大飞机在空气动力学及飞行原理课程教学中的应用

    韩伟

    

    

    

    摘 要：空气动力学及飞行原理是航空航天专业的一门重要的专业基础课，但是在以往的教学实践中，学生普遍感受到教学内容过于抽象理论化，从而教学效果不甚理想。本文以江苏航院引进的B737-300型飞机为例，深入探讨了大飞机是如何应用于空气动力学及飞行原理课程的实践教学，提升课程教学质量，增强学生的创新实践能力。

    关键词：大飞机;教学;创新实践

    一、绪论

    空气动力学及飞行原理是飞行器制造与维修专业的一门重要的专业基础课程，该课程公式定理繁多，对抽象思维能力要求较高[1]，从以往传统的课堂纯理论教学情况来看，学生普遍感到接受困难，课堂参与度不高，从而教学效果不甚理想。并且与之相匹配的实践环节也严重缺乏，学生的实践与创新能力难以得到锻炼和提高。

    近年来国家对航空航天产业的重视与投入力度正与日俱增[2]，航空产业的发展不仅需要顶尖的创新研究型人才，还需要众多高素质的技术技能型人才。在国家振兴职业教育的大背景下，职业教育发展迎来了历史性的机遇，许多航空类高职院校应运而生[3]。部分航空类高职院校为了提升人才培养质量和专业课程教学水平，选择采购二手或者退役飞机作为实践教学设备。教学飞机的引进极大地改善了实践教学环境，为众多航空专业课程提供了极佳的实践教学条件，许多以往只能在教科书、PPT中见到的飞机结构部件，都可以在教学飞机上直观的感受到，增强了学生的学习兴趣以及动手实践能力，从而提升了教学质量。

    二、课程体系架构

    航空职业教育的目标是培养航空维修与制造一线的应用型、技术技能型人才，而高职学生普遍数理基础较弱，抽象思维能力有限，但是动手操作能力反而较强。因此根据高等职业教育的培养目标以及学生的特点，建立了以实践应用为导向的空气动力学及飞行原理课程体系，该课程体系淡化了严格的公式定理推导与论证，强化重要的结论。公式的运用，即“以应用为目的，必须够用为度”，把培养学生应用空气动力学及飞行原理知识解决实际问题的能力放在首位，为后续专业课程的学习、能力的培养打下良好的基础[4]。

    本课程分为“空气动力学基础”和“飞行原理”两部分，在空气动力学基础部分，重点突出流体运动基本参数，以及机翼在气流作用下的各种作用力的形成及变化趋势。在飞行原理部分，针对现有常用飞行器外形特点，介绍了飞机飞行基本理论，及其不同姿态下的稳定性和操纵性。本课程共计48学时，其中“空气动力学基础”部分课堂讲授14学时，实践模拟2学时。“飞行原理”部分课堂讲授24学时，实践模拟6学时，创新设计2学时。

    空气动力学及飞行原理中的许多知识点不能仅靠教师课堂上抽象的理论讲解，必须密切联系实际，而教学飞机能够让学生对知识点有更直观的感受，从而增强学生的学习兴趣，提升教学效果。

    三、B737-300型飞机简介

    2018年江苏航院耗资千万从印尼引进一架退役的B737-300型客机。该型飞机是由美国BOEING公司于1981年3月份正式开始研制的第二代B737系列的首个客机型号，其机长为33.4m，翼展为28.9m，机高为11.13m，配制两台由美国GE公司和法国SNECMA公司联合研制生产涵道比为5.0的CFM56-3型涡轮风扇航空发动机，其最大商载为16t[5]。江苏航院所引进的B737-300型飞机如图1所示。

    四、B737-300型飞机教学应用实例

    （一）机翼几何外形和参数教学

    机翼的几何外形包含机翼翼型、机翼的平面形状以及机翼相对机身的安装位置。该部分内容涉及到及几何学的知识，对空间想象能力有一定的要求。例如在机翼相对机身的安装位置模块的教学中，如果采用课堂纯理论讲解或者PPT演示，则学生往往由于缺乏空间想象能力而导致理解不到位，印象不够深刻，此时教师可以带学生到停机坪上从B737飞机的机尾向机头观察，如图2所示。

    从图2可以很直观的看出，B737-300的机翼为下单上反布局。这里涉到了两个影响飞机飞行性能的重要结构参数：机翼相对机身中心线的高度、机翼相对机身的角度。关于机翼相对机身中心线的高度，除了有下单翼之外还有上单翼和中单翼，关于机翼相对机身的角度，除了有上反角还有下反角。通过机尾向机头近距离观察B737飞机，同学们将对B737的机翼布局有了很直观且深刻的印象，如此以来，不仅能很好的掌握B737飞机的机翼布局特点，更能通过举一反三去了解其他机型的机翼布局，从而完成对整个知识体系的建构。

    （二）增升装置教学

    飞机的增升装置主要有四种：后缘襟翼、前缘襟翼、前缘缝翼、涡流发生器。其中涡流发生器是利用漩涡从外部气流中将能量带进附面层，加快附面层内气流流动，防止气流分离的装置。

    涡流发生器的构造是一种低展弦比小翼段，垂直地安装在它们起作用的气动面上。可以成对交错排列，也可以单个地都按一个方向排列。但小翼段都应与来流形成一定的迎角。当气流以一定的迎角流过小翼段时，在一侧加速，另一侧减速，在小翼段两侧造成压力差，因而在小翼段的端部生成了很强的翼尖漩涡。这些漩涡将外部气流中的高能量气流带入附面层，加快了附面层内气流流动，有效地抑制附面层分离。

    教材上对于涡流发生器的讲解是较为抽象的，如果教师照本宣科，学生难以对涡流发生器的结构和功能有清晰的认识和体会，而B737教学飞机的发动机和机翼上都安装有涡流发生器，因此在教学实践中，教师可以带领学生去近距离观察涡流发生器的结构，体会涡流发生器的功能和原理，对相关知识点的掌握和理解有很好的促进作用。

    （三）飞行操纵教学

    飞机的飞行操纵包含侧向操纵、纵向操纵和方向操纵。而其中飞机的纵向操纵是由驾驶员通过驾驶杆、传动系统等改变升降舵的偏转角来实现的。驾驶员向后拉杆，舵面向上偏转，水平尾翼上产生的附加升力向下，对重心产生的附加纵向力矩迫使飞机头。驾驶员向前推杆，舵面向下偏转，水平尾翼产生的附加升力向上，对重心产生的附加纵向力矩迫使飞机低头。而方向操纵则是驾驶员通过脚蹬，操纵方向舵绕转轴左右偏转来实现的。驾驶员蹬右舵，方向舵向右偏转，垂尾上产生的侧向力指向左，对飞机重心产生的偏航力矩使飞机机头向右偏转，若蹬左舵，则飞机的运动正好相反。B737-300型飞机的操纵杆、脚蹬如图4所示。

    教师在讲解飞行操纵这一章节时可以先让学生从飞机外部观察升降舵和方向舵，然后带学生上飞机驾驶舱实地操作操纵杆和脚蹬，从而使学生对飞行操纵原理有更深刻的体会。

    五、结语

    航空类高校教学飞机的引进能够极大地改善实践教学环境，提升课程教学质量，增强学生的创新实践能力。本文以江苏航空职业技术学院引进的B737-300型飞机为例，结合具体教学情境，探讨了教学飞机在空气动力学及飞行原理课程实践教学中的应用。结果表明，B737教学飞机能够让学生对抽象的知识点有更直观的感受，增强学生的学习兴趣以及动手实践能力，从而提升了学习效果。

    参考文献：

    [1]刘惠超，邹倩，张燕，田钢.航模制作在飞行原理课程中的教学实践探索[J].济南职业学院学报，2018（06）：47-49.

    [2]郑建华.民用航空产业战略研究[J].机械制造，2018，56（12）：1-6+20.

    [3]宗剑，李雨林，江稳，刘子琪，吴峰.航空类专业高校飞机项目开发意义的分析——以江苏航院B737-300型飛机为例[J].中国现代教育装备，2020（15）：128-130.

    [4]黄睿杰，孙兵，梁海峰.空气动力学与飞行原理课程教学体系探讨[J].内江科技，2017，38（03）：96-97.

    [5]高培新.波音737-300大飞机在应用型民航飞行员培养中的应用研究[J].高教学刊，2017（09）：157-158.