没有航空模型，就没有航空发展，无人机和航空模型的异同

《没有航空模型，就没有航空发展》所有现代航空器都是从航空模型进化来的。在人类飞上蓝天的探索实践中，毫无例外都...

《没有航空模型，就没有航空发展》

所有现代航空器都是从航空模型进化来的。在人类飞上蓝天的探索实践中，毫无例外都是先静态模型，后动力模型；先模型/样机，后实物真机。没有模型，就没有航空创造；没有模型，就没有航空发展。

一、关于航空模型的历史回眸

中国是发明和应用航空模型最早的国家。据司马迁《史记》记载，公元前507-444年期间，鲁班（即公输班、公输般、公输子）制成能飞的“木鹊”，并用于观察敌方阵地；关于这段史迹，《墨子》一书中有生动的描述：“公输子削竹木以为鹊，成而飞之，三日不下。”意指借风高飞、久飞。南北朝时范晔（公元420-479年）著《后汉书·张衡传》记载：张衡(公元78-139年)曾作木鸟，有翅，腹内有机关，可飞数里。这些都是了不起的航空模型，它们御风而飞的图景想来是何等美妙。可惜只有文学性描述，而无技术意义上的记录。

古代中国最杰出的航空代表作，当属风筝（鲁班的“木鹊”实为硬体风筝，约在公元前206-公元25年间转用纸张，始称"纸鸢"）、竹蜻蜓（约在公元前500年）、孔明灯（约在公元200-230年间）和火箭（约在公元1000年），在学理上恰对应当今的四类航空器，分别是固定翼飞机、旋翼机、现代火箭和浮空器。以致于美国航空博物馆里有醒目的大字写道：“人类最早的飞行器是中国的风筝和火箭”。六年前，我和同事们编写《新航空概论》时，发现这一有趣但绝非牵强附会的学理关联，一致认为，这四件杰作堪称中华文明奉献给世界的另类“四大发明”。



令人扼腕叹惜的是，在历史的狼烟里，自宋代之后，中国人活跃的创新思维与活动戛然而止，上述精巧绝伦的原创航空模型也被永远定格在技艺层次，而未能提升到科学与理性的高度。同中华文明相对应，以古希腊阿基米德（公元前287~前212）、英国罗吉尔∙培根（1220~1292）和文艺复兴巨匠达∙芬奇（1452~1519）等为代表的西方先哲，在航空领域建树颇丰。遗憾的是他们的成果或被埋没，或被贬斥，或被遗落（达∙芬奇的成果19世纪后期才被发现），对于航空发展的实际影响也很有限。

16世纪末完成的文艺复兴运动使欧洲冲出了中世纪的黑暗，带来了从17世纪开始的欧洲科学革命和呼啸而来的蒸汽时代、电力时代。在这样的时代背景下，航空科学理论和实验获得突破性进步，不仅出现了像瑞士伯努利（1700~1782）和英国乔治∙凯利（1773-1905）这样的科学大师，而且出现了一大批科学实证的实践家、探险家、发明家，在莱特兄弟之前的光荣代表是莫扎伊斯基（俄罗斯1825-1890）、奥托.李林达尔（德国1848-1896）、S.P.兰利（美国1834-1906）和桑托.达蒙（巴西1873-1932）；他们都是先制作航空模型、验证其构思与原理，而后成为航空器的发明与试验大家，做出杰出贡献，甚至奉献出生命。

航空科学巨匠（自左至右：阿基米德、达∙芬奇、丹尼尔∙伯努利、乔治∙凯利）

航空先驱（自左至右：莫扎伊斯基、李林达尔、兰利、杜蒙）

二、动力航空模型飞行成功

1796年，凯利在研究中国竹蜻蜓和科学计算的基础上制作出一架模型直升机。1799年，他设计出几乎具备现代飞机所有主要部件的飞行器草图。困扰凯利的问题是没有合适的动力。直到1848年，凯利已75岁高龄，仍无合适的发动机来证实他的理论和设计。1849年，他造了一架三翼滑翔机，载着一名10岁孩童，进行了人类历史上第一次载人滑翔机系留牵引飞行。

俄罗斯发明家莫扎伊斯基（1825-1890）在俄罗斯有着崇高的地位，前苏联于1963年发行的纪念邮票中称他为世界飞机发明第一人。而且航空界似乎都认可，他在1882年实现了世界首次有科学记载的动力模型飞机飞行。但事实上，这种认定是有偏差的。

莫扎伊斯基从1856年开始研制重于空气的飞行器。他对航空的贡献毋庸置疑。但被广泛认可的1882年7月20日的以蒸汽机为动力的试验机飞行，并未成功，飞机只在地面上跳跃几次，并未飞起，而且失败一直延续到后几年。原因同凯利一样，也是找不到好的动力。因无合适动力而导致失败的悲剧，后来又在美国人兰利的探索中重演。

但可以肯定的是， 莫扎伊斯基的确实现了动力模型首飞，而且比1882年更早。他设计制作了多种缩比的模型飞机，这些模型均具有现代飞机的基本部分，而动力由弹性件（如钟表发条）提供，可使三个螺旋桨旋转。这些模型不但能在地上滑跑，而且还能凌空翱翔。模型飞机的试验证实了他在飞机几何形态、升力特性、螺旋桨拉力和重量等方面所作的计算和推测，并据此开始设计和制造自己的飞机。

有据可查的是，1876年，莫扎伊斯基成功地进行了单翼飞行器模型的稳定性表演，确切的飞机尺寸未见记载，应该还是缩比模型机，但他的简易动力模型飞机确已达到了很高的水准。

还有记载称，1850年法国人彭诺德用橡筋作动力，设计制作了航模，由于橡筋的效能高，马力与重量比大，模型很轻，飞行成功。这比莫扎伊斯基还要早26年。

我在这里引证莫扎伊斯基和彭诺德的业绩，为的是说明动力模型在飞机发展进程中的作用（即使采用如橡筋、发条、弹簧等提供的简易动力），这是必经的阶段。而且，由于其独有的作用和魅力，至今还在现代航模、如自由飞中占据重要地位。

三、从航模到真机、从无人到有人的进化

美国的塞缪尔·皮尔伯恩特·兰利（1834-1906）也是一位伟大的航空先驱，他不仅在飞行理论研究方面多有建树，而且在工程研制中成就卓著。1896年他制作了一个带动力机械的飞机模型，在150米高度留空飞行近3个小时；这是历史上第一次重于空气的有动力飞行器实现稳定持续的飞行，意义重大。

此后，他得到美国政府资助，在成功的模型机基础上，研制一种载人飞机“空中旅行者”。这架飞机采用前后串置的机翼布局，以内燃机为动力，采用弹射方式起飞。遗憾的是1903年10月7日和12月8日的两次试飞均告失败，飞机折尾沉水。虽然未能成功，但却留下了珍贵的数据资料。他的探索实践演绎了从航空模型到真实飞行器、从无人到有人飞行的进化规律。

“空中旅行者”试飞失败后，舆论一片哗然。“纽约时报”刊文予以嘲讽，称“再有一千年，人也飞不起来。”还有人说，上帝要让人飞，为什么不给他翅膀。

然而，仅仅九天后，即当年的12 月17 日，莱特兄弟的有人飞行器“飞行者1 号”成功飞上蓝天，科学先驱们的伟大实践回击了嘲讽者的短视和浅薄。历史不仅记住了有动力载人飞行的首创大家——莱特兄弟，也给了虽败犹荣的兰利以崇高的地位，著名的美国空军兰利实验室、NASA兰利研究中心都以兰利的名字命名，美国的首艘航空母舰也被命名为兰利号。

兰利1896 年试飞的动力模型飞机复制品

兰利的“空中旅行者”试飞失败

莱特兄弟“飞行者”1号试飞成功


时任总统塔夫特嘉奖莱特兄弟



四、航空模型正继续发挥重要作用

在航空探索的早期, 航空模型具有强烈的科学实证性质，至今，也仍是研制各类飞行器的重要手段。

1905年国际航空运动联合会（FAI）成立，在其领导下，航空模型逐渐成为一项有组织的全球性、群众性竞技运动，以致大家淡忘了航空模型本身的技术内涵和丰富的探索史迹。

上世纪末至今，由于无人机、特别是低成本/消费类无人机的横空出世，使中低端无人机和中高档航模的飞行性能接近；航空模型不仅进入寻常百姓的生活，而且回归其科学试验验证的作用。

当今，航空模型的两大使命是：

第一，航空模型是科学试验的有效工具

飞机的研制一般分为论证、设计、工程研制、设计定型和试生产等阶段。传统程序里，在论证和设计阶段需要“吹风模型”用于风洞试验，设计和工程研制阶段需要电子模型和实物样机（或全尺寸，或舱段，或木质，或金属，视需而定），这些都可以称为模型。这些模型，都具有强烈的实证功能。随着电子样机和模拟/仿真手段的应用，对模型的需要在改变。但“吹风模型”和部分功能验证用实物样机，在现阶段仍不可替代；而在原理与布局创新的新飞行器研发中，作为验证用的高端动力模型更为必需。

航空模型用于科学试验的最重要的战场，是验证新飞行原理、新气动布局以及一切需要用飞行来验证的新技术。在我们举办的国际无人飞行器创新大奖赛中出现的优秀作品，特别是创意赛作品，多数属于航空模型，而非无人机。一些作品，使用人工遥控，机上也无载荷，只是为了验证新原理或新布局是否可行。这正是中高档航模和中低端无人机相重合的功能领域。

风洞试验中的吹风模型第二，航空模型是科学普及的最佳载体

航模运动在全世界有众多的爱好者，包括自由飞行、线操纵圆周飞行、无线电遥控飞行、像真模型飞等各类项目的竞技比赛开展得规范而热烈，被认为是一项高雅运动。在中国也有很好的基础，取得很大的成就。这些活动本身对于传播航空知识、扩大航空的社会影响，具有重要作用。而运动背后的航模制作，不管是专业级的，还是面向青少年的业余级，技术含量都不低。

近几年，中国航空学会在全国推进航空特色学校设立，其中一项内容，就是要求航模制作在该校科技实践课程中占有重要地位。把制作航模当成普及航空的载体，寓教于乐，启蒙兴趣，加深认识，传播知识，效果不错。我们应该更多地关注和推动面向学校、面向青少年的航模活动。让更多的青少年热爱和投身航模活动，从这里起步，去领悟航空模型和航空器的丰富内涵，用自己的手和心去触摸和感受飞行的魅力；这既是学习航空知识的生动课堂，更是献身伟大航空事业最初的战场。

在我们身边，有一大批矢志航模、钟情普及、关爱下一代的专家和老师，他们是航空事业默默耕耘的幕后英雄，我们应该向他们表达由衷的尊敬。

无人机创新大赛中的部分作品，实为验证飞行原理的航空模型

南磨房小学校长杨毅（他和同事们在学校设“航空日”，倾力推进航模活动，成绩卓著）


辛勤耕耘的符其卫老师（他把才华和精力全部献给“孩子们的航模”）


群众性的航模竞赛活动

网络游戏中的中国古代“木鸟”

《无人机和航空模型的异同》

2016年4月15日，刘文章先生在微信圈里写道：“现在，无人机赛成风，上上下下，五花八门，是好事；但常有无人机与航模概念混淆，缺乏权威性的规范与宣传”。

刘文章在第四届大赛启动仪式上宣讲赛事规则（马博瑶摄）



的确如此，随着无人机近年来的蓬勃发展，无人机和航空模型的异同成为一个热门话题。现梳理我的认识，写成此文，希望起到抛砖引玉之作用，引发大家的讨论，以形成共识。

一、关于它们的相同点，主要有两点。

首先，两者均“机上无人”，但需人的掌控，不管是预设的或实时的，也不管是视距内或是视距外。航空模型由操纵者机外操作，而无人机定义为“不需要驾驶员登机驾驶的各式自控或遥控飞行器”。

其次，作为科学验证用的航空模型和无人机是相通的。航空模型最早是静态的，以致在如今的飞行器研制程序中，还有两类重要的静态模型仍在继续发挥作用（“样机模型”和“吹风模型”）。而随着航空科技发展的需求，作为验证机的动力航空模型越来越重要，航空模型和无人机之间原本就有的天然密切关联，被重新认识，并正大大加强。我曾就此说过一句话，叫做“同源殊途，殊途同归”。

二、它们的不同也来自两个方面，功能和性能。

首先是功能不同。航空模型除早期的试验验证作用外，逐步转向主要供运动用的不载人小型航空器，即特定的、狭义的航空模型。至1905年国际航空运动联合会（FAI）成立后，航空模型逐渐成为一项有组织的、全球性、群众性竞技运动，以致淡忘了航空模型本身的技术内涵和丰富的探索史迹。FAI管辖的航空活动包括特技飞行、模型飞机、航天记录、通用航空、滑翔机、悬挂式滑翔和飞行伞等。就航模而言，有各种分类，如模型直升机、自由飞模型、线操纵模型等，并在继续变化和丰富中。但其基本功能，主要是完成各种竞技性或表演性任务。通过这种活动，去实现社会价值和倡导科学精神。

而无人机的功能则有明确的个性化要求，由机上任务载荷（又称有效载荷）来体现完成使命任务的能力。无人机的英文名Unmanned Aerial Vehicle，即“无人飞行载具”，可以理解为搭载载荷的平台与载荷的组合体。如侦察型无人机就是在具有一定飞行能力的平台上安装侦察设备和传输设备来完成任务；攻击型无人机则是通过武器或战斗执行部件完成攻击任务。即使是科学验证用无人机，为了获取飞行数据，也要安装必要的感知、测量和数据传输设备，以实现特定功能。所以也可以说，无人机是通过机上有效载荷来体现不同功能的系统。无人机区别于航模，就在于自身的任务载荷；一般来说，除保障飞行的控制系统外，只有机上载有相应任务载荷，才可以称为现代意义上的无人机。

具有拍摄功能的四旋翼无人机（如无载荷，可认为是四旋翼航模）

有人曾和我讨论，靶机可以没有载荷，为何也称为无人机。我认为，即使不装载附加载荷，靶机也可视为有载荷。这是因为，靶机主要供鉴定武器的性能时使用，诱导被试对象跟踪、接近或毁伤自身。作为一种靶标，需要尽可能真实地模拟敌方飞机性能，所模拟的特性（不管是可见光、红外、雷达或其它）就可以看作载荷。而且，除自身设计按模拟对象的特征相匹配以外，还常常需要携带附加载荷，以增强特征。例如，为了模拟大型飞机对地面雷达或导弹引信的有效反射面积，机上往往装有角反射器、龙伯透镜或有源回波增强器。为了模拟喷气发动机尾焰的红外辐射，机上常安装曳光弹等红外辐射器。有时还采用各种电子、声学、光学干扰设备，甚至释放假目标，用以模拟目标飞机的干扰。在非直接击毁的重复使用靶机里，还往往携带各种指示与测量设备。凡此种种，不一而足，其任务属性和载荷特性实际上非常之强。

二战期间，美国军方从模型制造商雷吉纳· 丹尼手中采购了15000 多架遥控模型飞机，将其改装为无人靶机。

而说到目标特性（或称目标特征），其通俗的解释就是，任何物体都有表明其存在的特征，不管人的感官能否察觉，如几何形状、红外辐射（高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可产生）、雷达回波等。于是，发现或提取目标特征，就有了各种手段；而减缩目标特征，俗称“隐身”，就派生出可见光隐身、红外隐身和雷达隐身等不同的概念与技术。


其次是性能不同，主要是控制方式和控制系统的不同。

无人机通过机上飞控系统，控制自身的姿态和机动；一般可以做到远距控制，无人机的另一英文名RPA——Remote Pilot Aircraft就是这一含义。可以事先设定程序，也可以通过数据链将地面控制参数与无人机进行交互，以实现自动运行。随着感知和决策的实时化和智能化，还能实现有条件的以致完全的自主控制，即完全不需人的干预。有时机上飞控系统也被认为是一类载荷，但它区别于任务载荷，是解决无人机自身的操控问题，而非完成特定的任务。有些无人机也把飞控与部分任务载荷综合在一起。

而航空模型的控制是通过人的直接控制或无线电远距遥控（多数在视距内）实现机动和姿态调整，机上一般没有自动飞行控制系统。高端航空模型通过采用FPV（第一视角）技术已可实现视距外操纵，但距离多在几千米范围。

形象地说，无人机是带着大脑飞行，这副头脑可以极为聪明，也可以不那么高明；而航模的大脑始终是在地面，是在操纵人员的脖子上。

随着航模操纵性能的持续提升和控制部件的低成本化，单就操纵性而言，高端航模与中低档无人机在这方面的区别在缩小，有时甚至会反之。

简言之：

无人机和航模的相同在于：机上无人操纵，验证功能相通；

无人机和航模的相异在于：任务载荷有别，控制手段不同。

这样解释，是否可以，请朋友们讨论和评判。

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