无人机和航空模型的异同

2016年4月15日，国家体育总局航管中心航模部原主任刘文章先生在微信朋友圈里写道：“现在，无人机赛成风，上上下下，五花八门，是好事；但常有人将无人机与航模概念混淆，缺乏权威性的规范与宣传”。的确如此，随着近年来无人机的蓬勃发展，无人机和航空模型的异同成为一个热门话题。现梳理我的认识，写成此文，希望起到抛砖引玉之作用，引发大家的讨论，以形成共识。

关于它们的相同点，主要有两方面。

首先，两者均“机上无人”，但需人的掌控，无论是预设的或实时的，还是视距内或视距外。航空模型由操纵者在机外操作，而无人机定义为“不需要驾驶员登机驾驶的各式自控或遥控飞行器”。

其次，作为科学验证用的航空模型和无人机是相通的。最早出现的航空模型是静态的，以致在现今的飞行器研制程序中，还有两类重要的静态模型仍在继续发挥作用（“样机模型”和“吹风模型”）。而随着航空科技发展的需要，作为验证机的有动力航空模型越来越重要。

可见，航空模型和无人机之间原本就有的天然密切关联，被重新认识，并正大大加强。我曾就此说过一句话，叫做“同源殊途，殊途同归”。

两者的不同也来自两个方面，功能和性能。

首先是功能不同。除早期的试验验证作用外，航空模型已逐步转向主要供运动用的不载人小型航空器，即特定的、狭义的航空模型。1905年国际航空运动联合会（FAI）成立后，航空模型逐渐成为一项有组织、全球性、群众性的竞技运动，以致人们淡忘了航空模型本身的技术内涵和丰富的探索史迹。FAI管辖的航空活动包括特技飞行、航空模型、航天记录、通用航空、滑翔机、悬挂式滑翔和飞行伞等。就航空模型而言，有各种分类，如模型直升机、自由飞模型、线操纵模型等，并在继续变化和丰富中。但其基本功能，主要是完成各种竞技性或表演性任务，并通过这种活动，去实现社会价值、倡导科学精神。

而无人机的功能则有明确的个性化要求，由机上任务载荷（又称有效载荷）来体现完成使命任务的能力。无人机的英文名是UAV（Unmanned Aerial Vehicle），即“无人飞行载具”，或理解为搭载载荷的平台与载荷的组合体。如侦察型无人机就是在具有一定飞行能力的平台上安装侦察设备和传输设备完成任务的；攻击型无人机则通过武器或战斗执行部件完成攻击任务。即使是科学验证用无人机，为了获取飞行数据，也要安装必要的感知、测量和数据传输设备，以实现特定功能。

因此也可以说，无人机是通过机上有效载荷来体现不同功能的系统。无人机区别于航模，就在于自身的任务载荷。一般来说，除保障飞行的控制系统外，只有机上载有相应的任务载荷，才可以称为现代意义上的无人机。

有人曾和我讨论，靶机可以没有载荷，为何也称为无人机。我认为，即使不装载附加载荷，靶机也可视为有载荷。这是因为，靶机主要供鉴定武器的性能时使用，诱导被试对象跟踪、接近或毁伤自身。作为一种靶标，需要尽可能真实地模拟敌方飞机性能，所模拟的特性（不管是可见光、红外、雷达或其它）就可以看作载荷。而且，除自身设计按模拟对象的特征相匹配以外，还常常需要携带附加载荷，以增强特征。例如，为了模拟大型飞机对地面雷达或导弹引信的有效反射面积，机上往往装有角反射器、龙伯透镜或有源回波增强器。为了模拟喷气发动机尾焰的红外辐射，机上常安装曳光弹等红外辐射器。有时还采用各种电子、声学、光学干扰设备，甚至释放假目标，用以模拟目标飞机的干扰特性。在非直接击毁的重复使用靶机里，还往往携带各种指示与测量设备。凡此种种，不一而足，其任务属性和载荷特性实际上是非常强的。

说到目标特性（或称目标特征），通俗的解释就是任何物体都有表明其存在的特征，不管人的感官能否察觉，如几何形状、红外辐射（高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可产生）、雷达回波等。于是，发现或提取目标特征就有了各种手段；而减缩目标特征，俗称“隐身”，则派生出可见光隐身、红外隐身和雷达隐身等不同的概念与技术。

其次是性能不同，主要在控制方式和控制系统方面。

无人机通过机上飞控系统控制自身的姿态和机动，一般可以做到远距控制。无人机的另一英文名RPA（Remotely Piloted Aircraft）就是这一含义。可以事先设定程序，也可以通过数据链将地面控制参数与无人机进行交互，以实现自动运行。随着感知和决策的实时化和智能化，还能实现有条件的完全自主控制，即完全不需人的干预。有时机上飞控系统也被认为是一类载荷，但它有别于任务载荷，是用于解决无人机自身的操控问题，而非完成特定的任务。有些无人机也把飞控与部分任务载荷综合在一起。

而航空模型的控制是通过人的直接控制或无线电远距遥控（多数在视距内）实现机动和姿态调整的，机上一般没有自动飞行控制系统。高端航空模型通过采用FPV（第一视角）技术已可实现视距外操纵，但距离多在几千米范围内。

形象地说，无人机是带着“大脑”飞行，这副头脑可以极为聪明，也可以不那么聪明；而航模的“大脑”始终在地面，是在操纵人员的脖子上的。

随着航模操纵性能的持续提升和控制部件的低成本化，单就操纵性而言，高端航模与中低档无人机在这方面的区别在缩小，有时甚至会反之。

航空模型对航空发展的

重要作用

1.航空模型的历史回眸

想理解航空模型对航空发展的作用，首先要对航空模型的历史发展有所了解。

所有现代航空器都是从航空模型进化来的。在人类飞上蓝天的探索实践中，毫无例外都是先静态模型，后动力模型；先模型/样机，后实物真机。没有模型，就没有航空创造；没有模型，就没有航空发展。

中国是发明和应用航空模型最早的国家。据司马迁《史记》记载，公元前507-444年期间，鲁班制成能飞的“木鹊”，并用于观察敌方阵地；南北朝时范晔（公元420-479年）所著 《后汉书·张衡传》记载：张衡（公元78-139年）曾作木鸟，有翅，腹内有机关，可飞数里。这些都是了不起的航空模型，它们御风而飞的图景想来是何等美妙。可惜只有文学性描述，而无技术意义上的记录。

古代中国最杰出的航空代表作，当属风筝（鲁班的“木鹊”实为硬体风筝，约在公元前206-公元25年转用纸张，始称“纸鸢”）、竹蜻蜓（约在公元前500年）、孔明灯（约在公元200-230年）和火箭（约在公元1000年），在学理上恰好对应当今的四类航空器——固定翼飞机、旋翼机、浮空器和现代火箭。以致于美国航空博物馆里有醒目的大字写道：“人类最早的飞行器是中国的风筝和火箭”。6年前，我和同事们编写《新航空概论》时，发现这一有趣但绝非牵强附会的学理关联，一致认为，这四件杰作堪称中华文明奉献给世界的另类“四大发明”。

17世纪开始，欧洲相继迎来了蒸汽时代和电力时代，航空科学理论和实验也随之获得突破性进步，不仅出现了像瑞士伯努利（1700-1782年）和英国乔治·凯利（1773-1905年）这样的科学大师，而且出现了一大批科学实证的实践家、探险家、发明家，在莱特兄弟之前的光荣代表是俄罗斯莫扎伊斯基（1825-1890年）、德国奥托·李林塔尔（1848-1896年）、美国兰利 （1834-1906年）和巴西桑托·达蒙（1873-1932年）。他们都是先制作航空模型、验证其构思与原理，而后成为航空器的发明与试验大家，做出杰出贡献，甚至奉献出生命。

2.动力航空模型飞行成功

1796年，凯利在研究中国竹蜻蜓和科学计算的基础上制作出一架模型直升机。1799年，他设计出几乎具备现代飞机所有主要部件的飞行器草图。但困扰凯利的问题是没有合适的动力。直到1848年，凯利已75岁高龄，仍无合适的发动机来证实他的理论和设计。1849年，他造了一架三翼滑翔机，载着一名10岁孩童，进行了人类历史上第一次载人滑翔机系留牵引飞行。

俄罗斯发明家莫扎伊斯基（1825-1890）在俄罗斯有着崇高的地位。苏联于1963年发行的纪念邮票中称他为世界飞机发明第一人。而且航空界似乎都认可，他在1882年实现了世界首次有科学记载的动力模型飞机飞行。但事实上，这种认定是有偏差的。

莫扎伊斯基从1856年开始研制重于空气的飞行器。他对航空的贡献毋庸置疑。但被广泛认可的1882年7月20日的以蒸汽机为动力的试验机飞行，并未成功，飞机只在地面上跳跃几次，并未飞起，而且失败一直延续到后几年。原因同凯利一样，也是找不到好的动力。但可以肯定的是， 莫扎伊斯基的确实现了动力模型首飞，而且比1882年更早。他设计制作了多种缩比的模型飞机，这些模型均具有现代飞机的基本部分，而动力由弹性件（如钟表发条）提供，可使三个螺旋桨旋转。这些模型不但能在地上滑跑，而且还能凌空翱翔。模型飞机的试验证实了他在飞机几何形态、升力特性、螺旋桨拉力和重量等方面所作的计算和推测，并据此开始设计和制造自己的飞机。有据可查的是，1876年，莫扎伊斯基成功地进行了单翼飞行器模型的稳定性表演。确切的飞机尺寸未见记载，应该还是缩比模型飞机。但他的简易动力模型飞机的确已达到了很高的水准。

还有记载称，1850年法国人彭诺德用橡筋作动力，设计制作了航模。由于橡筋的效能高，功率重量比大，制作的模型很轻，飞行成功。这比莫扎伊斯基还要早26年。在此引证莫扎伊斯基和彭诺德的业绩，为的是说明动力模型在飞机发展进程中的作用（即使采用如橡筋、发条、弹簧等提供的简易动力），这是必经的阶段。而且，由于它们独有的作用和魅力，至今还在现代航模，如自由飞中占据重要地位。

3.从航模到真机、从无人到有人的进化

美国的塞缪尔·皮尔伯恩特·兰利（1834-1906年）也是一位伟大的航空先驱，他不仅在飞行理论研究方面多有建树，而且在工程研制中成就卓著。1896年他制作了一架带动力机械的模型飞机，在150米高度留空飞行近3小时。这是历史上第一次重于空气的有动力飞行器实现稳定持续的飞行，意义重大。

此后，他得到美国政府资助，在成功的模型飞机基础上，研制一种载人飞机“空中旅行者”。这架飞机采用前后串置的机翼布局，以内燃机为动力，采用弹射方式起飞。遗憾的是1903年10月7日和12月8日的两次试飞均告失败，飞机折尾沉水。虽然未能成功，但却留下了珍贵的数据资料。他的探索实践演绎了从航空模型到真实飞行器、从无人到有人飞行的进化规律。

“空中旅行者”试飞失败后，舆论一片哗然。“纽约时报”刊文予以嘲讽，称“再有一千年，人也飞不起来。”还有人说，上帝要让人飞，为什么不给他翅膀。

然而，仅仅九天后，即1903年12 月17 日，莱特兄弟的有人飞行器“飞行者1 号”成功飞上蓝天。科学先驱们的伟大实践回击了嘲讽者的短视和浅薄。历史不仅记住了有动力载人飞行的首创大家——莱特兄弟，也给了虽败犹荣的兰利以崇高的地位，著名的美国空军兰利实验室、NASA兰利研究中心都以他的名字命名，美国的首艘航空母舰也被命名为兰利号。

4.航空模型正继续发挥重要作用

在航空探索早期， 航空模型具有强烈的科学实证性质。至今，它仍是研制各类飞行器的重要手段。20世纪末至今，无人机、特别是低成本/消费类无人机的横空出世，使中低端无人机和中高档航空模型的飞行性能日益接近。航空模型不仅进入寻常百姓的生活，而且回归其科学试验验证的作用。当今，航空模型在科学试验中的两大使命可归纳为：

（1）航空模型是科学试验的有效工具。

飞机的研制一般分为论证、设计、工程研制、设计定型和试生产等阶段。传统程序里，在论证和设计阶段需要“吹风模型”用于风洞试验，设计和工程研制阶段需要电子模型和实物样机（或全尺寸、或舱段，或木质、或金属，视需而定），这些都可以称为模型。这些模型都具有强烈的实证功能。随着电子样机和模拟/仿真手段的应用，对模型的需求在改变。但“吹风模型”和部分功能验证用实物样机在现阶段仍具有不可替代的作用；而在原理与布局创新的新飞行器研发中，作为验证用的高端动力模型更为必需。

航空模型用于科学试验的最重要战场，是验证新飞行原理、新气动布局以及一切需要用飞行来验证的新技术。在我们举办的国际无人飞行器创新大奖赛中出现的优秀作品，特别是创意赛作品，多数属于航空模型，而非无人机。一些作品，使用人工遥控，机上也无载荷，只是为了验证新原理或新布局是否可行。这正是中高档航模和中低端无人机相重合的功能领域。

（2）航空模型是科学普及的最佳载体。

航模运动在全世界都有众多的爱好者，包括自由飞、线操纵、无线电遥控、像真模型等各类项目的竞技比赛开展得规范而热烈，被认为是一项高雅运动。在中国，航空模型也有很好的基础，取得了很好的成绩。这些活动本身对于传播航空知识、扩大航空的社会影响，都具有重要作用。而运动背后的航模制作，不管是专业级的，还是面向青少年的业余级，技术含量都不低。

近几年，中国航空学会在全国推进航空特色学校，其中一项内容，就是要求航模制作在该校科技实践课程中占有重要地位。把制作航模当成普及航空的载体，寓教于乐、启蒙兴趣、加深认识、传播知识，效果不错。我们应该更多地关注和推动面向学校、面向青少年的航模活动。让更多的青少年热爱和投身航模活动，从这里起步，去领悟航空模型和航空器的丰富内涵，用自己的手和心去触摸和感受飞行的魅力。这既是学习航空知识的生动课堂，更是献身伟大航空事业最初的战场。

在我们身边，有一大批矢志航模、钟情普及、关爱下一代的专家和老师，他们是航空事业默默耕耘的幕后英雄，我们应该向他们表达由衷的尊敬。