論文摘要：飛機(jī)設(shè)計(jì)是專業(yè)性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)門類，傳統(tǒng)上一向以技術(shù)指標(biāo)為導(dǎo)向進(jìn)行設(shè)計(jì)。然而從工業(yè)設(shè)計(jì)的視角而言，設(shè)計(jì)概念發(fā)展是多向的，是從多種可能中抉擇出的最佳結(jié)果。這有賴于開闊的設(shè)計(jì)思維，全面的認(rèn)識(shí)和思考設(shè)計(jì)對象。從設(shè)計(jì)實(shí)踐出發(fā)，飛機(jī)概念設(shè)計(jì)可以以基于原型的變型化設(shè)計(jì)、基于飛行技術(shù)發(fā)展趨勢的概念化設(shè)計(jì)及基于環(huán)保的綠色化設(shè)計(jì)等幾個(gè)方向，多向探討其設(shè)計(jì)理念與方法。
論文關(guān)鍵詞：飛機(jī),概念設(shè)計(jì),多向思維,變型設(shè)計(jì)
　　隨著技術(shù)的進(jìn)步和時(shí)代的發(fā)展，飛機(jī)等飛行器越來越多的影響著人們的生活。雖然已有100多年的研究歷史，但現(xiàn)代人們對飛行技術(shù)的研究興趣仍在迅速擴(kuò)大著。在世界范圍內(nèi)，飛行器概念設(shè)計(jì)類的競賽如火如荼，如美國直升機(jī)協(xié)會(huì)（AHS）主辦的年度設(shè)計(jì)比賽；在國內(nèi)，以中國航空學(xué)會(huì)“創(chuàng)新杯”未來飛行器設(shè)計(jì)大賽為代表的設(shè)計(jì)競賽，也正迅速的擴(kuò)大著影響。
　　雖然飛機(jī)設(shè)計(jì)是技術(shù)應(yīng)用性非常強(qiáng)的領(lǐng)域，但概念的創(chuàng)意與生成仍是飛機(jī)設(shè)計(jì)重要的初步程序，決定著其創(chuàng)新性、基本特征和主要框架。重要性越來越引起人們的重視。而概念創(chuàng)意是一個(gè)非良構(gòu)問題，沒有單一的線性解答方式，從多角度思考設(shè)計(jì)問題，靈活地進(jìn)行多向思維，成為概念設(shè)計(jì)的必要條件。
　　1、多向的設(shè)計(jì)制圖
　　設(shè)計(jì)師思維從來就不應(yīng)該是單一和線性的，多角度思考成為專業(yè)能力中最重要的方面。其思維的結(jié)果總是以一定的繪圖表達(dá)出來，再進(jìn)行反復(fù)推敲。
　　與靜止?fàn)顟B(tài)的物體不同，飛機(jī)一般指有動(dòng)力飛行的航空器，機(jī)動(dòng)動(dòng)作包括盤旋、滾轉(zhuǎn)、俯沖、筋斗、轉(zhuǎn)彎、躍升等，姿態(tài)更為復(fù)雜，并非是單一或零碎的圖形所能表達(dá)。
　　多向靈活的設(shè)計(jì)思維首先要基于多向的設(shè)計(jì)制圖。由于飛機(jī)的動(dòng)平衡飛行特點(diǎn)，設(shè)計(jì)制圖需要以動(dòng)態(tài)處理為出發(fā)點(diǎn)，利用多角度制圖的方式，進(jìn)行多向分析和思考，如圖1。而且，不僅要有飛機(jī)外形整體圖，也要有多達(dá)十幾個(gè)控制切面等輔助性圖形，多畫面的草圖本身就構(gòu)成了復(fù)雜的體系，其中蘊(yùn)含豐富的信息內(nèi)容。如圖2。
　　多向的繪制設(shè)計(jì)圖，重點(diǎn)在于：1、繪圖的目的是輔助思考，不過早地為前期的設(shè)計(jì)思想所限制，需要始終保持多方面的靈活思考；2、審視設(shè)計(jì)圖時(shí)，要綜合判斷不同部位多種解決方案的相互影響性，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)參數(shù)變化對設(shè)計(jì)意圖實(shí)現(xiàn)的影響。如重心改變所帶來的不平衡性等。
　　
　　圖1：飛機(jī)的多視角復(fù)合的整體圖
　　來源：作者
　　
　　圖2：飛機(jī)設(shè)計(jì)的三視圖
　　來源：JanRoskam[美],《AirplaneDesign,Part1：PreliminarySizingofAirplanes》,DARCorporation(Design,AnalysisandResearch),Lawrence,Kansas,2003:Ⅹ
　　2、多向的認(rèn)知思維
　　多向思維的作用機(jī)制體現(xiàn)于兩個(gè)方面：多向的認(rèn)知與多向的創(chuàng)造。其中，認(rèn)知是設(shè)計(jì)的先行條件，包含對飛機(jī)的技術(shù)條件認(rèn)知和文化等其他的多元認(rèn)知。
　　謝友柏院士提出現(xiàn)代設(shè)計(jì)是以知識(shí)為基礎(chǔ)，以知識(shí)獲取為中心，設(shè)計(jì)活動(dòng)可以看成是知識(shí)流動(dòng)的過程。認(rèn)知就是對產(chǎn)品知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解，是有限制條件下的感性觀察到理性接受相應(yīng)知識(shí)，并同設(shè)計(jì)者心理、狀態(tài)、經(jīng)驗(yàn)等相聯(lián)系，產(chǎn)生一定的聯(lián)想的過程。針對飛機(jī)概念設(shè)計(jì)，限制條件主要在于飛機(jī)的飛行原理與一般功能結(jié)構(gòu)，及飛行技術(shù)的一些發(fā)展趨向。
　　如飛機(jī)最重要部件是機(jī)翼，以機(jī)翼產(chǎn)生分層氣流，機(jī)翼形狀是有一定標(biāo)準(zhǔn)的，以符合升力原理；翼尖形狀要考慮渦流阻力的減小作用；機(jī)翼上還有副翼、襟翼等控制部件。以及一些設(shè)計(jì)參數(shù)，如:機(jī)翼面積、展弦比、根梢比、后掠角、翼型相對厚度、安裝角、上反角、扭轉(zhuǎn)角等。
　　飛機(jī)的技術(shù)條件認(rèn)知是開展設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，概念創(chuàng)意不能回避基本的飛行原理。綜合而言，組成飛機(jī)的五大部分是：機(jī)翼，機(jī)身，發(fā)動(dòng)機(jī)，起落架和尾翼，針對每一個(gè)部分需要掌握基本原理，在相應(yīng)的規(guī)則下進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新。
　　以直升機(jī)為例，技術(shù)認(rèn)知應(yīng)包含發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)、主旋翼、尾槳、機(jī)身結(jié)構(gòu)和起落架、航空電子設(shè)備等技術(shù)性要素，還要分析噪聲、穩(wěn)定性和相關(guān)控制系統(tǒng)、安全與舒適性、重心分布、任務(wù)能力等。如圖3。
　　
　　圖3：直升機(jī)主要結(jié)構(gòu)部件圖
　　來源：25thAnnualStudentDesignCompetitionGraduateCategory，Athena，DanielGuggenheimSchoolofAerospaceEngineeringGeorgiaInstituteofTechnology,http://www.vtol.org/pdf/studentDesign2008/grad_gaTech2008.pdf
　　認(rèn)知是創(chuàng)造的基礎(chǔ)，沒有相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，就不能運(yùn)用專業(yè)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)造。然而，知識(shí)與創(chuàng)造性往往成反比，知識(shí)越多，思維的定勢越多，對創(chuàng)造性的限制越多。
　　所以，設(shè)計(jì)需要有多向的認(rèn)知，以保持較寬的知識(shí)面，和豐富的想象力，能舉一反三。如研究鳥類翅膀，一般都是內(nèi)凹形，升力系數(shù)大，可應(yīng)用于一些特殊的設(shè)計(jì)目的通過仿生的認(rèn)知可以有效開拓設(shè)計(jì)思路。
　　3、多向的概念發(fā)展
　　概念設(shè)計(jì)也可稱為產(chǎn)品創(chuàng)新或創(chuàng)新構(gòu)想，就是對即將開發(fā)的新產(chǎn)品基本功能和效用、造型、結(jié)構(gòu)、功能使用的對象等所做的設(shè)想。其核心要素是創(chuàng)新性。
　　概念設(shè)計(jì)是符合邏輯的創(chuàng)新過程，是在掃描技術(shù)可能時(shí)產(chǎn)生的創(chuàng)新聯(lián)想。在飛機(jī)設(shè)計(jì)中，這種有依據(jù)性的創(chuàng)新思路也是多向發(fā)展的：
　�。�1）基于原型的變型化設(shè)計(jì)
　　由技術(shù)性能決定的第一代產(chǎn)品一般稱為原型產(chǎn)品，著重于技術(shù)參數(shù)的實(shí)現(xiàn)。 而變型設(shè)計(jì)是一種設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)過程，它的基本思想是通過改進(jìn)已有的系列產(chǎn)品或設(shè)計(jì)實(shí)例來適應(yīng)新的設(shè)計(jì)需求。
　　圖4為根據(jù)FURIA輕型直升機(jī)進(jìn)行的變型設(shè)計(jì)，著重于機(jī)身外形的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)基于已有的工作原理,采用了基本不變的結(jié)構(gòu)方案,以文化、審美、情感需求等要素，對外形和結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部調(diào)整,產(chǎn)生適應(yīng)性的變型產(chǎn)品。
　　變型化設(shè)計(jì)難度小，適應(yīng)性強(qiáng)，更有利于著重從產(chǎn)品使用性上進(jìn)行思考，而不過多被技術(shù)可行性所束縛，也利于探討文化等設(shè)計(jì)深層次問題。
　　
　　圖4：輕型直升機(jī)變型設(shè)計(jì)
　　來源：作者
　　（2）基于飛行技術(shù)發(fā)展趨勢的概念化設(shè)計(jì)
　　現(xiàn)代條件下，飛機(jī)的技術(shù)發(fā)展非常迅速。如，由于飛行控制技術(shù)能力的提高，固定翼飛機(jī)出現(xiàn)無尾翼的設(shè)計(jì)，省略掉原來用于飛行穩(wěn)定與姿態(tài)控制的水平尾翼和垂直尾翼，機(jī)體結(jié)構(gòu)簡化，減小了飛機(jī)的結(jié)構(gòu)重量。相似的，直升機(jī)也出現(xiàn)無尾槳設(shè)計(jì)，而原尾槳作用主要在于平衡主旋翼對機(jī)身的反向旋轉(zhuǎn)作用，典型的成功案例是麥道直升機(jī)公司為代表的無尾槳直升機(jī)(NOTAR)技術(shù)的應(yīng)用，其優(yōu)勢在于直升機(jī)事故中有75%與尾槳有關(guān)，無尾槳飛機(jī)零件較少，故障可能和維護(hù)費(fèi)用也就相應(yīng)減少，大致比有槳機(jī)可靠50%，見圖3NOTAR原理圖。
　　這樣的技術(shù)進(jìn)步極大的影響著飛機(jī)的概念設(shè)計(jì)思路。有代表性的幾種發(fā)展趨勢如：翼身融合技術(shù)（BlendedWingBody）、聯(lián)合翼或斜拉翼（JoinedWing/Strut-BracedWing）、空天飛機(jī)（AccesstoSpace）、太陽能飛機(jī)（solar）等。
　　除了以上一些飛行技術(shù)發(fā)展態(tài)勢以外，直接對生物體機(jī)能進(jìn)行研究，也對概念設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響。如美國宇航局（NASA）就開展了一系列從生物系統(tǒng)中獲取飛行技術(shù)開發(fā)靈感的研究計(jì)劃，認(rèn)為：自然界中的飛行動(dòng)物，如鳥類、昆蟲等，表現(xiàn)出了多樣的飛行能力與技巧，其中許多都還不為人類所掌握，而這存在著巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。
　　概念設(shè)計(jì)創(chuàng)新正是基于對新的可能性的探討。開拓的視界，才能為探討新的可能性提供更廣闊的方向。如圖5。
　　
　　圖5：斜拉翼飛機(jī)概念設(shè)計(jì)
　　來源：作者
　�。�3）基于環(huán)保的綠色化設(shè)計(jì)
　　綠色設(shè)計(jì)又稱面向環(huán)境的設(shè)計(jì)DFE（DesignforEnvironment）或全生命周期設(shè)計(jì)LCD（LifeCycleDesign），是對產(chǎn)品從需求開發(fā)到回收利用，全過程做節(jié)約能源、材料，減少環(huán)境危害，降低使用成本的設(shè)計(jì)觀念和設(shè)計(jì)方法。
　　如圖6是美國馬里蘭大學(xué)學(xué)生在25屆AHS年度設(shè)計(jì)競賽中的獲獎(jiǎng)作品“Volterra:theEraofGreen”，從全生命周期減低使用耗費(fèi)的角度進(jìn)行的概念化綠色設(shè)計(jì)。圖7為全電動(dòng)滑翔機(jī)概念設(shè)計(jì)，不使用化石燃料，而且可以減少飛行噪聲，以實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的目的。
　　從需求到產(chǎn)品制造，綠色設(shè)計(jì)已成為設(shè)計(jì)的核心要求。在多向的設(shè)計(jì)思維中，更是不可忽視的創(chuàng)新方向。
　　
　　圖6：直升機(jī)結(jié)構(gòu)部件圖
　　來源：25thAnnualStudentDesignCompetitionGraduateCategory，Volterra:theEraofGreen，AlfredGessowRotorcraftCenter，DepartmentofAerospaceEngineeringUniversityofMaryland,http://www.vtol.org/pdf/studentDesign2008/grad_umdKonkuk2008.pdf
　　
　　圖7：全電滑翔機(jī)設(shè)計(jì)
　　來源：作者
　　4、總結(jié)
　　產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段的工作，高度地體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的藝術(shù)性、創(chuàng)造性、綜合性以及設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)。成功的概念設(shè)計(jì)，所蘊(yùn)含的豐富信息應(yīng)該遠(yuǎn)超過圖紙上直接表達(dá)的內(nèi)容。設(shè)計(jì)師多向的、深思熟慮的問題思考，是達(dá)成其實(shí)現(xiàn)的必要條件。
　　飛機(jī)作為高科技產(chǎn)品，除了技術(shù)創(chuàng)新外，在人文價(jià)值、環(huán)境價(jià)值上還需要進(jìn)行更多、更寬泛的多向思考。對包括工程、市場等方面的各種設(shè)計(jì)人員而言，飛機(jī)概念設(shè)計(jì)都是思維能力的重要挑戰(zhàn)。
　�。ń�蘇省教育科學(xué)十一五規(guī)劃2009年度課題項(xiàng)目編號(hào)D/2009/01/062>）
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