无人机第一课

马春梅

深秋的北航，在新主楼的二楼，参加第十六届“挑战杯”决赛的大约几百件作品绵延排开，这个亚洲最大的教学楼里有足够的空间容纳这些作品。温暖的阳光透过窗外金黄的枫叶照进来，场内熙熙攘攘、热气腾腾。

在一处明显比别的展位大一些的场地，马元一同学站在一架无人机旁边，这是他们团队的作品。无人机架在快到他肩膀的半空中，机头抬起，似欲起飞。他背后一边是展板，有图有文字，是他们作品的介绍;一边是巨大的液晶显示屏，播放着无人机从军舰上起飞、飞行的模拟影像。聚在屏前观看的人络绎不绝，时而还有人上前和马元一交谈。

11月12日晚，决赛落幕，北京航空航天大学以6项特等奖的优异成绩与清华大学共同捧得最高荣誉“挑战杯”。北航同学的6个作品中，就有马元一所在团队的这个无人机作品。

起点 起航

这架无人机叫“基于低阻复合式气动布局的垂直起降高速飞行平台”，它的创作团队由李盛喆、夏宇辰、马元一、韩睿四名同学和指导老师王耀坤组成。比赛前，第一作者李盛喆出国深造，而韩睿攻读硕士研究生时间不充裕，所以筹备此次“挑战杯”的工作就落到了夏宇辰和马元一身上。

当记者说起这个无人机名字对非专业人士来说实在有点拗口的时候，夏宇辰笑着解释道，“目前，它确实还没有昵称，名字虽然长，但也最能体现它的特色。”還是这个主楼，在5楼的一间实验室，夏同学和马同学作为团队代表接受了记者的采访，交谈中，记者从他们这里学习到了无人机的第一课。

“它‘牛在哪儿呢？”记者问。两位同学回答，简单说它实现了垂直起飞、稳定过渡、高速飞行。这个无人机翼展3米乘3米，只要有比这个尺寸大一点的空地，它就可以垂直起飞;起飞到安全的高度它可以迅速过渡到稳定的高速飞行状态;它时速可达300公里，超越了目前最快的载人直升机220公里的时速。

一般常见的飞机都是固定翼飞机，它需要较长的跑道进行滑跑起飞，对起降场地要求很高，而能够做到垂直起飞的直升机，它的速度又比较慢。这款无人机最大特色就是垂直起飞，而且相较于载人直升机，它又能达到更高的速度。

这个团队是通过哪些技术创新实现了这些？两位同学详细讲解道：外形上是低阻复合式气动布局，也就是通过四个大拉力的四旋翼，分别配置在无人机的四个方面，从而带动无人机实现垂直起飞。结构上是包覆式整流机构，也就是给无人机的螺旋桨设计了一个收纳机构，垂直起飞的时候螺旋桨伸出来，在高空平行飞行时收起来，从而降低飞行阻力，实现高速。动力上是油电混合的动力系统，采用了涡轮喷气式发动机，并进行了必要的适配设计，另外无人机机身使用了新型复合式材料。正是这四大特点：低阻复合式气动布局、包覆式整流机构、油电混合动力系统和新型复合材料，深深打动了评委。

夏同学和马同学作为团队代表接受了记者的采访，交谈中，记者从他们这里学习到了无人机的第一课

两位同学还讲到，这架无人机的应用场景主要是驱逐舰，因为驱逐舰舰载飞行平台通常设在舰尾，起降空间小，不能满足像在航母上一样的滑跑起飞条件，这使得垂直起飞成了必选项。但如果使用普通载人直升机载人执行舰上巡航任务，那又必须承担人员伤亡风险，而且飞行速度也比较慢。一款能够实现稳定可靠的垂直起飞、高速飞行的无人机，能较好地满足驱逐舰上的巡航作业需求。当然要真正应用到军舰上，还要进行多次军舰上的实地实验，解决克服大风的影响等实际问题。

此外，这个无人机在民用上也有很大前景，比如森林巡防，在森林旁边不可能都配齐跑道，那么这种对起降条件要求比较低的无人机就有了用武之地，而且相较于人力巡防还能缩短作业时间，同时覆盖较大面积。这架无人机仍有很大优化和改进的空间，项目研发还会继续迭代。

四年 四代

说到“迭代”研发，其实这次参赛的这架无人机已经是第四代了，第一代还只是一个普通的四旋翼无人机，同时携带一个固定翼，在空中分离后实现巡航功能。到了第二代，常规固定翼和垂直起飞的螺旋桨就被融合到了一起，实现了一架无人机的垂直起飞和高速飞行。到第三代时，无人机外形得到了大幅改进，阻力减低后，飞行性能和速度大幅提升，第四代在更换了动力系统之后，飞行性能和速度再一次得到提升。

在四年时间里，先后有四“代”北航同学参与到这个项目中来，项目最初的想法由李盛喆提出。“在大一航空航天概论课上，院长向同学们介绍了各类新式无人机概念，其中说到垂直起降高性能无人飞行器一直是欧美国家军事研究的热点，而我国仍处于起步阶段。后来，我又了解到非航母作战舰艇由于起降空间的限制对舰载无人机又有着特殊的需求，于是一个项目点子就这样闯进脑海：能不能造出一架适合非航母作战舰艇的可以垂直起飞并高速飞行的舰载无人机呢？”李盛喆回忆道。

后来，“迭代”研发的方式给了夏宇辰和马元一等人参与项目的机会，他们从无人机第三代的研发开始介入项目，并利用自身专业优势，承担起提升无人机机械系统和控制系统性能的任务，深度参与了第四代无人机的研发工作，而他们也从中学到了很多。

2019年的暑假，夏宇辰和马元一几乎都在河南的工厂，他们同工人师傅同吃同住，一起加工制造这架无人机。“以往我们没有接触过实际生产，所以刚开始我们设计的几个零件根本用不了，在与工人师傅不断沟通后，他们告诉我们哪里行，哪里不行，我们再去做更切合实际应用的改进。”参与项目的过程让两位同学真切地看到了书本和实践的差距。

“以前在学校做学生科创或者自己的一些项目，我可能会通过淘宝联系工人师傅，把图纸发给他，让他们帮忙做了就完了，而这两个月，我们确实要跟工人师傅一起共同努力，如果他们在制作过程中遇到什么问题，我们现场就要马上去沟通解决。书本上学到更多是原理性的东西，而应用到实际中，则需要更多的经验和更契合实际的调整。”

他们锻炼了统筹协调和时间管理等多方面的能力，“除了项目和赛事本身的压力，还有一个时间窗口期的问题要解决，无人机需要试飞，可能会遇到空域管制，试飞前要提交申请协调空域，为了赶每一次的时间窗口期，我们都必须之前就让无人机飞起来，刻不容缓。”

为了安排好日常学习和科创活动备战，他们必须充分利用好课余和寒暑假时间，为了尽量少耽误课，他们两个就轮流去外地试飞，每次去都不忘带上作业带上书，见缝插针地学习。

夏宇辰和马元一是通过学院推荐进入到这个项目团队中的。之所以能被推荐也与他们各自的经历和特长有关，他们从大一开始就自己申请了科创项目，并得到了国家支持大学生创业的经费支持

如果指导老师有什么事情需要开会，他们就随时线上联系，晚上在项目组开会讨论到夜里两点也是常有的事。这里也不得不感叹，好的身体也很重要。

会学 会创

当然，他们的成功也离不开学校的好氛围。

一架小小的无人机，几乎要涉及北航的所有院系：航空，主要做无人机的总体设计。材料，做无人机必须有适合的材料，既要强度高又要重量轻。电子，无人机上必会有电子系统，从而实现和地面的通讯。自动化，涉及无人机控制系统的方方面面。能源动力，更是无人机要飞上天所必须研究的。甚至一些社科类专业也与无人机科研有关，比如在无人机普及率越来越高的情况下，空管问题应该如何协调、规范等等。

就拿此次参赛的这架无人机来说，整体设计是由航空系的李盛喆进行的，无人机的机械系统和控制系统由学机械的夏宇辰和马元一负责。无人机机身采用全碳复合材料，部分特殊材料是在材料学院老师的帮助下共同研发的。“为了提升速度，在改发动机时出现了一些问题，以前的老材料不适用，我们就向材料学院提出了申请，在材料学院的实验室研发了新型复合材料。”两位同学解释说。

夏宇辰和马元一是通过学院推荐进入到这个项目团队中的。之所以能被推荐也与他们各自的经历和特长有关，他们从大一开始就自己申请了科创项目，并得到了国家支持大学生创业的经费支持。同时，他们在文字、演讲、摄影和管理等方面也表现出色。

实际上，北航像他们这样进行相关科创活动的同学很多，大一进来之后并不只跟着规定的课程去学习基础课，同学有一些想法之后，就会主动去学去做，比如积极向老师讨教，自己找相关的书读、有针对性地选一些课、加入一些社团，或者去寻找更多资源和机会去锻炼自己，等等。“这种状态是北航学生的一大特色。”夏同学说。

北航学子之所以在“挑战杯”等国家级大赛中屡获佳绩，还离不开北航校内的各种创新创业实践。许多北航同学会说：“大学期间如果没参加过‘冯如杯”，感觉北航经历不完整。”“冯如杯”已经举办了30年。最近一届是在2019年举办，评选出一等奖21项、二等奖78项。夏宇辰和马元一的团队同样也是从“冯如杯”的赛场中脱颖而出，之后又参加北京市“挑战杯”，最后进入到全国总决赛的。

除了这些，北航的国家、省部级重点实验室也一直对所有学生开放。学生的科研课题只要立项，学校都会指定专门的老师进行指导。一些优秀的项目，学校还会帮助与校友企业对接，获得更多支持。

“我们这次的项目就得到了校友企业天峋无人机公司的支持，它是由我们学校的Unicorn无人直升机团队发展而来的，如今已经成为服务雄安新区建设的唯一无人机供货商了。”马元一说。

据统计，近三年（2016年4月至2019年4月），北航共孵化本科生团队47个，双创团队共获国际级奖励13项，国家级奖励47项，省部级奖励423项，覆盖约1700人次。

飞去 飞来

如果不是听两位同学讲，我们真没想到国内无人机产业发展得如此之快。他们共同研发无人机的工厂在河南，是一个从飞机设计到具体加工都涵盖的整机生产企业，包括航模和功能性的带载荷无人机也都能生产，他们还接了很多国外的订单。据他们了解，类似的飞机制造企业全国各地都有发展。

航空器材料的应用经历了从钢到铝合金再到钛合金，目前又朝复合材料发展，这个工厂就能做出他们所要求的复合材料。“我国用于军工的一些顶级材料生产工艺可能还达不到国外的水平，但民用方面，尤其必须考虑成本控制和轻量化要求时，我国的生产企业做得还是很不错的。”

两位同学介绍，目前无人机技术本身已经相对成熟了，但实践应用方面，比如与各个行业的对接、结合、应用等还非常值得探索。

给予他们很多帮助的校友企业天峋无人机公司目前就在做新型无人机，尤其在更高端的专业级应用方面有突破，比如森林防火、电力巡线等。就拿电力巡线来说，之前的做法一直是人爬到电线杆上去看，很麻烦，其实完全可以用无人机加上相应的设备去检查，从而节省人力、提高效率。今后应该还会有很多行业应用到无人机。

科技不断进步的今天，新的技术也会促进无人机发展，比如通過5G和无人机的结合，数据传输可以更快，无人机之间也可以实现联系，现在大家看到更多是一架无人机在空中飞，也许未来可能会是几十架甚至上万架无人机都可以通过5G技术联系到一起，在空中一起飞。

他们相信我国在无人机制造方面很可能弯道超车，目前我国大疆无人机公司已经是世界第一了，包括美军在内都在装备大疆无人机，大疆公司最大的贡献应该是通过控制系统研发大幅降低了无人机制造成本。打个比方说，以往可能要用一个1000块的传感器才能让无人机实现稳定飞行，但大疆通过编写代码，用100元的传感器就可以实现相同的效果，所以它在这方面取得的成就已经超越了美国等发达国家。

采访中，两位同学虽未表达出未来继续深造的明确方向，但可以肯定的是，他们会保持对无人机的兴趣。

“从一开始的设计到后来的加工，再到试飞、实验，我们在项目中相当于经历了一个无人机从无到有的全流程，今后如果我想在无人机领域做某一方面的研究，那就已经有了一个参照，我会非常清楚我想要探索的这个方面前景如何，而我还需要什么样的能力和素质去适应和挑战这个领域。”

“挑战杯”之后，也有一些企业和实验室来找他们，想请他们加入自己的团队，有些企业还想提供一些投资，帮他们创业。但两位同学不约而同地选择了继续读书深造，通过深入学习更多专业知识和技术，积蓄更充盈的能量。

的确，当拥有梦想与情怀的人面对未来层出不穷的机会和无限广阔的发展空间时，记者相信，他们一定会努力奔向下一个“成功”。