我目前还没有能力将它变成现实,
可是我希望在未来的某一天,
我设计的飞行器能飞上蓝天,飞到大家身边。

陆韬宇(13岁)人大附中航天城学校

未来少年 第6期 | 2025年2月28日 北京

大家好,我是陆韬宇,今天我想和大家分享一下我与无人机的故事。

我与飞机的缘起

我来自人大附中航天城学校,一进校门就有一个大大的火箭。

左:人大附中航天城学校
右:欢迎英雄航天员胜利凯旋

我家就住在航天城大院,身边的叔叔阿姨,大多是做航天的,所以我经常在院子里头,看到各种庆祝横幅。右边图片是我拍的,当时大家正在热烈欢迎英雄航天员顺利凯旋。所以,我从小就对蓝天上的科技,充满了好奇。

这些是我拼的一些飞机模型。小时候舅妈送我一架遥控玩具飞机,跟那些模型不一样,是真正能飞起来的,我十分高兴,立即跑去院里试飞,虽然飞机飞得只能比大人高一点点,而且一不小心还容易摔在地上,可我还是很喜欢它。

制作一台属于我的无人机

一周后,在一次事故中,飞机顶部的螺旋桨被撞变形了。当时我觉得,只要桨叶还能转,它就应该能飞起来,可是我尝试了很多次,都没有成功。为了安慰我,爸爸给我画了一张“大饼”,他说等我知道如何做无人机后,他就支持我,做一架我自己的无人机,我只要用压岁钱出一半的费用就行。

▲借阅记录

由于做无人机的诱惑,我去图书馆借了很多书。遇到了看书也弄不懂的问题,我就上网观看相关的视频讲解。经过一个寒假的学习,我觉得我能做一架无人机了。

可是当时答应我的是爸爸,而家里管钱的是妈妈,我算了一下我自己的零花钱,觉得还是不够做一架无人机的。那怎么才能要到赞助呢?

左:固定翼无人机
右:旋翼无人机

我想先做一个方案:首先,得想着做什么样的无人机,目前市面上比较流行的,是固定翼和旋翼两种无人机,而旋翼又分成单旋翼、三旋翼、四旋翼、六旋翼、八旋翼等。

四旋翼无人机需要的一些配件

为了容易实现和省钱,我选择了X型四旋翼无人机,并按照动力系统、电子系统、操作系统,列出了清单,计算了预算,成功说服了妈妈。她不但给我赞助,还帮我在网店上货比三家,购买零件。等零件到齐后,我开始组装无人机。

我面临的第一个挑战是:如何电焊。这是我第一次接触到电烙铁,焊得又大又丑,还容易虚焊。这时我想起,外公是当年厂里的高级技工,于是我远程视频请教他,他说这是因为导线表面和接头有层氧化层,需要进行打磨,果然打磨后,焊得又快又好。

等电焊完成后,我开始组装机架,可是我发现,在机架上固定电机时,电机螺丝死活无法拧紧,急得我满头是汗,我认为是妈妈买错了配件,或者是商家发错了。等我静下心来,用游标卡尺一量,发现是我将电机螺丝和机架螺丝搞混了。有了这次教训,每次我收到零件后,就第一时间把它们分门别类地放置好,并贴好标签。

多功能和开源的自动驾驶系统ArduPilot

无人机的硬件组装完成了,我准备开始飞控调试。飞控是保障无人机平稳飞行的重要部件,是绝对不能出错的,打开飞控软件后,我足足吓了一跳,有几十项参数要调整,我对着电脑调了整整一个星期后,终于调完了。

我的无人机终于组装完成,虽然看着比较简陋,但毕竟是自己的劳动成果,我还是很开心的,迫不及待想要试飞。在公园里进行第一次试飞时,无人机就成功飞离了地面,但不知为什么,每次飞到十厘米高时,它就会“砰”地摔在地上。

经过多次观察,我发现无人机的四只脚居然没有同时离开地面,所以,我推测这是无人机的重心没有在中心导致的。因为在户外没有工具,我只能将电池朝较轻的一侧移动。

经过多次尝试后,我的无人机终于飞起来了。

光玩无人机还不过瘾

可是,我还是发现一个问题,我的操作水平不行,导致在飞行中经常“炸机”,飞不了几次,就得回家修。于是,我又琢磨着怎么提高无人机的操作水平。

这时飞友推荐我用穿越机来练习。穿越机的英语是,First Person View,简称FPV,也就是第一视角的意思。在操作时要戴上头显,化身成无人机,用第一视角来操作。拿到穿越机后,我想我有充足的四旋翼飞行经验,肯定没有问题。

但是当我自信地戴上头显,刚一操作,飞机就炸在了土里。

穿越机模拟器

于是我又决定,先用穿越机模拟器来练习,刚开始,我还很不习惯,动不动就让无人机来了个前空翻。练习一段时间后,我的操作就比较丝滑了,我能够用真正的穿越机进行低空掠地飞行,这算得上是比较难的操作了。

设计混合翼载人飞行器
左:三视图手稿
右:3D构造图

在制作无人机和练习穿越机的过程中,我认识了几位飞友,我们觉得光玩无人机还不过瘾,还可以自己设计无人机。直升机可以垂直起降,固定翼飞机可以高速巡航,于是我们将两者的优点融合一下,为了解决生活中遇到的一些问题,比如堵车,我们设计了这款混合翼载人飞行器。左图是我用手绘的设计草图,右图是队友用软件做出的3D构造图。

混合翼载人飞行器3D动画效果

接着我们完成了3D模型,我们混合翼载人飞行器的动力模块分为8个旋翼电机和2个螺旋桨发动机。8个旋翼电机能够提供飞行器所需的升力,以及俯仰、偏航、滚动所需的力矩,2个螺旋桨发动机则提供飞行器快速前进所需的动力。

3D打印的三维实体模型

接着,我们利用学校的3D打印资源,将混合翼载人飞行器的实体模型打印了出来。在指导老师提供的飞行轨迹模拟器上,我们实现了自动送达、一键返航等功能,也就是说,乘客只需要在人机交互面板上输入目的地,飞行器就可以将其自动送达,并且自己返回机库。

飞行轨迹模拟器

由于这款混合翼载人飞行器涉及了太多我们还没有学习的领域,我们目前还没有能力将它变成现实。可是我希望,在未来有一天,我设计的飞行器能飞上蓝天,甚至飞到大家身边。

谢谢大家!

END

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