大飛機在空氣動力學及飛行原理課程教學中的應用

韓偉

摘 要：空氣動力學及飛行原理是航空航天專業的一門重要的專業基礎課，但是在以往的教學實踐中，學生普遍感受到教學內容過于抽象理論化，從而教學效果不甚理想。本文以江蘇航院引進的B737-300型飛機為例，深入探討了大飛機是如何應用于空氣動力學及飛行原理課程的實踐教學，提升課程教學質量，增強學生的創新實踐能力。

關鍵詞：大飛機;教學;創新實踐

一、緒論

空氣動力學及飛行原理是飛行器制造與維修專業的一門重要的專業基礎課程，該課程公式定理繁多，對抽象思維能力要求較高[1]，從以往傳統的課堂純理論教學情況來看，學生普遍感到接受困難，課堂參與度不高，從而教學效果不甚理想。并且與之相匹配的實踐環節也嚴重缺乏，學生的實踐與創新能力難以得到鍛煉和提高。

近年來國家對航空航天產業的重視與投入力度正與日俱增[2]，航空產業的發展不僅需要頂尖的創新研究型人才，還需要眾多高素質的技術技能型人才。在國家振興職業教育的大背景下，職業教育發展迎來了歷史性的機遇，許多航空類高職院校應運而生[3]。部分航空類高職院校為了提升人才培養質量和專業課程教學水平，選擇采購二手或者退役飛機作為實踐教學設備。教學飛機的引進極大地改善了實踐教學環境，為眾多航空專業課程提供了極佳的實踐教學條件，許多以往只能在教科書、PPT中見到的飛機結構部件，都可以在教學飛機上直觀的感受到，增強了學生的學習興趣以及動手實踐能力，從而提升了教學質量。

二、課程體系架構

航空職業教育的目標是培養航空維修與制造一線的應用型、技術技能型人才，而高職學生普遍數理基礎較弱，抽象思維能力有限，但是動手操作能力反而較強。因此根據高等職業教育的培養目標以及學生的特點，建立了以實踐應用為導向的空氣動力學及飛行原理課程體系，該課程體系淡化了嚴格的公式定理推導與論證，強化重要的結論。公式的運用，即“以應用為目的，必須夠用為度”，把培養學生應用空氣動力學及飛行原理知識解決實際問題的能力放在首位，為后續專業課程的學習、能力的培養打下良好的基礎[4]。

本課程分為“空氣動力學基礎”和“飛行原理”兩部分，在空氣動力學基礎部分，重點突出流體運動基本參數，以及機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，針對現有常用飛行器外形特點，介紹了飛機飛行基本理論，及其不同姿態下的穩定性和操縱性。本課程共計48學時，其中“空氣動力學基礎”部分課堂講授14學時，實踐模擬2學時。“飛行原理”部分課堂講授24學時，實踐模擬6學時，創新設計2學時。

空氣動力學及飛行原理中的許多知識點不能僅靠教師課堂上抽象的理論講解，必須密切聯系實際，而教學飛機能夠讓學生對知識點有更直觀的感受，從而增強學生的學習興趣，提升教學效果。

三、B737-300型飛機簡介

2018年江蘇航院耗資千萬從印尼引進一架退役的B737-300型客機。該型飛機是由美國BOEING公司于1981年3月份正式開始研制的第二代B737系列的首個客機型號，其機長為33.4m，翼展為28.9m，機高為11.13m，配制兩臺由美國GE公司和法國SNECMA公司聯合研制生產涵道比為5.0的CFM56-3型渦輪風扇航空發動機，其最大商載為16t[5]。江蘇航院所引進的B737-300型飛機如圖1所示。

四、B737-300型飛機教學應用實例

（一）機翼幾何外形和參數教學

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

從圖2可以很直觀的看出，B737-300的機翼為下單上反布局。這里涉到了兩個影響飛機飛行性能的重要結構參數：機翼相對機身中心線的高度、機翼相對機身的角度。關于機翼相對機身中心線的高度，除了有下單翼之外還有上單翼和中單翼，關于機翼相對機身的角度，除了有上反角還有下反角。通過機尾向機頭近距離觀察B737飛機，同學們將對B737的機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飛機的機翼布局特點，更能通過舉一反三去了解其他機型的機翼布局，從而完成對整個知識體系的建構。

（二）增升裝置教學

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

渦流發生器的構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面上。可以成對交錯排列，也可以單個地都按一個方向排列。但小翼段都應與來流形成一定的迎角。當氣流以一定的迎角流過小翼段時，在一側加速，另一側減速，在小翼段兩側造成壓力差，因而在小翼段的端部生成了很強的翼尖漩渦。這些漩渦將外部氣流中的高能量氣流帶入附面層，加快了附面層內氣流流動，有效地抑制附面層分離。

教材上對于渦流發生器的講解是較為抽象的，如果教師照本宣科，學生難以對渦流發生器的結構和功能有清晰的認識和體會，而B737教學飛機的發動機和機翼上都安裝有渦流發生器，因此在教學實踐中，教師可以帶領學生去近距離觀察渦流發生器的結構，體會渦流發生器的功能和原理，對相關知識點的掌握和理解有很好的促進作用。

（三）飛行操縱教學

飛機的飛行操縱包含側向操縱、縱向操縱和方向操縱。而其中飛機的縱向操縱是由駕駛員通過駕駛桿、傳動系統等改變升降舵的偏轉角來實現的。駕駛員向后拉桿，舵面向上偏轉，水平尾翼上產生的附加升力向下，對重心產生的附加縱向力矩迫使飛機頭。駕駛員向前推桿，舵面向下偏轉，水平尾翼產生的附加升力向上，對重心產生的附加縱向力矩迫使飛機低頭。而方向操縱則是駕駛員通過腳蹬，操縱方向舵繞轉軸左右偏轉來實現的。駕駛員蹬右舵，方向舵向右偏轉，垂尾上產生的側向力指向左，對飛機重心產生的偏航力矩使飛機機頭向右偏轉，若蹬左舵，則飛機的運動正好相反。B737-300型飛機的操縱桿、腳蹬如圖4所示。

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

五、結語

航空類高校教學飛機的引進能夠極大地改善實踐教學環境，提升課程教學質量，增強學生的創新實踐能力。本文以江蘇航空職業技術學院引進的B737-300型飛機為例，結合具體教學情境，探討了教學飛機在空氣動力學及飛行原理課程實踐教學中的應用。結果表明，B737教學飛機能夠讓學生對抽象的知識點有更直觀的感受，增強學生的學習興趣以及動手實踐能力，從而提升了學習效果。

參考文獻：

[1]劉惠超，鄒倩，張燕，田鋼.航模制作在飛行原理課程中的教學實踐探索[J].濟南職業學院學報，2018（06）：47-49.

[2]鄭建華.民用航空產業戰略研究[J].機械制造，2018，56（12）：1-6+20.

[3]宗劍，李雨林，江穩，劉子琪，吳峰.航空類專業高校飛機項目開發意義的分析——以江蘇航院B737-300型飛機為例[J].中國現代教育裝備，2020（15）：128-130.

[4]黃睿杰，孫兵，梁海峰.空氣動力學與飛行原理課程教學體系探討[J].內江科技，2017，38（03）：96-97.

[5]高培新.波音737-300大飛機在應用型民航飛行員培養中的應用研究[J].高教學刊，2017（09）：157-158.