二战时期飞机造型设计研究

徐云洁 任钟鸣

摘要：二战时期是飞机迅猛发展的一个阶段，这一时期的飞机数量之多、造型之丰富是前所未有的。通过研究这一时期飞机造型发展，对飞机造型设计具有重要意义。本文通过参考大量历史资料、相关文献，分析飞机造型演变的客观原因，并对飞机各个部件的造型特征差异进行分析，指出造成差异的原因及其具备的美学因素。研究分析影响二战飞机造型的主客观原因和二战时期的飞机造型设计，对研究飞机造型具有一定的借鉴意义。二战时期的飞机外形直接对应着各种不同飞行性能的要求，是形式符合功能的工业产品的典型，是功能和造型的完美融合。

关键词：二战时期;飞机造型;美学;设计

中图分类号：V222 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2021）12-0-02

0 引言

1903年，莱特兄弟（Wright Brothers）发明飞机，人类终于可以实现千百年来的飞天梦想。1914年，第一次世界大战爆发，飞机作为一种新型的军事装备登上历史舞台。但由于当时飞机技术不成熟，一战中，飞机并没有作为战争的主要武器。而到了二战期间，情形则发生了巨大变化，许多国家以惊人的速度制造出数量空前的飛机。有关资料表明，在1939年至1945年之间，美国、英国、苏联、德国、日本以及意大利共制造了75万架飞机。

飞机作为现代工业的重要产品，在造型上极为简练流畅，同时具有强大的功能。飞机的外观设计造型和功能之间具有重要的对应关系，展现出飞机造型特有的魅力，可以说飞机是造型艺术与功能合理结合的完美表现[1]。飞机在外形上传达出一种带着强劲速度感的机器美学。二战时期是飞机发展的繁荣时期，这一时期的飞机数目之多、种类之丰富有利于飞机造型之美的研究。

1 影响飞机造型的主要原因

1.1 科学技术的发展

科学技术的发展对飞机的造型发展具有关键作用。飞机造型设计是技术与艺术的有机结合，二战时期飞机造型的发展充分体现了科技的进步[2]。从1903年飞机诞生到二战爆发的中间阶段，航空科学技术迅速发展，飞机性能逐渐提高、应用范围也不断扩大，这对飞机的造型设计产生了重要的影响。在这一阶段，研究飞行器和气体做相对运动时的阻力的空气动力学迅速发展，相关研究成果被很好地运用到飞机设计中。

在这段时期，有关发动机功率、空气动力学和飞机阻力等航空科学技术的研究都取得了重大进展，这些成果也很快被应用于飞机设计中。发动机功率提高，升力得到提升，不再需要双机翼提供升力，所以双翼机逐渐向单翼机过渡。为了降低风阻，1930年以后飞机的起落架基本由固定式加装整流罩改为收放式，座舱从敞开式变为封闭式，散热器也被放置在特殊风道内。飞机整体开始采用气密式结构，给发动机加装整流罩，飞机的整体造型逐渐往流线型方向发展。科学技术的发展给飞机的造型设计带来了极大的影响，使得飞机在材料、工艺、造型上都有了很大的提升与进步。空气动力学的发展使得飞机的外形线条更加流畅优美，合金材料的运用以及飞机部件的改进使得飞机的造型更加考究。

1.2 扩军备战的刺激

第一次世界大战后，德国作为战败国与战胜国签订了《凡尔赛和约》，合约中限制了德国发展军用飞机，但后来又放宽了德国研制民用飞机的限制，因此德国大力鼓励私人企业研制民用飞机。1933年，德国在恢复经济的旗号下开始扩军备战，这个举动引起了其他国家的警惕。一些国家敏锐地觉察到可能又有一场大战即将到来，为了同德国抗衡，纷纷开始重整军备。欧洲的航空工业开始活跃起来，军事航空技术迅速发展[3]。

1.3 航空竞赛的影响

在二战期间，由于民用航空业的发展，航空类竞赛活动十分频繁。航空俱乐部、飞行学校和民用航线等相继出现。许多航空企业经常自行筹措资金进行新型飞机的研发与制作。一些著名的企业如西门子、奔驰也参与到航空领域的竞争中。各种航空竞赛的开展也促使各家公司使出浑身解数投入飞机研发，极大地促进了飞机的性能和造型的优化。

许多国家对建立航空企业和开展航空竞赛表示支持。政府的支持和航空领域的竞争不断促使飞机性能变好，外观造型更加精致。航空竞赛的开展使得各个国家的航空公司都积极地研发新式飞机，而不仅只依靠进口，促进了飞机造型的多元化和特色化。

2 二战时期飞机造型分析

飞机造型通常是指飞机的外在造型。飞机的外在造型由飞机的各个部件组成，各个部件的形态构成飞机整体形态的完整性与统一性，同时各个部件的不同又体现出差异性。飞机造型主要由机身、机翼、尾翼、动力装置和起落装置这五个部分组成。对造型产生较大影响的主要是机身、机翼和尾翼，这三个部分造型的差异使得飞机呈现出不同的外形结构和造型语义。

2.1 机身

飞机的机身像鸟儿的躯体一样，是把飞机各部分连成整体的主干，同时它的内部还要装置很多东西。机身内部置有驾驶员座舱，安装有各种仪表和设备。为了减少机身的气动阻力，设计师和工程师希望机身的外形能够更光滑和流畅，内部空间得以合理安排和充分利用。机身的造型逐渐发展为更符合空气动力学的流线型。

以苏联在二战早期使用的主力战斗机伊-16为例。在其他国家还是双翼机的情况下，伊-16作为一种悬臂式下单翼机取得了很好的战果。但由于种种因素的影响，苏联并没有对伊-16战斗机进行进一步改良优化。在之后的苏芬战争中，芬兰空军也有了优质的单翼战斗机，伊-16的优势就不再突出了。苏联在这场战争中损失惨重，这使得苏军意识到伊-16战斗机已经过时了，不得不改进开发了新一代的战斗机，如雅克-1战斗机、米格-3战斗机和拉格-3战斗机等。

伊-16战斗机机身整体短小粗笨，机头的截面大，因此受到的风阻也较大;背脊较高，会导致飞行员后方视野不佳。苏联认识到伊-16战斗机的局限性后，研发的雅克-1战斗机则拥有较流线型的外形，相比短粗的伊-16，雅克-1战斗机机头的横截面积较小，机身整体线条更加修长流畅。后来设计师又在雅克-1的基础上开发了雅克-3战斗机，飞机的气动性外形又有了很大的改进，机翼进一步减小。材质上也有所改进，将木制翼梁改为了铝合金翼梁。三款机型机身对比如图1所示。

人们对更快速度和更好性能的追求使得飞机的造型逐渐优化。风阻直接影响了飞机机身的整体造型，因此机身造型在演变中不断变为降低风阻的流线型，飞机造型逐渐由笨重转为流畅的线型结构。

2.2 机翼

飞机要升到空中，就要有个举它上去的力量，这种举力在航空上叫作升力。升力的存在主要依赖于空气给机翼的动力。所以机翼的设计对于飞机的飞行速度和性能十分重要。飞机设计师创造了平面形状和剖面形状各不相同的机翼，以满足不同飞机的不同用途需求。

在飞机诞生之初，机翼的形状多种多样，体现出探索期的想象力。后来发展为制作简单又实用的平直的矩形翼。但是矩形翼在性能上存在一定缺陷，其翼端较宽，在飞行过程中会带来较大的阻力。因此，人们又设计出了一种翼端较窄的椭圆形机翼。这种新型机翼虽然翼端变小，阻力也变小了，但制作工艺却十分复杂。在不断改进后，人们又设计出了梯形机翼。梯形机翼同时具备了矩形机翼和椭圆形机翼的优点，制作也相对简单[4]。因此，二战后期，梯形平直机翼和椭圆形机翼成为当时战斗机的主流配置。

图2中是二战中飞机的常见翼型，早期的双层翼飞机，如剑鱼轰炸机是平直的矩形翼。英国研制的喷火战斗机则是椭圆形机翼的典范。单翼战斗机如著名的野猫战斗机是方形机翼，复仇者轰炸机、蚊式战斗机、火蜥蜴喷火式战斗机都是平直的梯形机翼。

机翼的造型发展与飞机性能要求密不可分。人们对飞机性能要求的不断提高，同时也是对机翼要求的不断提高。从最初简单的平直翼到制作复杂的椭圆形翼再到最终的梯形机翼，飞机机翼的造型为满足更多的功能不断变化。最终，功能和造型上的发展都趋于成熟，体现了功能性和艺术性的完美结合。

2.3 尾翼

尾翼是保持飞机稳定和操纵飞机飞行姿态的重要部件，一般安装在飞机的尾部。大多数尾翼包含水平尾翼和垂直尾翼两个部分，水平尾翼简称平尾，垂直尾翼简称垂尾，它们都起着保证飞机纵向平衡、稳定和操纵的作用。

二战时期的飞机尾翼多为水平垂直尾翼，但是形态各有不同，体现出不同的造型语义。图3中的是二战中一些著名机型的尾翼造型，水平尾翼的造型基本可以分为矩形和三角弧形。喷火战斗机、海盗轰炸机的尾翼是流暢的三角弧形，火蜥蜴战斗机和暴风战斗机的尾翼则是矩形。垂直尾翼的造型也可以分为直线形和弧形。暴风战斗机、伊-16战斗机等是弧形的垂尾，火蜥蜴战斗机和复仇者战斗机则是直线形的垂尾。

尾翼的造型和飞机整体的造型密不可分，体现出一种整体性的造型语义。弧形尾翼的飞机往往整体机身的线条就是比较圆润流畅的，而直线型尾翼的飞机整体造型则是硬朗的、富有动感的。尾翼的造型和飞机整体造型设计体现出一种整体的协调性，这也是飞机造型设计功能性和艺术性的完美体现。

3 结语

飞机外形直接反映出各种不同飞行性能的要求，是“形式追随功能”的工业产品的典型代表。飞机造型基于科技水平提高和人们内在需求增加而不断发展。外在的造型设计能够赋予飞机更多的审美内涵，一方面外在的造型设计是飞机功能自然而然的体现，另一方面飞机的造型也是设计师将美学思考融入自己的创作中，利用现有的材料和工艺展现出来的作品。二战时期，飞机造型设计是航空事业的一个重要组成部分，为飞机的创新设计提供了新的思路，具有重要的意义。

参考文献：

[1] 宫浩钦.关于飞机审美认知的五个维度[J].图学学报，2016，37（01）：56-59.

[2] 吴军.二战时期军事技术进步与航空武器装备发展研究[D].长沙：国防科学技术大学，2007.

[3] 李成智，李小宁，田大山.飞行之梦——航空航天发展史概论[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004：363-367.

[4] 马庆恒.机翼形状与飞行速度[J].科学之友（A版），2009（02）：27.

作者简介：徐云洁（1997—），女，江苏盐城人，硕士在读，研究方向：工业设计。