创新工业杯无人机大赛竞技类一等奖.doc

传承航空特色 彰显昌航实力记我校获得“中航工业杯国际无人飞行器创新大奖赛”无人机竞技大赛一等奖今年9月20日至25日，由中航集团、中国航空学会举办的首届中航工业杯国际无人机创新大奖赛在北京小汤山航空博物馆举行，本次大奖赛是国内首次举办的无人机飞行盛会，也是一次面向社会、面向国际，以无人飞行器为主题的大型综合性航空科普活动。国际无人飞行器创新大奖赛每两年举行一次，对推进航空科技创新，普及航空科技知识，提高国民航空意识，营造航空文化氛围，培养航空创新人才，促进中国航空工业发展起着重要作用。本次大赛共吸引来自全国23个省的高校、科研院所及企业共计117支队伍参加了此次大赛。其中参加无人机自主着舰竞技大奖赛的队伍有36支，经过4天激烈角逐，我校代表队凭借平稳的表现，精湛的着陆技术在所有参赛高校代表队中脱颖而出，参赛的“昌盛”号无人机以总分1001分获得了一等奖的好成绩。赛前准备，集体智慧的结晶在本次比赛的所有项目中，以无人机自主着舰竞技大奖赛因为难度大，风险高，成本高，要求实力强成为最具挑战性的一项。我校作为全国五所航空高校之一，应中航集团总裁亲笔之邀参加了该项赛事。对于这次比赛，我校给予高度重视，校领导经过无人机所的汇报后召开会议，经过严密商讨最终确定了派出竞技类和创意类各一支参赛。自从去年九月文件正式下达后，十月起学校便开始着手，并在今年四月起正式开始投入研究，进行赛前的准备工作。我校参赛的代表队成员由四位指导老师与三名同学组成，以飞行器学院院长王元老师作为参赛代表队队长，蒋阳，耿立威，庄淡胜三位老师领队指导，带领张勇，徐显超，何伟明三位来自飞行器学院航模队的成员共同完成比赛任务。虽然在比赛现场的只有这七位队员，在本次大赛前期准备的人员却有很多，在老师的指导下，由我校飞行器学院航模队成员们为主要力量。在前期准备中，队员们在参赛无人机机型的选择上存在了争议，选择的结果将直接关系到无人飞行的成功与否。比赛规则中无人飞行器设计要求为倡导原始创新，不限制飞行器的样式，特别鼓励展现航空文化和绿色航空的理念。在现有机型中，鸭式飞机和常规式飞机这两种机型的选择上队员们形成了两派意见，有的倾向于选择样式新颖的鸭式飞机，前短后长的机翼设计具有航空特色，有助于比赛中创意部分的得分，但是该机型具有不稳定的缺点，在比赛中会增加技术上的冲突，加剧失误排查的工作量。而中规中矩的常规式飞机在创意上表现平平，但核心性能稳定，上单翼的设计在参数上占有优势，其标准参数技术人员了如指掌，控制起来难度较小。经过所有参与人员对技术的反复考量和对比后，王元院长和另一位国教科技院的杜老师拍板决定选用常规机作为参赛机型，后来的事实证明这项决定是非常正确的选择，在紧张的比赛中精准的飞机参数大大降低了控制上的障碍，为参赛队员在技术准备上扫除了很大程度上的心里障碍，为最后比赛赢得冠军也起到了重要作用。拼实力，技术难关各个击破在准备期间队员们确定了飞机型号，接下来就要为各种技术参数而忙碌了。比赛规则对参赛队伍设计和制造的可依靠自身动力飞行的新型无人飞行器的重量有着严苛要求，而我校代表队的参赛飞机却达不到标准。在不能改变飞机的材料及大小情况下，队员们急中生智，经过严格的推算，确定飞机重心并装进了一袋沙子放在机身里，弥补了飞机所差的重量。其后，在飞机动力的使用上又出现障碍，原先预定的内燃机起飞动力出现了输出缓慢且稳定性较差的问题。为此，队员们一改传统的内燃机选用电动机，却发现市场上批量生产的电动机没有符合我校参赛飞机标准的，在经过队员们的反复测算后，提供了新的参数专门定制了一台电动机，只此一项工作花费了整整两个星期。在飞机本身问题解决后，队员们的目光焦距在无人机的自动飞行上。无人机的要求要能够自我掌握飞行的高度和位置，在15米以下的低空中飞行降落并勾上甲板上的绳索。这要求飞机控制上有精准定位和定高，也是在整个比赛过程中的创新点。甲板上有四个绳索，每两个相距4米。如果飞机下滑过早就会勾住第一根钩锁，在实际飞行中可能会出现拖出距离过长到航母舰尾的问题。飞机下滑过晚或者飞机高度过高会勾到第三或第四根钩锁，在实际运用中就会有冲出甲板的危险，只有勾在第二根绳索上才是民用机型中最安全的着陆方式。为达到精确的定位和定高，需要使用到飞行控制自动驾驶仪的技术，也是控制领域里最难也是最核心的部分。对此，我校代表队采取与北京零点航制公司的合作的方式来完成对自驾仪的控制。队员们采用差分定位的方法，经过理论探索，根据飞机性能做出大量实验，最后高度偏差已经控制在在十公分以内，如此微小的误差却对飞机是否能顺利勾住第二根绳索起到决定性作用。“当科研进入了一个未知的新领域，最原始也最有效的方法就是排列组合，将所有可能性进行一一调试，从离散中寻找规律。”参赛队员之一蒋阳老师介绍道。队员们以一公分为单位的一点点尝试， “这就像从99分到100分那样，很难，付出的代价也是最大的。”在这个过程中，队员们经历了先提出要求，北京零点航制公司加工自驾仪，双方合作进行飞机实验，然后找出问题，再提要求，再改进这样一个不断循环的过程，持续了一个月才算出最终精确值，为无人机降落顺利勾住二钩锁做足了工作。比赛现场，分秒必争在到北京的比赛中，我校代表队七名队员分工明确。王元老师负责GCS（地面控制部分）的工作，完成地面监测，实现与飞机的时实联络的目标以及航点规划的任务。耿立威老师负责飞行部分，这个在现场只需要按下飞行按钮的工作看似简单，背后却需要花上无数时间来调试。蒋阳老师则负责技术确定和沟通联络工作，张勇，徐显超，何伟明三位同学负责飞机的具体制作与调控。在比赛前有两天的训练时间。在第一天上午的训练中就有两所老牌航天高校的飞行器撞毁，准备已久的心血就这样毁于一旦，直接无缘比赛，在场数位铁骨铮铮的代表人员们全都忍不住掉下眼泪。这让围观的其他高校代表队压力剧增，气氛紧张异常。下午，各的代表队们一致采用保守战略，以稳妥为主。我校代表队员们也改为更谨慎的策略，原定为全程自主运行的飞行器采用自主控制手段，增加人为操纵的成分，在确保运行稳定后再放手自动运行，好在我校飞行器在训练中的表现都比较顺利，让人稍微松了一口气。可是，紧张的气氛没有因此而缓解，随着更多高校的飞行器的陆续运行，出现的问题越来越多，任何一点瑕疵都会让所有的代表队员们紧张不已。各高校的代表队们都纷纷重新检查自己的飞行器，进行再三调控，生怕有什么闪失。比赛在这时进行到了白热化阶段，在不断有飞机出事故，重重压力之下，很多高校代表队用放手一搏的心态，选择冒险的方式对飞机进行大范围的调整，有的学校甚至连飞机飞行方式都做了改变，翼图最后的希望。我校代表队员们也重新检查起飞机，并在比赛的前夜对起落架进行调整修理，以确保在飞行中尽量保证最平稳的状态。说来也奇怪，在这最后的两天中，各校代表队的进步是最快的。到赛前一夜，深夜两三点了，队员们还忙碌在调试飞机的地点上。“你能想到的问题都不会出问题，问题都出在你想不到的地方。”这句带着几分调侃意味的话已经成了比赛现场上流传甚广的名言。到了9月24日比赛现场，无人机到了真正飞行的时候，所有的队员都捏了一把汗，作为领队的王元老师更是焦急异常。在航博飞行场地上，起飞、复飞直至着舰，“昌盛”号一路表现稳定，最后顺利降落在二钩锁的位置。顿时，所有的队员都松了一口气。最后我校“昌盛”号无人机以总分1001分夺得了一等奖的好成绩。“虽然在比赛前就已经预料到会进入前十名，但是能够取得这样的好成绩还是在是在意料之外。”蒋阳老师笑着说。 无人飞行器创新大奖赛不仅是一场比赛，它更是以运用实战为目的、发展核心技术