二戰(zhàn)時期飛機造型設計研究

徐云潔 任鐘鳴

摘要：二戰(zhàn)時期是飛機迅猛發(fā)展的一個階段，這一時期的飛機數(shù)量之多、造型之豐富是前所未有的。通過研究這一時期飛機造型發(fā)展，對飛機造型設計具有重要意義。本文通過參考大量歷史資料、相關文獻，分析飛機造型演變的客觀原因，并對飛機各個部件的造型特征差異進行分析，指出造成差異的原因及其具備的美學因素。研究分析影響二戰(zhàn)飛機造型的主客觀原因和二戰(zhàn)時期的飛機造型設計，對研究飛機造型具有一定的借鑒意義。二戰(zhàn)時期的飛機外形直接對應著各種不同飛行性能的要求，是形式符合功能的工業(yè)產(chǎn)品的典型，是功能和造型的完美融合。

關鍵詞：二戰(zhàn)時期;飛機造型;美學;設計

中圖分類號：V222 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2021）12-0-02

0 引言

1903年，萊特兄弟（Wright Brothers）發(fā)明飛機，人類終于可以實現(xiàn)千百年來的飛天夢想。1914年，第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，飛機作為一種新型的軍事裝備登上歷史舞臺。但由于當時飛機技術不成熟，一戰(zhàn)中，飛機并沒有作為戰(zhàn)爭的主要武器。而到了二戰(zhàn)期間，情形則發(fā)生了巨大變化，許多國家以驚人的速度制造出數(shù)量空前的飛機。有關資料表明，在1939年至1945年之間，美國、英國、蘇聯(lián)、德國、日本以及意大利共制造了75萬架飛機。

飛機作為現(xiàn)代工業(yè)的重要產(chǎn)品，在造型上極為簡練流暢，同時具有強大的功能。飛機的外觀設計造型和功能之間具有重要的對應關系，展現(xiàn)出飛機造型特有的魅力，可以說飛機是造型藝術與功能合理結合的完美表現(xiàn)[1]。飛機在外形上傳達出一種帶著強勁速度感的機器美學。二戰(zhàn)時期是飛機發(fā)展的繁榮時期，這一時期的飛機數(shù)目之多、種類之豐富有利于飛機造型之美的研究。

1 影響飛機造型的主要原因

1.1 科學技術的發(fā)展

科學技術的發(fā)展對飛機的造型發(fā)展具有關鍵作用。飛機造型設計是技術與藝術的有機結合，二戰(zhàn)時期飛機造型的發(fā)展充分體現(xiàn)了科技的進步[2]。從1903年飛機誕生到二戰(zhàn)爆發(fā)的中間階段，航空科學技術迅速發(fā)展，飛機性能逐漸提高、應用范圍也不斷擴大，這對飛機的造型設計產(chǎn)生了重要的影響。在這一階段，研究飛行器和氣體做相對運動時的阻力的空氣動力學迅速發(fā)展，相關研究成果被很好地運用到飛機設計中。

在這段時期，有關發(fā)動機功率、空氣動力學和飛機阻力等航空科學技術的研究都取得了重大進展，這些成果也很快被應用于飛機設計中。發(fā)動機功率提高，升力得到提升，不再需要雙機翼提供升力，所以雙翼機逐漸向單翼機過渡。為了降低風阻，1930年以后飛機的起落架基本由固定式加裝整流罩改為收放式，座艙從敞開式變?yōu)榉忾]式，散熱器也被放置在特殊風道內(nèi)。飛機整體開始采用氣密式結構，給發(fā)動機加裝整流罩，飛機的整體造型逐漸往流線型方向發(fā)展?？茖W技術的發(fā)展給飛機的造型設計帶來了極大的影響，使得飛機在材料、工藝、造型上都有了很大的提升與進步?？諝鈩恿W的發(fā)展使得飛機的外形線條更加流暢優(yōu)美，合金材料的運用以及飛機部件的改進使得飛機的造型更加考究。

1.2 擴軍備戰(zhàn)的刺激

第一次世界大戰(zhàn)后，德國作為戰(zhàn)敗國與戰(zhàn)勝國簽訂了《凡爾賽和約》，合約中限制了德國發(fā)展軍用飛機，但后來又放寬了德國研制民用飛機的限制，因此德國大力鼓勵私人企業(yè)研制民用飛機。1933年，德國在恢復經(jīng)濟的旗號下開始擴軍備戰(zhàn)，這個舉動引起了其他國家的警惕。一些國家敏銳地覺察到可能又有一場大戰(zhàn)即將到來，為了同德國抗衡，紛紛開始重整軍備。歐洲的航空工業(yè)開始活躍起來，軍事航空技術迅速發(fā)展[3]。

1.3 航空競賽的影響

在二戰(zhàn)期間，由于民用航空業(yè)的發(fā)展，航空類競賽活動十分頻繁。航空俱樂部、飛行學校和民用航線等相繼出現(xiàn)。許多航空企業(yè)經(jīng)常自行籌措資金進行新型飛機的研發(fā)與制作。一些著名的企業(yè)如西門子、奔馳也參與到航空領域的競爭中。各種航空競賽的開展也促使各家公司使出渾身解數(shù)投入飛機研發(fā)，極大地促進了飛機的性能和造型的優(yōu)化。

許多國家對建立航空企業(yè)和開展航空競賽表示支持。政府的支持和航空領域的競爭不斷促使飛機性能變好，外觀造型更加精致。航空競賽的開展使得各個國家的航空公司都積極地研發(fā)新式飛機，而不僅只依靠進口，促進了飛機造型的多元化和特色化。

2 二戰(zhàn)時期飛機造型分析

飛機造型通常是指飛機的外在造型。飛機的外在造型由飛機的各個部件組成，各個部件的形態(tài)構成飛機整體形態(tài)的完整性與統(tǒng)一性，同時各個部件的不同又體現(xiàn)出差異性。飛機造型主要由機身、機翼、尾翼、動力裝置和起落裝置這五個部分組成。對造型產(chǎn)生較大影響的主要是機身、機翼和尾翼，這三個部分造型的差異使得飛機呈現(xiàn)出不同的外形結構和造型語義。

2.1 機身

飛機的機身像鳥兒的軀體一樣，是把飛機各部分連成整體的主干，同時它的內(nèi)部還要裝置很多東西。機身內(nèi)部置有駕駛員座艙，安裝有各種儀表和設備。為了減少機身的氣動阻力，設計師和工程師希望機身的外形能夠更光滑和流暢，內(nèi)部空間得以合理安排和充分利用。機身的造型逐漸發(fā)展為更符合空氣動力學的流線型。

以蘇聯(lián)在二戰(zhàn)早期使用的主力戰(zhàn)斗機伊-16為例。在其他國家還是雙翼機的情況下，伊-16作為一種懸臂式下單翼機取得了很好的戰(zhàn)果。但由于種種因素的影響，蘇聯(lián)并沒有對伊-16戰(zhàn)斗機進行進一步改良優(yōu)化。在之后的蘇芬戰(zhàn)爭中，芬蘭空軍也有了優(yōu)質(zhì)的單翼戰(zhàn)斗機，伊-16的優(yōu)勢就不再突出了。蘇聯(lián)在這場戰(zhàn)爭中損失慘重，這使得蘇軍意識到伊-16戰(zhàn)斗機已經(jīng)過時了，不得不改進開發(fā)了新一代的戰(zhàn)斗機，如雅克-1戰(zhàn)斗機、米格-3戰(zhàn)斗機和拉格-3戰(zhàn)斗機等。

伊-16戰(zhàn)斗機機身整體短小粗笨，機頭的截面大，因此受到的風阻也較大;背脊較高，會導致飛行員后方視野不佳。蘇聯(lián)認識到伊-16戰(zhàn)斗機的局限性后，研發(fā)的雅克-1戰(zhàn)斗機則擁有較流線型的外形，相比短粗的伊-16，雅克-1戰(zhàn)斗機機頭的橫截面積較小，機身整體線條更加修長流暢。后來設計師又在雅克-1的基礎上開發(fā)了雅克-3戰(zhàn)斗機，飛機的氣動性外形又有了很大的改進，機翼進一步減小。材質(zhì)上也有所改進，將木制翼梁改為了鋁合金翼梁。三款機型機身對比如圖1所示。

人們對更快速度和更好性能的追求使得飛機的造型逐漸優(yōu)化。風阻直接影響了飛機機身的整體造型，因此機身造型在演變中不斷變?yōu)榻档惋L阻的流線型，飛機造型逐漸由笨重轉(zhuǎn)為流暢的線型結構。

2.2 機翼

飛機要升到空中，就要有個舉它上去的力量，這種舉力在航空上叫作升力。升力的存在主要依賴于空氣給機翼的動力。所以機翼的設計對于飛機的飛行速度和性能十分重要。飛機設計師創(chuàng)造了平面形狀和剖面形狀各不相同的機翼，以滿足不同飛機的不同用途需求。

在飛機誕生之初，機翼的形狀多種多樣，體現(xiàn)出探索期的想象力。后來發(fā)展為制作簡單又實用的平直的矩形翼。但是矩形翼在性能上存在一定缺陷，其翼端較寬，在飛行過程中會帶來較大的阻力。因此，人們又設計出了一種翼端較窄的橢圓形機翼。這種新型機翼雖然翼端變小，阻力也變小了，但制作工藝卻十分復雜。在不斷改進后，人們又設計出了梯形機翼。梯形機翼同時具備了矩形機翼和橢圓形機翼的優(yōu)點，制作也相對簡單[4]。因此，二戰(zhàn)后期，梯形平直機翼和橢圓形機翼成為當時戰(zhàn)斗機的主流配置。

圖2中是二戰(zhàn)中飛機的常見翼型，早期的雙層翼飛機，如劍魚轟炸機是平直的矩形翼。英國研制的噴火戰(zhàn)斗機則是橢圓形機翼的典范。單翼戰(zhàn)斗機如著名的野貓戰(zhàn)斗機是方形機翼，復仇者轟炸機、蚊式戰(zhàn)斗機、火蜥蜴噴火式戰(zhàn)斗機都是平直的梯形機翼。

機翼的造型發(fā)展與飛機性能要求密不可分。人們對飛機性能要求的不斷提高，同時也是對機翼要求的不斷提高。從最初簡單的平直翼到制作復雜的橢圓形翼再到最終的梯形機翼，飛機機翼的造型為滿足更多的功能不斷變化。最終，功能和造型上的發(fā)展都趨于成熟，體現(xiàn)了功能性和藝術性的完美結合。

2.3 尾翼

尾翼是保持飛機穩(wěn)定和操縱飛機飛行姿態(tài)的重要部件，一般安裝在飛機的尾部。大多數(shù)尾翼包含水平尾翼和垂直尾翼兩個部分，水平尾翼簡稱平尾，垂直尾翼簡稱垂尾，它們都起著保證飛機縱向平衡、穩(wěn)定和操縱的作用。

二戰(zhàn)時期的飛機尾翼多為水平垂直尾翼，但是形態(tài)各有不同，體現(xiàn)出不同的造型語義。圖3中的是二戰(zhàn)中一些著名機型的尾翼造型，水平尾翼的造型基本可以分為矩形和三角弧形。噴火戰(zhàn)斗機、海盜轟炸機的尾翼是流暢的三角弧形，火蜥蜴戰(zhàn)斗機和暴風戰(zhàn)斗機的尾翼則是矩形。垂直尾翼的造型也可以分為直線形和弧形。暴風戰(zhàn)斗機、伊-16戰(zhàn)斗機等是弧形的垂尾，火蜥蜴戰(zhàn)斗機和復仇者戰(zhàn)斗機則是直線形的垂尾。

尾翼的造型和飛機整體的造型密不可分，體現(xiàn)出一種整體性的造型語義。弧形尾翼的飛機往往整體機身的線條就是比較圓潤流暢的，而直線型尾翼的飛機整體造型則是硬朗的、富有動感的。尾翼的造型和飛機整體造型設計體現(xiàn)出一種整體的協(xié)調(diào)性，這也是飛機造型設計功能性和藝術性的完美體現(xiàn)。

3 結語

飛機外形直接反映出各種不同飛行性能的要求，是“形式追隨功能”的工業(yè)產(chǎn)品的典型代表。飛機造型基于科技水平提高和人們內(nèi)在需求增加而不斷發(fā)展。外在的造型設計能夠賦予飛機更多的審美內(nèi)涵，一方面外在的造型設計是飛機功能自然而然的體現(xiàn)，另一方面飛機的造型也是設計師將美學思考融入自己的創(chuàng)作中，利用現(xiàn)有的材料和工藝展現(xiàn)出來的作品。二戰(zhàn)時期，飛機造型設計是航空事業(yè)的一個重要組成部分，為飛機的創(chuàng)新設計提供了新的思路，具有重要的意義。

參考文獻：

[1] 宮浩欽.關于飛機審美認知的五個維度[J].圖學學報，2016，37（01）：56-59.

[2] 吳軍.二戰(zhàn)時期軍事技術進步與航空武器裝備發(fā)展研究[D].長沙：國防科學技術大學，2007.

[3] 李成智，李小寧，田大山.飛行之夢——航空航天發(fā)展史概論[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004：363-367.

[4] 馬慶恒.機翼形狀與飛行速度[J].科學之友（A版），2009（02）：27.

作者簡介：徐云潔（1997—），女，江蘇鹽城人，碩士在讀，研究方向：工業(yè)設計。