创新无止境挑战无极限2016中国国际飞行器设计挑战赛总决赛

宁波

回望2004年仅有北航、西工大等4所航空专业院校参加的比赛，可能没人能想到，12年后的金秋10月，2016中国国际飞行器设计挑战赛总决赛（China Aeromodelling Design Challenge，简称CADC）这项与美国世界大学生航空设计大赛（SAE）、欧洲大学生载重飞机设计大赛（ACC）并称为世界高校科研类飞行器设计三大赛事的比赛迎来了100所高校、2 000余名大学生的参与。

与国内其他大大小小的航模比赛最大的不同在于，CADC中国国际飞行器设计挑战赛总决赛是一项不懈追求技术创新与挑战极限的赛事。其宗旨是在提高学生身体素质的同时，结合相关科研任务，进一步挖掘、拓展高校学生及科研院所相关人员的科技创新能力，为培养航空工业和国防后备力量搭建一个发掘创新人才、检验创新作品的平台。

2016 CADC大赛所设立的8个比赛项目中，除电动模型滑翔机偏重于比拼学生对模型的操纵技术外，其他几项都对技术创新有着极高的要求。10月16日率先举行的垂直起降载运项目就是如此。这项比赛要求选手在限定的时间内，操纵飞行器将载荷沿指定路线（围绕两根标志杆飞行两圈）运送到目标区并准确投放。随着参赛队伍对这项比赛的深入研究，技术方案日渐成熟。为此，本届大赛对项目内容做了调整，载荷由乒乓球变为网球，且数量限定为100个。载荷体积重量的差异一举打破了之前一些成熟的方案，要完成新的任务，必须拿出新的设计。

比赛现场，各队的飞行器大小各异，装载投放机构更是五花八门。由于网球的重量远超以往的乒乓球，对飞行器的负载能力提出了更高的要求。大部分队伍都选择了多旋翼方案。但由于其中很多参赛队的飞行器轴距偏小、单次装载网球数量过少，因此即使飞行速度较快，在限定的时间内还是很难载运更多次数。而一些队伍对动力系统等进行优化后，设计出轴距更大、装载能力更强的方案，成绩普遍较好。厦门大学的设计方案就十分精巧，整机采用木制框架结构，与机体可分离的网球装载框单次即可装载20个网球，且定位准确，再配合精心设计的装载机构，提高了运载效率，成绩一度遥遥领先。郑航、西航等校的方案与之有异曲同工之妙，成绩也都不错。而最夺人眼球的还是中国计量大学。他们的飞行器就是简单的碳管“十”字构架形式，装载投放机构也很简单——类似一个大大的网兜。而就是这种化繁为简的设计使运载效率达到最大化，单次20个球、5次飞行，100个网球就顺利运完。反观以西工大和上届冠军河北科大为代表的可垂直起降飞翼派，虽然飞翼在空中转换为水平飞行后速度更快、效率更高，但在重载状态下，其姿态切换难度大、耗时长，且悬停或起降过程不够稳定，导致投放网球用时长、准度差，成绩并不理想。最终，中国计量大学以满分的成绩包揽该项目个人和团体冠军。在此，还要提一个小插曲。由于网球个体重量存在误差，因此比赛中为方便计数，直接对运载的网球称重计分，导致运完100个网球的两支队伍因网球重量偏差分数并不相同。而当初设计项目时100个网球的目标普遍被认为是无法完成的，但同学们的聪明才智却轻松超越了这个“极限”。鉴于这种情况，下届比赛内容的调整势在必行，想要参赛的同学们可要做好准备了。

说到超越极限，有一项比赛不得不提，那就是限距载重空投。比赛中坠机频发，堪称“炸机大赛”！这些自身重量不超过0.8千克的模型，要携带数倍于自身重量的水袋，在规定的距离内起飞并将水袋投入目标区，绝非易事！此外，模型还要收纳在规定尺寸的箱子中，在现场完成组装。这每一项规定都是对模型极限的挑战，频繁坠机就不难理解了。当然，也有不少坠机是缺乏经验、甚至欠缺基本常识导致的。重载飞行的模型，操纵动作必须非常平缓，而一些选手在航线规划时过于随意，为了纠正航线只得操纵模型大坡度转弯或高速俯冲，机体承受不住突然增大的过载自然会导致结构破坏甚至空中解体。还有些选手装载水袋过于随意，没有充分固定就操纵模型起飞，致使左摇右摆的水袋增加了模型的额外负担。归根结底，是这些选手轻视了这项比赛，觉得它门槛低、难度不大，而实际却并非如此。值得一提的是，这次比赛该项目的总成绩改为两轮比赛成绩之和，主要是考虑很多选手一味追求过大的加载重量，严重超出了模型的承载极限，使比赛失去了本身的意义。计分办法的改变，就是希望选手们能循序渐近地进行比赛，将自己与模型的真实水平发挥出来。说到底，这涉及到比赛策略的问题。希望来年的比赛中，各队能更科学地制定比赛方案。两轮比赛过后，解放军军械工程学院发挥稳健，包揽个人和团体冠军。

以上两项比赛，冠军都被非航空专业院校夺走。一个原因是传统航空专业院校的主要精力并未投入这些项目，而更重要的原因则是越来越多的非航空专业院校正在崛起。除了异军突起的中国计量大学外，最典型的要数河北科大了。和许多非航空专业院校一样，河北科大也是一步步从零走到现在，其中的困难和艰辛只有参赛选手自己最清楚。好在目前同学们既有成绩，又有学校的大力支持，已经步入良性发展的轨道。这应该能给很多还在迷茫、还在坚持的队伍更多的信心和鼓励！这次，河北科大在模拟搜救项目中包揽个人和团体冠军；在限时载运空投、嫦娥奔月以及太阳能飞机项目上，该校的成绩也非常出色。模拟搜救项目技术门槛较高，参赛队相对较少，竞争以往都在传统航空专业院校间展开。北航这次虽然仅获得个人第5、团体第4，但首次使用了自动抓取装置，再次成為新技术的引领者。

与模拟搜救类似，对地侦察项目也必须使用图传设备观察目标才能完成任务。该项比赛堪称这届大赛中的“马拉松”，157组参赛选手更是创下所有项目人数之最。由于各队使用的图传设备频率相近，同时开机会造成相互干扰，因此各组选手只能依次上场比赛。10月20日，在断断续续的阴雨天中，比赛持续了十几个小时才仅完成第一轮。21日，又经过多半天的比赛才全部结束。这项比赛非常考验选手间的配合，飞手、目标观察员、投弹手、助手必须分工明确、各司其职。开赛后，前几组选手均侦察无果。直到西安航院的同学上场，才首次完成3个目标的侦察，只是最终投弹未能进入目标区。他们的默契配合和优秀表现为接下来比赛的选手增强了信心。最终，南航、安徽大学和解放军军械工程学院分别夺得该项目个人和团体前3名。

在参赛人数上能与对地侦察一较高下的，只有嫦娥奔月项目。这项比赛也是所有比赛中唯一的航天项目。因为每个批次有多组同时上场，所以比賽进行得颇为顺利。这个项目根据动力不同还分为固体火箭和水火箭两个小项。比赛内容相同，均要求将带有小车的载荷舱发射升空并伞降回收，待小车自动出舱后再遥控到指定目标。大部分选手的火箭在发射与回收时都能成功，但在小车开舱以及奔向目标时却屡屡受挫。返回舱打开机构失效、小车卡在舱中、降落伞遮盖返回舱、伞绳缠绕车轮等是任务失败的主要原因，都需从原始设计上加以解决。当然，也有表现优异的团队。西安交大的返回舱采用爆破法开舱，小车直接被弹出舱外，成功率极高。他们也因此获得了固体火箭组的个人亚军和团体冠军。该组个人冠军和团体亚军则被解放军火箭军工程大学摘得。该校采用惯性与声波组合控制技术，精确控制返回舱落地的姿态方位，取得了良好的效果。水火箭组的个人和团体冠军则由解放军信息工程大学获得。

太阳能飞机项目自设立以来，每届比赛时天公都不做美，不是阴云就是下雨，这届也不例外。比赛期间，仅10月17日上午的开幕式表演天空短暂放晴，其他时间天气总是不佳。为此，组委会临时决定将该项目的两轮比赛分别安排在光照条件最好的中午进行。终于天随人愿，两轮比赛中，除个别队伍的太阳能飞机未能升空外，大部分都成功起飞，而且飞满15分钟的队伍均超过10支，创造了这项比赛自开设以来的最佳战绩。各队在飞机结构、动力系统、太阳能组件等方面都做了大量创新和优化工作。中国计量大学首次使用薄膜太阳能组件，而北航则设计出一款鸭式布局、辅以张线加强的太阳能飞机，远远望去颇有莱特兄弟“飞行者一号”的风范。在第二轮比赛中，这架太阳能飞机搭载1.6千克载荷成功起飞并飞满15分钟，夺得冠军。西工大及西工大明德学院的太阳能飞机性能也非常突出，只是搭载载荷略低，分获第2、第3名。

大赛的压轴项目非限时载运空投莫属。该项目是CADC大赛技术含量最高、历史最悠久的一项比赛，是对参赛队设计、材料、工艺、团队合作甚至资金等全方位的考验。在规定的时间里，自重3千克的模型，要搭载两个7千克甚至更重的水袋升空，在高空投放到目标区后立即返航，并再次加载水袋升空。由于技术门槛极高，很长一段时间仅限于北航、西工大等学校参与。近几届，才有越来越多的学校开始参加，但是冠军基本没有从北航和西工大手中旁落。

这次比赛，大家的整体实力都有很大提升。北航开发了全新的参赛机，首次采用了截面为三角形的全碳构架机身以及轻木、碳片加凯芙拉丝工艺的复合材料机翼，模型的结构强度很高。比赛中几次坠机，该校的模型均保持完整，令人赞叹！西工大的模型也经过大量改进，性能有了进一步提高。然而，在兄弟院校的追赶下，以年轻队员为主的这两支老牌劲旅发挥得并不稳定。10月21日阴雨连绵，限时载运空投进入最后一轮比赛。前半程两队选手似乎还未找到状态。到了最终的关键时刻，北航和西工大最后一组选手在大雨中上场了，大家都在期盼着两者的终极对决！熟料北航的模型在空中突然熄火，操纵手被迫丢弃水袋返航。队员们知道，冠军已与自己擦肩而过。但北航选手并未放弃，重启发动机后继续加载水袋飞行。到还剩10秒，肯定来不及完成下一次投放任务时，队员们依旧在读秒声中坚持操纵模型起飞，最终将水袋稳稳投到目标靶心。虽然这最后一投成绩无效，但全场的鼓掌喝彩声是对选手们永不放弃精神的最佳褒奖！随后上场的西工大队员也面临背水一战。他们从容不迫，在大雨中完美上演了一出逆袭的好戏，将这项份量最重的比赛的个人和团体冠军收入囊中。

十多年的风雨历程，CADC大赛从小到大一步步走来。2013年大赛迎来第一个10年之时，特别设立了“十年磨一剑特别纪念奖”，以感谢和激励与大赛相伴10年的队伍。此次百所大学参赛，在这具有里程碑意义的一年，十年俱乐部又有新成员加入——北京科技大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学、同济大学和郑州航空工业管理学院。这么多学校的老师同学执著于这项大赛，除了单纯的爱好支撑外，鼓励创新的土壤起着关键作用，也是CADC大赛最特别之处。科技创新作品评比就是同学们奇思妙想得以展示的最佳平台。参赛同学要直面数十位各行各业的评审专家，就自己的作品进行现场答辩。本次参评作品超过100件，其中令人印象深刻的有桂林航院的“客舱可分离的客运飞机”以及南航的“基于3D打印的球形飞行器设计优化”。

此外，大赛在技术分享交流上的开放做法也值得称道。每年获得冠军的队伍，都要将自己的设计方案公布出来，以便将最新的技术与大家分享，共同提高。这一“规定动作”令基础薄弱的学校受益匪浅，使他们有了“站在巨人的肩膀上”更上一层楼的机会。此外，除官方的交流外，各校同学间的交流也非常密切。北航、西工大这样的强校，经常为大赛承办地的学校捐赠器材，助力这些学校更快地发展进步。而校际间的交流、选手个人的交流就更频繁了。这次比赛结束后，北航、河北科大、沈航3所学校的队员就一起交流，并互换机翼，结成了深厚的友谊。

无论来自哪所学校，无论失败还是胜利，对于参加CADC大赛的同学们来说，都不重要。一两次失败并不可怕，从挫折中学会成长、懂得担当、乐观面对，才是更值得珍惜的宝贵财富。面对着一个个看似不可能成功的任务，同学们永不放弃、坚持到底的精神更值得弘扬。正如国家体育总局航管中心副主任王雷在领队会上所说，几乎没有哪项活动能像CADC大赛中这样，让同学们通宵达旦、日以继夜地工作、拼搏。

其实，参加CADC大赛的同学们远比想象中的要坚强。这几天，笔者不止一次看到一些同学在失败后写下的话语，虽有失望和遗憾、不舍和自责，更有期待和乐观。只要有这种精神，遇到再大的困难都不会退缩，而这些，不正是大赛组织者希望通过比赛带给他们的吗？