创新从娃娃抓起

高鹏举

2017年12月3 - 4日，笔者应邀参加了陕西中小学生航空创新设计挑战赛，并与西北工业大学航模队指导教师郭庆一起担任现场解说嘉宾。这项以创新为核心目标、囊括航空模型设计、制作、飞行等内容的竞赛活动，由陕西省教育厅主办，陕西省学生体育协会、西北工业大学联合承办，西安航科智能信息科技有限公司协办，主要面向陕西省内的中小学生。比赛的目的是使广大中小学生通过亲手设计、制作、放飞航模，学习了解航空相关知识、树立航空综合科学概念、培养综合创新思维、锻炼创造实践能力。

整个比赛历时两天：第一天进行中、小学组手掷模型设计竞距赛，上午制作、下午飞行，共有34所小学的79支队伍和46所中学的93支队伍参赛；第二天则是中学组的机翼结构竞速赛，上午进行答辩和静加载比拼，下午开展飞行比赛，来自35所中学的50支队伍参加了角逐。两项比赛的规则设计参考了国外著名的飞机设计类赛事，综合了动手制作、飞行、答辩及极限测试等内容，具有很强的开创性和综合性。

其中，手掷模型设计竞距赛要求选手（每个团队最多不超过3人）在规定时间内使用组委会统一提供的KT板及热熔胶、美工刀、尺子、胶带、砂纸、笔和桐木条等材料工具，设计制作一架模型飞机。制作过程中，不允许携带或查看任何图纸，做好的模型必须有飞行器的基本特征，且翼展不小于600毫米。放飞模型时，只允许手掷起飞，不得依赖其他任何动力装置，飞行距离越远、得分越高。但若飞行中模型零件脱落或空中解体，则得零分。

机翼结构设计竞速飞行赛要求选手自行设计或改装一幅机翼，并要能与其配套的遥控电动模型机身完全分离。比赛时，先对这幅机翼进行静载荷强度测试，再将其装到模型上，完成竞速飞行。因此，在第一步申报加载重量时就必须十分小心，否则一旦机翼结构失稳发生损坏，将失去竞速飞行的比赛机会。规则只规定机翼翼展不得小于1米，对其他参数和制作材料均无限制。在飞行比拼前，主办方还别出心裁地增加了答辩环节，要求参赛学生对自己机翼的设计理念、制作工艺和创新思路进行说明。飞行竞速要求：选手操纵模型围绕相距100米的两个标杆飞行5圈。最后，根据选手在静加载、答辩和飞行竞速中的得分综合评比，决出名次。

第一天上午，手掷模型设计竞距赛在西工大新校区翱翔体育馆开赛。由于参赛选手众多，因此每支队伍只能占据有限的场地空间。各队相互为邻，容易因拥挤导致工具伤人或意外损坏模型部件。为此，现场工作人员不时提醒专心致志工作的队员们注意安全，保护好自己的工具与材料。而制作过程中，往往有一些步骤需要队员们相互配合并行完成，但材料与工具设备却很有限，如何解决这些问题是对孩子们临场应变能力的考验。比如，很多孩子利用各种边角废料，临时当作工具或尺子使用；也有团队合理安排人员分工与工序，配合默契。

孩子们的思维火花迸发出各具特色的创意设计，做出的模型五花八門，有常规布局的、有飞翼布局的、还有鸭翼布局的……充分体现出孩子们在航空航模方面丰富的想象力和知识储备。

想让模型飞出好成绩，在很大程度上取决于选手的制作与调整能力。特别是手掷模型，出手后其飞行状态无法再进行人工控制，只能完全依赖气流和模型本身的性能。重心合适、力矩平衡是首要条件，还应将舵面调整到使模型保持直线飞行的状态。否则，模型的飞行轨迹如果出现盘旋，无法飞远。此外，还要掌握好投掷技巧，不能让模型出手后进入失速状态。由于孩子力气相对较小，因此若模型出手后能幸运地赶上顺风气流，则可取得更好的成绩。

如果说手掷模型设计竞距赛是“欢乐多”的话，机翼结构设计竞速飞行赛就显得竞技味十足了。西工大专门为这项比赛安排了3位经验丰富的飞机设计制造专业教授参与答辩环节，对各参赛团队的设计思路和特点进行评判。教授们亲切、通俗的点评，使原本“紧张”的选手们放松下来，现场的交流始终在和谐愉快的氛围中进行。虽然中学生们在学校已经掌握了一些物理知识，但对空气动力学以及结构力学方面的知识了解并不多，通过导师们的引领提点以及现场答辩这种独特的交流方式，让孩子们更容易理解那些晦涩难懂的知识。

进入加载环节，场面的紧张气氛加剧。因为加载重量均由参赛队自行申报，重量大者得分虽高，如若超过机翼承受极限，则会影响后续的竞速比赛，所以大家申报时都非常谨慎；裁判员进行加载操作时也小心翼翼。整个体育馆显得十分安静。加载过程中，选手们或攥紧拳头、或脸冒汗珠、或面色微红，大家都暗自较着劲。每当通过加载，听到裁判员报出“XX重量合格！”的口令，选手们就会长舒一口气，或击掌相庆，甚至发出小小的一声“耶！”，庆祝顺利过关。

通过观察笔者发现，为了保证机翼有足够的强度和刚度，各队都选择了比赛要求的翼展下限——1米。而且，小翼展也利于模型快速飞行。不过，有些队伍的模型是由成品机改装的，往往在机翼中加入了碳纤管或梁以提高强度。这会改变机翼的重量，进而影响整机的力矩特性，增加模型的操纵难度。而自行设计的模型，这方面的表现相对好些。

最后的竞速飞行环节，主要考验选手的操控技巧。有人操纵娴熟，绕标动作精准快速；有人不太熟练，要么绕飞太远、要么经常绕不过标杆；甚至还有坠机事故发生。总体而言，绝大部分队伍都平稳地完成了飞行任务。

两天的比赛内容充满创新、富含知识，让同学们直观地认识到航空器的设计、制造、使用是一项系统工程，必须相互协调、彼此妥协，才能达到所需目标；如果过分偏重某个方面，就容易顾此失彼，导致项目失利。

值得一提的是，笔者不仅见证了这项有意义的赛事，还在与西工大郭庆老师一起为整个活动的解说中，获得了大家的肯定与支持。通过现场“聊天”式的解说方式，使紧张的比赛变得轻松活泼，让更多的观众和参赛选手及时了解了现场情况、学到了航空知识。

综上所述，2017年陕西省中小学生设计挑战赛以创新为核心、以创新为牵引、以创新为目标，活动方向创新、组织内容创新、实施方法创新。随着这项活动的深入开展，相信会有更多志向航空的优秀人才脱颖而出。