同济学子设计《西游记》人物形象遥控飞机，放飞蓝天梦想！

轻轻一甩手，一架架A3纸张大小的八戒、悟空等《西游记》卡通人物形象遥控飞机便即刻起飞，并在空中盘旋、翱翔……

8月3日下午，同济大学航空航天与力学学院（简称“航力学院”）举办了2017年同济大学微型飞机大赛暨《微型飞机设计、制作》课程作品展。参加本次大赛的主体为航力学院2019届航空专业的48位大二学生，他们共分为11组，提交的飞机均为今年暑期《小飞机设计、制作》实践课程上刚刚完成的作品，包括悟空、八戒、沙僧、唐僧、牛魔王、白骨精、如来、观音、金银角大王、二郎神、土地等《西游记》卡通人物形象的电动遥控飞机11架、《西游记》人物面具11尊、《西游记》人物扑翼机构11套、2400年前的复原的古希腊蒸汽飞机1架、飞机剪纸与3D飞机立体画50余幅。其中，11架《西游记》人物飞机和古希腊蒸汽飞机都已成功完成了试飞或发射。

设计、制作《西游记》卡通人物飞机

本次参展的11架生肖卡通飞机均为固定翼，翼展和机身长度在4cm左右。飞机设计时，11组同学充分发挥了自己的想象力，根据悟空、八戒、沙僧等《西游记》人物的形态，以卡通的方式将动物形象融入各自飞机。所有飞机采用2.4GHZ无线遥控，4通的微型接收机，遥控范围数百米左右，适于室内外飞行。这些可爱的卡通人物飞机个个形象夸张，有的凶神恶煞，有的仪态端详，有的嫉恶如仇……

11架卡通飞机的布局构思各不相同。“悟空”飞机巧妙地将披风的孙悟空形象设计成近似三角翼布局的机身，脚下祥云作为垂直安定面；“如来”飞机则以“坐莲花、带光环的如来佛祖”形象作为机身，三片莲花花瓣分别作为升降舵和方向舵；“唐僧”飞机则以中规中矩的唐僧形体为机身，大鼻子和帽子被设计成尾翼；“八戒”飞机最为可爱，憨态可掬的猪八戒外轮廓作为机体，大肚子和两只腿脚分别被用作舵面来控制飞机的姿态……11款《西游记》卡通人物飞机各个色泽鲜艳，逼真传神。

为了减轻重量，所有卡通飞机的机身和机翼均采用直径5毫米厚的KT板制成。动力采用7.4伏可充电的小锂电池；发动机为重量9克的微型无刷电机，可为飞机提供约80克的拉力。发动机架采用3mm厚的椴木层板制成，将微型电机牢牢固定在机头位置。

“本次暑期《小飞机设计、制作》课程设计是一次集趣味性、艺术性和科学性为一体的教学实践，其目的是希望提高学生们的艺术素养，培养学生们的创新能力、团队协作精神和知识综合应用能力。该课程貌似教学生制作会飞的遥控玩具，但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建模等飞机的设计环节……这对于工科学生的科技艺术修养和科学实践能力来说，都是一次不小的挑战。”本次课程的主讲教师沈海军教授说。

课堂复制、发射古希腊蒸汽飞机

7月27日，即本次课程的第四天下午，在同济大学彰武路校区，该课程的周培等4位同学在沈老师的带领下成功复制了一架2400年前的古希腊蒸汽飞机并完成了发射。在蒸汽阀门开启瞬间，这架仿古代飞机驶离蒸汽动力端，龙跃而起，直冲向前；空中优美划过数米弧线后，平稳落地，向人们展示了古希腊文明的神奇魅力。

史料记载，公元前400年左右，古希腊有位数学家和哲学家，叫阿契塔斯 （Archytas，400BC-350BC）。他曾仿照飞鸟设计和制造出了一款以压缩蒸汽为动力的飞行器，享有“世界机械工业之父”的美誉；他的蒸汽飞机能够飞行百米之遥。

为了复原阿契塔斯的蒸汽动力飞机，首先，他们根据蒸汽飞机的原理，使用大型CAD软件CATIA对该古希腊蒸汽飞机进行三维建模，该古希腊飞机CAD模型中，主机翼采用椭圆形状平直翼，选上下对称翼型。机身为流线型，内部中空，尾部设计有尾喷口。水平尾翼为后掠翼，后掠角为45度。该飞机的蒸汽动力端为一空心球，内部拟加装1/3-1/2空腔体积的自来水，空心球下方有三个外撇的支撑杆。飞机尾喷口通过一蒸汽阀与蒸汽动力空心球衔接，发射姿态角约为45度。

三维CAD建模工作完成后，在软件CATIA中将其转存为3D打印机通用的STL文件格式，便可通过3D打印机对整个古希腊蒸汽飞机系统进行3D打印。本次古希腊蒸汽飞机的3D打印模型总高为10cm，长12cm，宽8cm，为一1:10的塑料实体模型。打印材料为PLA聚乳酸塑料，打印过程共耗时5小时左右。

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然后，团队使用前期复原的1900年莱特兄弟的风洞测试了该千古希腊飞机的气动性能。该风洞试验所使用的最大风速约为8m/s，数据由高精度风速仪获得；吹风的飞机为1:3缩比模型，该模型由轻木板切削加、胶结工而成。风洞测试飞机升力、阻力特性使用了团队自行设计的电子天平，通过两个电子秤分别直接读出升力、阻力数据。飞机模型和天平底端通过紧固螺栓链接，可方便调节飞机的迎角。

有了蒸汽飞机的升力、阻力数据，假设出蒸汽动力端的蒸汽初始压强，再结合飞机的重心、重量等数据，便可预测和仿真了古希腊飞机的运动特性。

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紧接着，研究团队对该古代飞机的内部结构、蒸汽发射端、外形、飞机与发射端接口等一一进行精心设计，并制作出了一架1:1的古希腊蒸汽飞机。

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复原后的古希腊蒸汽飞机翼展0.6m，机体由PE泡沫板切削胶结制成，总重量1.3kg，内部设有2.5升的蒸汽内腔；一对主机翼和一对后掠尾翼为实心泡沫。该飞机尾部通过一个蒸汽控制阀门与蒸汽动力端相连接。蒸汽动力端由一个直径约为0.4m的不锈钢蒸汽加热空心球和三个支架组成。空心球体积约为33升，壁厚1mm，底部通过大功率电磁炉进行加热，可产生约2.5个大气压力提供给蒸汽飞机作为动力。

制作《西游记》人物面具、扑翼机构

在课程作品展中，除11架《西游记》人物飞机、古希腊蒸汽飞机以外，同学们还展示了课程初期自制的《西游记》卡通人物面具、扑翼机构各11尊，也同样引人注目。

之所以要设计、制作《西游记》卡通人物面具和扑翼机构，目的有三。首先是为后期《西游记》人物飞机的设计选型，因为要将卡通人物融入飞机设计，就首先要熟悉人物形貌的特点。其二是通过相对简单的《西游记》人物面具、三维机构设计与制作，熟悉CAD软件、激光切割机、材料工具、颜料胶水等的使用与技巧。其三，通过扑翼机构设计与制作，了解扑翼机的工作原理。

为了完成上述工作，同学们先通过网络查取相应的《西游记》卡通人物图片，然后据此抽象并绘制出各自人物面具及扑翼机构的 CAD模型/图纸。紧接着，对上述图纸中的各部件进行排版，并通过激光雕刻机雕刻椴木层板，得到相应《西游记》人物面具及扑翼机构的部件。然后，拼装各部件并胶结，得到《西游记》人物面具及扑翼机构的实物样品。最后，涂装、上色，一尊尊栩栩如生的《西游记》人物面具、扑翼机构便大功告成。

同学们手摇着自己制作的扑翼机构，唐僧，白骨精，如来佛…等众仙便张开翅膀，上下扑动，翩翩起舞。

值得一体的是，此课程中同学们还亲手制作了飞机剪纸、3D飞机立体画各20余幅。这些飞机剪纸、3D飞机立体画的素材从孩童在放飞航空模型，习大大的航空梦，中国歼10歼6战机，C919大客飞机，运20大飞机……再到中国的预警2000飞机，无不彰显了同济航空学子们远大的蓝天梦想。

起飞吧，你们的征途是星辰大海！