海阔凭鱼跃 沈海军的航空与纳米 ...分享 http://blog.sciencenet.cn/u/沈海军 同济大学 教授Email:SHJ@tongji.edu.cn /SHJ@nuaa.edu.cn 版权所有

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同济学子打造“飞天三国”,乱世英雄飞机齐飞蓝天

已有 1727 次阅读 2019-8-3 11:57 |系统分类:教学心得

轻轻一甩手,一架架脸盆大小的关羽、张飞、曹操等《三国》卡通人物形象遥控飞机便即刻起飞,并在空中盘旋、翱翔……82日,同济大学航空航天与力学学院(简称航力学院)举办了2019年同济大学微小飞机大赛暨《小飞机设计、制作》课程作品展。参加本次大赛的为航力学院2019级航空专业的47名位大二学生,他们共分为12组,提交了今年暑期《小飞机设计与制作》实践课程上刚刚完成的作品:曹操、刘备、孙权、关羽、张飞、赵云、黄总、马超、诸葛亮、姜维、吕布、周瑜等《三国》卡通人物形象电动遥控飞机12架、国产飞机树叶雕刻作品130余件、电动木牛流马水装置2件、三国人物扑翼机构10套、《三国》人物剪纸作品11件。其中,12架《三国》枭雄形象飞机都已成功飞上了蓝天。

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图1 《三国》卡通人物飞机试飞现场

l   设计、制作《三国》卡通人物飞机

本次参展的12架水浒卡通人物飞机均为固定翼,翼展为40-45cm左右。飞机设计时,12组同学发挥了自己的想象力,根据刘备、曹操、关羽等《三国》人物的形态,以卡通的方式将人物形象融入各自飞机。所有飞机采用2.4GHZ无线遥控,6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,有的威猛刚毅,有的仪表非凡,有的嫉恶如仇……

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(a)“黄忠”飞机                      (b)“张飞”飞机

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(c)“赵云”飞机                    (d)  “孙权”飞机

图2   《三国》卡通人物飞机

12架卡通飞机的布局构思各不相同。“赵云”飞机巧妙地将后背的旌旗设计成机头,两脚设计为升降舵面;“张飞”飞机则以硕大的身躯作为机身,帽顶部安装电机和螺旋桨;“关羽”飞机以夸张地以大头作为主升力面,胯下赤兔马作为垂直安定面;“曹操”飞机最为可爱,奸诈的面部外轮廓作前机身,长袍和下肢用来作控制飞机姿态的舵面……12款《三国》卡通人物飞机个个色泽鲜艳,显得格外逼真。

为了控制重量,所有卡通飞机的机身和机翼均采用5mm厚的泡沫板制成。动力采用7.4伏的小锂电池;发动机为微型无刷电机,可为飞机提供约70克的拉力。发动机架采用薄椴木层板制成,将微型电机牢牢固定在机头位置。

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图3 《三国》飞机莱特兄弟风洞试验

值得一提的是,在上述12款《三国》人物飞机的设计过程中,每架飞机都经历了风洞吹风试验和动力测试实验。风洞试验使用的是同济大学近年复原的1900年莱特兄弟所使用的风洞。缩小版的《三国》人物飞机被放置于莱特兄弟的风洞中,获取相应飞机的升力和阻力等气动性能数据,并考察其是否与动力系统相匹配。

“本次暑期《小飞机设计制作》课程设计是一次集趣味、人文、实践和科学为一体的教学实践活动,其目的旨在提高学生们的文艺素养,培养学生们的创新能力、动手实践能力和知识综合应用能力,是航空专业课程思政改革的一次大胆尝试。目前为止,我们已经先后推出了《西游记》、《水浒传》、《三国》人物系列飞机,明年还将再度推出《红楼梦》系列飞机。将中国古典文学人物形象一一设计成飞机,这对于工科学生的科技艺术修养和科学实践能力来说,是不小的挑战。”本次课程的指导教师沈海军教授说。

  • 《三国》人物剪纸、扑翼机构/木牛流马与飞机叶雕作品

在课程作品展中,除12架《三国》人物飞机以外,同学们还展示了课程初期原创的《三国》人物剪纸作品12幅、电动三国人物扑翼机构/木牛流马装置11件,也同样引人注目。

之所以要设计、制作《三国》卡通人物剪纸和扑翼机构/木牛流马装置,目的有三。首先是为后期《三国》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电动三国人物扑翼机构/木牛流马装置制作,熟悉CAD软件、激光切割机、材料工具、原料等的使用经验与技巧。其三,通过扑翼机构设计与制作,了解扑翼飞机的工作原理。

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(a)诸葛亮组作品                 (b)关羽组作品

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(c)张飞组作品                     (d)赵云组作品

图4 《三国》主题飞机作品展 

为了完成上述工作,同学们首先通过网络查取相应的《三国》卡通人物、木牛流马的图片,然后据此抽象并绘制出各自人物剪纸、扑翼机构或木牛流马的 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《三国》人物剪纸、扑翼机构或木牛流马的素材。最后,设计裁剪红纸,或拼装各部件并加装遥控动力装置,得到《三国》人物剪纸、扑翼机构或木牛流马的模型样品。

同学们遥控着自己制作的电动扑翼机构或木牛流马,赵云,关羽…等英雄好汉便张开翅膀,上下浮动,翩翩起舞。

值得一体的是,此课程中同学们还亲手用树叶雕刻了国产飞机作品130余件。这些叶雕作品有中国最先进的歼20、C919、运20、歼31等国产飞机,有歼10、枭龙、ARJ21等中生代飞机,也有歼5、轰5等国产“老爷机”,彰显了同济航空学子们“继往开来,航空报国”的远大理想。   

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a)《三国》人物剪纸

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(b)国产飞机叶雕作品:C919和歼20

 图5 国产飞机叶雕与《三国》人物剪纸作品



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2 檀成龙 王林平

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