科技与人文和谐发展

——同济二附中Fans团队荣获RWDC真实世界设计挑战赛全球赛“最佳创意奖”

【比赛简介】

“Real World Design Challenge (RWDC) 真实世界设计挑战”是起源于美国并面向全球高中生的航空航天设计项目。它为学生们在挑战真实世界工程问题上提供了团队合作的环境。每年的展评活动，学生团队都将需要共同研究，设计一款无人驾驶飞机系统来解决一个主导产业所面临的挑战。学生们将利用专业工程软件来开发解决方案,并生成的一个报告来合理论证其解决方案的价值。（摘自官方比赛手册）

【本届比赛主题】

在模拟城市环境中，自主设计、运用无人机运输系统完成包裹派送，并在保证安全、尽可能短的时间内获得盈利。

2020年4月25日，同济二附中Fans团队在陆元琪老师的带领下，参加了2020年RWDC（Real World Design Challenge）真实世界设计挑战全球赛。全英文答辩过程中，学生们的理工素养得到评委会的一致认可，并凭借独到的无人机设计，荣获全球赛“最佳创意奖”。

自2019年9月组队至今，同济二附中无人机Fans团队已携手走过了206天。同学们在学习之余，利用课余时间对飞行器基础知识、空气动力学、建模软件以及大赛规则进行了系统的学习。工作坊课程结束后，每位成员分别在团队中承担系统工程师、模拟工程师、数学家、商务计算、项目经理等职位，充分发挥自己的特长，将理论运用于实践。每周，组员和领队陆老师都会定期开展课题研究活动，并特邀同济大学航空航天与力学院的李军教授对队员们进行了专业的指导。期间，数学陆晨老师、物理裴春莹老师以及我校STEAM创意空间领衔人赵东光老师在同学们遇到瓶颈时多次予以关键性点拨和技术协助，助力团队迎难而上，不断进取。2019年年底，团队完成了无人机设计与电脑建模、运输系统与航线规划、应急预案以及商务运算，整理50余页的全英语工程笔记。

2020年1月，Fans团队凭借流利的现场答辩，从全国30余支队伍中脱颖而出，荣获中国赛区特等奖，并获得了参加2020年RWDC全球赛的资格。

2020年4月，共有15支中国队伍参加全球赛，Fans团队与来自美国、日本、印度的团队在线上展开竞争。“停课不停学”，疫情期间队员们仍坚持定时召开线上组会，根据国赛经验继续优化方案。为了全面提升英语答辩能力，领队陆老师与英语董亚男老师为队员们开展了多次特训，充分体现了同济二附中“科技与人文和谐发展”的办学理念。

比赛当日，队员们凭借极强的心理素质和“同舟共济、自强不息”的团队精神，在网络不畅的紧急时刻，及时轮替、相互补充发言，获得评委的一致好评。

本次大赛，共有6支中国团队获奖，我校Fans团队凭借“双体氦气飞艇”的独特设计，荣获全球赛“Merit awards（national）Most Creative最佳创意奖”。

比赛虽已落下帷幕，但同二学子将继续奔跑在追逐理工梦想的道路上。“同二学子同舟共济，逐梦理工自强不息”是Fans团队的口号，相信他们会在今后的道路上再创辉煌！

【学生的参赛感悟】

胡宇翔：还记得刚入学时，出于对无人机的兴趣，我加入了Fans团队，但是需要根据真实情境去设计一架有着送货功能的无人机，对我而言则是困难重重。漫长的赛程里，在老师的指导下我们一次又一次地计算飞行路径，一遍又一遍地打磨论文，一轮又一轮地预演答辩……感谢老师们、队友们的一路相伴，付出的汗水都在最终结下了果实，并滋养着我的心灵。我将带上收获，继续前行。

石天乐：无人机系统的设计，这看似离我们很遥远的事，却贯穿了我半年多的学习生活。这次比赛，是向世界展示中国学生的风采，是向学校展示我们自招班的风采，更是在告诉我自己“你可以”。从零起点开始，我在老师的指导下一步步学习，现在的我已经能将自己负责的螺旋桨、发动机的原理、型号选择、机身的外形烂熟与心。感谢这次相遇，这笔知识财富会成为我追逐理工梦想的新起点。

伍可非：Since Oct. 2^nd , when our team was engaged, we started to cooperate for 206 days. We applied the knowledge of all subjects and demonstrated everyone’s strengths in different areas. By using Science, Technology, Engineering and Mathematics, we overcame one obstacle after another. Besides, as this is an international competition, fluent oral English and writing skills are also needed to communicate with the professors and achieve our goal. The experiences of working diligently together towards a common goal are unforgettable memories and will last for our lifetime. 

【论文配图】

图1 学生设计的两款无人机（creo建模）

图2 项目商务细则

图3 同济大学航空航天与力学院李军教授亲临同济二附中指导项目

图4 参赛合影

【论文摘要部分】

Our plan was to use 6 six-propeller UAVs and 3 airships to complete the mission. In all, there are 9 UAVs. Among them, the six-propeller UAVs are responsible for low distance delivery while the airships are responsible for long distance destinations. On another word, our airship can cover the areas listed in the competition demand and ready to serve areas outside by adjusting the tank size as well.

The landmarks used by dual sensors to navigate the UAVs when GPS fails should be placed before the 30 days’ work begins. The working principle of this system will be introduced in detail in the main text. In the system, six-propeller UAVs starting procedure starts with a replace of fully charged battery. After this, it will be pulled out from the hanger, being loaded while performing a safety check before taking off. The design of the six propeller UAVs is similar to common UAVs while the differences will be described in the main text. The airship will be taken off vertically after a crew free the ropes and open the ceiling of the hanger. The airship will keep the altitude of 200 meters in order to avoid collision with the power supply lines. The airship is kept balance by the propellers mounted at the corners.

The six propeller UAVs will lower itself to about 30 cm above the destination before dropping the packages. While the airship will keep its altitude at 200 meters and a mechanical cargo shelf lowered by an electric motor. The impact of wind is also calculated although this is not required in the competition. As far as the wind speed is lower than 7.9m/s, the accuracy of the dropping position could satisfy the requirements.

The UAVs return after a cycle of delivery is completed. The batteries and the tank size are chosen to make sure the 20 minutes of remaining flight time after the work is done.

Arriving at the base, the UAVs will land by itself accurately in the base. They will be treated to get ready for the next mission. Several emergency situations are also included in the design.