原標題:兩破無人機續(xù)航世界紀錄 這個團隊有何秘訣
日前,北京航空航天大學(xué)“馮如三號”研發(fā)團隊二期成員研發(fā)的“馮如三號-100型”無人機持續(xù)飛行80小時46分35秒,刷新了由該團隊2019年創(chuàng)造的同重量級世界紀錄,并成功超過了由美國極光飛行科學(xué)公司研發(fā)的“獵戶座”(Orion)油動固定翼無人機(重量2500—10000kg級)2014年創(chuàng)造的80小時2分52秒的世界紀錄,躍居國際航空聯(lián)合會認證的全世界油動固定翼無人機(重量等級無差別)續(xù)航時間的榜首。成立四年,兩破世界紀錄,這支團隊有什么樣的追求,底氣又在哪里?
高目標:以世界紀錄牽引育人
2018年,北航“馮如三號”團隊成立。馮如被譽為“中國航空之父”,于上世紀初中國積貧積弱之時投身飛機制造,設(shè)計、研制、生產(chǎn)并親自試飛了“馮如一號”“馮如二號”,揭開中國航空史第一頁。成立之初,團隊便設(shè)定了一個遠大目標:以無人機原理樣機研發(fā)為載體,挑戰(zhàn)世界紀錄為牽引,打造一個創(chuàng)新實踐課程平臺,培養(yǎng)航空航天領(lǐng)域拔尖型創(chuàng)新人才。
指導(dǎo)老師王耀坤自2011年開始指導(dǎo)北航航模隊,并且多次獲得國內(nèi)外頂級賽事冠軍。但他逐漸意識到傳統(tǒng)航空實踐培養(yǎng)的內(nèi)容與前沿科技發(fā)展存在一定的差距,同時,競賽規(guī)則也限制了創(chuàng)新裕度和挑戰(zhàn)度,對于拔尖型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)模式仍有提升空間。在北航人才培養(yǎng)改革推動和教務(wù)處、團委等相關(guān)部門支持下,以課程為載體,兼具挑戰(zhàn)性和項目制的人才培養(yǎng)思路逐漸清晰?!霸O(shè)計目標和評價形式最好有客觀評價,那就是挑戰(zhàn)世界紀錄;目標實現(xiàn)后,技術(shù)還要有延伸的空間,便于學(xué)生在碩士、博士期間的深入研究,貫通本碩博。”王耀坤說。以這樣的思路為指引,“馮如三號”團隊開設(shè)了“未來無人機系統(tǒng)的理論與實踐”課程,自編了《無人機系統(tǒng)概論》作為教材,形成包括校內(nèi)外教師團隊和優(yōu)質(zhì)校內(nèi)外實踐基地在內(nèi)的完整系統(tǒng)的拔尖人才培養(yǎng)體系。
王耀坤告訴記者,“馮如三號”團隊的每個成員都是精心挑選而來,通過三輪招新選拔,初步確定人選進入理論學(xué)習(xí)階段,每周開展無人機系統(tǒng)理論知識教學(xué),理論學(xué)習(xí)階段結(jié)束后,還會有一次針對實踐環(huán)節(jié)的二次選拔。
在理論學(xué)習(xí)階段中,除無人機系統(tǒng)教學(xué)外,課程還設(shè)置了GRP(Group Research Design)小組競爭性項目作為該階段的最終考核,對學(xué)生的創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作能力、科研敏銳度、信息搜集能力等多個方面進行綜合考查,GRP考查結(jié)果也作為進入實踐階段選拔的重要參考依據(jù)。
真探索:在挫折中發(fā)現(xiàn)最優(yōu)解
“馮如三號”團隊教學(xué)理念的主體是要挑戰(zhàn)世界長航時極限的創(chuàng)新型無人機原理樣機研發(fā)。一般來說,飛機越大,結(jié)構(gòu)、氣動效率越高,航時越長。無差別重量級世界紀錄意味著“馮如三號”這種小重量飛機要比大飛機飛行時間更長,涉及機體結(jié)構(gòu)設(shè)計、飛行控制系統(tǒng)研發(fā)、動力系統(tǒng)設(shè)計等問題。
“所有技術(shù)都圍繞超長航時的目標進行研發(fā),包括整個飛機用的什么設(shè)計思想,要如何去迭代,各個子系統(tǒng)之間怎么去權(quán)衡取舍等?!眻F隊成員馮嘉瑞介紹,2019年首次打破紀錄的“馮如三號-70型”是帶起落架的,為了實現(xiàn)更長航時,追求更高的飛行效率,新的型號飛機需要新的起降方式,2020年開始,他在老師指導(dǎo)下進行車載起飛系統(tǒng)的研究設(shè)計。2020年暑假快結(jié)束的時候,項目團隊開展了飛機車載起飛試驗,結(jié)果非常成功。
2020年底,剛從考研考場走出的團隊成員付寧就接到了負責(zé)團隊管理工作的張益銓的電話,動力系統(tǒng)研發(fā)時間緊任務(wù)重,兩人第二天便與老師飛到了海南進行動力實驗。那年整個寒假,團隊40多人都是在飛行基地過的?!斑x在海南試飛是希望溫暖的空氣有益于發(fā)動機性能的發(fā)揮,但沒有預(yù)料到高濕的空氣提高了飛行風(fēng)險,帶去的備用機摔了好幾架,盡管沒有達到完美的預(yù)期,卻為我們之后動力、結(jié)構(gòu)的改型提供了方向?!备秾幷f。
有一次,飛機上午起飛,飛了兩三個小時沒有任何問題,大家懸著的心剛剛放下。中午一點多鐘,大家在機庫里準備午休。“突然聽到發(fā)動機聲音不大對,有同學(xué)在外面喊了起來,出去一看飛機迎角過大,掉個圈直接摔下來了?!眻F隊成員章修惠立刻扛上相機去拍事故第一現(xiàn)場?!拔覀儼讶珯C殘骸一塊塊拼了出來。在老師的指導(dǎo)下,分析哪地方出了問題,盡快做出改進?!?/p>
“挑戰(zhàn)極限必然伴隨著探索未知,摔飛機是難以避免的,這也讓他們體會到做科研、搞航空不可能是一帆風(fēng)順的。最后破紀錄也是因為能犯的問題我們前期都犯過了,并且已經(jīng)徹底解決了?!蓖跻ふf。
看長遠:崗位輪動復(fù)合育人
在“馮如三號”團隊里,每個人的角色并不是固定的。飛控系統(tǒng)組的李沛杉2020年就加入了團隊,一開始做宣傳工作,也在動力組負責(zé)過發(fā)動機實驗數(shù)據(jù)的采集。在2021年的兩次飛行試驗中擔(dān)任動力組組長的林招如在2018年加入團隊時的角色是油路組成員,負責(zé)油料管理、加油、抽油的工作。
“2020年暑假,我從發(fā)動機、發(fā)電機作為切入點開始接觸設(shè)計工作,完成了無人機一代升級設(shè)計和減速器最后一階段的設(shè)計?!绷终腥缃榻B,他還參與了新教材的編寫,之后還會進行新型號無人機的整體設(shè)計工作。
北航北京學(xué)院本科生褚淇泓負責(zé)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造和線路焊接?!拔覀冞M到工廠里向師傅學(xué)復(fù)合材料加工相關(guān)技術(shù),然后我發(fā)現(xiàn)自己很擅長,就留在了機體制造的小組。機體不弄好,其他都沒法干,很磨性子,活重人累,需要有耐心。線路焊接的活,為了減輕重量,焊很細的線,需要非常仔細地操作一些工具,必須得嚴謹,一根線錯了就可能直接導(dǎo)致飛機墜落。我那時候還簽了保證書,心理壓力不小?!?/p>
王耀坤表示,每個成員都要通過不斷輪崗鍛煉多方面能力,這是全方位培育拔尖型創(chuàng)新人才的重要思路。“我希望我們培養(yǎng)的同學(xué)什么類型的都有,同時是‘身兼多職’,有的是創(chuàng)新研發(fā)為主,有的是組織管理為主,還有做宣傳的,根據(jù)每個人的特長去進行縱向強化培養(yǎng),同時為每個人分配一些其他方向的職責(zé),實現(xiàn)橫向能力的拓展開發(fā),用長遠發(fā)展的眼光去倒推、牽引他們各方面能力的發(fā)展?!?/p>
“‘馮如三號’團隊是北航科創(chuàng)實踐育人的典型示范。”北航團委書記莊巖說,“‘馮如三號’是以學(xué)科前沿和重大需求為牽引,以團隊協(xié)同和學(xué)科交叉為基礎(chǔ),以理論浸潤與實踐歷練為載體,以課程建設(shè)和教材成果為依托,在整個過程中,同學(xué)們堅定了方向、開闊了眼界、學(xué)習(xí)了知識、磨煉了意志、提升了才干,是貫徹北航‘厚植情懷、強化基礎(chǔ)、突出實踐、科教融通’人才培養(yǎng)方針的系統(tǒng)實踐。”(記者 劉博超)