馬云飛

沖碧空，轉(zhuǎn)云端，墜瞬間，這不是戰(zhàn)斗機(jī)訓(xùn)練，而是客機(jī)飛行，不是發(fā)生故障失控，而是一門飛行體驗(yàn)課程。

上天實(shí)戰(zhàn)

寒冬，劍河河畔白露為霜。米迦勒學(xué)期末（Michaelmas Term， 10月-12月） ，航空專業(yè)四年級(jí)的“學(xué)霸們”不但要應(yīng)付一大堆書面作業(yè)，還要接受飛行控制課的實(shí)戰(zhàn)考驗(yàn)。

上午飛行時(shí)演示俯仰“脈沖”動(dòng)作時(shí)的飛行記錄，機(jī)艙內(nèi)屏幕上顯示的高度、速度表盤和仰角輸入響應(yīng)曲線。

“飛機(jī)穩(wěn)定性與控制”，是航空專業(yè)本科必修課之一，理論和實(shí)踐結(jié)合非常緊密：基礎(chǔ)理論分兩學(xué)期講授飛行器穩(wěn)定性和控制方法;現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐課則承上啟下，于理論課之間開展，通過體驗(yàn)飛機(jī)各種飛行狀態(tài)，以及觀察機(jī)長(zhǎng)駕駛操控，來了解穩(wěn)定性的本質(zhì)與飛行控制方法。這里所述的飛行穩(wěn)定性，主要包括縱/橫向靜/動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性、操縱穩(wěn)定性和失速保護(hù)，而且各種飛行狀態(tài)：從靜動(dòng)態(tài)平衡到各方向無死角旋轉(zhuǎn)，從拉升爬行到大仰角瞬間失速，無所不包。盡管之前我們先修了這些基本理論，但“紙上學(xué)來終覺淺”，書本理論和親身體驗(yàn)畢竟差距太大，而且一些實(shí)施細(xì)節(jié)難以了解，比如乘客的座位安排、出現(xiàn)失速后如何應(yīng)對(duì)。這些不僅要求飛行員將基本理論爛熟于心，更需要的是過硬的心理素質(zhì)和嫻熟的操縱技能。

飛行初體驗(yàn)

這次現(xiàn)場(chǎng)課共有16名學(xué)生，我作為博士生也參與其中。清晨，我們搭乘大巴從劍橋工程系出發(fā)，前往位于克蘭菲爾德（Cranfield）小鎮(zhèn)的英國(guó)國(guó)家飛行訓(xùn)練中心?！翱颂m菲爾德”中的“克蘭”（crane）即“鶴”，“菲爾德”（field）即為曠野，野鶴們的棲居地自然視野開闊便于飛行。也許正因如此，小鎮(zhèn)才被發(fā)展為航空基地，并在二戰(zhàn)期間成為英國(guó)空軍的軍用機(jī)場(chǎng)。

驅(qū)車一小時(shí)，抵達(dá)僻靜的克蘭菲爾德小鎮(zhèn)。下車后，長(zhǎng)期受航空航天文化氛圍熏陶的我便生出一種親切感，機(jī)場(chǎng)里，各式小型飛機(jī)若隱若現(xiàn)地“匍匐”在黃綠色相間的曠野中，天際線處，幾架飛機(jī)或降落、或盤旋，為靜謐小鎮(zhèn)增添了一絲動(dòng)感。迎接我們的恰好也是位劍橋大學(xué)工程系畢業(yè)的校友穆達(dá)瑟（Mudassir），印裔英國(guó)人，博士畢業(yè)大概有三五年。這位老“三一”（即著名的三一學(xué)院）在此從事飛行控制研究工作，他同時(shí)也是位業(yè)余飛行愛好者，平時(shí)會(huì)搞些飛行培訓(xùn)活動(dòng)。老穆用一小時(shí)向我們介紹了這次飛行體驗(yàn)的重點(diǎn)動(dòng)作和關(guān)鍵數(shù)據(jù)，同時(shí)還“旁敲側(cè)擊”地檢驗(yàn)了我們掌握的飛行控制知識(shí)是否達(dá)到了“劍橋標(biāo)準(zhǔn)”。這些內(nèi)容中，我對(duì)于“失速”（stall）、“螺旋俯沖”（spiral dive）興趣十足，畢竟研究過一些發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)失速問題，也對(duì)飛機(jī)機(jī)翼“動(dòng)態(tài)失速”略知一二。雖然“失速”一詞對(duì)我來說早已見怪不怪，但事后體驗(yàn)仍是超乎想象。

理論課結(jié)束后準(zhǔn)備登機(jī)。機(jī)坪上，一架嶄新的捷流（Jetstream ）-31飛機(jī)引人注目。盡管該機(jī)已經(jīng)服役近30年，但依然閃亮如新。艙內(nèi)6排18座。登機(jī)前，老穆已然安排好了每個(gè)人的座次，我這才想起來，在理論課最后，一張個(gè)人信息統(tǒng)計(jì)表的奧秘所在：每人身高體重早已登記在案，前后左右早有定數(shù)，我坐在第一排，緊鄰右側(cè)舷窗。

谷歌地球顯示的當(dāng)日下午飛行軌跡，兩次陡升陡降清晰可見，第二次陡降高度8 000英尺 （約2 400米）。

上午的體驗(yàn)項(xiàng)目有3項(xiàng)：縱向靜穩(wěn)定性、操控穩(wěn)定性以及失速。飛行時(shí)需要監(jiān)控重要表盤，并通過一些動(dòng)態(tài)曲線來了解自動(dòng)控制過程的反饋延遲性、調(diào)節(jié)程度。飛機(jī)上天，首先得滿足靜態(tài)平衡。這一項(xiàng)中，我們需要記錄升降舵偏轉(zhuǎn)角、氣流速度、升力的變化情況，由此來驗(yàn)證是否滿足靜態(tài)平衡方程：飛機(jī)的升力主要由機(jī)翼和升降舵提供，這兩個(gè)力相對(duì)重心所產(chǎn)生的扭矩，必須大小相等方向相反才能保持平衡。根據(jù)這一原理，飛行員可控制升降舵迎角方向來調(diào)整機(jī)身的傾斜程度。此外，飛行當(dāng)然不只有“和風(fēng)細(xì)雨”的平飛，在做俯仰、扭轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)也需滿足“操縱平衡”。比起靜態(tài)過程，操縱過程中又加了一項(xiàng)“操縱力”。此時(shí)機(jī)長(zhǎng)猛拉操縱桿做縱向俯沖-爬升運(yùn)動(dòng)，我們則記錄飛機(jī)在弧線的法向加速度（可由機(jī)身仰角變化率得到），對(duì)應(yīng)可得到“操縱力”，加上機(jī)翼和升降舵的升力，可驗(yàn)證這3種力矩是否平衡。此次測(cè)試中，包括我在內(nèi)的第一排乘客還被調(diào)至最后一排，以此改變飛機(jī)重心，從而通過兩個(gè)操縱平衡方程求得操縱點(diǎn)（Manoeuvre Point）。這兩個(gè)過程機(jī)長(zhǎng)都還算心慈手軟，法向加速度最大也不過五分之一重力加速度?；蛟S機(jī)長(zhǎng)猜透了我們的心理，覺著30°左右的俯仰還不過癮。接下來的幾個(gè)動(dòng)作揭開了驚悚旅程的序幕。

零重力的恐懼感

瞬間刺激開始了。首先是0.2秒內(nèi)的一個(gè)脈沖機(jī)動(dòng)，仰角突然猛增10°再?gòu)?fù)原，艙內(nèi)一片“嚎叫”，此時(shí)我的大腦猛然充血抬不起頭，但還能堅(jiān)持觀察飛機(jī)對(duì)這一擾動(dòng)的抵抗能力，以及對(duì)應(yīng)的輸入-響應(yīng)曲線。機(jī)身還算靈敏，盡管有延遲，還是在2秒內(nèi)恢復(fù)過來。這一過程就是所謂的“短周期俯仰振蕩”（The Short Period Pitching Oscillation）。由于過程非?？?，飛行員一般很難控制，因此設(shè)計(jì)飛機(jī)時(shí)會(huì)通常由電控系統(tǒng)而非人工操縱來應(yīng)對(duì)。下一項(xiàng)是“長(zhǎng)周期振蕩”（Phugoid Oscillation），盡管聽起來好像煎熬的時(shí)間更長(zhǎng)一些，但整個(gè)過程并不是十分痛苦。升降舵在瞬間引入一個(gè)1°左右的擺幅，飛機(jī)仰角則相應(yīng)地在正負(fù)10°內(nèi)上下震蕩，整個(gè)振蕩過程大概持續(xù)了5分鐘之久——尚可忍受。

似乎機(jī)長(zhǎng)有意給我們一份“不期而遇”的禮物，失速警報(bào)并沒有拉響，一切毫無征兆，繼續(xù)爬升。由于沒有預(yù)警，我還故作鎮(zhèn)定，斜眼瞄了一下窗外，參考云層判斷爬升角約30°。幾秒后，表盤顯示仰角加速增大、速度迅速降低，恐懼感陡增，汗滴開始從兩鬢沁出。5秒鐘后，仰角升至60°，我開始大口喘氣、心慌，遂以深呼吸來減輕難受感，覺著到此應(yīng)該結(jié)束了。然而機(jī)長(zhǎng)一個(gè)“微小的工作”——操縱桿繼續(xù)拉動(dòng)，各個(gè)表盤都迅速“爆表”，定睛一看速度105節(jié)，約194千米/小時(shí)，竟降到了普通動(dòng)車的速度。為避免眩暈，我的眼皮已“保護(hù)性”地自主合上了，此時(shí)大腦震顫、心慌加劇。擠開眼縫，向窗外一瞥，飛機(jī)似乎“察覺”了我的“偷窺”，頃刻間，機(jī)身一陣抖動(dòng)——全身冒汗、如夢(mèng)中一般墜入萬丈深淵——最可怕又很“熟悉”的失速發(fā)生了。

由于仰角過大，氣流從機(jī)翼表面飛騰而起，飛機(jī)幾乎完全失去升力，一墜“直下三千尺”，瞬間天旋地轉(zhuǎn)，手中筆和本飛落一側(cè)，差點(diǎn)跌進(jìn)前方的駕駛室，身體僅靠安全帶維系。為了抵消心慌感，我擺出男低音架勢(shì)，轟隆隆地喊了出來。此時(shí)機(jī)艙氛圍大變，在坐的體驗(yàn)者們都在“哀嚎”，極似飛機(jī)失事時(shí)的場(chǎng)景——東倒西歪、方向混亂，窗外嘭嘭轟鳴，艙內(nèi)嚎叫一片。我們這些原本泰然自若的“勇士們”，也垂死空中驚坐起，天翻地覆入骨寒。剎那間，寒的不是氣溫，而是心臟強(qiáng)烈收縮、血液流動(dòng)凝滯，頓覺“時(shí)空驟停，萬劫不復(fù)”。

約2秒左右，機(jī)身宛若“潛艇沉底”，靠著自動(dòng)控制，顛簸了幾下，飛行高度、仰角恢復(fù)了正常。大概又過幾秒，機(jī)身一轉(zhuǎn)，一道斜陽從機(jī)頭舷窗撒入，晃入眼中，湛藍(lán)色與金色交相輝映，仿佛置身天宮，心理因素加之環(huán)境變幻，此時(shí)竟產(chǎn)生一種釋然灑脫之感。此時(shí)，機(jī)長(zhǎng)拿起話筒提示返航，實(shí)時(shí)衛(wèi)星圖顯示，飛機(jī)已飛至30多千米開外的北安普敦上空。一個(gè)大盤旋之后，我們“班師回場(chǎng)”，上午體驗(yàn)結(jié)束。

Flightradar24網(wǎng)站上可以清晰看出這兩次失速時(shí)速度、高度變化曲線。

螺旋俯沖鬼門關(guān)

落機(jī)后，由飛行狀態(tài)轉(zhuǎn)至步行狀態(tài)的感覺似乎更加難受，眩暈加惡心，擺在眼前豐盛的午餐依然難以下咽。中午休息片刻后，開始傳說中的魔鬼動(dòng)作——螺旋俯沖，同時(shí)也是測(cè)試橫向-航向穩(wěn)定性（Lateral-Directional Stability）。說實(shí)話，對(duì)于下午的體驗(yàn)活動(dòng)，我內(nèi)心是十分拒絕的，當(dāng)“spiral”一詞從老穆口中蹦出時(shí)，或許是口音問題，還以為是“sparrow”，頓時(shí)想到了《權(quán)力的游戲》 里可惡難纏的“大麻雀”，之后才反應(yīng)過來是螺旋動(dòng)作。極不情愿地拖著疲憊的身體登上飛機(jī)，綁上安全帶，一心只想如何對(duì)付這一驚悚動(dòng)作。 最開始的體驗(yàn)動(dòng)作如坐轎一般，滾轉(zhuǎn)加旋轉(zhuǎn)，有如跳藏族舞蹈，兩側(cè)機(jī)翼翼尖畫圈，我們用大笑來掩蓋“嚎叫”，緊接著“旋轉(zhuǎn)俯沖”，機(jī)翼的擺角漸漸增大，地平線也從正右側(cè)移到上方并逐漸消失，整個(gè)地面出現(xiàn)在右側(cè)。隨后，機(jī)身繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，只感覺左浮右沉前墜后仰，陽光忽隱忽現(xiàn)，地平線早已不知歪到哪一側(cè)，完全失去方向感。接著，“神飛兩翼縱翱翔”，一個(gè)帶滾轉(zhuǎn)的三維弧線劃過，飛機(jī)又進(jìn)行了一次俯沖-爬升，宛如空中游龍，整個(gè)測(cè)試也接近尾聲。

工科教學(xué)基礎(chǔ)實(shí)

英國(guó)人對(duì)航空運(yùn)動(dòng)的真愛可謂淵源已久，自弗蘭克·惠特爾（Frank Whittle）設(shè)計(jì)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)以來，從科學(xué)研究、工業(yè)制造到飛行活動(dòng)，處處有他們的探索和挑戰(zhàn)。如今實(shí)驗(yàn)室里博士生們也有“好事者”考取飛行駕照，參加滑翔活動(dòng)。其實(shí)不止這類專業(yè)實(shí)踐課，即使是流體力學(xué)、湍流等一些理論課程，也有“大量實(shí)踐”。工程系有兩個(gè)引以為傲的地方——設(shè)計(jì)與項(xiàng)目工作室（The Design and Project Office）和戴森中心（Dyson Centre）。前者既是本科生計(jì)算機(jī)繪圖設(shè)計(jì)模型、編程計(jì)算的機(jī)房，也是報(bào)告展示科技項(xiàng)目的場(chǎng)所，后者則是加工制造中心，讓學(xué)生們的奇思妙想從藍(lán)圖變?yōu)閷?shí)物，甚至成為工業(yè)產(chǎn)品。這些場(chǎng)所也是課堂教學(xué)的重要部分：如工程制圖、計(jì)算流體力學(xué)等課程，學(xué)期內(nèi)每天都有大量助教幫助每一位學(xué)生幾乎開始從零編程指導(dǎo)，由易到難的在短時(shí)間內(nèi)通過各種算例來深刻領(lǐng)會(huì)基本原理、程序架構(gòu)，進(jìn)而掌握設(shè)計(jì)原理和物理本質(zhì)。戴森中心則設(shè)立各種科技競(jìng)賽，提供專業(yè)輔導(dǎo)教師，吸引著無數(shù)學(xué)生“熬夜苦戰(zhàn)”來實(shí)現(xiàn)他們的各種“怪點(diǎn)子”。

英國(guó)課程本身時(shí)間很短，一學(xué)期只有8周，因此課堂內(nèi)基本只能介紹提綱和重要核心思想。整個(gè)教學(xué)活動(dòng)需要學(xué)生課后閱讀大量書籍文獻(xiàn)、做習(xí)題、做實(shí)驗(yàn)去補(bǔ)充。這既離不開學(xué)生的自主性，更離不開大量充足的實(shí)驗(yàn)設(shè)備資源以及一對(duì)二甚至一對(duì)一的課后輔導(dǎo)環(huán)節(jié)（Supervision）。充分的師生互動(dòng)，讓學(xué)習(xí)過程更高效、扎實(shí)。與美國(guó)學(xué)校的實(shí)用至上相比，英國(guó)高校似乎是“理論派”，更注重理論扎實(shí)、推導(dǎo)嚴(yán)密的教學(xué)科研模式。工科很多課程“一考定終生”，一次期末考試，題量極大，且以“長(zhǎng)篇”理論計(jì)算、公式推導(dǎo)題目為主。不少美國(guó)留學(xué)生也抱怨這種教育體制，幾乎沒有平時(shí)成績(jī)，動(dòng)手少，動(dòng)腦動(dòng)筆多。

近年來流行觀點(diǎn)認(rèn)為“英國(guó)人數(shù)學(xué)弱”，殊不知這里孕育了大量著名近代數(shù)學(xué)物理學(xué)家，且精英階層仍是理論扎實(shí)邏輯嚴(yán)密，或許這也是為什么時(shí)至今日，這里仍能吸引來自哈佛、麻省理工等不少美國(guó)本科學(xué)生前來這里學(xué)習(xí)理科的原因。此外，有意思的是，劍橋大學(xué)近百年來有在“參議院”（senator house，相當(dāng)于機(jī)關(guān)大樓）公開張貼學(xué)生成績(jī)排名的傳統(tǒng)，部分學(xué)院甚至“按排名選宿舍”，頗有我國(guó)高中曾流行的教學(xué)手段。

與中國(guó)大學(xué)相比，僅就硬件設(shè)備而言，很多領(lǐng)域我國(guó)頂尖高校早已領(lǐng)先，但限于教學(xué)資源，像這樣為學(xué)生提供高質(zhì)量實(shí)踐平臺(tái)，用豐富師資來實(shí)現(xiàn)“理論-實(shí)踐-應(yīng)用-開發(fā)”式的課后跟進(jìn)輔導(dǎo)、拓展仍難以實(shí)現(xiàn)。本科生可能更關(guān)注的僅僅是期末考試成績(jī)，習(xí)題做了多少，而且學(xué)習(xí)的內(nèi)容也有些與社會(huì)發(fā)展脫節(jié)?？梢云诖氖?，我國(guó)部分高校科技平臺(tái)日趨成熟，科創(chuàng)競(jìng)賽、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合進(jìn)展迅猛，盡管可能學(xué)生參與深度與質(zhì)量有待提升，課外運(yùn)行培養(yǎng)機(jī)制還在摸索之中，但相信我國(guó)高校的軟實(shí)力提升也只是時(shí)間問題，未來一定會(huì)涌現(xiàn)更多的世界一流大學(xué)和人才。

責(zé)任編輯：陳肖