直面國(guó)際挑戰(zhàn)

李人澍

當(dāng)?shù)貢r(shí)間2016年4月15-17日，世界大學(xué)生設(shè)計(jì)/制作/飛行挑戰(zhàn)賽（英文簡(jiǎn)稱AIAA DBF）在美國(guó)堪薩斯州的威奇托市舉行。該比賽由美國(guó)航空航天學(xué)會(huì)（AIAA）主辦，一年一次，迄今已成功舉行了20屆，是世界大學(xué)生航空設(shè)計(jì)競(jìng)賽中的頂級(jí)賽事。參加比賽的選手來自世界各地，包括美國(guó)、意大利、奧地利、以色列等幾十個(gè)國(guó)家的上百所著名大學(xué)，如圣何塞州立大學(xué)、佐治亞理工學(xué)院、加州大學(xué)歐文分校等名校。本屆比賽共有來自世界各地的90支隊(duì)伍參加。

此次赴美參賽，是河北科技大學(xué)繼2014年英國(guó)國(guó)際大學(xué)生飛行器設(shè)計(jì)大賽之后，第二次走出國(guó)門參加國(guó)際級(jí)航模賽事。盡管此前我校航模隊(duì)在國(guó)內(nèi)航模競(jìng)賽中取得了驕人的成績(jī)，但這次需面對(duì)完全不同的比賽規(guī)則和未知的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，挑戰(zhàn)形勢(shì)嚴(yán)峻。

積極備戰(zhàn)

2015年10月，得知要選拔隊(duì)員參加在美國(guó)舉辦的AIAA DBF挑戰(zhàn)賽，我校航模隊(duì)隊(duì)員的心情都非常激動(dòng)。經(jīng)過綜合考察和嚴(yán)格選拔，最終確定了由7名隊(duì)員組成的參賽陣容：信息學(xué)院的王高飛、田葉，電氣學(xué)院的曹潔茹，理學(xué)院的劉坤，理工學(xué)院的申烽余，材料學(xué)院的張少群和我。

2016年AIAA DBF挑戰(zhàn)賽的報(bào)名流程同以往大有不同，需在2015年12月15日前提交一份提案，組委會(huì)根據(jù)其質(zhì)量篩選出有資格參賽的隊(duì)伍。因此拿到比賽規(guī)則后，我們以最快的速度將其翻譯成中文，詳細(xì)討論研究了比賽關(guān)鍵點(diǎn)并著手準(zhǔn)備需提交的提案。后來得知組委會(huì)共收到了一百多支隊(duì)伍提交的提案，最終認(rèn)可了其中90支隊(duì)伍的參賽資格。

根據(jù)2016年規(guī)則，比賽得分為報(bào)告得分乘以飛行得分，再除以RAC值。其報(bào)告滿分100分，飛行得分則由3個(gè)任務(wù)分相乘得到；RAC值由鎳氫動(dòng)力電池的重量、模型空重、子機(jī)可拆分?jǐn)?shù)（N）決定，越小則總分越高。本屆比賽的任務(wù)也與往屆不同，需設(shè)計(jì)兩架模型飛機(jī)，一架為MSA機(jī)（母機(jī)），另一架為PA機(jī)（子機(jī)）。

經(jīng)過團(tuán)隊(duì)的認(rèn)真研討，總結(jié)了兩點(diǎn)設(shè)計(jì)關(guān)鍵：首先是如何將子機(jī)做到最輕、最簡(jiǎn)單，并能夠運(yùn)載1kg飲料完成飛行任務(wù)；其次如何讓母機(jī)運(yùn)載子機(jī)的效率最高。最終模型飛機(jī)總體設(shè)計(jì)的兩大任務(wù)被確定：一是減小兩架模型的空重，二是將子機(jī)的可拆分?jǐn)?shù)減到最小。

在3個(gè)多月的試驗(yàn)和改進(jìn)中，我們分別嘗試了飛翼、串列翼和常規(guī)布局，最終確定了常規(guī)布局的總體設(shè)計(jì)。其中子機(jī)采用橢圓形機(jī)翼、上單翼、全動(dòng)平尾和后三點(diǎn)式起落架設(shè)計(jì)；翼展1m、翼面積11.6 dm2、空機(jī)重量240g，翼載荷125g/dm2，可拆分?jǐn)?shù)為1。母機(jī)采用貝殼式機(jī)翼和空心套袖平尾設(shè)計(jì)，其上安裝方向矢量電機(jī)，機(jī)翼無實(shí)心主梁，上下可繞前緣自由展開，空機(jī)重量為280g。

出征美國(guó)

4月11日，我們帶著精心制作的模型，懷揣夢(mèng)想踏上了征途，同行的還有校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心主任孟賓、電氣學(xué)院科創(chuàng)中心主任劉東輝和航模指導(dǎo)老師楊志堅(jiān)。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間4月11日下午4點(diǎn)，一行人順利抵達(dá)芝加哥。拿到托運(yùn)行李后，我們立即進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)除了行李箱有少許破損外，其他一切完好。隨后我們冒著雨，租車前往距離機(jī)場(chǎng)300多千米的斯普林菲爾德，并于當(dāng)晚11點(diǎn)多抵達(dá)預(yù)定酒店。之后又經(jīng)過一天的奔波，終于抵達(dá)位于美國(guó)堪薩斯州阿肯色河畔的威奇托市。該市是堪薩斯州最大的城市，不僅擁有賽斯納、雷神、波音等5家飛機(jī)制造商，還是麥康奈爾空軍基地的所在地，被稱為“航空首都”。

4月13日，我們開始細(xì)心檢查模型零部件，修復(fù)子機(jī)的運(yùn)載艙并組裝、調(diào)試了5架競(jìng)賽機(jī)。傍晚，我們驅(qū)車前往賽斯納公司，觀察飛行場(chǎng)地并初步制定了飛行方案。得知該場(chǎng)地不允許賽前試飛，我們有點(diǎn)失落，詢問工作人員后決定去附近的棒球公園試飛。

4月14日是賽前最后一天。一大早我們就前往棒球公園，在征得管理人員同意后，按照比賽流程順利完成了模型的試飛和調(diào)試。之后回到駐地，又對(duì)所有的競(jìng)賽機(jī)進(jìn)行了細(xì)致檢查，確保萬無一失。想到第二天就要正式開賽，我們卻對(duì)比賽流程和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手知之甚少，所有人的內(nèi)心都有些不安。

挑戰(zhàn)自我

4月15日清晨，比賽在威奇托市的賽斯納機(jī)場(chǎng)拉開帷幕。見到其他隊(duì)伍的參賽機(jī)后，我心里稍微踏實(shí)了一點(diǎn)。他們的模型普遍體積較大，模型空重肯定不小。但這幾天場(chǎng)地上持續(xù)刮著6級(jí)東南風(fēng)，而我隊(duì)參賽機(jī)既輕又小，在抗風(fēng)方面不具備任何優(yōu)勢(shì)。

組委會(huì)首先向所有參賽隊(duì)說明了一些賽程中需要注意的地方，然后開始審核模型。審核順序按前期提交的報(bào)告得分，由高到低排序，審核后即可檢錄、飛行。因?yàn)槲谊?duì)的報(bào)告得分偏低，排在第58位，所以第二天才能進(jìn)行模型審核。

4月16日早上，我們驅(qū)車前往賽場(chǎng)，很快模型審核開始了。由于對(duì)規(guī)則理解有誤，我們?cè)谠O(shè)計(jì)模型時(shí)沒有按要求將保險(xiǎn)裝置放在電機(jī)后，因此第一次檢錄未通過，錯(cuò)失了一輪飛行機(jī)會(huì)。但我們沒有自亂陣腳，迅速解決了問題，最終順利通過安全檢查，且模型空重是所有參賽隊(duì)伍中最輕的。對(duì)此，組委會(huì)的工作人員紛紛向我們表示了贊許。

很快輪到我隊(duì)第二輪飛行。首先進(jìn)行的是任務(wù)一，母機(jī)空載飛行。這一輪的難點(diǎn)是在缺少子機(jī)作為內(nèi)部支撐的情況下，母機(jī)強(qiáng)度略有不足，加之飛行場(chǎng)上大風(fēng)肆虐，很難保持平穩(wěn)航線飛行。候場(chǎng)時(shí)，我看到很多參賽機(jī)在風(fēng)中劇烈波動(dòng)，甚至倒退著飛行。我隊(duì)則憑借平時(shí)扎實(shí)的訓(xùn)練基礎(chǔ)，與強(qiáng)風(fēng)搏斗，順利完成三圈航線飛行并安全降落。

下午需要挑戰(zhàn)的是任務(wù)二，母機(jī)運(yùn)載子機(jī)飛行。該任務(wù)要求將子機(jī)的零部件放入母機(jī)，參賽機(jī)完成N（子機(jī)可拆分?jǐn)?shù)）航線飛行。午飯過后，天氣變得更加惡劣，強(qiáng)勁的側(cè)風(fēng)夾裹著雨水，吹得人都很難在室外站穩(wěn)。許多隊(duì)放棄了下午的比賽機(jī)會(huì)，我隊(duì)因已失去了一輪飛行機(jī)會(huì)，一致決定在風(fēng)雨中繼續(xù)挑戰(zhàn)。

把參賽機(jī)從準(zhǔn)備區(qū)運(yùn)往比賽區(qū)是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。為了保護(hù)模型，我們齊心協(xié)力，用布撐起一道擋風(fēng)墻，一步一步挪到比賽區(qū)。隨著螺旋槳的旋轉(zhuǎn)，參賽機(jī)騰空而起，觀眾區(qū)頓時(shí)傳來一陣歡呼叫好。這一圈是我們?cè)谡麍?chǎng)比賽中最漫長(zhǎng)的一圈，模型在逆風(fēng)中飛得格外緩慢，時(shí)間仿佛停滯。當(dāng)模型安全降落時(shí)，全場(chǎng)都沸騰了。

最艱難的飛行是比賽最后一天。在任務(wù)三中，無方向舵的子機(jī)需攜帶一瓶重達(dá)1kg的飲料飛行，其時(shí)模型的翼載荷高達(dá)125g/dm2，操縱起來極其困難，很容易陷入失速螺旋。而當(dāng)天因?yàn)榇笥?，上午的飛行被暫停，直到下午1點(diǎn)左右雨勢(shì)稍減，比賽才得以繼續(xù)。

輪到我們上場(chǎng)了。在所有人的期待和注視下，我操縱著子機(jī)平穩(wěn)起飛、繞標(biāo)、轉(zhuǎn)圈，此刻螺旋槳破風(fēng)的聲音格外動(dòng)聽。眼看三圈航線即將完成，我的心情不由得舒緩了許多。不料進(jìn)入降落航線后，模型突然開始急劇波動(dòng)；剛飛過降落線，模型的垂尾隨即觸地，機(jī)身重重地拍在地上。觀眾發(fā)出了嘆息的聲音，一陣沉寂之后，全場(chǎng)響起熱烈的掌聲。由于這次失誤，本輪任務(wù)沒有得分，按照規(guī)則前兩輪的努力也功虧一簣，我隊(duì)暫居第九名。

賽后交流

賽后我們與各參賽隊(duì)進(jìn)行了交流。前期報(bào)告得分第一的佐治亞大學(xué)隊(duì)，其設(shè)計(jì)理念與我隊(duì)基本一致，子機(jī)和母機(jī)均為常規(guī)布局。其中子機(jī)采用了一體化結(jié)構(gòu)，選擇了矩形機(jī)翼、前緣輕木蒙板和后三點(diǎn)式起落架，全機(jī)靠一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，流線形載水艙為吹塑成型。與我隊(duì)相比，除了翼面積稍大以外，整體模型設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔且頗具美感，尤其是動(dòng)力系統(tǒng)僅使用了6節(jié)容量1 600mAh鎳氫電池，大大降低了RAC值。母機(jī)機(jī)翼采用兩段式空心套袖設(shè)計(jì)，無實(shí)心梁，前緣加“D”形盒蒙板，既保證了整體剛度，又降低了起飛重量。

來自土耳其某代表隊(duì)帶來的是兩架全碳纖維飛翼，甫一亮相就引來各個(gè)參賽隊(duì)的關(guān)注。其模型采用了一體成型技術(shù)，做工優(yōu)良、細(xì)節(jié)處理到位，遠(yuǎn)超我隊(duì)使用復(fù)合材料的水平。這次比賽的規(guī)則要求母機(jī)既能空載飛行，又能運(yùn)載子機(jī)飛行，對(duì)飛翼的重心分布提出了非常高的要求。而他們的解決方法是在母機(jī)上做出一個(gè)限位槽，且該處可容納子機(jī)的起落架。這樣既能保證子機(jī)相對(duì)母機(jī)的定位精確，又能簡(jiǎn)化子機(jī)的結(jié)構(gòu)。

在賽場(chǎng)上，我們還遇見了同樣來自中國(guó)的香港科技大學(xué)代表隊(duì)。他們采用了子機(jī)可拆分，所有零部件放入母機(jī)運(yùn)輸艙中的方案。因此母機(jī)造型奇特，遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去像是巨大的運(yùn)輸艙上安放著一副機(jī)翼；為了有效避開機(jī)身擾流，還采用了“T”形尾翼。

通過這次比賽，我們深切感受到制作模型的材料已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)高校的短板。如果今后能在復(fù)合材料或新材料上有所突破，那么模型飛機(jī)的性能就可能發(fā)生質(zhì)變。雖然這次沒有取得很好的成績(jī)，但一行人收獲頗多。通過吸取本次比賽的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，我們有信心在之后的國(guó)內(nèi)和國(guó)際賽場(chǎng)上取得更好的成績(jī)。