飛行器氣動(dòng)設計教學(xué)思考論文
飛行器氣動(dòng)設計教學(xué)思考論文
摘要：飛行器設計空氣動(dòng)力學(xué)是重要的研究生專(zhuān)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計技術(shù)緊密結合，直接面向飛行器設計工程應用部門(mén)，本文重點(diǎn)討論了課程的特點(diǎn)、課程內容的組織實(shí)施、教學(xué)方法的綜合應用等方面。
關(guān)鍵詞：氣動(dòng)；設計；教學(xué)
在傳統的培養模式和計劃中沒(méi)有氣動(dòng)設計類(lèi)課程中，過(guò)去學(xué)生都是通過(guò)分別學(xué)習空氣動(dòng)力學(xué)和飛機設計兩門(mén)課程，然后在工程實(shí)踐中摸索氣動(dòng)設計方法，由于飛行器性能要求的越來(lái)越高和氣動(dòng)設計的復雜性，國內外已普遍認識到這門(mén)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(dòng)力學(xué)和飛機設計兩者之間的橋梁，將空氣動(dòng)力學(xué)的基礎理論和飛機設計相結合，使學(xué)生對飛行器的氣動(dòng)設計有一個(gè)全面的了解和掌握，培養學(xué)生飛行器氣動(dòng)設計能力以及全面綜合分析能力，建立飛行器空氣動(dòng)力學(xué)設計的基本設計方法、設計理論，和其他相關(guān)學(xué)科的綜合考慮，為學(xué)生進(jìn)行飛行器的氣動(dòng)設計提供空氣動(dòng)力學(xué)理論的基礎、分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。教學(xué)團隊在前期良好的教學(xué)建設基礎上，不斷擴充完善教學(xué)內容，強調基礎性、前瞻性和實(shí)用性，改進(jìn)教學(xué)方法，培養創(chuàng )新意識。
一、教學(xué)內容的組織完善
與該課程相關(guān)的國內外參考資料非常有限，教學(xué)團隊充分收集整理國內外相關(guān)著(zhù)作、文獻，利用網(wǎng)絡(luò )資源，綜合研討教學(xué)內容。教學(xué)中注意將國內外前沿最新的飛行器氣動(dòng)設計理論方法引入教學(xué)，不斷擴充完善教學(xué)內容。由于飛行器氣動(dòng)設計與總體設計、飛行控制、隱身等學(xué)科密切相關(guān)，涉及面廣，因而，教材內容的組織取舍，如何在有限的教學(xué)時(shí)間內選取組織授課內容，保證課程的基礎性、前瞻性和實(shí)用性，是非常重要而艱難的任務(wù)。教學(xué)團隊廣泛進(jìn)行了國內外相關(guān)課程教學(xué)調研，收集資料，研討并完善教學(xué)內容，形成了較為合理的課程體系。教學(xué)內容從運輸機到戰斗機再到高超聲速飛行器，循序漸進(jìn)。運輸機作為最基本的飛行器類(lèi)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，設計目標相對集中，都是飛機設計中的基本問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，主要包括先進(jìn)翼型的不斷發(fā)展，亞音速干線(xiàn)飛機三維機翼的設計，機翼翼梢減阻裝置的應用、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(zhù)陸階段的增升裝置外形的空氣動(dòng)力設計，多學(xué)科優(yōu)化設計，最后簡(jiǎn)要介紹高速民航機的氣動(dòng)設計�，F代戰斗機性能要求不斷提高，并且涵蓋多個(gè)方面，如機動(dòng)性、超聲速巡航特性、隱身特性、超視距作戰能力等，因而課程重點(diǎn)包括了現代戰斗機的氣動(dòng)布局，邊條翼、鴨式布局、前掠翼等，隱身要求和空氣動(dòng)力的綜合設計，發(fā)動(dòng)機進(jìn)排氣系統及其與飛機的一體化設計，推力矢量化，機敏性和超機敏性等，并且重點(diǎn)介紹了數值模擬方法在未來(lái)飛機設計中的重要性。由于高超聲速飛行器的迅速發(fā)展，課程也對其進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，高超聲速飛行是洲際彈道導彈、回收衛星、飛船、航天飛機在上升段和再入大氣層時(shí)，以及穿越行星大氣層的宇宙探測器進(jìn)入行星大氣時(shí)將經(jīng)歷的飛行階段，也是當前正在發(fā)展的跨大氣層飛機和新型武器系統所必須具備的能力。由于學(xué)生高超聲速空氣動(dòng)力學(xué)基礎偏弱，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(dòng)力學(xué)、高超聲速流動(dòng)的基本特性，然后重點(diǎn)介紹了氣動(dòng)力、氣動(dòng)熱工程計算模型和高超聲速飛行器熱防護等內容。
二、教學(xué)方法的綜合應用
1.板書(shū)、電子課件、多媒體資料的有機結合。在課程教學(xué)中，根據講授的具體內容，結合板書(shū)、電子課件、多媒體資料等多種手段綜合應用。由于上課的研究生專(zhuān)業(yè)不同，基礎差異較大，故在講授中，教師需要根據學(xué)生的具體情況，以空氣動(dòng)力學(xué)設計思想、設計理論為核心，輔以補充必要的專(zhuān)業(yè)基礎知識和理論，這些內容比較適合以板書(shū)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)習興趣，加深對基本理論的理解，故板書(shū)、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)相結合。教師在課程講授過(guò)程中，注意理論學(xué)習和案例教學(xué)相結合，由于氣動(dòng)設計的基本理論和飛行器的設計發(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合具體案例，以提高學(xué)生的學(xué)習興趣，加強學(xué)生的感性認識，加深對氣動(dòng)設計基本理論的綜合理解。如在民機的氣動(dòng)設計中，重點(diǎn)介紹了空客380、波音787等飛機的典型設計特點(diǎn)，了解翼梢裝置設計中與結構重量等多學(xué)科優(yōu)化的設計思想，機翼載荷的展向分布設計特點(diǎn)等。結合F15、F16討論發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣道的設計特點(diǎn)等。結合F22討論現代戰斗機的設計特點(diǎn)，機動(dòng)性和隱身性的綜合權衡，對空氣動(dòng)力學(xué)的挑戰等問(wèn)題。
3.課外研究報告的撰寫(xiě)與課堂討論相結合。為增強學(xué)生的科研實(shí)踐能力，在課堂教學(xué)的同時(shí)，要求學(xué)生課外針對教學(xué)內容相關(guān)專(zhuān)題查閱文獻、綜合分析、研究討論、撰寫(xiě)論文，并組織學(xué)生課堂展示研討，變學(xué)生被動(dòng)聽(tīng)講為主動(dòng)學(xué)習研討，以提高學(xué)生學(xué)習的主動(dòng)性和自覺(jué)性，鍛煉學(xué)生自主研究、綜合分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。在教學(xué)實(shí)踐中，對論文選題給以合理指導，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(jìn)行了考核體系改革，結合考試、報告撰寫(xiě)、課堂研討、考勤等多種形式，全面衡量學(xué)生的學(xué)習態(tài)度、知識掌握、靈活運用、收集整理資料、研究解決問(wèn)題、撰寫(xiě)報告、表達能力等多方面的考察。并積極聽(tīng)取學(xué)生的反饋意見(jiàn)，為進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量，提高教學(xué)效果提供參考。
三、課程的特點(diǎn)
由于現代飛行器發(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(jìn)技術(shù)，教學(xué)內容不斷變化是課程的一個(gè)顯著(zhù)特點(diǎn)，取得高性能的變化多樣的氣動(dòng)布局是空氣動(dòng)力學(xué)的理論知識應用于實(shí)際飛行器設計的杰出成果。將經(jīng)典理論和飛行器前沿設計技術(shù)緊密結合，直接面向工程部門(mén)飛行器設計應用，故課程不僅要涵蓋氣動(dòng)設計的基本理論基本方法，而且要和當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(dòng)設計思想方法理論，更好地服務(wù)于工程實(shí)踐。本課程不僅在空氣動(dòng)力學(xué)專(zhuān)業(yè)，而且對相關(guān)專(zhuān)業(yè)如飛機設計、固體力學(xué)等專(zhuān)業(yè)的研究生培養中都占有重要地位，是學(xué)生全面掌握飛行器氣動(dòng)設計的主要理論和主要方法重要的專(zhuān)業(yè)課，和飛行器設計工程實(shí)踐密切相關(guān)，為學(xué)生畢業(yè)后從事飛行器設計提供空氣動(dòng)力學(xué)設計理論和方法支撐。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(lèi)別。通過(guò)該課程的學(xué)習，學(xué)生對空氣動(dòng)力學(xué)在飛機設計中的作用與意義可以有更深的認識，同時(shí)也切實(shí)認識到設計問(wèn)題的復雜性、多學(xué)科綜合應用的重要性，有利于在今后的學(xué)習工作中更全面更綜合的考慮問(wèn)題，為以后科研工程實(shí)踐奠定堅實(shí)的基礎。
四、總結
本課程是一門(mén)重要的研究生專(zhuān)業(yè)課，在國內外相關(guān)課程中有其鮮明的特色，在教學(xué)安排上，注意教學(xué)內容改進(jìn)完善，不斷將最新的科技成果增加到教學(xué)內容中，將氣動(dòng)設計基本理論和飛行器設計前沿技術(shù)相結合；課程體系設計合理，教學(xué)方法多樣，對飛行器氣動(dòng)設計的能力培養有重要意義。
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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