飛行器氣動設(shè)計教學(xué)思考論文
飛行器氣動設(shè)計教學(xué)思考論文
摘要：飛行器設(shè)計空氣動力學(xué)是重要的研究生專業(yè)課，本課程綜合性強，涉及面廣，將經(jīng)典理論和飛行器前沿設(shè)計技術(shù)緊密結(jié)合，直接面向飛行器設(shè)計工程應(yīng)用部門，本文重點討論了課程的特點、課程內(nèi)容的組織實施、教學(xué)方法的綜合應(yīng)用等方面。
關(guān)鍵詞：氣動；設(shè)計；教學(xué)
在傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式和計劃中沒有氣動設(shè)計類課程中，過去學(xué)生都是通過分別學(xué)習(xí)空氣動力學(xué)和飛機設(shè)計兩門課程，然后在工程實踐中摸索氣動設(shè)計方法，由于飛行器性能要求的越來越高和氣動設(shè)計的復(fù)雜性，國內(nèi)外已普遍認識到這門課程的必要性和重要性。該課程的主要教學(xué)目的是建立起空氣動力學(xué)和飛機設(shè)計兩者之間的橋梁，將空氣動力學(xué)的基礎(chǔ)理論和飛機設(shè)計相結(jié)合，使學(xué)生對飛行器的氣動設(shè)計有一個全面的了解和掌握，培養(yǎng)學(xué)生飛行器氣動設(shè)計能力以及全面綜合分析能力，建立飛行器空氣動力學(xué)設(shè)計的基本設(shè)計方法、設(shè)計理論，和其他相關(guān)學(xué)科的綜合考慮，為學(xué)生進行飛行器的氣動設(shè)計提供空氣動力學(xué)理論的基礎(chǔ)、分析問題解決問題的能力。教學(xué)團隊在前期良好的教學(xué)建設(shè)基礎(chǔ)上，不斷擴充完善教學(xué)內(nèi)容，強調(diào)基礎(chǔ)性、前瞻性和實用性，改進教學(xué)方法，培養(yǎng)創(chuàng)新意識。
一、教學(xué)內(nèi)容的組織完善
與該課程相關(guān)的國內(nèi)外參考資料非常有限，教學(xué)團隊充分收集整理國內(nèi)外相關(guān)著作、文獻，利用網(wǎng)絡(luò)資源，綜合研討教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)中注意將國內(nèi)外前沿最新的飛行器氣動設(shè)計理論方法引入教學(xué)，不斷擴充完善教學(xué)內(nèi)容。由于飛行器氣動設(shè)計與總體設(shè)計、飛行控制、隱身等學(xué)科密切相關(guān)，涉及面廣，因而，教材內(nèi)容的組織取舍，如何在有限的教學(xué)時間內(nèi)選取組織授課內(nèi)容，保證課程的基礎(chǔ)性、前瞻性和實用性，是非常重要而艱難的任務(wù)。教學(xué)團隊廣泛進行了國內(nèi)外相關(guān)課程教學(xué)調(diào)研，收集資料，研討并完善教學(xué)內(nèi)容，形成了較為合理的課程體系。教學(xué)內(nèi)容從運輸機到戰(zhàn)斗機再到高超聲速飛行器，循序漸進。運輸機作為最基本的飛行器類型，特別是民機，主要要求的是安全性、經(jīng)濟性、舒適性和環(huán)保性，設(shè)計目標(biāo)相對集中，都是飛機設(shè)計中的基本問題。具體來說，主要包括先進翼型的不斷發(fā)展，亞音速干線飛機三維機翼的設(shè)計，機翼翼梢減阻裝置的應(yīng)用、如何減少摩擦阻力、減少部件間的干擾阻力等減阻措施，低速起飛著陸階段的增升裝置外形的空氣動力設(shè)計，多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計，最后簡要介紹高速民航機的氣動設(shè)計�，F(xiàn)代戰(zhàn)斗機性能要求不斷提高，并且涵蓋多個方面，如機動性、超聲速巡航特性、隱身特性、超視距作戰(zhàn)能力等，因而課程重點包括了現(xiàn)代戰(zhàn)斗機的氣動布局，邊條翼、鴨式布局、前掠翼等，隱身要求和空氣動力的綜合設(shè)計，發(fā)動機進排氣系統(tǒng)及其與飛機的一體化設(shè)計，推力矢量化，機敏性和超機敏性等，并且重點介紹了數(shù)值模擬方法在未來飛機設(shè)計中的重要性。由于高超聲速飛行器的迅速發(fā)展，課程也對其進行了簡要介紹，高超聲速飛行是洲際彈道導(dǎo)彈、回收衛(wèi)星、飛船、航天飛機在上升段和再入大氣層時，以及穿越行星大氣層的宇宙探測器進入行星大氣時將經(jīng)歷的飛行階段，也是當(dāng)前正在發(fā)展的跨大氣層飛機和新型武器系統(tǒng)所必須具備的能力。由于學(xué)生高超聲速空氣動力學(xué)基礎(chǔ)偏弱，故首先概述了高超聲速技術(shù)的需求背景、高超聲速空氣動力學(xué)、高超聲速流動的基本特性，然后重點介紹了氣動力、氣動熱工程計算模型和高超聲速飛行器熱防護等內(nèi)容。
二、教學(xué)方法的綜合應(yīng)用
1.板書、電子課件、多媒體資料的有機結(jié)合。在課程教學(xué)中，根據(jù)講授的具體內(nèi)容，結(jié)合板書、電子課件、多媒體資料等多種手段綜合應(yīng)用。由于上課的研究生專業(yè)不同，基礎(chǔ)差異較大，故在講授中，教師需要根據(jù)學(xué)生的具體情況，以空氣動力學(xué)設(shè)計思想、設(shè)計理論為核心，輔以補充必要的專業(yè)基礎(chǔ)知識和理論，這些內(nèi)容比較適合以板書的形式，而多媒體資料可以加深學(xué)生的印象，提高學(xué)生感性認識，增加學(xué)習(xí)興趣，加深對基本理論的理解，故板書、電子課件、多媒體資料等相互補充，相輔相成。
2.案例教學(xué)和理論教學(xué)相結(jié)合。教師在課程講授過程中，注意理論學(xué)習(xí)和案例教學(xué)相結(jié)合，由于氣動設(shè)計的基本理論和飛行器的設(shè)計發(fā)展更新?lián)Q代直接相關(guān)，因而在基本理論的講授中緊密結(jié)合具體案例，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強學(xué)生的感性認識，加深對氣動設(shè)計基本理論的綜合理解。如在民機的氣動設(shè)計中，重點介紹了空客380、波音787等飛機的典型設(shè)計特點，了解翼梢裝置設(shè)計中與結(jié)構(gòu)重量等多學(xué)科優(yōu)化的設(shè)計思想，機翼載荷的展向分布設(shè)計特點等。結(jié)合F15、F16討論發(fā)動機進氣道的設(shè)計特點等。結(jié)合F22討論現(xiàn)代戰(zhàn)斗機的設(shè)計特點，機動性和隱身性的綜合權(quán)衡，對空氣動力學(xué)的挑戰(zhàn)等問題。
3.課外研究報告的撰寫與課堂討論相結(jié)合。為增強學(xué)生的科研實踐能力，在課堂教學(xué)的同時，要求學(xué)生課外針對教學(xué)內(nèi)容相關(guān)專題查閱文獻、綜合分析、研究討論、撰寫論文，并組織學(xué)生課堂展示研討，變學(xué)生被動聽講為主動學(xué)習(xí)研討，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和自覺性，鍛煉學(xué)生自主研究、綜合分析問題解決問題的能力。在教學(xué)實踐中，對論文選題給以合理指導(dǎo)，相對集中，以增加討論的參與性，收到較好的教學(xué)效果。
4.考核體系的完善。在教學(xué)方法研究方面，進行了考核體系改革，結(jié)合考試、報告撰寫、課堂研討、考勤等多種形式，全面衡量學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、知識掌握、靈活運用、收集整理資料、研究解決問題、撰寫報告、表達能力等多方面的考察。并積極聽取學(xué)生的反饋意見，為進一步改進教學(xué)質(zhì)量，提高教學(xué)效果提供參考。
三、課程的特點
由于現(xiàn)代飛行器發(fā)展迅速，不斷更新的飛機都集成了新取得的科研成果和先進技術(shù)，教學(xué)內(nèi)容不斷變化是課程的一個顯著特點，取得高性能的變化多樣的氣動布局是空氣動力學(xué)的理論知識應(yīng)用于實際飛行器設(shè)計的杰出成果。將經(jīng)典理論和飛行器前沿設(shè)計技術(shù)緊密結(jié)合，直接面向工程部門飛行器設(shè)計應(yīng)用，故課程不僅要涵蓋氣動設(shè)計的基本理論基本方法，而且要和當(dāng)前國際航空航天前沿最新水平接軌，反映國際最高水平，只有這樣，才能使學(xué)生掌握最新的氣動設(shè)計思想方法理論，更好地服務(wù)于工程實踐。本課程不僅在空氣動力學(xué)專業(yè)，而且對相關(guān)專業(yè)如飛機設(shè)計、固體力學(xué)等專業(yè)的研究生培養(yǎng)中都占有重要地位，是學(xué)生全面掌握飛行器氣動設(shè)計的主要理論和主要方法重要的專業(yè)課，和飛行器設(shè)計工程實踐密切相關(guān)，為學(xué)生畢業(yè)后從事飛行器設(shè)計提供空氣動力學(xué)設(shè)計理論和方法支撐。課程綜合性較強，覆蓋面廣，涉及多學(xué)科相關(guān)領(lǐng)域，選課同學(xué)有碩士、博士研究生、單位代培等不同類別。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生對空氣動力學(xué)在飛機設(shè)計中的作用與意義可以有更深的認識，同時也切實認識到設(shè)計問題的復(fù)雜性、多學(xué)科綜合應(yīng)用的重要性，有利于在今后的學(xué)習(xí)工作中更全面更綜合的考慮問題，為以后科研工程實踐奠定堅實的基礎(chǔ)。
四、總結(jié)
本課程是一門重要的研究生專業(yè)課，在國內(nèi)外相關(guān)課程中有其鮮明的特色，在教學(xué)安排上，注意教學(xué)內(nèi)容改進完善，不斷將最新的科技成果增加到教學(xué)內(nèi)容中，將氣動設(shè)計基本理論和飛行器設(shè)計前沿技術(shù)相結(jié)合；課程體系設(shè)計合理，教學(xué)方法多樣，對飛行器氣動設(shè)計的能力培養(yǎng)有重要意義。
作者:吳宗成 鄒輝 高振勛 單位:北京航空航天大學(xué)
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