或許有些看過『造飛機』系列本子的朋友們,對於下面這段內容還有印象吧?

這個比賽指的,其實就是一年一度的全國飛機設計競賽。
或許大部份的朋友對這項比賽非常陌生,
其實這個比賽由來已久,
為了順便喚起我腦內久遠的回憶,就請先聽我落落長的娓娓道來吧.......


飛機設計競賽緣起

早在1990年代(詳不可考?)即由AASRC(中華民國航空太空學會,簡稱航太學會)主導大專學生飛機設計競賽,
由各大專院校航太系所輪流舉辦。
最早只是由學生進行紙上設計、從概念設計到分析與圖紙等成果,以專案報告的方式進行評選競賽,
在當時飛機國造的前景看好下,
學生們紛紛以本土需求為前提進行飛機設計。

到了1999年,在淡江大學馬德明老師的建議下,
增加了實際飛行測試的科目,也就是說學生不但要依據需求設計飛機,
還進而要將圖紙上的飛機實際製造出來,
以飛行競賽的方式獲得額外的成績。

最早的比賽規則很簡單:
限制使用60級航模引擎(約10cc),並限制翼展不超過2米,
在上以設計特色、載重性能以及功能酬載特色做為評分標準,
當時的參賽隊伍也很單純,
國內公私立大專院校及軍校、技術學院加起來頂多約10隊左右的規模。

2000年由淡江大學主辦該比賽,採用60級引擎,翼展限制2.1米,起飛距離60m,
並限制不得用額外加強馬力的配備(例如加速管,因為有學校使用....),
規定了一個250x150x120mm的酬載空間與最低酬載3kg。
主辦單位準備一公定酬載箱,每次起飛前均用電子秤量出淨載重量(酬載空間內加載的重量),
成就了第一次『載重PK賽』,也是較量化的一種飛行性能比較。
2000/12/9於彰化某地進行飛行比賽,12/16於淡江大學進行簡報評審。
該年度淡江大學的ASTA採用模組化設計、有縫式Fowler Flap、雙尾管式結構等在比賽中首見的設計拿下冠軍。
2002年起,尾管式結構的優點也漸漸被各校參與隊伍採納。

2001年比賽改由虎尾科大主辦,2002年由空軍官校(或航空技校?待考察)主辦,
比賽評分加入了『最佳簡報獎』、『最佳飛行獎』,並評選出一個總評分 頒佈最後名次,也算是現行比賽評分機制的基礎。
由於2001年比賽場地略小,且有電線桿等障礙物較有爭議,2002年飛行場地由空軍官校提供空軍飛行跑 道,
各校並在機棚內準備!空軍官校也順利以各方面均衡的表現拿下該年冠軍,可見比賽仍是有所謂的主場優勢(三年內兩個主辦學校奪冠)?

2002年起各校陸續加入空拍功能,簡報時已有飛行完的影像可參考,在當時CCD、低價數位相機尚不發達的年代,也算是比賽終於邁向基礎機載系統的一個小小進步。

2005年度的比賽修改部份規則:使用引擎從60級提升為90級(約15cc),翼展限制取消(只有該年)
各團隊的飛機像是演化大爆炸一般的多樣性發展:
開始有參賽團隊進行航電系統整合嘗試、有團隊研究新的投放裝置、
亦有團隊以載重為取向設計了三疊翼一般的飛機。

而同樣在2005年這一年,國內民間第一次出現了『真正的UAV』,
成大航太與元智機械於國科會計劃下進行的UAV研究於是年開花結果,
元智機械系使用遙控練習機改裝的UAV於7/30成功從東港跨海飛至小琉球並安全回航,
成為全國第一架自動導航跨海飛行的國產UAV。
成大亦緊追在後,自此各校的UAV研究也開始如火如荼般的加速進行。
國內也開始有專門研發UAV產品的公司成立。

2007年比賽由成大賴維祥老師接手主辦,
開始擴大舉行並且固定於屏東里港進行(過去每年都在各校挑選的場地進行)
原本的規則直接引用過來成為比賽中的『進階設計組』:限用90級引擎、限制翼展、除了載重外並增加油耗做為評分標準
考量到90級引擎以及機體材料費對於參賽團隊來說負擔不小,
而為了鼓勵更多新團隊參加比賽,另外設立了以較便宜的60級引擎及較低技術限制門檻的『初階載重組』,
另外對應更多學校投入航電系統的研究,也另闢『視距外飛行組』供自動導航系統在比賽中發揮的空間。
沒多久亦因應MAV(Micro Aerial Vehicle - 微飛行器)的興起,加開『拍翅翼飛行組』項目。

到了今(2013)年,
該比賽已經擴展成為7個項目,90多支隊伍參與的大型比賽,
在屏東里港總長1.3公里的跑道舉行飛行科目比賽之外,
另外於台南成大及宜蘭大學同時進行設計報告以及拍翅翼項目的比賽。
並吸引了新加坡、香港及大陸等海外團隊前來參加,
同時並舉辦小型的UAV科技論壇,讓產官學界能彼此交換意見、成果與心得,
是一窺國內UAV發展現狀的大好機會。

當然,身為『同人社團UAV實驗室』的我們也是曾經是比賽中的一份子,
這麼重要的活動一定是要去朝聖(?)的了 XD


......結果第一天就因為工作的關係,近中午才離開台北,
全力殺到第一現場的台南成大時已經是下午,早上開始的各家展示攤到現在也開始要撤收了 Orz

↓2009年成立的雷隼科技目前是經緯衛星底下的UAV部門,近年開始在國內UAV市場上嶄露頭角
  ......結果收光光,人都跑去參加論壇了,只好拿舊照片頂 Orz

↓遊艇製造業起家的擎洋科技,因其成熟的複材加工技術常成為各相關UAV研發團隊的製造夥伴,此次展出的聽說是高速實驗用機體。

一樣是擎洋的飛機,提供給UAV操作員做飛行訓練用的小尺寸UAV練習機。

↓現場還有2007年成立的碳基科技,由於技術實力及資本雄厚,
  一出手即打出成熟度很高的UAV產品,應該是目前國內最大的UAV公司....
  是說我顧著跟他們聊天也忘記拍照了.....只好拿以前航太展的照片來應景一下了.......Orz

↓亞拓家電,大家應該對它的印象還停留在過去家電時代吧?嚴格來說他們的主力產品是遙控直昇機及飛機跟零組件,舉凡伺服機,陀螺儀或是無刷馬達跟鋰電池等等,
而且在東勢建立了自己的遙控飛行場 (2006年UAV比賽亦在該場地進行),
最近則推出了航拍專用直昇機,附有GPS並具備簡單的點對點自動飛行功能 (即在空中打好 A/B 兩點並在之間自動巡航)

 

↓歷史悠久的成大RPV實驗室,許多UAV界的中堅份子都是出自這邊,此次展出的黑面琵鷺是當年跨海飛澎湖創舉的機體,
  旁邊的小架手擲UAV則是自動編隊飛行用的實驗機,兩款都是委託外面工作室小量生產的成熟載具。

↓裝在黑面琵鷺右翼的空速管(皮氏管),同時付有實驗機特有的攻角及側滑角量測器,是向美國專門生產軍用實驗空速管的廠商購買的,價格聽說很恐怖......

 

↓成大航太系館的會場入口,進去就能看到科技論壇的接待櫃台

這時已經下午三點半了....因為外面還沒全部看完,所以進去拿了簡報資料紀念品後就出來繼續晃外面.....
倒是從航太小組的報告中可以一窺現在國內UAV相關產業的現況......
.....不少公司現在好像還很缺人的樣子 o_O

由於賽程緊湊的關係,第二天要飛行的『進階設計組』是在第一天下午4點開始進行地面審查作業,
於是各隊在場外將自家的參賽機都組裝起來,讓裁判進行審查。

審查的重點包括飛機的引擎及翅膀尺寸是否符合比賽規定,
飛機整體製作品質是否符合安全等等。

學弟們的飛機,最靠近底下的是去年飛行過的太陽能飛機,不過只是純展示用,並沒參加第二日的飛行比賽。

因為跟人有約要搭學長的便車去屏東,所以沒待審查看完就先離開了 Orz

然後就是第二天的重頭戲了~


 

第二天早上吃過早餐,與業界的友人們一同到比賽現場....因為跑道管制的關係只能將車停在橋下用走的進去,

分成四段,全長1.3公里的跑道有種一望無際的fu......走到都快中暑了 Orz

沿著跑道一字排開的攤位就是各個參賽隊伍的整備區,有點像是賽車場旁PIT的感覺 XD
用椅子撐起來的安全網是防止比賽中有人闖入跑道的設計。

走到中間大會司令台時剛好是開幕式的最中,
同學們辛苦了.....(拍肩)

黃衣的是香港參賽隊伍的帶隊老師,他們參加視距外組也有不錯的成績。

再走過漫長的PIT初階組.....聽說我前往的目標是為於跑道最末端,被隔離在邊疆的視距外飛行組跑道....就是1.3公里遠....(倒地)

終於走到了,

視距外組最容易辨認的特徵就是地面站延伸出來的天線,
天線是UAV的生命線,需要盡可能遠離各種干擾源,
是說現的學校團隊都好有錢....幾千塊的天線用起來毫不手軟.... (望著當年只能用發射機內建小天線的小鷫 Orz)

 

近3年來的常勝軍,新加坡南洋理工,雖然飛機是使用市售改裝,
但從海報的設計就能看出他們投注的心力.....(抖)

地面站天線也經過設計,地面站會依照自己以及飛機的GPS座標,控制指向性天線轉向飛機的方位,
這樣可以大大增加無線電的工作距離,因此在4公里以外的任務區,UAV仍然可以即時將所有資訊傳回地面。

飛機與地面站,使用APM (Ardu Pilot/Plane Mega)的全套軟硬體系統(包括UAV航電系統、飛控軟體及地面站軟體整體解決方案),
本次比賽所有視距外組的參賽隊伍都採用APM的市售品。
以前那種各隊自行開發的航電系統幾乎已經看不到了.....Orz

他們最特別的地方,是使用一台三星手機做為拍攝酬載,掛架會隨著飛機的滾轉修正手機的角度,以使飛機在繞著目標區盤旋時,鏡頭能一直對著目標物拍攝,
同時機上裝有一台Wifi轉換模組,將手機的wifi信號轉成無線電送到地面站,也就是地面能以控制wifi device的方式遙控手機,
可以利用無線電傳回手機拍的高畫質照片,這背後需要的通信專業技能真的不是我們航空系學生能掌握的.....(驚恐)

香港理工大學的參賽機,看起來像是市售品改裝,後來才知道是他們經過自己設計,
然後丟給大陸的航模廠量產,聽說在他們來比賽的同時,該機型已經成為航模在內地市場販賣了,
好恐怖的生產力....(嚇哭)

往年除了定翼機之外,通常是直昇機參加視距外比賽,
不過今年是第一次看到多旋翼投入比賽,
因為APM對於旋翼機也有許多支援,使得旋翼機入門門檻亦直線下降,
虎尾、空軍航技及高苑都推出了旋翼機隊伍參賽。
可惜大部份因為參賽團隊對於APM系統的了解及認識不足,加上飛行測試不夠,
沒有一架飛完,加上當天炎熱而在河床上出現龍捲風,
有兩架都剛好碰上,加上自動控制安全裕度設定不足就GG了......

 

『視距外飛行組』的比賽目標,是在主辦單位畫定的兩個任務區
(各相距兩公里,最遠達四公里)中找到特定目標,拍照回傳並辨認出目標物及標定座標。
依規定,每一隊在正式進行比賽飛行以前都先需要在本場上空進行一次試飛,
由裁判認定系統工作正常無虞,才能繼續進行正式的比賽飛行。

首先就是新加坡南洋理工上場試飛,與以前的小鷫一樣,起降通常還是以手動遙控方式進行,
上去後再切換入自動導航模式。所以飛機上去之後一下子就頭也不回的消失在遠方了....

由於比賽時除了裁判及比賽隊伍以外都無法靠近地面站,因此看不到資料回傳的狀態,
因此就跑去看其他組別的比賽了。
在那之前剛好碳基的UAV在進行展示飛行,他們的飛機是以橡皮彈力繩彈出去的,全程自動控制,
降落時則在靠近回收點開傘落地,算是非常簡單易用,讓素人也能快速上手的設計。
當然一套完整的航拍用UAV系統要價100萬,也不是素人玩得起的就是Orz

基地車上的自動追縱指向性天線,跟上面提到新加坡團隊使用的原理是一樣的,
在業界這樣子的功能已經是標準配備了。

車後面設置的大螢幕,資料是從前面的地面站主機傳過來的,真正的操作者其實在前面控制地面站,
只是為了展示才準備這樣一個大螢幕的樣子?

雖然碳基的UAV是全自動設計,不過也可以接手由人進行手動飛行,
這次為了在司令台前準確落地,因此特別以手動飛近一點再開傘降落。
是說那個控制器好眼熟啊 XD

最後來到了『進階設計組』的區域了,
飛機設計比賽的核心區域就在這裡,各參賽團隊無不使用自身所學,以自己的設計盡可能壓榨出引擎的任何一分動力。

當然許多設計可能還沒經過時間的考驗,或是學生的飛機製作品質其實不好掌握,
有的飛機上去後往往因為舵面效果不佳、空氣動力安定性不足或是結構變形失效等因素摔飛機,
比賽中掉飛機的事其實已經是家常便飯了,此時大會準備的沙灘車救援部隊就開下去撿飛機了 XD

 

回到學弟妹們的整備區,
他們的參賽機正在進行出賽前的最後檢測,
與往年不同的是,今年學弟妹們的飛機也裝上了APM,雖然不做自動導航飛行,
不過用來接收飛機的飛行資訊,用這些數據來比對是否有達到當初的設計指標。

 


今年『進階設計組』在飛行項目的評分方式,是採用限時積分的方式舉辦,
每一隊從第一次起飛開始起算一共有40分鐘的操作時間,在這段期間內不限次數飛行,
只是每架次飛行必須滿足載重至少7kg、至少完成兩次五邊飛行以及至少飛行2分鐘之最低條件,
最後將每次飛行的載重量加總做為第一筆成績,然後在40分鐘的飛行期間結束後,統計所有飛行的油耗量,
以剩餘油料做為第二筆成績,以此做為飛行性能的評分。
因此參賽隊伍策略可包括以小重量多架次,或是大重量少架次做為得分手段,
至於油耗部份,一方面是先天設計的成效,另一方面則有賴遙控飛行員盡可能將飛機維持在最佳省油速度上。

像現在,在學弟妹們準備的同時,他們的前一棒,成大的飛機正在跑道上進行頻繁的比賽飛行。
落地後加油整補,隨即再加速升空,大家都用最快的速度進行這些動作,的確有賽車比賽時車子進PIT後再出發感覺呢。


 輪到學弟妹們的飛機出征了,翼展近3米的飛機在狹窄的連絡道上搬動時四周都要有人幫忙注意才不會撞到附近障礙物而損傷飛機。

在準備點做起飛前最後準備,遠方成大的飛機則剛完成最後一趟飛行,在進行抽油作業確認飛行中消耗的燃油以為評分標準。

上了賽道,起飛前的最後調整....

結果因為重心配置的問題飛機沒有順利起飛,在衝撞跑道末端的安全圍離後受損棄權了....
跟隔壁攤的北京航太大學相同命運 Orz
雖然殘念,不過希望大家能上到寶貴的一課,明年再加油吧....Orz

到比賽結束的這幾小時中,大家就看著其他家的飛機上上下下的,
就在這區剛完成最後一架次降落後沒多久,
居然在攤位上捲起龍捲風了!!!!!!!

生平第一次站在龍捲風中(?)
在捲起的當下呆住了沒拍照,等想起的時候龍捲風已經跑道河床上了.....
從被翻過去的棚子就能知道風勢有多大 XDDD

逃竄(?)到河床上的龍捲風....因為當天炎熱的天氣其實還發生過滿多次的....只是第一次看到捲上來就是 XD

因為所以,第二天的賽程就到這邊結束了。


第三天是初階、電動組的比賽以及視距外組於成大進行報告評分,
我因為交通的考量在第二天就搭學弟妹包的遊覽車一起回台北,所以沒留下來參加到最後。
不過也算是把今年比賽的重頭戲看得差不多了 XD

其實針對視距外組、也就是真正的UAV組,還有滿多感觸了,
因為APM的盛行,現在100%的團隊都以APM做為UAV系統的核心,
少了過去那種多樣系統、百家爭鳴的感覺了,
當然也因為當年開發成功系統的團隊大都出來開公司了 XD

但是隨著APM讓大不用再花時間於飛機的自動導航控制上,各參賽團隊開始將研發能量投注在應用程式的開發上,
雖然有著更多的機能,不過做為『UAV比賽』核心的飛機機體幾乎比較沒人在飛行力學上下更多工夫,
比如飛機動態分析、運動線性化分析、穩定及控制器設計這些航太系的拿手絕活幾乎沒看到了....Orz
大家都是把飛機先用基本的控制設定,丟上去後一邊飛一邊try控制設定,飛到穩了就存起來一直用....
或許過不久這個組別會變成IT相關科系的天下吧.....Orz

不過就算這樣,能夠一次看到那麼多不同飛機、設計理念跟新的系統應用及概念,
也算是來看比賽最大的收獲了吧。
以上不負責任到此一遊  XDDD

 

創作者介紹

同人社團UAV實驗室

magana 發表在 痞客邦 PIXNET 留言(5) 人氣()


留言列表 (5)

發表留言
  • 郭上豪
  • 學長你好,我是虎尾的學弟,看到學長的述說比賽歷史還真讓我充滿感嘆(苦笑)
    其實近年這比賽品質也越來越有下滑的趨勢....

    對於視距外的APM問題,我想這也是必然的趨勢
    只是不禁要問之後航太在這方面的應用還真是越來越少....(因為這根本是IT產業)
  • 說品質下滑其實也不算,能夠達成任務的門檻降低了確實是提升整體技術沒錯了,只是把能量拿去用在影像處理之類其他後端IT應用上了,不過這畢竟是整合科技,我們也不排斥各種專長的人加入,應該說更歡迎這些其他專業的人來投入,而航太專業的人就要解決IT不懂的東西比如控制率設計或導航導引邏輯這類只有航空人才懂的東西啊。
    所以整體來說雖然感嘆APM清一色,不過其實更期待在APM解決了大部份IO問題之後,航太的同學們能否在這個基礎上更進一步改進飛控或飛機設計 XDD

    magana 於 2013/03/21 22:10 回覆

  • 65535
  • 其實..放在前面的是敝公司的小灰啦..因為主辦單位說要開幕儀式了..前面空空的不好看...
  • 咦?所以是李大哥你們的飛機????(還想說小白他們又開發了我不認識的新機型這樣orz

    magana 於 2013/03/22 10:49 回覆

  • 路人甲
  • "此次展出的黑面琵鷺是當年跨海飛澎湖創舉的同型機..." 更正: 不是同型機,就是那一台~~ ^_^
  • 原來!!!!因為印象中做了不只一架?(而且以前學長請我做xplane模型時是黃色塗裝XD)

    magana 於 2013/03/22 11:15 回覆

  • 路人甲
  • 大台的(飛澎湖用)做了兩台,小台的做了兩台,黃色的是第一台原型機,為飛澎湖密集飛測而壯烈犧牲了~~ XD
  • 原來如此...(合掌

    magana 於 2013/03/22 11:28 回覆

  • Charlie Tsai
  • 2000年由淡江大學主辦該比賽,採用60級引擎,翼展限制2.1米,起飛距離60m,並限制不得用額外加強馬力的配備(例如加速管,但有某國立學校很愛用....),規定了一個250x150x120mm的酬載空間與最低酬載3kg。
    主辦單位準備一公定酬載箱,每次起飛前均用電子秤量出淨載重量(酬載空間內加載的重量),成就了第一次『載重PK賽』,也是較量化的一種飛行性能比較。2000/12/9於彰化某地進行飛行比賽,12/16於淡江大學進行簡報評審。該年度淡江大學的ASTA採用模組化設計、有縫式Fowler Flap、雙尾管式結構等在比賽中首見的設計拿下冠軍。2002年起,尾管式結構的優點也漸漸被各校參與隊伍採納。

    2001年比賽改由虎尾科大主辦,2002年由空軍官校(或航空技校?待考察)主辦,比賽評分加入了『最佳簡報獎』、『最佳飛行獎』,並評選出一個總評分頒佈最後名次,也算是現行比賽評分機制的基礎。由於2001年比賽場地略小,且有電線桿等障礙物較有爭議,2002年飛行場地由空軍官校提供空軍飛行跑道,各校並在機棚內準備!空軍官校也順利以各方面均衡的表現拿下該年冠軍,可見比賽仍是有所謂的主場優勢(三年內兩個主辦學校奪冠)?
    2002年起各校陸續加入空拍功能,簡報時已有飛行完的影像可參考,在當時CCD、低價數位相機尚不發達的年代,也算是比賽終於邁向基礎機載系統的一個小小進步。
  • 謝謝學長補充!!!! 果然是一堆歷史啊 XDDD

    magana 於 2013/03/22 19:28 回覆

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