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        二戰(zhàn)時期飛機造型設(shè)計研究

        2021-08-27 05:47:58徐云潔任鐘鳴
        藝術(shù)科技 2021年12期
        關(guān)鍵詞:二戰(zhàn)時期美學(xué)設(shè)計

        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(shè)計具有重要意義。本文通過參考大量歷史資料、相關(guān)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(xué)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(shè)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(yīng)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(guān)鍵詞:二戰(zhàn)時期;飛機造型;美學(xué);設(shè)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(shù)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(guān)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(shè)計造型和功能之間具有重要的對應(yīng)關(guān)系,展現(xiàn)出飛機造型特有的魅力,可以說飛機是造型藝術(shù)與功能合理結(jié)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(xué)。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(xué)技術(shù)的發(fā)展

        科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對飛機的造型發(fā)展具有關(guān)鍵作用。飛機造型設(shè)計是技術(shù)與藝術(shù)的有機結(jié)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(xué)技術(shù)迅速發(fā)展,飛機性能逐漸提高、應(yīng)用范圍也不斷擴大,這對飛機的造型設(shè)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(xué)迅速發(fā)展,相關(guān)研究成果被很好地運用到飛機設(shè)計中。

        在這段時期,有關(guān)發(fā)動機功率、空氣動力學(xué)和飛機阻力等航空科學(xué)技術(shù)的研究都取得了重大進展,這些成果也很快被應(yīng)用于飛機設(shè)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(fēng)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(fēng)道內(nèi)。飛機整體開始采用氣密式結(jié)構(gòu),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(xué)技術(shù)的發(fā)展給飛機的造型設(shè)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(xué)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(fù)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(shù)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(xué)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(lǐng)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(lǐng)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(shè)備。為了減少機身的氣動阻力,設(shè)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(xué)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(fēng)阻也較大;背脊較高,會導(dǎo)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(shè)計師又在雅克-1的基礎(chǔ)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(fēng)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(fēng)阻的流線型,飛機造型逐漸由笨重轉(zhuǎn)為流暢的線型結(jié)構(gòu)。

        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(shè)計對于飛機的飛行速度和性能十分重要。飛機設(shè)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(shè)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(fù)雜。在不斷改進后,人們又設(shè)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(fù)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(fù)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(shù)性的完美結(jié)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(fēng)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(fēng)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(fù)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(shè)計體現(xiàn)出一種整體的協(xié)調(diào)性,這也是飛機造型設(shè)計功能性和藝術(shù)性的完美體現(xiàn)。

        3 結(jié)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(shè)計能夠賦予飛機更多的審美內(nèi)涵,一方面外在的造型設(shè)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(shè)計師將美學(xué)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(shè)計是航空事業(yè)的一個重要組成部分,為飛機的創(chuàng)新設(shè)計提供了新的思路,具有重要的意義。

        參考文獻:

        [1] 宮浩欽.關(guān)于飛機審美認知的五個維度[J].圖學(xué)學(xué)報,2016,37(01):56-59.

        [2] 吳軍.二戰(zhàn)時期軍事技術(shù)進步與航空武器裝備發(fā)展研究[D].長沙:國防科學(xué)技術(shù)大學(xué),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(xué)出版社,2004:363-367.

        [4] 馬慶恒.機翼形狀與飛行速度[J].科學(xué)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(shè)計。

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