大飛機(jī)在空氣動(dòng)力學(xué)及飛行原理課程教學(xué)中的應(yīng)用

韓偉

摘 要：空氣動(dòng)力學(xué)及飛行原理是航空航天專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，但是在以往的教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生普遍感受到教學(xué)內(nèi)容過于抽象理論化，從而教學(xué)效果不甚理想。本文以江蘇航院引進(jìn)的B737-300型飛機(jī)為例，深入探討了大飛機(jī)是如何應(yīng)用于空氣動(dòng)力學(xué)及飛行原理課程的實(shí)踐教學(xué)，提升課程教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：大飛機(jī);教學(xué);創(chuàng)新實(shí)踐

一、緒論

空氣動(dòng)力學(xué)及飛行原理是飛行器制造與維修專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程公式定理繁多，對抽象思維能力要求較高[1]，從以往傳統(tǒng)的課堂純理論教學(xué)情況來看，學(xué)生普遍感到接受困難，課堂參與度不高，從而教學(xué)效果不甚理想。并且與之相匹配的實(shí)踐環(huán)節(jié)也嚴(yán)重缺乏，學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力難以得到鍛煉和提高。

近年來國家對航空航天產(chǎn)業(yè)的重視與投入力度正與日俱增[2]，航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅需要頂尖的創(chuàng)新研究型人才，還需要眾多高素質(zhì)的技術(shù)技能型人才。在國家振興職業(yè)教育的大背景下，職業(yè)教育發(fā)展迎來了歷史性的機(jī)遇，許多航空類高職院校應(yīng)運(yùn)而生[3]。部分航空類高職院校為了提升人才培養(yǎng)質(zhì)量和專業(yè)課程教學(xué)水平，選擇采購二手或者退役飛機(jī)作為實(shí)踐教學(xué)設(shè)備。教學(xué)飛機(jī)的引進(jìn)極大地改善了實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，為眾多航空專業(yè)課程提供了極佳的實(shí)踐教學(xué)條件，許多以往只能在教科書、PPT中見到的飛機(jī)結(jié)構(gòu)部件，都可以在教學(xué)飛機(jī)上直觀的感受到，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及動(dòng)手實(shí)踐能力，從而提升了教學(xué)質(zhì)量。

二、課程體系架構(gòu)

航空職業(yè)教育的目標(biāo)是培養(yǎng)航空維修與制造一線的應(yīng)用型、技術(shù)技能型人才，而高職學(xué)生普遍數(shù)理基礎(chǔ)較弱，抽象思維能力有限，但是動(dòng)手操作能力反而較強(qiáng)。因此根據(jù)高等職業(yè)教育的培養(yǎng)目標(biāo)以及學(xué)生的特點(diǎn)，建立了以實(shí)踐應(yīng)用為導(dǎo)向的空氣動(dòng)力學(xué)及飛行原理課程體系，該課程體系淡化了嚴(yán)格的公式定理推導(dǎo)與論證，強(qiáng)化重要的結(jié)論。公式的運(yùn)用，即“以應(yīng)用為目的，必須夠用為度”，把培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用空氣動(dòng)力學(xué)及飛行原理知識解決實(shí)際問題的能力放在首位，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、能力的培養(yǎng)打下良好的基礎(chǔ)[4]。

本課程分為“空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)”和“飛行原理”兩部分，在空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)部分，重點(diǎn)突出流體運(yùn)動(dòng)基本參數(shù)，以及機(jī)翼在氣流作用下的各種作用力的形成及變化趨勢。在飛行原理部分，針對現(xiàn)有常用飛行器外形特點(diǎn)，介紹了飛機(jī)飛行基本理論，及其不同姿態(tài)下的穩(wěn)定性和操縱性。本課程共計(jì)48學(xué)時(shí)，其中“空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)”部分課堂講授14學(xué)時(shí)，實(shí)踐模擬2學(xué)時(shí)?！帮w行原理”部分課堂講授24學(xué)時(shí)，實(shí)踐模擬6學(xué)時(shí)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)2學(xué)時(shí)。

空氣動(dòng)力學(xué)及飛行原理中的許多知識點(diǎn)不能僅靠教師課堂上抽象的理論講解，必須密切聯(lián)系實(shí)際，而教學(xué)飛機(jī)能夠讓學(xué)生對知識點(diǎn)有更直觀的感受，從而增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)效果。

三、B737-300型飛機(jī)簡介

2018年江蘇航院耗資千萬從印尼引進(jìn)一架退役的B737-300型客機(jī)。該型飛機(jī)是由美國BOEING公司于1981年3月份正式開始研制的第二代B737系列的首個(gè)客機(jī)型號，其機(jī)長為33.4m，翼展為28.9m，機(jī)高為11.13m，配制兩臺由美國GE公司和法國SNECMA公司聯(lián)合研制生產(chǎn)涵道比為5.0的CFM56-3型渦輪風(fēng)扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)，其最大商載為16t[5]。江蘇航院所引進(jìn)的B737-300型飛機(jī)如圖1所示。

四、B737-300型飛機(jī)教學(xué)應(yīng)用實(shí)例

（一）機(jī)翼幾何外形和參數(shù)教學(xué)

機(jī)翼的幾何外形包含機(jī)翼翼型、機(jī)翼的平面形狀以及機(jī)翼相對機(jī)身的安裝位置。該部分內(nèi)容涉及到及幾何學(xué)的知識，對空間想象能力有一定的要求。例如在機(jī)翼相對機(jī)身的安裝位置模塊的教學(xué)中，如果采用課堂純理論講解或者PPT演示，則學(xué)生往往由于缺乏空間想象能力而導(dǎo)致理解不到位，印象不夠深刻，此時(shí)教師可以帶學(xué)生到停機(jī)坪上從B737飛機(jī)的機(jī)尾向機(jī)頭觀察，如圖2所示。

從圖2可以很直觀的看出，B737-300的機(jī)翼為下單上反布局。這里涉到了兩個(gè)影響飛機(jī)飛行性能的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)：機(jī)翼相對機(jī)身中心線的高度、機(jī)翼相對機(jī)身的角度。關(guān)于機(jī)翼相對機(jī)身中心線的高度，除了有下單翼之外還有上單翼和中單翼，關(guān)于機(jī)翼相對機(jī)身的角度，除了有上反角還有下反角。通過機(jī)尾向機(jī)頭近距離觀察B737飛機(jī)，同學(xué)們將對B737的機(jī)翼布局有了很直觀且深刻的印象，如此以來，不僅能很好的掌握B737飛機(jī)的機(jī)翼布局特點(diǎn)，更能通過舉一反三去了解其他機(jī)型的機(jī)翼布局，從而完成對整個(gè)知識體系的建構(gòu)。

（二）增升裝置教學(xué)

飛機(jī)的增升裝置主要有四種：后緣襟翼、前緣襟翼、前緣縫翼、渦流發(fā)生器。其中渦流發(fā)生器是利用漩渦從外部氣流中將能量帶進(jìn)附面層，加快附面層內(nèi)氣流流動(dòng)，防止氣流分離的裝置。

渦流發(fā)生器的構(gòu)造是一種低展弦比小翼段，垂直地安裝在它們起作用的氣動(dòng)面上?？梢猿蓪诲e(cuò)排列，也可以單個(gè)地都按一個(gè)方向排列。但小翼段都應(yīng)與來流形成一定的迎角。當(dāng)氣流以一定的迎角流過小翼段時(shí)，在一側(cè)加速，另一側(cè)減速，在小翼段兩側(cè)造成壓力差，因而在小翼段的端部生成了很強(qiáng)的翼尖漩渦。這些漩渦將外部氣流中的高能量氣流帶入附面層，加快了附面層內(nèi)氣流流動(dòng)，有效地抑制附面層分離。

教材上對于渦流發(fā)生器的講解是較為抽象的，如果教師照本宣科，學(xué)生難以對渦流發(fā)生器的結(jié)構(gòu)和功能有清晰的認(rèn)識和體會，而B737教學(xué)飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)翼上都安裝有渦流發(fā)生器，因此在教學(xué)實(shí)踐中，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生去近距離觀察渦流發(fā)生器的結(jié)構(gòu)，體會渦流發(fā)生器的功能和原理，對相關(guān)知識點(diǎn)的掌握和理解有很好的促進(jìn)作用。

（三）飛行操縱教學(xué)

飛機(jī)的飛行操縱包含側(cè)向操縱、縱向操縱和方向操縱。而其中飛機(jī)的縱向操縱是由駕駛員通過駕駛桿、傳動(dòng)系統(tǒng)等改變升降舵的偏轉(zhuǎn)角來實(shí)現(xiàn)的。駕駛員向后拉桿，舵面向上偏轉(zhuǎn)，水平尾翼上產(chǎn)生的附加升力向下，對重心產(chǎn)生的附加縱向力矩迫使飛機(jī)頭。駕駛員向前推桿，舵面向下偏轉(zhuǎn)，水平尾翼產(chǎn)生的附加升力向上，對重心產(chǎn)生的附加縱向力矩迫使飛機(jī)低頭。而方向操縱則是駕駛員通過腳蹬，操縱方向舵繞轉(zhuǎn)軸左右偏轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的。駕駛員蹬右舵，方向舵向右偏轉(zhuǎn)，垂尾上產(chǎn)生的側(cè)向力指向左，對飛機(jī)重心產(chǎn)生的偏航力矩使飛機(jī)機(jī)頭向右偏轉(zhuǎn)，若蹬左舵，則飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)正好相反。B737-300型飛機(jī)的操縱桿、腳蹬如圖4所示。

教師在講解飛行操縱這一章節(jié)時(shí)可以先讓學(xué)生從飛機(jī)外部觀察升降舵和方向舵，然后帶學(xué)生上飛機(jī)駕駛艙實(shí)地操作操縱桿和腳蹬，從而使學(xué)生對飛行操縱原理有更深刻的體會。

五、結(jié)語

航空類高校教學(xué)飛機(jī)的引進(jìn)能夠極大地改善實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，提升課程教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。本文以江蘇航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院引進(jìn)的B737-300型飛機(jī)為例，結(jié)合具體教學(xué)情境，探討了教學(xué)飛機(jī)在空氣動(dòng)力學(xué)及飛行原理課程實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用。結(jié)果表明，B737教學(xué)飛機(jī)能夠讓學(xué)生對抽象的知識點(diǎn)有更直觀的感受，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及動(dòng)手實(shí)踐能力，從而提升了學(xué)習(xí)效果。

參考文獻(xiàn)：

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[3]宗劍，李雨林，江穩(wěn)，劉子琪，吳峰.航空類專業(yè)高校飛機(jī)項(xiàng)目開發(fā)意義的分析——以江蘇航院B737-300型飛機(jī)為例[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2020（15）：128-130.

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