直面国际挑战

李人澍

当地时间2016年4月15-17日，世界大学生设计/制作/飞行挑战赛（英文简称AIAA DBF）在美国堪萨斯州的威奇托市举行。该比赛由美国航空航天学会（AIAA）主办，一年一次，迄今已成功举行了20届，是世界大学生航空设计竞赛中的顶级赛事。参加比赛的选手来自世界各地，包括美国、意大利、奥地利、以色列等几十个国家的上百所著名大学，如圣何塞州立大学、佐治亚理工学院、加州大学欧文分校等名校。本届比赛共有来自世界各地的90支队伍参加。

此次赴美参赛，是河北科技大学继2014年英国国际大学生飞行器设计大赛之后，第二次走出国门参加国际级航模赛事。尽管此前我校航模队在国内航模竞赛中取得了骄人的成绩，但这次需面对完全不同的比赛规则和未知的竞争对手，挑战形势严峻。

积极备战

2015年10月，得知要选拔队员参加在美国举办的AIAA DBF挑战赛，我校航模队队员的心情都非常激动。经过综合考察和严格选拔，最终确定了由7名队员组成的参赛阵容：信息学院的王高飞、田叶，电气学院的曹洁茹，理学院的刘坤，理工学院的申烽余，材料学院的张少群和我。

2016年AIAA DBF挑战赛的报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，组委会根据其质量筛选出有资格参赛的队伍。因此拿到比赛规则后，我们以最快的速度将其翻译成中文，详细讨论研究了比赛关键点并着手准备需提交的提案。后来得知组委会共收到了一百多支队伍提交的提案，最终认可了其中90支队伍的参赛资格。

根据2016年规则，比赛得分为报告得分乘以飞行得分，再除以RAC值。其报告满分100分，飞行得分则由3个任务分相乘得到；RAC值由镍氢动力电池的重量、模型空重、子机可拆分数（N）决定，越小则总分越高。本届比赛的任务也与往届不同，需设计两架模型飞机，一架为MSA机（母机），另一架为PA机（子机）。

经过团队的认真研讨，总结了两点设计关键：首先是如何将子机做到最轻、最简单，并能够运载1kg饮料完成飞行任务；其次如何让母机运载子机的效率最高。最终模型飞机总体设计的两大任务被确定：一是减小两架模型的空重，二是将子机的可拆分数减到最小。

在3个多月的试验和改进中，我们分别尝试了飞翼、串列翼和常规布局，最终确定了常规布局的总体设计。其中子机采用椭圆形机翼、上单翼、全动平尾和后三点式起落架设计；翼展1m、翼面积11.6 dm2、空机重量240g，翼载荷125g/dm2，可拆分数为1。母机采用贝壳式机翼和空心套袖平尾设计，其上安装方向矢量电机，机翼无实心主梁，上下可绕前缘自由展开，空机重量为280g。

出征美国

4月11日，我们带着精心制作的模型，怀揣梦想踏上了征途，同行的还有校创新创业中心主任孟宾、电气学院科创中心主任刘东辉和航模指导老师杨志坚。

当地时间4月11日下午4点，一行人顺利抵达芝加哥。拿到托运行李后，我们立即进行了检查，发现除了行李箱有少许破损外，其他一切完好。随后我们冒着雨，租车前往距离机场300多千米的斯普林菲尔德，并于当晚11点多抵达预定酒店。之后又经过一天的奔波，终于抵达位于美国堪萨斯州阿肯色河畔的威奇托市。该市是堪萨斯州最大的城市，不仅拥有赛斯纳、雷神、波音等5家飞机制造商，还是麦康奈尔空军基地的所在地，被称为“航空首都”。

4月13日，我们开始细心检查模型零部件，修复子机的运载舱并组装、调试了5架竞赛机。傍晚，我们驱车前往赛斯纳公司，观察飞行场地并初步制定了飞行方案。得知该场地不允许赛前试飞，我们有点失落，询问工作人员后决定去附近的棒球公园试飞。

4月14日是赛前最后一天。一大早我们就前往棒球公园，在征得管理人员同意后，按照比赛流程顺利完成了模型的试飞和调试。之后回到驻地，又对所有的竞赛机进行了细致检查，确保万无一失。想到第二天就要正式开赛，我们却对比赛流程和竞争对手知之甚少，所有人的内心都有些不安。

挑战自我

4月15日清晨，比赛在威奇托市的赛斯纳机场拉开帷幕。见到其他队伍的参赛机后，我心里稍微踏实了一点。他们的模型普遍体积较大，模型空重肯定不小。但这几天场地上持续刮着6级东南风，而我队参赛机既轻又小，在抗风方面不具备任何优势。

组委会首先向所有参赛队说明了一些赛程中需要注意的地方，然后开始审核模型。审核顺序按前期提交的报告得分，由高到低排序，审核后即可检录、飞行。因为我队的报告得分偏低，排在第58位，所以第二天才能进行模型审核。

4月16日早上，我们驱车前往赛场，很快模型审核开始了。由于对规则理解有误，我们在设计模型时没有按要求将保险装置放在电机后，因此第一次检录未通过，错失了一轮飞行机会。但我们没有自乱阵脚，迅速解决了问题，最终顺利通过安全检查，且模型空重是所有参赛队伍中最轻的。对此，组委会的工作人员纷纷向我们表示了赞许。

很快轮到我队第二轮飞行。首先进行的是任务一，母机空载飞行。这一轮的难点是在缺少子机作为内部支撑的情况下，母机强度略有不足，加之飞行场上大风肆虐，很难保持平稳航线飞行。候场时，我看到很多参赛机在风中剧烈波动，甚至倒退着飞行。我队则凭借平时扎实的训练基础，与强风搏斗，顺利完成三圈航线飞行并安全降落。

下午需要挑战的是任务二，母机运载子机飞行。该任务要求将子机的零部件放入母机，参赛机完成N（子机可拆分数）航线飞行。午饭过后，天气变得更加恶劣，强劲的侧风夹裹着雨水，吹得人都很难在室外站稳。许多队放弃了下午的比赛机会，我队因已失去了一轮飞行机会，一致决定在风雨中继续挑战。

把参赛机从准备区运往比赛区是一项艰巨的任务。为了保护模型，我们齐心协力，用布撑起一道挡风墙，一步一步挪到比赛区。随着螺旋桨的旋转，参赛机腾空而起，观众区顿时传来一阵欢呼叫好。这一圈是我们在整场比赛中最漫长的一圈，模型在逆风中飞得格外缓慢，时间仿佛停滞。当模型安全降落时，全场都沸腾了。

最艰难的飞行是比赛最后一天。在任务三中，无方向舵的子机需携带一瓶重达1kg的饮料飞行，其时模型的翼载荷高达125g/dm2，操纵起来极其困难，很容易陷入失速螺旋。而当天因为大雨，上午的飞行被暂停，直到下午1点左右雨势稍减，比赛才得以继续。

轮到我们上场了。在所有人的期待和注视下，我操纵着子机平稳起飞、绕标、转圈，此刻螺旋桨破风的声音格外动听。眼看三圈航线即将完成，我的心情不由得舒缓了许多。不料进入降落航线后，模型突然开始急剧波动；刚飞过降落线，模型的垂尾随即触地，机身重重地拍在地上。观众发出了叹息的声音，一阵沉寂之后，全场响起热烈的掌声。由于这次失误，本轮任务没有得分，按照规则前两轮的努力也功亏一篑，我队暂居第九名。

赛后交流

赛后我们与各参赛队进行了交流。前期报告得分第一的佐治亚大学队，其设计理念与我队基本一致，子机和母机均为常规布局。其中子机采用了一体化结构，选择了矩形机翼、前缘轻木蒙板和后三点式起落架，全机靠一个电机驱动，流线形载水舱为吹塑成型。与我队相比，除了翼面积稍大以外，整体模型设计简洁且颇具美感，尤其是动力系统仅使用了6节容量1 600mAh镍氢电池，大大降低了RAC值。母机机翼采用两段式空心套袖设计，无实心梁，前缘加“D”形盒蒙板，既保证了整体刚度，又降低了起飞重量。

来自土耳其某代表队带来的是两架全碳纤维飞翼，甫一亮相就引来各个参赛队的关注。其模型采用了一体成型技术，做工优良、细节处理到位，远超我队使用复合材料的水平。这次比赛的规则要求母机既能空载飞行，又能运载子机飞行，对飞翼的重心分布提出了非常高的要求。而他们的解决方法是在母机上做出一个限位槽，且该处可容纳子机的起落架。这样既能保证子机相对母机的定位精确，又能简化子机的结构。

在赛场上，我们还遇见了同样来自中国的香港科技大学代表队。他们采用了子机可拆分，所有零部件放入母机运输舱中的方案。因此母机造型奇特，远远望去像是巨大的运输舱上安放着一副机翼；为了有效避开机身扰流，还采用了“T”形尾翼。

通过这次比赛，我们深切感受到制作模型的材料已经成为国内高校的短板。如果今后能在复合材料或新材料上有所突破，那么模型飞机的性能就可能发生质变。虽然这次没有取得很好的成绩，但一行人收获颇多。通过吸取本次比赛的经验教训，我们有信心在之后的国内和国际赛场上取得更好的成绩。