北航95后团队四年两破世界纪录

2021-11-30 14:14   科创中国  

日前,北京航空航天大学“冯如三号”团队研发的“冯如三号-100型”无人机持续飞行80小时46分35秒,刷新了由该团队2019年创造的同重量级世界纪录,并成功超过了由美国极光飞行科学公司研发的“猎户座”(Orion)油动固定翼无人机(重量2500—10000kg级)2014年创造的80小时2分52秒的世界纪录,跃居国际航空联合会认证的全世界油动固定翼无人机(重量等级无差别)续航时间的榜首。

此前,2019年10月,北航“冯如三号”团队首期成员就以30小时6分42秒航时创下25-100kg级油动固定翼无人机续航时间世界纪录。此后的两年,团队先后完成了新成员的选拔和培养,并在结构、动力、飞行控制系统等方面实现了突破式创新,使“冯如三号-100型”无人机具备高强度结构、超低油耗和全自主飞行控制能力。

“冯如三号-100型”无人机成功飞行画面

“冯如三号-100型”无人机由北航“冯如三号”团队研发、设计、制造,全机为黑色,翼展约10米,机身呈潜艇形,由碳纤维复合材料制成。

飞机命名为“冯如三号-100型”,是为了纪念中国航空之父冯如先生,也是为了致敬中国航空事业发展110年来无数为航空强国事业不懈奋斗的前辈,“100型”是为了庆祝中国共产党成立100周年。

该无人机由汽油发动机驱动,加满燃料后的总重量约为60kg,飞行期间,携带约3千克的模拟载荷,最终目标是携带10-15kg左右的有效载荷,在空中飞行5天,潜在的应用包括测绘、通信和侦察等。

2021年5月18日,北航“冯如三号”团队于河南许昌正式启动了“冯如三号-100型”无人机的破记录试飞。飞机在300米高度盘旋飞行,在飞行期间不允许加油,在既定的油量上,测试飞机的极限航时飞行能力。

队员李沛杉清楚地记得,本以为会一帆风顺,突然天气预报说有冰雹,她多怕飞机会扛不住。幸运的是,冰雹出现在离飞行区域大约10公里的地方。而飞行区域的阵风也达到8-10级。

在大风中航行,无人机飞行姿态不太乐观,且油耗巨大,可能飞不到预期时长,甚至可能会被风刮下来。尽管大风把监测点的帐篷都吹变了形,团队成员依然坚守基地,进行观测、记录、计算,预估飞机的飞行状态。直到半夜,风才渐渐小了下来。

第二天早上6点,风停了,无人机平稳地在头顶盘旋着。“其实已经破纪录了,那个时候还是希望能多飞一会儿,时间能更长一点。”最终,持续飞行80小时46分35秒后,扛住大风考验的“冯如三号-100型”无人机安全降落。

此次破记录的“冯如三号”团队二期成员由25名来自四个年级、不同专业的本科生组成,90%以上为00后。关于造无人机的知识,他们都是从零开始学起,每天早上一开始上课就要学习很多和航空相关的知识,直到晚上十一二点才休息。

指导老师王耀坤表示,“冯如三号”团队的每个成员都是精心挑选而来,通过三轮招新选拔,初步确定人选进入理论学习阶段,每周开展无人机系统理论知识教学,理论学习阶段结束后,还会有一次针对实践环节的二次选拔。

队员们都有自己航空界的偶像。林招如十分佩服“歼-10之父”宋文骢,对其在抗美援朝战场上修理飞机,研制歼-7C、歼-10飞机的种种经历如数家珍。“我目前的目标是在超长航时无人机领域进行更加深入的研究,最终实现500小时的续航时间”。

冯嘉瑞一直崇拜的对象是北航校友罗阳前辈,他主持研发了我国第一款舰载歼-15战斗机,“我希望能像他一样投身于祖国的航空事业,也希望在无人机的研发方面做出一些自己的贡献”。

李沛杉表示,她现在的理想是进歼20的研究所,设计祖国新一代的飞机,用自己的力量去建设更加强大的祖国航空事业。

李沛杉说,现在的科研条件比前辈们好很多,“生在这样一个非常幸运的时代,国家越来越强大,对航空事业越来越重视,我们这一辈人就更加应该去肩负起空天报国的使命。”

破纪录飞行后合影

2018年,北航“冯如三号”团队成立。成立之初,团队便设定了一个远大目标:以无人机原理样机研发为载体,挑战世界纪录为牵引,打造一个创新实践课程平台,培养航空航天领域拔尖型创新人才。

“设计目标和评价形式最好有客观评价,那就是挑战世界纪录;目标实现后,技术还要有延伸的空间,便于学生在硕士、博士期间的深入研究,贯通本硕博。”王耀坤说。以这样的思路为指引,“冯如三号”团队开设了“未来无人机系统的理论与实践”课程,自编了《无人机系统概论》作为教材,形成包括校内外教师团队和优质校内外实践基地在内的完整系统的拔尖人才培养体系。

“冯如三号”团队教学理念的主体是要挑战世界长航时极限的创新型无人机原理样机研发。一般来说,飞机越大,结构、气动效率越高,航时越长。无差别重量级世界纪录意味着“冯如三号”这种小重量飞机要比大飞机飞行时间更长,涉及机体结构设计、飞行控制系统研发、动力系统设计等问题。

“挑战极限必然伴随着探索未知,摔飞机是难以避免的,这也让他们体会到做科研、搞航空不可能是一帆风顺的。最后破纪录也是因为能犯的问题我们前期都犯过了,并且已经彻底解决了。”王耀坤说。

在“冯如三号”团队里,每个人的角色并不是固定的。王耀坤表示,每个成员都要通过不断轮岗锻炼多方面能力,这是全方位培育拔尖型创新人才的重要思路。“我希望我们培养的同学什么类型的都有,同时是‘身兼多职’,有的是创新研发为主,有的是组织管理为主,还有做宣传的,根据每个人的特长去进行纵向强化培养,同时为每个人分配一些其他方向的职责,实现横向能力的拓展开发,用长远发展的眼光去倒推、牵引他们各方面能力的发展。”

相关阅读