从航空模型到航空科研

2019-03-18 07:08旷天金
航空模型 2019年4期
关键词:飞艇航模遥控

青少年时期的航模活动

在青少年中开展航模活动,对普及航空知识、培养航空后备人才具有非常重要的作用。通过制作和放飞航模,青少年不仅能学到航空知识,还能激发出探索航空奥秘的兴趣。

上小学时,我经常用香烟盒折纸飞机。中学时期,开展航模活动的条件渐好,学校的雅克福列夫航模组里有很多航空书刊,同学们可以按照书中的图形绘制工作图、制作模型飞机,再到操场放飞。一架小牵引模型一般要用三四个月的课余时间才能完成,放飞时又容易损坏,坏了修,修好了再放飞,循环往复多次,模型才能调整好。而且,辛辛苦苦调试好的模型,在飞行中“吃”了上升气流后还可能飞跑,是令同学们最苦恼的事。

在航模辅导老师的指导下,我按苏联“支援陆海空军志愿协会”的教材学习航模技术。随着制作水平的提高,我参加比赛的机会也多了。1958年,我获得了重庆市牵引模型滑翔机比赛的第一名;在成都参加四川省航模比赛时,我又获得了第一名,随后赴昆明参加全国航空模型分区竞赛时,我再次取得了第一名。在那个年代,一个普通中学生能去成都、昆明,是一件很了不起的事情。

1961年,我和队友为参加全国航模比赛进行训练。

步入航模专业队——打破世界纪录

1959年,我成为四川省航模队的一名专业运动员。我先改学了线操纵特技项目,4个月后与两位教练代表四川队,在广州参加全国线操纵模型飞机分区赛时,荣获团体第二名;后又学无线电操纵项目,与队友费敏(教练兼运动员)搭档一起参加了1963年全国Fl A航空模型比赛,获得第三名,并被授予运动健将称号。

在学习无线电操纵航模时,我特别用功,天天握着操纵盒练习操纵手法,并移动模型舵面,弄清在各种飞行姿态时它的相对位置。既有地面苦练,更能空中精飞,加上徐俊英和费敏两位老飞行员的悉心指导,所以有时第一次做新的特技动作,我都能较好地完成。

在航模队的那些年,创造世界纪录的经历尤其令我难忘。1960年,在四川省体委的要求下,省航空运动学校动员全体职工开展了轰轰烈烈的创纪录活动。我心里清楚,运动员有责任为国争光。我痛下决心,一定要打破世界纪录为国争光。

为此,我设计制作了一架大型橡筋动力模型飞机,但第一次试飞就摔坏了机翼和螺旋桨。接下来又是艰难的模型制作和调整试飞,全校空地勤人员和航模队队友都给予了我大力支持,尤其是赵济和(世界纪录保持者,国家级航模教练)和林万勋(航模运动健将)等人全力配合。

第一次正式飞行时,这架模型因“吃”到强上升气流,上升速度太快,导致地面裁判组很快就丢失了目标。第二次正式飞行是1960年12月15日。那天多云间晴,裁判下达起飞口令时,风速较小。模型稳定直立起飞,在爬升至80米左右高度时即“吃”到上升气流。继续上升到约200米时,早已等候在附近的飞机按塔台指挥员的导引,跟上模型并围绕它盘旋飞行,并帮助地面裁判组观察目标。坐在飞机后座的空中裁判与地面裁判跟踪记时,准确记录下模型的飞行时间。最终,这架模型以1小时35分45秒的成绩,打破了匈亚利运动员保持的橡筋动力模型飞机留空时间世界纪录。

在1个多月的创纪录活动中,全校职工付出了艰辛的劳动,而我只是这个创纪录队伍中的领跑者。打破世界纪录后,中央人民广播电台进行了报道。这项新的世界纪录则被收入《中国大百科全书体育卷》和《四川省志·体育志》等文献中。

跨进科研单位——模型自由飞试验

1970年,我应招进入解放军某基地从事科研工作。高速所政委乔泽对我说:“我们基地负责飞行器科研工作,已建成了几座风洞,空气动力数值计算工作也开展了。现在正在开展自由飞试验研究,这就是研究空气动力的三大手段。特别邀请你来参加。”进入208室飞行力学工程组后我得知,自由飞试验是对在空中飞行的飞行器模型进行气动力、气动热、飞行力学以及其他空气动力问题进行研究的一种模拟飞行试验方法。

用于零升阻力模型自由飞定量试验的火箭

这项试验研究涉及飞行器的多种学科,对科研人员的知识水平和创新能力要求较高。因此,我下定决心要补上大学的功课。所里有很多从大学来的老师,我们工程组仅西工大的老师就有4位,这给了我很好的学习机会。那段日子,我每天坚持晚上自学到12点。老师们也很热情,帮助我拟定课程计划,甚至挤出时间给我辅导,使我只用3年时间就学完了大学课程,并通过了大学干休班的毕业考试。

20世纪80年代末,国防科工委副主任钱学森来基地检查工作,特别安排时间与我们自由飞室的3名负责人座谈。我们汇报完工作后,钱老说:“自由飞试验研究对我国国防建设有很大作用,希望你们把科研工作做好,把这支队伍建设好。”他还对我说:在实践中学到的知识比书本上的更多,华罗庚教授初中没读完,后来还是成了大数学家。钱老的这番话给了我极大的鼓舞。

最初的自由飞试验是为远程轰炸机模型进行定性试验,我很快就完成了任务,增强了搞科研的信心。接下来,又开展了零升阻力模型自由飞定量试验,当时使用的是火箭助推全金属模型。

试验在西北某靶场进行,很快就获得了超声速、跨声速、高亚声速和低速等各速域的数据,与美国自由飞试验的零阻数据基本吻合。与风洞试验相比,由于没有洞壁干擾和模型支架干扰,因此自由飞试验的数据更加准确可靠,特别是在跨声速段。

随后,我又参与了歼9飞机的“纵横向动静导数模型自由飞试验”(简称“动导数试验”)。试验模型采用鸭式气动布局,长2.2米,起飞重量约100千克,助推火箭长约3米。模型结构为金属骨架、玻璃钢壳体。其上还安装了多种无线电测控设备和小扰动火箭及回收系统。

模型与火箭的连接和分离是这次试验的关键技术之一,但当时找不到有用的参考资料,爆炸螺栓也不适用。为此,我们设计了由阴阳锥配对、并在锥体内设置“爆推盒”的方案,用气动分离结合爆推分离的方法,确保模型与火箭的可靠连接与可靠分离。我们用了半年多时间,在风洞排气口和地面做了70多次实验,又经多次修改方案,终于获得了适用的分离机构。飞行试验中,这套装置承受了火箭发动机和火箭尾翼的强震动影响,分离时没有对模型飞行姿态造成干扰。

但在进行模型静力试验时,还没加载到设计载荷时模型就“炸”掉了。技术员们一致认为原因是玻璃钢结构强度太低不能用在火箭助推试验上,建议做成金属模型。我仔细分析了损坏的模型结构,重新设计了关键的翼身连接件,再次进行静力试验时,安全系数达到了设计指标,节省了很多时间和成本。

3年时间里,我们两次到西北靶场做歼9飞机模型动导数试验,取得了试验大纲要求的结果。最终,该课题获得了国防科工委科技进步二等奖。

飞机尾旋是一种复杂而危险的飞行状态,国外把它叫作“魔鬼之吻”。飞行员们说,战斗机在5000米以下高度进入尾旋是最危险的。尾旋自由飞试验的目的就是研究飞机尾旋特性,获取定量数据和操纵方法,以此来答复飞行员最关心的问题:飞机会不会进入尾旋?在什么条件下会进入尾旋?用什么方法可以改出尾旋?我们采用了飞艇和飞机带飞/投放的方式,先后完成了无人机、歼7LP、歼了E飞机的尾旋模型自由飞砍金。

当时,中国试飞院还没有进行过歼7飞机的尾旋飞行。按仿真计算和试验大纲要求,模型要在1200米高度上投放才能完成3圈尾旋飞行。我们在成都太平寺机场进行了几次试投,只要开伞高度稍高或风速稍大,伞降模型就会随风飘出机场,存在损坏民房和危及人身安全的潜在危险。于是我提出把模型投放高度降低到900米,不少人反对,认为开伞高度太低,稍有闪失即会发生飞行事故。我心里也清楚,降低投放高度将降低开伞高度,会对操纵带来不少困难。但我仍冒着风险,承受住心理压力,按照低高度开伞的方案进行了尾旋试验,结果试验顺利完成。

根据前几次的试验情况,我又提出一次投放做两次尾旋的新方案,并被上级批准。于是我们又开始了“冒险试验”。试验在一个好天气进行,模型投放后,我先操纵各个舵面使模型保持一段平飞,然后操纵它失速并进入尾旋,尾旋3圈后改出,紧接着又重复上述过程,完成了两次尾旋并安全回收模型,获得了两套完整的试验数据。

我和用于飞机尾旋试验的歼7E飞机模型

在一个起落中完成两次尾旋试验,这在当时国内外还未见有先例。一次学术会议上,我国飞机尾旋研究专家许光明同志说:“飞机尾旋模型自由飞试验是一种特殊的试验,如果没有旷天金这种航模人才,是完不成这一试验的。”

我(右)与遥控热气飞艇

运载器的研制

课题负责人不仅要研究飞机的飞行性能,还要研究自由飞的试验技术,要用尽量简便的方法获取试验结果。考虑到飞机带飞/投放方法牵涉面较广,为了缩短试验周期,节省试验经费,我设计出遥控热气飞艇和无人机两种用于自由飞试验的运载器。其中,遥控热气飞艇长31.5米、最大直径12米、气囊容积2070立方米、发动机35马力。

我们与湖北宏伟机械厂合作,历时半年完成了飞艇制造工作。在湖北试飞时,由试伞员带领两人上飞艇负责飞行操纵。完成初步试飞后,转场到陕西华阴靶场,由我们自己完成遥控操纵试飞。记得有一次,飞艇刚飞到黄河边,突然直向黄河冲去,我从遥测指示器上看到飞行高度下降很快,猛然间想起了航空模型遇到强下降气流时的情景,便立即指挥操纵人员开大燃烧器阀门,使飞艇快速上升;同时加大发动机油门提高飞行速度,并配合调转飞行航向。经过十多分钟努力后,飞艇终于飞回到安全空域。当时如果再晚几分钟,飞艇就可能掉进黄河。航模的经验在关键时刻帮了大忙。

我和ST-3型遥控飞艇

飞艇遥控试飞取得成功后,我用它带飞/投放了歼7LP飞机模型,完成了尾旋试验。这次试验除了无线电遥测数据外,还获得了高精度电影经纬仪的光测数据。这艘飞艇在中国航空博览会上展出时,《航空周刊》(中国)以“中国第一艘遥控热气飞艇”为题进行了报道。这一成果也获得了国防科工委科技进步二等奖。

退休不退航空情

2004年,我从基地总体技术部退休。退休后,我心里仍记挂着国家的航空事业,每当看到航空技术的新发展,心中的喜悦便油然而生。我觉得,自己还可以为社会做点事情。退休前,我就曾与黄克文老师(原四川省体委处长、国家级航模裁判)讨论过研制氦气飞艇的事。我们将该项目挂靠到成都锦江区科技局,并由冯正高(航模运动健将,曾打破过全国纪录)和杨维威(航模高级教练,曾获全国冠军)等4人组织飞艇生产。参加研制工作的还有十多位高级工程师和教授。在锦江区工业园区的大力支持下,经过近两年的努力,完成了ST-3型遥控飞艇的研制。该飞艇长17.63米、最大直径4.1米、气囊容积163立方米、最大起飞重量145千克、最大飞行速度75千米/小时、续航时间3.5小时。

2003年12月,ST-3型遥控飞艇在成都桑园机场完成了首飞。在随后的7年中,我们对飞艇的推力矢量机构、G PS定位控制、航拍与图传系统等不断进行改进。这艘飞艇在成都市区与龙泉驿、华阳、温江之间往返飞行过多次。2008年6月,应中央电视台(体育频道)邀请,我们操作这艘飞艇对“鸟巢”进行了航拍。该飞艇还在乌鲁木齐、石家庄、南京和海南等地进行过演示飞行。

北方总公司在购买前,曾请3所航空大学的教授组成专家组对ST-3型遥控飞艇进行了技术评审。专家组的结论是:飞行性能良好,技术国内领先。中国通用航空研究院则将这艘飞艇列为“中国第一艘遥控飞艇”。

多年来,我设计过多种遥控飞行器。飞行实践表明,航空模型、无人机和自由飞试验模型,在飞行与控制原理上有很多相似之处。航空模型的结构和控制相对简单一些;无人机侧重于导航飞控和任务载荷,而自由飞试验模型则侧重于高精度传感器和数据采集系统。我的亲身经历证明:参与航模活动,能够为从事航空事业打下基础,为航空创新积蓄动力。

国家的未来靠的是青少年。中国青少年有很多发展机遇,必定会涌现出一大批优秀人才。我相信,在不久的将来,中国一定会成为世界航空强国。

如今,我还和很多成都的老航模一起玩航模。放飞航模是一种很好的养老之道,对眼睛和颈椎都有好处。

写以上回忆的初衷,是想鼓勵更多青少年参加航模活动,从小学习航空知识,接受“航模精神”的洗礼,将来为建设航空强国做贡献。

猜你喜欢
飞艇航模遥控
他是如何遥控引爆的
畅游飞艇大道
飞走的航模
飞艇发展史
会飞檐走壁的遥控车
他是如何脱险的
遥控赛车
遥控提琴
飞艇:今日的“空中航母”
飞翔的航模