高鵬舉

2017年12月3 - 4日，筆者應(yīng)邀參加了陜西中小學(xué)生航空創(chuàng)新設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)賽，并與西北工業(yè)大學(xué)航模隊(duì)指導(dǎo)教師郭慶一起擔(dān)任現(xiàn)場(chǎng)解說嘉賓。這項(xiàng)以創(chuàng)新為核心目標(biāo)、囊括航空模型設(shè)計(jì)、制作、飛行等內(nèi)容的競(jìng)賽活動(dòng)，由陜西省教育廳主辦，陜西省學(xué)生體育協(xié)會(huì)、西北工業(yè)大學(xué)聯(lián)合承辦，西安航科智能信息科技有限公司協(xié)辦，主要面向陜西省內(nèi)的中小學(xué)生。比賽的目的是使廣大中小學(xué)生通過親手設(shè)計(jì)、制作、放飛航模，學(xué)習(xí)了解航空相關(guān)知識(shí)、樹立航空綜合科學(xué)概念、培養(yǎng)綜合創(chuàng)新思維、鍛煉創(chuàng)造實(shí)踐能力。

整個(gè)比賽歷時(shí)兩天：第一天進(jìn)行中、小學(xué)組手?jǐn)S模型設(shè)計(jì)競(jìng)距賽，上午制作、下午飛行，共有34所小學(xué)的79支隊(duì)伍和46所中學(xué)的93支隊(duì)伍參賽；第二天則是中學(xué)組的機(jī)翼結(jié)構(gòu)競(jìng)速賽，上午進(jìn)行答辯和靜加載比拼，下午開展飛行比賽，來自35所中學(xué)的50支隊(duì)伍參加了角逐。兩項(xiàng)比賽的規(guī)則設(shè)計(jì)參考了國(guó)外著名的飛機(jī)設(shè)計(jì)類賽事，綜合了動(dòng)手制作、飛行、答辯及極限測(cè)試等內(nèi)容，具有很強(qiáng)的開創(chuàng)性和綜合性。

其中，手?jǐn)S模型設(shè)計(jì)競(jìng)距賽要求選手（每個(gè)團(tuán)隊(duì)最多不超過3人）在規(guī)定時(shí)間內(nèi)使用組委會(huì)統(tǒng)一提供的KT板及熱熔膠、美工刀、尺子、膠帶、砂紙、筆和桐木條等材料工具，設(shè)計(jì)制作一架模型飛機(jī)。制作過程中，不允許攜帶或查看任何圖紙，做好的模型必須有飛行器的基本特征，且翼展不小于600毫米。放飛模型時(shí)，只允許手?jǐn)S起飛，不得依賴其他任何動(dòng)力裝置，飛行距離越遠(yuǎn)、得分越高。但若飛行中模型零件脫落或空中解體，則得零分。

機(jī)翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)速飛行賽要求選手自行設(shè)計(jì)或改裝一幅機(jī)翼，并要能與其配套的遙控電動(dòng)模型機(jī)身完全分離。比賽時(shí)，先對(duì)這幅機(jī)翼進(jìn)行靜載荷強(qiáng)度測(cè)試，再將其裝到模型上，完成競(jìng)速飛行。因此，在第一步申報(bào)加載重量時(shí)就必須十分小心，否則一旦機(jī)翼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)發(fā)生損壞，將失去競(jìng)速飛行的比賽機(jī)會(huì)。規(guī)則只規(guī)定機(jī)翼翼展不得小于1米，對(duì)其他參數(shù)和制作材料均無限制。在飛行比拼前，主辦方還別出心裁地增加了答辯環(huán)節(jié)，要求參賽學(xué)生對(duì)自己機(jī)翼的設(shè)計(jì)理念、制作工藝和創(chuàng)新思路進(jìn)行說明。飛行競(jìng)速要求：選手操縱模型圍繞相距100米的兩個(gè)標(biāo)桿飛行5圈。最后，根據(jù)選手在靜加載、答辯和飛行競(jìng)速中的得分綜合評(píng)比，決出名次。

第一天上午，手?jǐn)S模型設(shè)計(jì)競(jìng)距賽在西工大新校區(qū)翱翔體育館開賽。由于參賽選手眾多，因此每支隊(duì)伍只能占據(jù)有限的場(chǎng)地空間。各隊(duì)相互為鄰，容易因擁擠導(dǎo)致工具傷人或意外損壞模型部件。為此，現(xiàn)場(chǎng)工作人員不時(shí)提醒專心致志工作的隊(duì)員們注意安全，保護(hù)好自己的工具與材料。而制作過程中，往往有一些步驟需要隊(duì)員們相互配合并行完成，但材料與工具設(shè)備卻很有限，如何解決這些問題是對(duì)孩子們臨場(chǎng)應(yīng)變能力的考驗(yàn)。比如，很多孩子利用各種邊角廢料，臨時(shí)當(dāng)作工具或尺子使用；也有團(tuán)隊(duì)合理安排人員分工與工序，配合默契。

孩子們的思維火花迸發(fā)出各具特色的創(chuàng)意設(shè)計(jì)，做出的模型五花八門，有常規(guī)布局的、有飛翼布局的、還有鴨翼布局的……充分體現(xiàn)出孩子們?cè)诤娇蘸侥７矫尕S富的想象力和知識(shí)儲(chǔ)備。

想讓模型飛出好成績(jī)，在很大程度上取決于選手的制作與調(diào)整能力。特別是手?jǐn)S模型，出手后其飛行狀態(tài)無法再進(jìn)行人工控制，只能完全依賴氣流和模型本身的性能。重心合適、力矩平衡是首要條件，還應(yīng)將舵面調(diào)整到使模型保持直線飛行的狀態(tài)。否則，模型的飛行軌跡如果出現(xiàn)盤旋，無法飛遠(yuǎn)。此外，還要掌握好投擲技巧，不能讓模型出手后進(jìn)入失速狀態(tài)。由于孩子力氣相對(duì)較小，因此若模型出手后能幸運(yùn)地趕上順風(fēng)氣流，則可取得更好的成績(jī)。

如果說手?jǐn)S模型設(shè)計(jì)競(jìng)距賽是“歡樂多”的話，機(jī)翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)速飛行賽就顯得競(jìng)技味十足了。西工大專門為這項(xiàng)比賽安排了3位經(jīng)驗(yàn)豐富的飛機(jī)設(shè)計(jì)制造專業(yè)教授參與答辯環(huán)節(jié)，對(duì)各參賽團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)思路和特點(diǎn)進(jìn)行評(píng)判。教授們親切、通俗的點(diǎn)評(píng)，使原本“緊張”的選手們放松下來，現(xiàn)場(chǎng)的交流始終在和諧愉快的氛圍中進(jìn)行。雖然中學(xué)生們?cè)趯W(xué)校已經(jīng)掌握了一些物理知識(shí)，但對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)以及結(jié)構(gòu)力學(xué)方面的知識(shí)了解并不多，通過導(dǎo)師們的引領(lǐng)提點(diǎn)以及現(xiàn)場(chǎng)答辯這種獨(dú)特的交流方式，讓孩子們更容易理解那些晦澀難懂的知識(shí)。

進(jìn)入加載環(huán)節(jié)，場(chǎng)面的緊張氣氛加劇。因?yàn)榧虞d重量均由參賽隊(duì)自行申報(bào)，重量大者得分雖高，如若超過機(jī)翼承受極限，則會(huì)影響后續(xù)的競(jìng)速比賽，所以大家申報(bào)時(shí)都非常謹(jǐn)慎；裁判員進(jìn)行加載操作時(shí)也小心翼翼。整個(gè)體育館顯得十分安靜。加載過程中，選手們或攥緊拳頭、或臉冒汗珠、或面色微紅，大家都暗自較著勁。每當(dāng)通過加載，聽到裁判員報(bào)出“XX重量合格！”的口令，選手們就會(huì)長(zhǎng)舒一口氣，或擊掌相慶，甚至發(fā)出小小的一聲“耶！”，慶祝順利過關(guān)。

通過觀察筆者發(fā)現(xiàn)，為了保證機(jī)翼有足夠的強(qiáng)度和剛度，各隊(duì)都選擇了比賽要求的翼展下限——1米。而且，小翼展也利于模型快速飛行。不過，有些隊(duì)伍的模型是由成品機(jī)改裝的，往往在機(jī)翼中加入了碳纖管或梁以提高強(qiáng)度。這會(huì)改變機(jī)翼的重量，進(jìn)而影響整機(jī)的力矩特性，增加模型的操縱難度。而自行設(shè)計(jì)的模型，這方面的表現(xiàn)相對(duì)好些。

最后的競(jìng)速飛行環(huán)節(jié)，主要考驗(yàn)選手的操控技巧。有人操縱嫻熟，繞標(biāo)動(dòng)作精準(zhǔn)快速；有人不太熟練，要么繞飛太遠(yuǎn)、要么經(jīng)常繞不過標(biāo)桿；甚至還有墜機(jī)事故發(fā)生?？傮w而言，絕大部分隊(duì)伍都平穩(wěn)地完成了飛行任務(wù)。

兩天的比賽內(nèi)容充滿創(chuàng)新、富含知識(shí)，讓同學(xué)們直觀地認(rèn)識(shí)到航空器的設(shè)計(jì)、制造、使用是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，必須相互協(xié)調(diào)、彼此妥協(xié)，才能達(dá)到所需目標(biāo)；如果過分偏重某個(gè)方面，就容易顧此失彼，導(dǎo)致項(xiàng)目失利。

值得一提的是，筆者不僅見證了這項(xiàng)有意義的賽事，還在與西工大郭慶老師一起為整個(gè)活動(dòng)的解說中，獲得了大家的肯定與支持。通過現(xiàn)場(chǎng)“聊天”式的解說方式，使緊張的比賽變得輕松活潑，讓更多的觀眾和參賽選手及時(shí)了解了現(xiàn)場(chǎng)情況、學(xué)到了航空知識(shí)。

綜上所述，2017年陜西省中小學(xué)生設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)賽以創(chuàng)新為核心、以創(chuàng)新為牽引、以創(chuàng)新為目標(biāo)，活動(dòng)方向創(chuàng)新、組織內(nèi)容創(chuàng)新、實(shí)施方法創(chuàng)新。隨著這項(xiàng)活動(dòng)的深入開展，相信會(huì)有更多志向航空的優(yōu)秀人才脫穎而出。