沈海军 文

       几乎每到周末，同济大学微小飞机实验室里都会热闹非凡，接待一、两拨参观者。这些参观者有时是周边的社区群众，有时是同事的亲戚家属，有时是幼儿园的“亲子团”……但更多情况下是周边的中小学生。他们来的目的大致相同：那就是慕名前来参观近年来这里诞生的飞机，倾听这里大学生“造飞机”的精彩故事；也可以说是来航空科普的吧。
       提起同济大学学生“造”飞机，说来话长。在同济大学工作的6年里，特别是2012年创建微小飞机实验室建成后，笔者已指导学生们设计、制作了近百架各类的飞机。其中，有翼展3.5米的无人机样机、个头超过姚明一个身位的巨大“飞人”、世界上最大的电动遥控动力纸飞机、仿1500年前的古玛雅“黄金飞机”、形态可掬的十二生肖卡通飞机、短距离弹射伞降回收飞机、参照上亿年前翼龙形态制作的仿生飞机等。

       现如今，200多平方的同济大学微小飞机实验室里，空间已经被这些形形色色的飞机占得差不多了。随便拿出一架，聊一聊它的来龙去脉，说一说它的设计制作过程，都可以娓娓道来，讲出一大段背后不为人知的故事。                                  

1. 打造十二生肖卡通飞机与巨型“飞人”

       轻轻一甩手，一架架脸盆大小的老虎、蛇等12生肖卡通遥控飞机便即刻起飞，并在空中盘旋、翱翔……这是2014年7月笔者《微型飞机设计、制作》课程设计学生作品展上的场景。至今回想起来，仍记忆犹新。
       那一年，参加我课程的是航空专业的大二学生，共五十几名；同学们被分为13组，分头设计和制作鼠、牛……猪等十二架卡通电动遥控飞机以及一架巨型的人形飞机。这是一门全新的课程，当初开设的目的十分简单，就是要让航空专业的学生亲身经历一轮微缩简化版的飞机设计、研制、试飞全过程。
       尽管要求学生做的是一种比较简易的所谓“门板飞机”，但要将可爱的动物卡通融入飞机，同时还要飞机设计得好飞，并非易事。该课程貌似教学生制作会飞的遥控玩具，但这种‘玩具’的设计、制作却与普通模型爱好者完全不同；学生们除了要制作、试飞成功微小遥控飞机之外，还要进行气动分析、推力测试、CAD建模等飞机的设计环节……课程中将动物卡通形象融入飞机设计，则主要是为了增加课程的趣味性；同时，也小小地挑战一下工科学生的科技艺术修养。

       任务布置下去后，各组同学们绞尽了脑汁，充分发挥想象力。譬如，飞猴组同学为了增加升力面面积，给猴子“披”上了斗篷；飞羊组将“懒羊羊的头”设计成升降舵；飞虎组将“老虎”的尾巴设计成飞机垂尾……经过缜密的气动计算和动力测试后，加装了无线遥控/接收设备的卡通飞机陆续制作完成，它们有的张牙舞爪，有的可怜伊人，有的神态张扬……

       课程中，最艰苦的是“飞人”组。之所以艰苦，主要是这架飞机个头实在太大了，人形飞机的臂长1.6米、高度约为3.5米，为普通人的两倍，比NBA篮球巨星姚明还要整整高出一个身子。事实上，这也是目前世界上最大的遥控电动人形飞机。
       为了能成功制造出一架会飞的巨型遥控飞人飞机，同学们先是用白纸勾勒出一个双手下垂的巨型男子的外轮廓，然后用5毫米厚的KT板裁剪出“飞人”的各个部件。经过巧妙构思，“飞人”的小腿及脚外侧被设置成两个操纵面，用来操纵飞机的横滚和升降。“飞人”的身体和双臂被设计为主升力面。“飞人”的胸部被“掏空”，安装上发动机、放置锂电池组……
       功夫不负有心人，7月底最后的一天，所有飞机终于全部完成。拿着自己的飞机作品，同学们浩浩荡荡，去操场上放飞。仰望着一架架飞机相继冲上云霄，看着围观者赞许的眼神，同学们的喜悦与自豪之情也随着飞机飞上了蓝天。

2. 放飞世界上最大的遥控电动“纸飞机”

       纸飞机，对大家来说，再熟悉不过了。每个人都有飞翔的梦想，每个人孩提时代都放飞过自己的纸飞机。不过，如果要进一步探究它的空气动力学原理，就没有几个人能搞懂了。2014年，我指导的一名本科毕业设计同学就是专门从事这项工作的。
       为了保证良好的飞行性能，纸飞机制作前，该同学先使用流体力学软件对若干种典型纸飞机进行了大量的空气动力学模拟，优选出一款待制作的纸飞机。
       实际上，最初制作的纸飞机只有脸盆那么大。为了增加纸飞机的续航能力，我们还特意给纸飞机设置了操纵面，增加了动力装置、电调和遥控/接收设备。出人意料的是，第一架制作完成的遥控电动纸飞机居然具有极其出色的飞行性能：在操纵手的遥控下竟然在操场上空慢悠悠飞行了数分钟之久。
       小试牛刀后颇受鼓舞，于是我们临时做出了大胆的决定：将脸盆大的电动纸飞机放大10倍，做一架世界上最大的遥控电动纸飞机。
       说干就干，我们立马购买了KT板。然后，照着原有纸飞机的样子放大、裁剪出飞机的翼面、“V”形凹槽侧板等各个部件。由于整个“纸飞机”的面积庞大，而KT板相对较薄，容易变形，为此，我们还对纸飞机的周边及主机翼用塑料边或碳纤维杆进行了加固。

       最终，这架“纸飞机”的长度和翼展竟然均达到了3米，竖起来顶到了实验室的天花板。飞机俯视整个机翼为一个大三角。为了操纵飞机的横滚和升降，我们将飞机机翼后缘的两个操纵面设置成副翼和升降面混控，同时，还在飞机对称轴处的 “V”形凹槽里安装了大功率的电机/螺旋桨、锂电池组和接收机。
       一切就绪，2014年6月5日，我们对这架号称世界最大的电动纸飞机进行了首飞。试飞结果显示， “纸飞机”性能稳定性、抗风性极其出色……试飞非常成功。对了，后来，该飞机好像还上了四川卫视的什么新闻栏目了呢。

3. 复原千年古代玛雅“黄金飞机”

       “公元500-900年，在南美哥伦比亚地区出现过一段人类文明，史称古玛雅文明。近年来，考古学家在玛雅遗址中发掘出一些古玛雅王族所用的黄金垂饰。这些遗物长约60cm，宽约50mm。令人惊奇的是，这些物品外型酷似飞机，机头、座舱、主翼、机身、垂直尾翼、水平尾翼等一应俱全，形态符合航空力学理论，于是被称为 ‘古玛雅黄金飞机’。”
        上述描述是我们去年6月份在某文献上看到的文字。当时，第一眼看到古代玛雅黄金饰品图片时就被深深吸引了，那简直就是一架飞机模型。于是心里就想，能不能制作一架试试，看能不能飞上天。
       有了想法就组织学生马上“开工”。为了开展这项工作，从去年9月份开始，我们先后对这架古代“飞机”进行了CAD三维建模、用3D打印机打印出该物品的1:1实体模型。然后，在电脑中采用切片法设计出了飞机的骨架等内部结构，并在激光雕刻机上用轻木等材质加工出该飞机的部件。最后历经8个月，经组装，完成了一架1:25的放大版古玛雅飞机。

        在复原工作中，同学们还对该款古代飞机的动力进行了测试，分析了飞机的结构强度与气动性能。分析结果显示，这架古代飞机具有非常出色的气动性能和稳定性。这令大家兴奋不已。
       最后，复原的古玛雅飞机身披金黄色蒙皮，翼展1.5米，双三角翼布局，升力体设计，地面遥控，形态惟妙惟肖；飞机选用大容量锂电池组供电，大功率无刷电机动力，配双叶木质螺旋桨。
       2015年4月21日，我们将这架“沉睡”了1500年的古代飞行器装运到了上海国际赛车场，并成功地完成了试飞。当操纵手将油门加到最大时，这架古代飞机冲出跑道，一跃而起，直冲云霄。在飞行数分钟的飞行过程中，该飞机甚至还做出了俯冲、侧飞等高难度动作。最后，这架古代飞机平稳落地，安然无恙。

4. 仿三叠纪翼龙飞机

       “伴随着嗡嗡的马达声，一架奇特的生物仿形飞机划过上海国际赛车场的跑道，徐徐起飞，展翅翱翔……28日，同济大学航空航天与力学学院的师生们制作了一架翼龙外形的电动飞机，并成功完成试飞，该飞机最大的特点是设计时参照了中生代三叠纪的翼龙。”这是去年五月份上海地区“天天新报”对我们的一架仿生飞机的新闻报道。
       翼龙是一种肌肉和神经组织都很发达的脊椎动物，最早出现在2亿2千万年前，大约是三叠纪中期，后约6千5百万年前灭绝。文献记载，翼龙擅长滑翔，曾是地球上不可一世的“飞行高手”。
       事实上，作为一个飞机设计专业的教师，我们很久以前就已经关注到翼龙的形态和飞行能力。不过，下决心组织学生们做一架仿翼龙飞机却是2013年年初的事情。当时，正好有4为本科大四的学生跟我做本科毕业设计，于是，他们便成为翼龙飞机设计和制作的主力军。

       设计制作过程中，结合翼龙骨架、外形等生理特征，同学们将机翼前后缘搞成波浪状，用一根碳纤管做翼龙的翅膀骨架；翅膀后方的“羽毛”巧妙地设计成调节飞机横滚姿态的副翼。经过商讨，整个飞机的翼展被定为2.5米，翼稍处后敛。飞机的机身主体用航空层板制作，前方安装了尖尖的龙头。机身后方伸出两条“翼龙后腿”，每条腿末端各安装一个带蹼状的龙爪；两个蹼状龙爪呈“V”状，用作调节飞机航向和升降的飞机尾翼。

       为了避免起降时飞机受损，翼龙“胸部”巧妙地安装了一个反“U”字状的碳纤维复合材料主起落架，作为翼龙的“前肢”。翼龙的“颈”下方安装了一个前起落架。飞机左右机翼的前缘各安装一个电动发动机，由高能锂电池组提供动力；飞行时由无线电地面遥控器操控。飞机制作完成后，我们给整个机翼被铺上了红色的蒙皮，蹼爪为蓝色蒙皮，龙头和身体为黄色；包装后的翼龙色彩鲜艳，活灵活现。
　    本次采用生物仿形设计的飞机最大亮点在于：探索了远古飞行能手翼龙的飞行性能，增加飞机设计的趣味性，同时也培养了学生“观察大自然、向自然学习”的创新意识。
       “从翼龙飞机的设计、计算分析，到亲手把它制造出来，再到最后试飞，我们能有机会体验一架仿形飞机研制的全过程，感觉收获特别大，很自豪。” 面对新民晚报记者采访时，翼龙飞机研制组成员张航如是说。

5. 首届大学生飞机展

       2014年年底，我们举办了首届同济大学飞机展。不过，该飞机展纯属偶然。记得那是12月份的一天，一位航空专业的同学来我办公室，说是想借一架飞机，参加学校大学生科技创新作品交流展。学生们拿自己制作的飞机去参展，自然是一件理所当然的事儿，我满口答应。
       不过学生刚出办公室，我脑海里就突然冒出了一个新想法：既然是飞机作品展，何不索性搞一个规模大一点的。毕竟，实验室里近百架飞机全部出动的话，那场面也是“相当的壮观”。于是，一场由学生们自己筹划、自己作主、展览自己的飞机作品的活动由此拉开。

   　搞宣传、做展板、拆装运输飞机、安排人手等纷杂的工作这里不表，单说展览那天。经过一周的筹备后，2014年12月9日，同济大学首届大学生飞机展终于在大学生活动中心下沉广场举行。学生们精选的50余架飞机一一亮相，按类型分为无人机、微小飞机、趣味飞机以及3D打印与昆虫飞机等4个展区（站台）。
展出的飞机包括近年来学生们研制的3.5米翼展的无人机、3米展长的大型电动遥控纸飞机、3.6米高的巨型飞人等“大个头”，也包括巴掌大小的碳杆薄膜微小飞机、报纸大小的蝴蝶飞机、书本大小的3D打印飞机，甚至苍蝇飞机等“小不点”。此外还有若干架仿生翼龙、仿生飞鱼滑翔机、12生肖卡通、“小狗”等特色飞机……这些飞机或形态可掬、惟妙惟肖，或动力强劲、英姿飒爽，得到了参观者们的啧啧称赞。
       飞机展当天，我也悄悄来到了现场。看着学生们一个个滔滔不绝地向参观者介绍自己设计、制作的飞机，展示自己辛勤汗水换来的作品、成果，那份自豪、那份自信，连我这个幕后 “策划者”也被深深感染了。
       俗话说，“少年智则中国智，少年强则中国强”。中国的飞机梦，已从这里起航。

                                                                      ----《大学生》杂志供稿