二戰時期飛機造型設計研究

徐云潔 任鐘鳴

摘要：二戰時期是飛機迅猛發展的一個階段，這一時期的飛機數量之多、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。研究分析影響二戰飛機造型的主客觀原因和二戰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產品的典型，是功能和造型的完美融合。

關鍵詞：二戰時期;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）發明飛機，人類終于可以實現千百年來的飛天夢想。1914年，第一次世界大戰爆發，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，一戰中，飛機并沒有作為戰爭的主要武器。而到了二戰期間，情形則發生了巨大變化，許多國家以驚人的速度制造出數量空前的飛機。有關資料表明，在1939年至1945年之間，美國、英國、蘇聯、德國、日本以及意大利共制造了75萬架飛機。

飛機作為現代工業的重要產品，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[1]。飛機在外形上傳達出一種帶著強勁速度感的機器美學。二戰時期是飛機發展的繁榮時期，這一時期的飛機數目之多、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 科學技術的發展

科學技術的發展對飛機的造型發展具有關鍵作用。飛機造型設計是技術與藝術的有機結合，二戰時期飛機造型的發展充分體現了科技的進步[2]。從1903年飛機誕生到二戰爆發的中間階段，航空科學技術迅速發展，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，座艙從敞開式變為封閉式，散熱器也被放置在特殊風道內。飛機整體開始采用氣密式結構，給發動機加裝整流罩，飛機的整體造型逐漸往流線型方向發展。科學技術的發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。空氣動力學的發展使得飛機的外形線條更加流暢優美，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 擴軍備戰的刺激

第一次世界大戰后，德國作為戰敗國與戰勝國簽訂了《凡爾賽和約》，合約中限制了德國發展軍用飛機，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研制民用飛機。1933年，德國在恢復經濟的旗號下開始擴軍備戰，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。歐洲的航空工業開始活躍起來，軍事航空技術迅速發展[3]。

1.3 航空競賽的影響

在二戰期間，由于民用航空業的發展，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。許多航空企業經常自行籌措資金進行新型飛機的研發與制作。一些著名的企業如西門子、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投入飛機研發，極大地促進了飛機的性能和造型的優化。

許多國家對建立航空企業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，各個部件的形態構成飛機整體形態的完整性與統一性，同時各個部件的不同又體現出差異性。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，同時它的內部還要裝置很多東西。機身內部置有駕駛員座艙，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，內部空間得以合理安排和充分利用。機身的造型逐漸發展為更符合空氣動力學的流線型。

以蘇聯在二戰早期使用的主力戰斗機伊-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果。但由于種種因素的影響，蘇聯并沒有對伊-16戰斗機進行進一步改良優化。在之后的蘇芬戰爭中，芬蘭空軍也有了優質的單翼戰斗機，伊-16的優勢就不再突出了。蘇聯在這場戰爭中損失慘重，這使得蘇軍意識到伊-16戰斗機已經過時了，不得不改進開發了新一代的戰斗機，如雅克-1戰斗機、米格-3戰斗機和拉格-3戰斗機等。

伊-16戰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。蘇聯認識到伊-16戰斗機的局限性后，研發的雅克-1戰斗機則擁有較流線型的外形，相比短粗的伊-16，雅克-1戰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的基礎上開發了雅克-3戰斗機，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為降低風阻的流線型，飛機造型逐漸由笨重轉為流暢的線型結構。

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，體現出探索期的想象力。后來發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點，制作也相對簡單[4]。因此，二戰后期，梯形平直機翼和橢圓形機翼成為當時戰斗機的主流配置。

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

機翼的造型發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，功能和造型上的發展都趨于成熟，體現了功能性和藝術性的完美結合。

2.3 尾翼

尾翼是保持飛機穩定和操縱飛機飛行姿態的重要部件，一般安裝在飛機的尾部。大多數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、穩定和操縱的作用。

二戰時期的飛機尾翼多為水平垂直尾翼，但是形態各有不同，體現出不同的造型語義。圖3中的是二戰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。噴火戰斗機、海盜轟炸機的尾翼是流暢的三角弧形，火蜥蜴戰斗機和暴風戰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。暴風戰斗機、伊-16戰斗機等是弧形的垂尾，火蜥蜴戰斗機和復仇者戰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出一種整體的協調性，這也是飛機造型設計功能性和藝術性的完美體現。

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”的工業產品的典型代表。飛機造型基于科技水平提高和人們內在需求增加而不斷發展。外在的造型設計能夠賦予飛機更多的審美內涵，一方面外在的造型設計是飛機功能自然而然的體現，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作中，利用現有的材料和工藝展現出來的作品。二戰時期，飛機造型設計是航空事業的一個重要組成部分，為飛機的創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.二戰時期軍事技術進步與航空武器裝備發展研究[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：工業設計。