《航空發動機自動控制與適航性》實驗教學探索與改革

摘要：加強學生對航空發動機控制系統適航性技術的感性認識，探索航空發動機控制系統適航的實驗教學內容，使航空發動機控制系統適航性理念和技術基礎教育注入航空器適航技術專業的教學體系；同時，將以科研為建設目的的實驗設備及科研成果應用到教學工作中，完善自動控制、發動機控制課程的實驗教學課件、錄像等資料庫的建立。

關鍵詞：航空發動機自動控制；適航；培養模式；實踐教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）42-0220-02

一、引言

適航技術是保證民用航空器飛行安全和公共安全的技術手段。縱觀歐美發達國家在航空器適航技術領域的發展，我們看到，美國航空器適航技術教育已有半個多世紀的歷史，其他西歐不少國家在適航教育上也都有數十年的發展。歐美人才培養的突出特點是教學相結合，重視航空器安全運用與航空科學相交叉，實踐環節內容突出。

隨著我國航空運輸業的快速發展，民用航空器研制和使用活動的日趨活躍，大型飛機重大專項的啟動以及人們對低空空域和通用航空器關注熱度的迅速提升，國內對航空器適航相關技術的研究需求和人才需求日趨強烈。鑒于對適航技術人才的迫切需求，近年來國內高校在本科、碩士培養中設立了航空器適航技術專業和方向，探索該領域高級技術人才的培養模式。從事航空器適航技術與管理相關的人才是既具備扎實的理論基礎又具有較強實踐經驗的專門人才。為保證航空器適航技術專業本科教學工作的順利開展，以及SRTP項目和馮如杯的備戰，現急需本科教學條件建設經費以便更好地開展本專業的實驗教學工作。使航空器適航性理念和技術基礎教育注入到富有特色的航空教育體系中，無疑對于培養適應大型飛機發展的急需人才具有重要的意義和價值。北京航空航天大學交通科學與工程學院飛行器適航工程系經深入調研，依據航空器適航技術的培養模式，開設了航空發動機自動控制與適航性課程。該門課程是航空器適航技術專業的入門基礎課，同時也是一門實踐性較強的的技術基礎課。目前，借助各項計劃的支持，航空發動機控制系統適航性的科研平臺——航空發動機控制系統安全性分析臺開展了相關的實驗、仿真研究工作，研究成果已經應用于民航、國內航空設計行業中。例如，研究成果應用于中航工業動力控制系統研究所某重點型號的航空發動機控制系統安全性分析評估研究中，得到了行業內專家的好評。可以說，航空發動機控制系統適航性的科學研究在國內是一個開拓性的工作，以北京航空航天大學交通科學與工程學院飛行器適航工程系為主的研究團隊已經穩步進行著該方向的基礎科研工作。我們的目標就是從本科適航專業的培養理念和模式入手，通過實驗環節的引入，完善培養體系，最終培養出符合國內行業需求的畢業生，使其成為航空器適航技術領域的領導和領軍人才，為我國航空運輸業的發展、大飛機的研制、審定和運營輸送人才。

二、《航空發動機自動控制與適航性》實踐教學中存在的問題

《航空發動機自動控制與適航性》是航空器適航技術專業的基礎課程之一。通過《航空發動機自動控制與適航性》課程的學習，使學生較全面地了解各種航空發動機的控制要求，掌握各種發動機調節規律的確定以及動態參數整定的方法，為今后進一步學習發動機航空發動機控制系統適航和進入工作崗位打下堅實的基礎，提高運用控制理論解決實際問題的能力。通過本課程的教學，使學生對本專業知識有更進一步的了解，能夠融會貫通并合理的應用。傳統的《航空發動機自動控制》教學以上課理論介紹與圖片教學為主，缺少實踐教學環節。在這種教育觀念下，學生只能從課堂上了解發動機的工作原理、控制規律，只有較為理性的認識，但是缺少感性認識和實際操作能力。《航空發動機自動控制與適航性》理論課程是通過對航空發動機適航規章中控制系統條款的解讀來引出控制系統設計的要求與設計方法，驗證內容，課程內容多且復雜。如果教師在授課中一味求新，會使課程內容太難太偏，難以實現教學目標。由于教學總課時數有限，理論教學擠占了實訓課時間。

三、實驗教學環節探索與實踐

實驗教學建設要緊扣學科內涵，以“航空發動機適航性”為核心，以航空器適航技術為統領，帶動航空發動機控制系統適航驗證技術和適航設計技術的發展。特別是瞄準大型飛機及發動機的適航技術要求及國際前沿發展趨勢，以當前大型飛機研制中的瓶頸技術問題為研究牽引，建設航空發動機控制系統適航相關仿真試驗及數據庫和網絡信息與數據分析平臺，不斷跟蹤國際適航技術的發展，形成航空發動機控制系統適航技術的教學課件，為提高我國適航審定技術水平做出貢獻。具體探索為：

1.結合自動控制原理課程的教學內容，建立了電子控制與電氣傳動系統。發動機控制系統的調節變量包括主燃油、加力燃油、尾噴口喉道面積、尾噴口出口面積、尾噴口矢量方位角、尾噴口矢量偏轉角、風扇進口導葉角度、壓氣機進口導葉角度等十余個變量。此外，構建了用于提供控制系統中主燃油泵、加力燃油泵、噴口油源泵和矢量噴管油源泵所需的供油量和供油壓力的燃油供給系統。進行航空發動機控制系統轉速、加/減速以及各保護控制系統的控制律的設計工作，并完成相應的仿真、實驗及錄像等多媒體課件。

2.結合航空發動機控制系統適航方向的科研內容及半物理仿真平臺中的已有的科研內容，豐富航空發動機控制課程，完成典型故障模擬仿真。模擬控制系統單失效及組合失效。其中可以模擬：控制器類的輸入、輸出及計算模塊的喪失、錯誤和振蕩故障；傳感器類的誤報、漏報及延報故障，以及執行機構類的卡澀、損壞及失控等故障。完成實驗課件的制作。

3.建立航空發動機控制系統實驗教學資料庫及教學網。收集整理了航空發動機控制系統安全性基礎數據。圍繞航空發動機重大事故的歷史數據累積以及對數據分析、處理及維護。

4.將上述演示實驗的相關文檔資料、視頻資料整理形成完成的教學課件并添加到建立的教學網中。

四、教學成效與不足

通過《航空發動機自動控制與適航性》實驗課程的設計，為學生提供自主學習和創新實踐的時間空間，使學生逐漸克服對老師的依賴心理，養成自主發現問題、解決問題的習慣，受到學生的歡迎。學生在實驗設計中動手能力有了很大提高，考核成績明顯提高，對航空發動機控制問題有了深刻了解和認識。

同時，通過《航空發動機自動控制與適航性》實驗課程的探索，建立符合現代航空器適航技術專業的課程體系。建立建成技術較為先進并可以承擔飛機發動機等飛行器安全性研究的實驗平臺。同時和工業界、民航合作逐步形成我國航空發動機控制系統適航性設計、驗證與審定技術的體系。同時，該實驗平臺的建設，可開始為國家輸送本專業領域的高質量碩、博士研究生。雖然我們在航空器適航技術專業的適航系列課程中的實驗教學環節有了一定的探索，并取得了業界的初步認同，但還將有一個較長的發展過程，還有許多不足之處。如實驗項目的設計與先修課程之間的關系導致學生在進行實驗項目設計時有些力不從心。例如，綜合運用先修課程《自動控制原理》進行發動機加/減速控制器設計的流程不清晰，導致該實驗時間偏長。另外，就實驗教學來說該門實驗課只有6學時，相對課時較少。因此學生選擇實驗的內容太窄。同時，多媒體課件內容還有待進一步完善和豐富。這些存在的不足，在今后的教學中要彌補，采取有力措施，不斷完善實驗教學工作，以充分調動學生的積極性，培養學生的綜合素質和能力，提高專業課的教學效果和質量。

五、總結

《航空發動機自動控制與適航性》課程的實驗教學是該門課程的重要組成部分，與課堂教學具有相同重要的作用。在實驗教學課程中，我們通過一個個實際的發動機控制中遇到的問題，使學生不僅加深了課堂上學到的理性知識，同時又增加了學生們對發動機控制的感性認識。