两破无人机续航世界纪录 团队秘诀知多少

日前，北京航空航天大学“冯如三号”研发团队二期成员研发的“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。

 

 

2018年，北航“冯如三号”团队成立。冯如被誉为“中国航空之父”，于上世纪初中国积贫积弱之时投身飞机制造，设计、研制、生产并亲自试飞了“冯如一号”“冯如二号”，揭开中国航空史第一页。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。

 

指导老师王耀坤自2011年开始指导北航航模队，并且多次获得国内外顶级赛事冠军。但他逐渐意识到传统航空实践培养的内容与前沿科技发展存在一定的差距，同时，竞赛规则也限制了创新裕度和挑战度，对于拔尖型创新人才的培养模式仍有提升空间。在北航人才培养改革推动和教务处、团委等相关部门支持下，以课程为载体，兼具挑战性和项目制的人才培养思路逐渐清晰。“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。

 

王耀坤告诉记者，“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。

 

在理论学习阶段中，除无人机系统教学外，课程还设置了GRP（Group Research Design）小组竞争性项目作为该阶段的最终考核，对学生的创新能力、团队协作能力、科研敏锐度、信息搜集能力等多个方面进行综合考查，GRP考查结果也作为进入实践阶段选拔的重要参考依据。

 

 

“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。

 

“所有技术都围绕超长航时的目标进行研发，包括整个飞机用的什么设计思想，要如何去迭代，各个子系统之间怎么去权衡取舍等。”团队成员冯嘉瑞介绍，2019年首次打破纪录的“冯如三号-70型”是带起落架的，为了实现更长航时，追求更高的飞行效率，新的型号飞机需要新的起降方式，2020年开始，他在老师指导下进行车载起飞系统的研究设计。2020年暑假快结束的时候，项目团队开展了飞机车载起飞试验，结果非常成功。

 

2020年底，刚从考研考场走出的团队成员付宁就接到了负责团队管理工作的张益铨的电话，动力系统研发时间紧任务重，两人第二天便与老师飞到了海南进行动力实验。那年整个寒假，团队40多人都是在飞行基地过的。“选在海南试飞是希望温暖的空气有益于发动机性能的发挥，但没有预料到高湿的空气提高了飞行风险，带去的备用机摔了好几架，尽管没有达到完美的预期，却为我们之后动力、结构的改型提供了方向。”付宁说。

 

有一次，飞机上午起飞，飞了两三个小时没有任何问题，大家悬着的心刚刚放下。中午一点多钟，大家在机库里准备午休。“突然听到发动机声音不大对，有同学在外面喊了起来，出去一看飞机迎角过大，掉个圈直接摔下来了。”团队成员章修惠立刻扛上相机去拍事故第一现场。“我们把全机残骸一块块拼了出来。在老师的指导下，分析哪地方出了问题，尽快做出改进。”

 

“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。飞控系统组的李沛杉2020年就加入了团队，一开始做宣传工作，也在动力组负责过发动机实验数据的采集。在2021年的两次飞行试验中担任动力组组长的林招如在2018年加入团队时的角色是油路组成员，负责油料管理、加油、抽油的工作。

 

“2020年暑假，我从发动机、发电机作为切入点开始接触设计工作，完成了无人机一代升级设计和减速器最后一阶段的设计。”林招如介绍，他还参与了新教材的编写，之后还会进行新型号无人机的整体设计工作。

 

北航北京学院本科生褚淇泓负责复合材料结构制造和线路焊接。“我们进到工厂里向师傅学复合材料加工相关技术，然后我发现自己很擅长，就留在了机体制造的小组。机体不弄好，其他都没法干，很磨性子，活重人累，需要有耐心。线路焊接的活，为了减轻重量，焊很细的线，需要非常仔细地操作一些工具，必须得严谨，一根线错了就可能直接导致飞机坠落。我那时候还签了保证书，心理压力不小。”

 

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。”

 

“‘冯如三号’团队是北航科创实践育人的典型示范。”北航团委书记庄岩说，“‘冯如三号’是以学科前沿和重大需求为牵引，以团队协同和学科交叉为基础，以理论浸润与实践历练为载体，以课程建设和教材成果为依托，在整个过程中，同学们坚定了方向、开阔了眼界、学习了知识、磨炼了意志、提升了才干，是贯彻北航‘厚植情怀、强化基础、突出实践、科教融通’人才培养方针的系统实践。”