采用的一種手段。在面與面的轉(zhuǎn)折處直接用直角轉(zhuǎn)換，形成直棱，稱面與面的直接過渡。用斜面或曲面過渡，形成斜角或圓角轉(zhuǎn)折，為面與面的間接過渡。

如圖15所示，設(shè)計(jì)在用圓形線框框出的瞄準(zhǔn)具的輪廓和表面凹形的轉(zhuǎn)角處都以小圓角進(jìn)行了面與面的過渡，小圓角的過渡棱線給人以鮮明，挺拔的感覺，避免了直線直接過渡的冷漠和呆板。多處的小圓角相互呼應(yīng)，使瞄準(zhǔn)具形態(tài)也保持了整體一致性。

圖15 瞄準(zhǔn)具幾何元素的過渡與呼應(yīng)關(guān)系

4 結(jié)語(yǔ)

輕武器瞄準(zhǔn)具的形態(tài)隨著瞄準(zhǔn)和光電技術(shù)的發(fā)展而不斷變化，本文基于設(shè)計(jì)幾何學(xué)和形式美法則對(duì)綜合型瞄準(zhǔn)具形態(tài)展開設(shè)計(jì)，通過對(duì)瞄準(zhǔn)具整體長(zhǎng)寬尺度的分析，根據(jù)特定的比例關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了形態(tài)輪廓的美學(xué)優(yōu)化，使其給人以理性美的視覺效果;結(jié)合產(chǎn)品形式美法則，運(yùn)用統(tǒng)一和變化、節(jié)奏與韻律、對(duì)稱與均衡等關(guān)系進(jìn)行對(duì)比分析，在不影響瞄準(zhǔn)具瞄準(zhǔn)、測(cè)距等功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的條件下，力求各組成分體間具有秩序感和條理性，形成簡(jiǎn)潔、明朗的形態(tài)外觀。使瞄準(zhǔn)具的形態(tài)達(dá)到了完整統(tǒng)一。

［1］董躍農(nóng).輕武器裝備第四次浪潮士兵系統(tǒng)［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2006.

［2］肖有樵.世界輕武器手冊(cè)［M］.北京:兵器工業(yè)出版社，1997.

［3］百度百科.望遠(yuǎn)式光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡［EB/OL］.［2012－10－10］.http://baike.baidu.com/view/2206411.htm.

［4］百度百科.反射式瞄準(zhǔn)鏡［EB/OL］.［2012 －10 －12］.http://baike.baidu.com/view/561853.htm.

［5］高雪芬，高興媛.淺談幾何學(xué)在藝術(shù)設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用［J］.大學(xué)數(shù)學(xué)，2005，21(2):1 －4.

［6］余隋懷，茍秉宸，于明玖.設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，2006.

［7］錢偉鑫.專用汽車造型設(shè)計(jì)的美學(xué)法則及其應(yīng)用［J］.專用汽車，1996(4):13－22.

［8］梁晶，段宏斌.汽車造型設(shè)計(jì)與形式美法則［J］.藝術(shù)與設(shè)計(jì)，2010(10):205－206.