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摘 要:阐述了《飞行控制系统》专业课理论教学中存在的问题,针对本校飞行器设计专业学生的不同层次学习需求,对本课程实践教学体系建设进行分类思考,提出了以飞行模拟实验台为平台的逐层推进的飞行器控制系统实践教学体系方案,在教学中获得了较好的效果。
关键词:飞行控制系统 飞行模拟实验台 实践教学
中图分类号:G642 文献标识码：A 文章编号:1674-098X(2012)08(b)-0174-01
在《飞行控制系统》理论教学体系中加入飞行模拟实验台(即:飞行模拟器)的实践教学,通过半物理平台的实践训练,能够加深对飞行控制理论知识体系的理解,加强学生对于飞行控制专业方向模拟仿真研究方法的认知,培养学生知识应用能力、分析能力和创新能力,为培养新形势下航空人才提供良好的教学方法和教学环境。
1 教学中存在的问题与思考
在传统的《飞行控制系统》教学中主要存在的问题:(1)《飞行控制系统》课程是一门以空气动力学、飞行力学和自动控制原理为理论基础的综合性专业课程。在课堂上,学生学习飞行控制理论知识时,会感觉知识点交叉融合多,理论抽象难理解,难以将飞行控制系统如何发挥控制飞行的作用形象化、具体化。(2)作为重要的机载设备,飞行器控制系统具有其一套物理系统,这需要学生在学习《飞行控制系统》课程时具有良好的电子、电气以及机械工程相关基础知识储备。(3)飞行控制系统评价体系中的飞行品质评价、品质规范这些工程性很强的知识很难通过单纯的理论讲解让学生形成概念。
而本校开办飞行器设计与工程专业是从2003年开始的,由于办学历史和学生生源的原因,本专业与传统的航空三院校(北航、南航、西工大)在培养目标和就业方向上有很大不同。因此需要相应调整飞行控制系统授课时的侧重点。
根据学生未来不同的就业和选择,结合未来工作和学习中,学生可能遇到对于《飞行控制系统》知识的应用的可能性,将不同学生的培养目标分为三类:
第一类是本科毕业进入航空各主机厂工作。但是进入主机厂工作后,本科学生能从事设计行业的很少,因此,应从飞控系统的系统二字着手进行培养,让学生了解飞控系统的组成、功能和运行原理。虽然这些课程在《航空航天概论》课程中有所体现,但是《飞行控制系统》课程将让学生对于飞控系统的认识更具体详细。可以通过飞行模拟实验平台的实际操作演练,让学生了解飞行控制的主要工作机理。
第二类是本科毕业进入航空公司从事机务类工作。随着民用航空的高速发展,各航空公司对于航空维修等机务人员的需求也高速增长。针对这一就业方向,在《飞行控制系统》课程上就要让学生了解飞控系统的传感器、操纵系统的工作原理和飞控系统的功能。要让学生面对飞机各系统时有意识地去提问。如,电传操纵还是机械操纵？如果是电传操纵,该系统的可靠性如何保证？这些知识素养的培养,可以让学生通过有选择地在飞行模拟实验平台上进行学习、操作与训练来获得。
第三类是对专业学习有浓厚兴趣且基础知识牢固扎实的,通过研究生入学考试的方式进入高一层次的学历学位教育的学生。他们除了了解前两类学生的飞控知识,更渴望全面了解飞行控制系统的控制原理和控制规律。这个问题在课堂时可以通过将飞行力学和自动控制理论相结合推导进行介绍。但是控制原理控制规律如何影响飞行控制系统的飞行品质和操稳特性这些问题,则可以让学生通过实验来进行验证和分析说明。因此设计与控制原理和控制规律相关的飞行控制实验,直接通过观察飞行模拟实验台上飞机的舵面调整过程,感受飞机自动调节飞行时的稳定性、快速性和准确性的变化,再通过后期数据处理分析出这些性能参数的变化。
2 实践教学环节中的相应措施
如前所述,《飞行控制系统》课程体系相应的实践环节在飞行模拟实验台上进行。该飞行模拟实验台仿真系统提供了一套典型机型完整的气动、飞控系统等数据参数。
实验人员通过半实物模拟座舱和相应仿真软件,利用航电仪表和视景现实,完成从发动机点火、滑行、起飞、战斗及着陆的全飞行过程,获得对飞机进行全方位操纵和控制的直观、生动的飞行体验。
实验时通过接口可方便地对飞机的气动、飞控系统等相关参数进行修改调整,然后可以立即进行参数调整后的飞行体验,观察、记录和分析其对飞机或系统性能的影响。
针对教学中存在的问题和思考,结合本飞行模拟实验台的功能和特点,可以将《飞行控制系统》实验分为三个层次。
第一层次是针对全体学生开设,主要实验目的在于让学生认识各类型控制系统的特点,能够通过自己操作实现简单的机械操纵飞行和电传操纵飞行。这部分实验需要实验教师在飞行模拟实验台主机上进行简单的设置,即可以让学生在模拟器上进行操作体验。
第二层次是针对有飞行控制系统有钻研兴趣的学生,可以在必做部分实验的基础上,通过修改某些反馈参数支路系数,分析修改前后模态的变化,认识各种反馈控制对模态的影响。这部分实验则需要学生在熟悉模拟试验台飞行仿真软件设置操作的基础上,进行座舱内的操纵观察,并采集相应飞行数据进行后续处理。这部分实验内容对学生的要求相应提高。这一层次可以设置为学生的专业课程设计或毕业设计的内容。
第三层次针对综合能力很强且具有飞行控制研发兴趣的学生。学生可以线下修改飞行模拟实验台的飞行控制仿真模型,通过Matlab/simulink仿真工具对修改后的飞行控制模型进行飞行模拟仿真。在仿真结果确切可行的前提下,将修改后的新的飞行控制模型下载到飞行模拟器的实验平台上,實现飞行控制系统的半物理仿真。
通过观察近两年该实践教学体系实施情况,发现学生普遍对该实践教学体系评价较好。针对学生的学习感受和所提出的建议,本课程教师也进行了相关实践项目和实验内容的多次改进,该实践教学体系正日趋成熟。
3 结语
以飞行模拟实验台为平台,在《飞行控制系统》课程实验、专业课程设计和毕业设计中设计飞行控制系统相关实验实践项目,通过逐层推进的《飞行控制系统》实践教学体系,让不同学习能力和毕业就业需求的学生都能够收获适合自己的飞行控制系统理论和实践知识。通过与工程实践相关的半实物仿真的实践环节操作,能激发学生探索飞行控制系统这一飞行器设计专业方向的兴趣,为学生未来走上工作岗位打下良好的实践基础。
参考文献
[1] 吴森堂,费玉华.飞行控制系统[M].北京:航空航天大学出版社.2005.
[2] 吴文海.飞行综合控制系统[M].北京:航空工业出版社.2007.
[3] 刘根旺.飞行器控制系统设计与仿真实验平台的构建[J].实验室研究与探索,2008.
[4] 姜玉红,周胜明,吴文海.国家精品课程飞行控制系统建设改革中的几点思考[J].科技信息,2009.17.
关键词:飞行控制系统 飞行模拟实验台 实践教学
中图分类号:G642 文献标识码：A 文章编号:1674-098X(2012)08(b)-0174-01
在《飞行控制系统》理论教学体系中加入飞行模拟实验台(即:飞行模拟器)的实践教学,通过半物理平台的实践训练,能够加深对飞行控制理论知识体系的理解,加强学生对于飞行控制专业方向模拟仿真研究方法的认知,培养学生知识应用能力、分析能力和创新能力,为培养新形势下航空人才提供良好的教学方法和教学环境。
1 教学中存在的问题与思考
在传统的《飞行控制系统》教学中主要存在的问题:(1)《飞行控制系统》课程是一门以空气动力学、飞行力学和自动控制原理为理论基础的综合性专业课程。在课堂上,学生学习飞行控制理论知识时,会感觉知识点交叉融合多,理论抽象难理解,难以将飞行控制系统如何发挥控制飞行的作用形象化、具体化。(2)作为重要的机载设备,飞行器控制系统具有其一套物理系统,这需要学生在学习《飞行控制系统》课程时具有良好的电子、电气以及机械工程相关基础知识储备。(3)飞行控制系统评价体系中的飞行品质评价、品质规范这些工程性很强的知识很难通过单纯的理论讲解让学生形成概念。
而本校开办飞行器设计与工程专业是从2003年开始的,由于办学历史和学生生源的原因,本专业与传统的航空三院校(北航、南航、西工大)在培养目标和就业方向上有很大不同。因此需要相应调整飞行控制系统授课时的侧重点。
根据学生未来不同的就业和选择,结合未来工作和学习中,学生可能遇到对于《飞行控制系统》知识的应用的可能性,将不同学生的培养目标分为三类:
第一类是本科毕业进入航空各主机厂工作。但是进入主机厂工作后,本科学生能从事设计行业的很少,因此,应从飞控系统的系统二字着手进行培养,让学生了解飞控系统的组成、功能和运行原理。虽然这些课程在《航空航天概论》课程中有所体现,但是《飞行控制系统》课程将让学生对于飞控系统的认识更具体详细。可以通过飞行模拟实验平台的实际操作演练,让学生了解飞行控制的主要工作机理。
第二类是本科毕业进入航空公司从事机务类工作。随着民用航空的高速发展,各航空公司对于航空维修等机务人员的需求也高速增长。针对这一就业方向,在《飞行控制系统》课程上就要让学生了解飞控系统的传感器、操纵系统的工作原理和飞控系统的功能。要让学生面对飞机各系统时有意识地去提问。如,电传操纵还是机械操纵？如果是电传操纵,该系统的可靠性如何保证？这些知识素养的培养,可以让学生通过有选择地在飞行模拟实验平台上进行学习、操作与训练来获得。
第三类是对专业学习有浓厚兴趣且基础知识牢固扎实的,通过研究生入学考试的方式进入高一层次的学历学位教育的学生。他们除了了解前两类学生的飞控知识,更渴望全面了解飞行控制系统的控制原理和控制规律。这个问题在课堂时可以通过将飞行力学和自动控制理论相结合推导进行介绍。但是控制原理控制规律如何影响飞行控制系统的飞行品质和操稳特性这些问题,则可以让学生通过实验来进行验证和分析说明。因此设计与控制原理和控制规律相关的飞行控制实验,直接通过观察飞行模拟实验台上飞机的舵面调整过程,感受飞机自动调节飞行时的稳定性、快速性和准确性的变化,再通过后期数据处理分析出这些性能参数的变化。
2 实践教学环节中的相应措施
如前所述,《飞行控制系统》课程体系相应的实践环节在飞行模拟实验台上进行。该飞行模拟实验台仿真系统提供了一套典型机型完整的气动、飞控系统等数据参数。
实验人员通过半实物模拟座舱和相应仿真软件,利用航电仪表和视景现实,完成从发动机点火、滑行、起飞、战斗及着陆的全飞行过程,获得对飞机进行全方位操纵和控制的直观、生动的飞行体验。
实验时通过接口可方便地对飞机的气动、飞控系统等相关参数进行修改调整,然后可以立即进行参数调整后的飞行体验,观察、记录和分析其对飞机或系统性能的影响。
针对教学中存在的问题和思考,结合本飞行模拟实验台的功能和特点,可以将《飞行控制系统》实验分为三个层次。
第一层次是针对全体学生开设,主要实验目的在于让学生认识各类型控制系统的特点,能够通过自己操作实现简单的机械操纵飞行和电传操纵飞行。这部分实验需要实验教师在飞行模拟实验台主机上进行简单的设置,即可以让学生在模拟器上进行操作体验。
第二层次是针对有飞行控制系统有钻研兴趣的学生,可以在必做部分实验的基础上,通过修改某些反馈参数支路系数,分析修改前后模态的变化,认识各种反馈控制对模态的影响。这部分实验则需要学生在熟悉模拟试验台飞行仿真软件设置操作的基础上,进行座舱内的操纵观察,并采集相应飞行数据进行后续处理。这部分实验内容对学生的要求相应提高。这一层次可以设置为学生的专业课程设计或毕业设计的内容。
第三层次针对综合能力很强且具有飞行控制研发兴趣的学生。学生可以线下修改飞行模拟实验台的飞行控制仿真模型,通过Matlab/simulink仿真工具对修改后的飞行控制模型进行飞行模拟仿真。在仿真结果确切可行的前提下,将修改后的新的飞行控制模型下载到飞行模拟器的实验平台上,實现飞行控制系统的半物理仿真。
通过观察近两年该实践教学体系实施情况,发现学生普遍对该实践教学体系评价较好。针对学生的学习感受和所提出的建议,本课程教师也进行了相关实践项目和实验内容的多次改进,该实践教学体系正日趋成熟。
3 结语
以飞行模拟实验台为平台,在《飞行控制系统》课程实验、专业课程设计和毕业设计中设计飞行控制系统相关实验实践项目,通过逐层推进的《飞行控制系统》实践教学体系,让不同学习能力和毕业就业需求的学生都能够收获适合自己的飞行控制系统理论和实践知识。通过与工程实践相关的半实物仿真的实践环节操作,能激发学生探索飞行控制系统这一飞行器设计专业方向的兴趣,为学生未来走上工作岗位打下良好的实践基础。
参考文献
[1] 吴森堂,费玉华.飞行控制系统[M].北京:航空航天大学出版社.2005.
[2] 吴文海.飞行综合控制系统[M].北京:航空工业出版社.2007.
[3] 刘根旺.飞行器控制系统设计与仿真实验平台的构建[J].实验室研究与探索,2008.
[4] 姜玉红,周胜明,吴文海.国家精品课程飞行控制系统建设改革中的几点思考[J].科技信息,2009.17.