創(chuàng)新無止境挑戰(zhàn)無極限2016中國國際飛行器設(shè)計挑戰(zhàn)賽總決賽

寧波

回望2004年僅有北航、西工大等4所航空專業(yè)院校參加的比賽，可能沒人能想到，12年后的金秋10月，2016中國國際飛行器設(shè)計挑戰(zhàn)賽總決賽（China Aeromodelling Design Challenge，簡稱CADC）這項與美國世界大學(xué)生航空設(shè)計大賽（SAE）、歐洲大學(xué)生載重飛機設(shè)計大賽（ACC）并稱為世界高校科研類飛行器設(shè)計三大賽事的比賽迎來了100所高校、2 000余名大學(xué)生的參與。

與國內(nèi)其他大大小小的航模比賽最大的不同在于，CADC中國國際飛行器設(shè)計挑戰(zhàn)賽總決賽是一項不懈追求技術(shù)創(chuàng)新與挑戰(zhàn)極限的賽事。其宗旨是在提高學(xué)生身體素質(zhì)的同時，結(jié)合相關(guān)科研任務(wù)，進(jìn)一步挖掘、拓展高校學(xué)生及科研院所相關(guān)人員的科技創(chuàng)新能力，為培養(yǎng)航空工業(yè)和國防后備力量搭建一個發(fā)掘創(chuàng)新人才、檢驗創(chuàng)新作品的平臺。

2016 CADC大賽所設(shè)立的8個比賽項目中，除電動模型滑翔機偏重于比拼學(xué)生對模型的操縱技術(shù)外，其他幾項都對技術(shù)創(chuàng)新有著極高的要求。10月16日率先舉行的垂直起降載運項目就是如此。這項比賽要求選手在限定的時間內(nèi)，操縱飛行器將載荷沿指定路線（圍繞兩根標(biāo)志桿飛行兩圈）運送到目標(biāo)區(qū)并準(zhǔn)確投放。隨著參賽隊伍對這項比賽的深入研究，技術(shù)方案日漸成熟。為此，本屆大賽對項目內(nèi)容做了調(diào)整，載荷由乒乓球變?yōu)榫W(wǎng)球，且數(shù)量限定為100個。載荷體積重量的差異一舉打破了之前一些成熟的方案，要完成新的任務(wù)，必須拿出新的設(shè)計。

比賽現(xiàn)場，各隊的飛行器大小各異，裝載投放機構(gòu)更是五花八門。由于網(wǎng)球的重量遠(yuǎn)超以往的乒乓球，對飛行器的負(fù)載能力提出了更高的要求。大部分隊伍都選擇了多旋翼方案。但由于其中很多參賽隊的飛行器軸距偏小、單次裝載網(wǎng)球數(shù)量過少，因此即使飛行速度較快，在限定的時間內(nèi)還是很難載運更多次數(shù)。而一些隊伍對動力系統(tǒng)等進(jìn)行優(yōu)化后，設(shè)計出軸距更大、裝載能力更強的方案，成績普遍較好。廈門大學(xué)的設(shè)計方案就十分精巧，整機采用木制框架結(jié)構(gòu)，與機體可分離的網(wǎng)球裝載框單次即可裝載20個網(wǎng)球，且定位準(zhǔn)確，再配合精心設(shè)計的裝載機構(gòu)，提高了運載效率，成績一度遙遙領(lǐng)先。鄭航、西航等校的方案與之有異曲同工之妙，成績也都不錯。而最奪人眼球的還是中國計量大學(xué)。他們的飛行器就是簡單的碳管“十”字構(gòu)架形式，裝載投放機構(gòu)也很簡單——類似一個大大的網(wǎng)兜。而就是這種化繁為簡的設(shè)計使運載效率達(dá)到最大化，單次20個球、5次飛行，100個網(wǎng)球就順利運完。反觀以西工大和上屆冠軍河北科大為代表的可垂直起降飛翼派，雖然飛翼在空中轉(zhuǎn)換為水平飛行后速度更快、效率更高，但在重載狀態(tài)下，其姿態(tài)切換難度大、耗時長，且懸?；蚱鸾颠^程不夠穩(wěn)定，導(dǎo)致投放網(wǎng)球用時長、準(zhǔn)度差，成績并不理想。最終，中國計量大學(xué)以滿分的成績包攬該項目個人和團體冠軍。在此，還要提一個小插曲。由于網(wǎng)球個體重量存在誤差，因此比賽中為方便計數(shù)，直接對運載的網(wǎng)球稱重計分，導(dǎo)致運完100個網(wǎng)球的兩支隊伍因網(wǎng)球重量偏差分?jǐn)?shù)并不相同。而當(dāng)初設(shè)計項目時100個網(wǎng)球的目標(biāo)普遍被認(rèn)為是無法完成的，但同學(xué)們的聰明才智卻輕松超越了這個“極限”。鑒于這種情況，下屆比賽內(nèi)容的調(diào)整勢在必行，想要參賽的同學(xué)們可要做好準(zhǔn)備了。

說到超越極限，有一項比賽不得不提，那就是限距載重空投。比賽中墜機頻發(fā)，堪稱“炸機大賽”！這些自身重量不超過0.8千克的模型，要攜帶數(shù)倍于自身重量的水袋，在規(guī)定的距離內(nèi)起飛并將水袋投入目標(biāo)區(qū)，絕非易事！此外，模型還要收納在規(guī)定尺寸的箱子中，在現(xiàn)場完成組裝。這每一項規(guī)定都是對模型極限的挑戰(zhàn)，頻繁墜機就不難理解了。當(dāng)然，也有不少墜機是缺乏經(jīng)驗、甚至欠缺基本常識導(dǎo)致的。重載飛行的模型，操縱動作必須非常平緩，而一些選手在航線規(guī)劃時過于隨意，為了糾正航線只得操縱模型大坡度轉(zhuǎn)彎或高速俯沖，機體承受不住突然增大的過載自然會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞甚至空中解體。還有些選手裝載水袋過于隨意，沒有充分固定就操縱模型起飛，致使左搖右擺的水袋增加了模型的額外負(fù)擔(dān)。歸根結(jié)底，是這些選手輕視了這項比賽，覺得它門檻低、難度不大，而實際卻并非如此。值得一提的是，這次比賽該項目的總成績改為兩輪比賽成績之和，主要是考慮很多選手一味追求過大的加載重量，嚴(yán)重超出了模型的承載極限，使比賽失去了本身的意義。計分辦法的改變，就是希望選手們能循序漸近地進(jìn)行比賽，將自己與模型的真實水平發(fā)揮出來。說到底，這涉及到比賽策略的問題。希望來年的比賽中，各隊能更科學(xué)地制定比賽方案。兩輪比賽過后，解放軍軍械工程學(xué)院發(fā)揮穩(wěn)健，包攬個人和團體冠軍。

以上兩項比賽，冠軍都被非航空專業(yè)院校奪走。一個原因是傳統(tǒng)航空專業(yè)院校的主要精力并未投入這些項目，而更重要的原因則是越來越多的非航空專業(yè)院校正在崛起。除了異軍突起的中國計量大學(xué)外，最典型的要數(shù)河北科大了。和許多非航空專業(yè)院校一樣，河北科大也是一步步從零走到現(xiàn)在，其中的困難和艱辛只有參賽選手自己最清楚。好在目前同學(xué)們既有成績，又有學(xué)校的大力支持，已經(jīng)步入良性發(fā)展的軌道。這應(yīng)該能給很多還在迷茫、還在堅持的隊伍更多的信心和鼓勵！這次，河北科大在模擬搜救項目中包攬個人和團體冠軍；在限時載運空投、嫦娥奔月以及太陽能飛機項目上，該校的成績也非常出色。模擬搜救項目技術(shù)門檻較高，參賽隊相對較少，競爭以往都在傳統(tǒng)航空專業(yè)院校間展開。北航這次雖然僅獲得個人第5、團體第4，但首次使用了自動抓取裝置，再次成為新技術(shù)的引領(lǐng)者。

與模擬搜救類似，對地偵察項目也必須使用圖傳設(shè)備觀察目標(biāo)才能完成任務(wù)。該項比賽堪稱這屆大賽中的“馬拉松”，157組參賽選手更是創(chuàng)下所有項目人數(shù)之最。由于各隊使用的圖傳設(shè)備頻率相近，同時開機會造成相互干擾，因此各組選手只能依次上場比賽。10月20日，在斷斷續(xù)續(xù)的陰雨天中，比賽持續(xù)了十幾個小時才僅完成第一輪。21日，又經(jīng)過多半天的比賽才全部結(jié)束。這項比賽非?？简炦x手間的配合，飛手、目標(biāo)觀察員、投彈手、助手必須分工明確、各司其職。開賽后，前幾組選手均偵察無果。直到西安航院的同學(xué)上場，才首次完成3個目標(biāo)的偵察，只是最終投彈未能進(jìn)入目標(biāo)區(qū)。他們的默契配合和優(yōu)秀表現(xiàn)為接下來比賽的選手增強了信心。最終，南航、安徽大學(xué)和解放軍軍械工程學(xué)院分別奪得該項目個人和團體前3名。

在參賽人數(shù)上能與對地偵察一較高下的，只有嫦娥奔月項目。這項比賽也是所有比賽中唯一的航天項目。因為每個批次有多組同時上場，所以比賽進(jìn)行得頗為順利。這個項目根據(jù)動力不同還分為固體火箭和水火箭兩個小項。比賽內(nèi)容相同，均要求將帶有小車的載荷艙發(fā)射升空并傘降回收，待小車自動出艙后再遙控到指定目標(biāo)。大部分選手的火箭在發(fā)射與回收時都能成功，但在小車開艙以及奔向目標(biāo)時卻屢屢受挫。返回艙打開機構(gòu)失效、小車卡在艙中、降落傘遮蓋返回艙、傘繩纏繞車輪等是任務(wù)失敗的主要原因，都需從原始設(shè)計上加以解決。當(dāng)然，也有表現(xiàn)優(yōu)異的團隊。西安交大的返回艙采用爆破法開艙，小車直接被彈出艙外，成功率極高。他們也因此獲得了固體火箭組的個人亞軍和團體冠軍。該組個人冠軍和團體亞軍則被解放軍火箭軍工程大學(xué)摘得。該校采用慣性與聲波組合控制技術(shù)，精確控制返回艙落地的姿態(tài)方位，取得了良好的效果。水火箭組的個人和團體冠軍則由解放軍信息工程大學(xué)獲得。

太陽能飛機項目自設(shè)立以來，每屆比賽時天公都不做美，不是陰云就是下雨，這屆也不例外。比賽期間，僅10月17日上午的開幕式表演天空短暫放晴，其他時間天氣總是不佳。為此，組委會臨時決定將該項目的兩輪比賽分別安排在光照條件最好的中午進(jìn)行。終于天隨人愿，兩輪比賽中，除個別隊伍的太陽能飛機未能升空外，大部分都成功起飛，而且飛滿15分鐘的隊伍均超過10支，創(chuàng)造了這項比賽自開設(shè)以來的最佳戰(zhàn)績。各隊在飛機結(jié)構(gòu)、動力系統(tǒng)、太陽能組件等方面都做了大量創(chuàng)新和優(yōu)化工作。中國計量大學(xué)首次使用薄膜太陽能組件，而北航則設(shè)計出一款鴨式布局、輔以張線加強的太陽能飛機，遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去頗有萊特兄弟“飛行者一號”的風(fēng)范。在第二輪比賽中，這架太陽能飛機搭載1.6千克載荷成功起飛并飛滿15分鐘，奪得冠軍。西工大及西工大明德學(xué)院的太陽能飛機性能也非常突出，只是搭載載荷略低，分獲第2、第3名。

大賽的壓軸項目非限時載運空投莫屬。該項目是CADC大賽技術(shù)含量最高、歷史最悠久的一項比賽，是對參賽隊設(shè)計、材料、工藝、團隊合作甚至資金等全方位的考驗。在規(guī)定的時間里，自重3千克的模型，要搭載兩個7千克甚至更重的水袋升空，在高空投放到目標(biāo)區(qū)后立即返航，并再次加載水袋升空。由于技術(shù)門檻極高，很長一段時間僅限于北航、西工大等學(xué)校參與。近幾屆，才有越來越多的學(xué)校開始參加，但是冠軍基本沒有從北航和西工大手中旁落。

這次比賽，大家的整體實力都有很大提升。北航開發(fā)了全新的參賽機，首次采用了截面為三角形的全碳構(gòu)架機身以及輕木、碳片加凱芙拉絲工藝的復(fù)合材料機翼，模型的結(jié)構(gòu)強度很高。比賽中幾次墜機，該校的模型均保持完整，令人贊嘆！西工大的模型也經(jīng)過大量改進(jìn)，性能有了進(jìn)一步提高。然而，在兄弟院校的追趕下，以年輕隊員為主的這兩支老牌勁旅發(fā)揮得并不穩(wěn)定。10月21日陰雨連綿，限時載運空投進(jìn)入最后一輪比賽。前半程兩隊選手似乎還未找到狀態(tài)。到了最終的關(guān)鍵時刻，北航和西工大最后一組選手在大雨中上場了，大家都在期盼著兩者的終極對決！熟料北航的模型在空中突然熄火，操縱手被迫丟棄水袋返航。隊員們知道，冠軍已與自己擦肩而過。但北航選手并未放棄，重啟發(fā)動機后繼續(xù)加載水袋飛行。到還剩10秒，肯定來不及完成下一次投放任務(wù)時，隊員們依舊在讀秒聲中堅持操縱模型起飛，最終將水袋穩(wěn)穩(wěn)投到目標(biāo)靶心。雖然這最后一投成績無效，但全場的鼓掌喝彩聲是對選手們永不放棄精神的最佳褒獎！隨后上場的西工大隊員也面臨背水一戰(zhàn)。他們從容不迫，在大雨中完美上演了一出逆襲的好戲，將這項份量最重的比賽的個人和團體冠軍收入囊中。

十多年的風(fēng)雨歷程，CADC大賽從小到大一步步走來。2013年大賽迎來第一個10年之時，特別設(shè)立了“十年磨一劍特別紀(jì)念獎”，以感謝和激勵與大賽相伴10年的隊伍。此次百所大學(xué)參賽，在這具有里程碑意義的一年，十年俱樂部又有新成員加入——北京科技大學(xué)、北京理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、同濟大學(xué)和鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院。這么多學(xué)校的老師同學(xué)執(zhí)著于這項大賽，除了單純的愛好支撐外，鼓勵創(chuàng)新的土壤起著關(guān)鍵作用，也是CADC大賽最特別之處?？萍紕?chuàng)新作品評比就是同學(xué)們奇思妙想得以展示的最佳平臺。參賽同學(xué)要直面數(shù)十位各行各業(yè)的評審專家，就自己的作品進(jìn)行現(xiàn)場答辯。本次參評作品超過100件，其中令人印象深刻的有桂林航院的“客艙可分離的客運飛機”以及南航的“基于3D打印的球形飛行器設(shè)計優(yōu)化”。

此外，大賽在技術(shù)分享交流上的開放做法也值得稱道。每年獲得冠軍的隊伍，都要將自己的設(shè)計方案公布出來，以便將最新的技術(shù)與大家分享，共同提高。這一“規(guī)定動作”令基礎(chǔ)薄弱的學(xué)校受益匪淺，使他們有了“站在巨人的肩膀上”更上一層樓的機會。此外，除官方的交流外，各校同學(xué)間的交流也非常密切。北航、西工大這樣的強校，經(jīng)常為大賽承辦地的學(xué)校捐贈器材，助力這些學(xué)校更快地發(fā)展進(jìn)步。而校際間的交流、選手個人的交流就更頻繁了。這次比賽結(jié)束后，北航、河北科大、沈航3所學(xué)校的隊員就一起交流，并互換機翼，結(jié)成了深厚的友誼。

無論來自哪所學(xué)校，無論失敗還是勝利，對于參加CADC大賽的同學(xué)們來說，都不重要。一兩次失敗并不可怕，從挫折中學(xué)會成長、懂得擔(dān)當(dāng)、樂觀面對，才是更值得珍惜的寶貴財富。面對著一個個看似不可能成功的任務(wù)，同學(xué)們永不放棄、堅持到底的精神更值得弘揚。正如國家體育總局航管中心副主任王雷在領(lǐng)隊會上所說，幾乎沒有哪項活動能像CADC大賽中這樣，讓同學(xué)們通宵達(dá)旦、日以繼夜地工作、拼搏。

其實，參加CADC大賽的同學(xué)們遠(yuǎn)比想象中的要堅強。這幾天，筆者不止一次看到一些同學(xué)在失敗后寫下的話語，雖有失望和遺憾、不舍和自責(zé)，更有期待和樂觀。只要有這種精神，遇到再大的困難都不會退縮，而這些，不正是大賽組織者希望通過比賽帶給他們的嗎？