沈海军

 前   言

 在《微小飞机设计与制作渐进教程》、《沈教授的航模教室》出版与即将出版之际，笔者的另一部航空模型实践著作《沈教授航模工坊》又将隆重推出。

即将天命之年，经历了上世纪末中国航空的大萧条，也赶上了本世纪以来中国航空事业的蓬勃发展，尤其是近几年目睹了中国国产大飞机、航母、新一代战机等重大工程的快速崛起，着实令人振奋，感慨万千。作为一名长期坚守在高等教育一线的航空从业者，同时也是一位航空科学普及的工作者，常年教学和科研中积累了大量宝贵的航空知识和实践经验。近年来，积极投身航空科普公益事业，创建了同济大学微小飞行器实验室，多次组织飞机展，举办过航空公益工坊、航空开放日百余场，赴全国各地航空科普讲座不计其数……自编过《沈教授教你做模型》系列小教程，但始终觉得工作琐碎零散，航空知识科普受益面不够广，推广力度较有限。与此同时，笔者这几年也深深地感受到，目前的大中小学普遍缺少合适的微小飞机、航模实践的系统内容（包括系统的教程和课程），这已经成为制约航空在中小学广泛普及的最大障碍。于是2018年开始集中精力，沉下心来，相继撰写了《微小飞机设计与制作渐进教程》、《沈教授的航模教室》、《沈教授航模工坊》等几本著作。

《微小飞机设计与制作渐进教程》相对专业，旨在为广大中学生、大学生和航模发烧友提供一本微小飞机设计制作的实践教程。该书由浅到深，结合不同微小飞机的设计与制作，不同程度上引入了计算机辅助设计、动力测试、风洞试验、有限元分析、气动模拟等飞机设计的基本思想。《沈教授的航模教室》则完全定位为一本趣味性、知识性、实践性、科学性为一体的初级航空模型的制作实践教程，适合于广大中小学生和初级的航模发烧友，也可作为中小学生的课外航空科学实践课教程。相比于前两本书，《沈教授航模工坊》一书立足于初级航模实践，素材选取方面更注重趣味航空知识、古代航空文化、中国传统艺术和中国传统文化元素，内容涵盖“趣味模型DIY”、“古代飞行器探究”和“风筝设计与制作”等三大板块，非常适于作为中小学生航空科学实践启蒙教育的指导用书。

航空科教，水到渠成

《沈教授航模工坊》起笔于今年年初，尽管如此，该书籍资料的积累最早可追溯到9年前。2010年，笔者来到同济大学航空与力学学院工作，便开始在航空专业学生培养中推行实施“多层次小飞机实践与学生能力渐进式培养”的教学改革，结合学生第二课堂、学科竞赛、学生社团活动、毕业设计等环节，组织学生开展各种形式的小飞机设计制作活动。时间流逝，不知不觉中，自己的该项教学改革坚持了十年。十年里，自己亲自带领学生设计、制作各类无人机、航模、静态模型600余架，创建同济大学微小飞行器实验室。现如今，同济大学微小飞行器实验室形形色色的各类飞机，能飞的、不能飞的琳琅满目，令人目不暇接。而在这些小飞机的实践活动中，积累了非常宝贵的丰富的一手资料。这些素材中偏理论设计的部分被写入笔者的《微小飞行器设计与制作渐进教程》，部分关于航模实践制作的内容纳入《沈教授教的航模教室》，剩余的大多成为《沈教授航模工坊》书籍的“第一部分 趣味模型DIY”。

《沈教授航模工坊》顺利完成的第二个前期工作是近些年来笔者开展的古代飞行器研究。自从2010年开始，笔者便开始系统收集关于古埃及、古玛雅、古中国、古印度 “飞行器”的各种资料，整理各种古代飞行器的相关照片，组织学生们3D打印复制古代“飞行器”模型，编写古代“飞行器”模型手工制作系列教程，开展古飞行器主题科普展与古飞行器工坊系列活动，放飞古玛雅黄金飞机、古希腊蒸汽飞机，翻译、研读古印度圣贤的飞行器手稿，撰写《走进古印度飞行器维曼拿》系列科普文章……所涉及的古飞行器素材集宗教、人文、科技、考古、艺术、神话等要素，有精华，也有糟粕。于是，秉承辩证唯物主义，笔者挑选了印度史诗《罗摩衍那》中的飞行器维曼拿，以及飞鱼飞艇、鸟驱飞车等10余古代飞行器主题，将其背后的故事、技术猜想与相应的模型制作或剪纸创作组织起来，成为《沈教授航模工坊》一书的“第二部分 古飞行器篇”。

除了上述两个事件外，《沈教授航模工坊》的完成还得益于最近从事的一项工作，那就是风筝设计与制作。这些日子，自己投身风筝研究，认真阅读了美国NASA关于风筝设计的理论文献，学会使用了美国NASA开发的KiteModeler风筝设计软件，并设计、制作、试飞了多款风筝。该项工作被录入《沈教授航模工坊》，成为该书的“第三部分 第三部分 风筝篇”。

正是由于前期较充分的资料储备，《沈教授航模工坊》书籍的集中撰写仅用了2个月的时间便完成了。

从静态模型，到古代飞行器，再到风筝设计制作

第一部分为“趣味模型DIY”

该部分主要是静态模型制作，也就是说制作的模型不能飞起来。静态模型是对制作者手工艺和知识面的严格考校，更注重外观的精美，还有些要求尽量还原场景、忠于原款式。静态模型旨在鼓励孩子们动手实践，开拓思维。通过静态模型制作活动可使孩子们在了解航空科学知识，培养实践制作能力和审美能力的同时，激发他们参与科学探究和科技创新的兴趣。

该部分集趣味性、实践性、知识性为一体，精心选取了7个主题，即螺旋桨飞机、双翼飞机、水上飞机、飞鹰、“平衡鸟”、“飞行鸡蛋”和仿飞鱼飞机。每个制作主题中，既安排了相关主题的有趣故事，同时也介绍了相应模型的制作方法。非常适合中小学生科学实践课，也可作为幼儿园小朋友的亲子活动。

第二部分为“古代飞行器篇”。

该部分由第八和第九章组成。第八章一开始，便围绕印度史诗《罗摩衍那》中的古印度飞行器维曼拿，讲述了“罗刹王大战金翅鸟王”的故事，进而讨论了罗刹王的维曼拿战车、六个机场、多机种空军、声控飞行、“隐身”与思维控制、“飞行背包”、维曼拿飞行速度和载客量等技术话题，最后，介绍了罗刹王拉瓦那维曼拿飞行器纸板模型的手工制作过程。

第九章为“古代飞行器与剪纸创作”。该章将古飞行器和中国传统艺术—剪纸结合起来，以古印度石窟飞行器图片为例，首先介绍了如何利用已有照片进行剪纸作品创作的具体方法。然后讲述了飞鱼飞艇、鸟驱飞车、舜的降落伞、“火箭猫”、“战斗鸽”、奇肱飞车、埃尔包尔“古玛雅宇航员”、古埃及地下发射飞船、“玛雅国王开飞船”、女神伊什塔尔、玛雅宇航者与天外来客等古代飞行器故事，并给出了相应的古代飞行剪纸作品。

第三部分是“风筝篇”。

放风筝、做风筝是中国的传统文化。几乎每个人都放过风筝，但如何才能设计并亲手制作出一架非常好飞的风筝，恐怕没有多少人能做到。该部分首先介绍了风筝的构造与几何描述、风筝空气动力学、风筝的受力等理论知识，给出了风筝理论设计的基本思路和步骤。紧接着，以盒子风筝设计为例，讲解了美国航空航天局（NASA）的风筝设计软件KiteModeler的使用方法。最后，一步步详细介绍了盒子风筝的制作过程。

该部分非常适合中学生以及大学低年级同学，也适合于广大的业余风筝爱好者。

以上便是《沈教授的航空工坊》一书的全部内容。

 这是一本怎样的书

《沈教授的航空工坊》是一本初级航模实践书。读者从中可以学会折纸飞机，也可以学会制作各种简易飞机静态模型和风筝。

它是一本趣味十足的书。书中既包含了飞机与水上飞机发明、飞鹰与飞鱼等仿生飞机、世界上最大的水上飞机、美国XF-85“飞行鸡蛋”、双翼飞机等诸多传统航空知识，也纳入了十余个引人入胜的古人类飞行器故事。

它是一本充满知识的书。书中会告诉读者飞鱼为什么能够飞，双翼飞机为何退出历史舞台，平衡鸟为什么不会倒，以及风筝如何才能在空中稳定飞翔。

它是一本深度涉及古航空文化的书，内容古今中外，包括会飞的古巴比伦伊士塔尔女神、古印度史诗《罗摩衍那》与古印度飞行器维曼拿、古玛雅航空壁画、法国古代飞鱼飞艇、古波斯鸟驱飞车、古代火器“火箭猫”与“战斗鸽”、古埃及地下发射飞船、中国《山海经》中的奇肱飞车、舜与降落伞等。

它是一本吸纳了中国传统工艺与传统文化的书，读者不仅能会学到中国民间工艺--剪纸创作，还能会学到如何设计、制作典型的中国传统风筝。

总之，笔者希望它是一本能够影响到孩子们，熏陶他们成为祖国未来优秀飞机设计师、工程师或飞行者的启蒙书。

  沈海军

2019年3月27日

写于同济大学

 附录 

《沈教授航模工坊》

沈海军 著

目  录

第一部分 简易模型DIY篇

第一章 螺旋桨纸飞机制作

一、螺旋桨飞机

二、螺旋桨纸飞机制作

三、几点说明

第二章 双翼飞机及纸板模型制作

一、双翼飞机和单翼飞机

二、双翼飞机纸板模型制作

第三章 水上飞机及纸模型制作

一、水上飞机的发明

二、历史上最大的水上飞机

三、世界上最畅销的水上飞机

四、中国水上大飞机AG600

五、双翼水上飞机纸板模型制作

第四章 飞鹰纸板模型制作

一、鹰与飞机

二、如何折飞鹰纸飞机

三、飞鹰纸板模型制作

第五章 “平衡鸟”制作

一、“平衡鸟”原理

二、“平衡鸟”制作

第六章 飞行的“鸡蛋”

一、XF-85“飞行鸡蛋”

二、“鸡蛋飞机”制作

第七章 仿飞鱼飞机模型制作

一、飞鱼为什能飞

二、仿飞鱼飞机模型制作

第二部分 古代飞行器篇

第八章 走近印度史诗飞行器维曼拿

 一、罗刹王的维曼拿战车

二、古斯里兰卡的六个机场

三、拉瓦那庞大的多机种空军

四、 声控飞行、“隐身”与思维控制

五、古印度维曼拿—“飞行背包”

六、维曼拿的飞行速度和载客量

七、魔头拉瓦那维曼拿手工制作

第九章 古代飞行器与剪纸创作

一、剪纸作品创作方法

二、飞鱼飞艇、鸟驱飞车

三、舜发明降落伞

四、“火箭猫”、“战斗鸽”

五、奇肱飞车及其剪纸

六、埃尔包尔“古玛雅宇航员”

七、古埃及地下发射飞船

八、“玛雅国王开飞船”

九、女神伊什塔尔

十、玛雅宇航者与天外来客

第三部分 风筝篇

第十章 风筝设计与制作

一、风筝构造与几何描述

二、风筝空气动力学

三、风筝的受力

四、风筝的放飞

五、风筝理论设计思路和步骤

六、风筝设计软件KiteModeler

七、KiteModeler风筝设计实例—盒子风筝

八、盒子风筝制作与试飞

附10-1 几种典型风筝的设计方案