同济大学暑期《微型飞机设计、制作》实践课的目的是要让航空专业的学生亲身经历一轮微缩简化版的飞机设计、研制、试飞全过程。课程组织学生分组制作会飞的“遥控玩具”,但这种“玩具”的设计、制作过程完全区别于普通模型爱好者;它除了要求学生们制作、试飞成功微小遥控飞机之外,更强调气动分析、推力测试、CAD建模、电磁舵机设计等飞机的设计环节。
7月26日,在《微型飞机设计、制作》实践课的课堂上,指导教师沈海军教授放飞了一架比一枚邮票还小的苍蝇动力飞机。这一苍蝇飞机的重量约为0.04克,相当于一颗黄豆的重量;翼展1.2厘米,大小与五角硬币相当;飞机机体由很轻的油封纸裁剪、折叠而成。这里的所谓“苍蝇飞机”,实际上就是以苍蝇作为引擎的微小飞机。在本次《微型飞机设计、制作》实践课上引入苍蝇飞机,主要目的有两个,一是激发学生们的创新思维,二是发掘昆虫动力飞机的应用潜力。
苍蝇飞机的设计、制作并不容易。为了获得飞机的“引擎”——苍蝇,沈海军教授带领几位同学拿着捕捉苍蝇的塑料袋跑遍了整个校园。
苍蝇“引擎”有了,接下来就是要测量引擎的推力。为此,学生们想出了一个简单而又实用的方法:竖起一根半米长0.6毫米粗的碳纤维杆,碳纤杆的顶端用细线黏住苍蝇;然后驱赶苍蝇,并用摄像机记录下苍蝇拉动碳杆顶端的位移;最后根据该位移值和碳纤杆的刚度估算出苍蝇的拉力。实验结果发现,苍蝇飞行中的拉力可达到0.1克,其推重比(发动机推力与飞机重量之比)惊人地高,约为2.5。相比之下,美国最先进的第四代战机F22的推重比仅为1.2。
获得了苍蝇发动机的推力数据后,接下来要做的事就是确定苍蝇飞机的构型,并计算飞机的升力、阻力。为此,学生们提出了三种方案:常规布局、三角翼和鸭式布局,并用气动软件估算了三种布局苍蝇飞机的升力和阻力。气动分析表明,三种方案均与发动机有很好的匹配性;飞行时,机翼可以获得相对较大的升力以及较小的空气阻力。
有了苍蝇引擎和飞机方案,用剪刀裁剪油封纸做出机体,并将苍蝇“引擎”和机体用0.5毫粗的超细碳纤杆胶结,一架合格的苍蝇飞机就完成了。
此外,同济大学的师生们还对蝉动力飞机以及黄蜂动力飞机进行了尝试。 ■童吉