《飛行控制系統(tǒng)》課程實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)

摘 要:闡述了《飛行控制系統(tǒng)》專業(yè)課理論教學(xué)中存在的問(wèn)題，針對(duì)本校飛行器設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生的不同層次學(xué)習(xí)需求，對(duì)本課程實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)進(jìn)行分類思考，提出了以飛行模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)為平臺(tái)的逐層推進(jìn)的飛行器控制系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)體系方案，在教學(xué)中獲得了較好的效果。

關(guān)鍵詞:飛行控制系統(tǒng) 飛行模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái) 實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào):G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào):1674-098X(2012)08(b)-0174-01

在《飛行控制系統(tǒng)》理論教學(xué)體系中加入飛行模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)(即:飛行模擬器)的實(shí)踐教學(xué)，通過(guò)半物理平臺(tái)的實(shí)踐訓(xùn)練，能夠加深對(duì)飛行控制理論知識(shí)體系的理解，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于飛行控制專業(yè)方向模擬仿真研究方法的認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)應(yīng)用能力、分析能力和創(chuàng)新能力，為培養(yǎng)新形勢(shì)下航空人才提供良好的教學(xué)方法和教學(xué)環(huán)境。

1 教學(xué)中存在的問(wèn)題與思考

在傳統(tǒng)的《飛行控制系統(tǒng)》教學(xué)中主要存在的問(wèn)題:(1)《飛行控制系統(tǒng)》課程是一門(mén)以空氣動(dòng)力學(xué)、飛行力學(xué)和自動(dòng)控制原理為理論基礎(chǔ)的綜合性專業(yè)課程。在課堂上，學(xué)生學(xué)習(xí)飛行控制理論知識(shí)時(shí)，會(huì)感覺(jué)知識(shí)點(diǎn)交叉融合多，理論抽象難理解，難以將飛行控制系統(tǒng)如何發(fā)揮控制飛行的作用形象化、具體化。(2)作為重要的機(jī)載設(shè)備，飛行器控制系統(tǒng)具有其一套物理系統(tǒng)，這需要學(xué)生在學(xué)習(xí)《飛行控制系統(tǒng)》課程時(shí)具有良好的電子、電氣以及機(jī)械工程相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備。(3)飛行控制系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系中的飛行品質(zhì)評(píng)價(jià)、品質(zhì)規(guī)范這些工程性很強(qiáng)的知識(shí)很難通過(guò)單純的理論講解讓學(xué)生形成概念。

而本校開(kāi)辦飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)是從2003年開(kāi)始的，由于辦學(xué)歷史和學(xué)生生源的原因，本專業(yè)與傳統(tǒng)的航空三院校(北航、南航、西工大)在培養(yǎng)目標(biāo)和就業(yè)方向上有很大不同。因此需要相應(yīng)調(diào)整飛行控制系統(tǒng)授課時(shí)的側(cè)重點(diǎn)。

根據(jù)學(xué)生未來(lái)不同的就業(yè)和選擇，結(jié)合未來(lái)工作和學(xué)習(xí)中，學(xué)生可能遇到對(duì)于《飛行控制系統(tǒng)》知識(shí)的應(yīng)用的可能性，將不同學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)分為三類:

第一類是本科畢業(yè)進(jìn)入航空各主機(jī)廠工作。但是進(jìn)入主機(jī)廠工作后，本科學(xué)生能從事設(shè)計(jì)行業(yè)的很少，因此，應(yīng)從飛控系統(tǒng)的系統(tǒng)二字著手進(jìn)行培養(yǎng)，讓學(xué)生了解飛控系統(tǒng)的組成、功能和運(yùn)行原理。雖然這些課程在《航空航天概論》課程中有所體現(xiàn)，但是《飛行控制系統(tǒng)》課程將讓學(xué)生對(duì)于飛控系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)更具體詳細(xì)?？梢酝ㄟ^(guò)飛行模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)際操作演練，讓學(xué)生了解飛行控制的主要工作機(jī)理。

第二類是本科畢業(yè)進(jìn)入航空公司從事機(jī)務(wù)類工作。隨著民用航空的高速發(fā)展，各航空公司對(duì)于航空維修等機(jī)務(wù)人員的需求也高速增長(zhǎng)。針對(duì)這一就業(yè)方向，在《飛行控制系統(tǒng)》課程上就要讓學(xué)生了解飛控系統(tǒng)的傳感器、操縱系統(tǒng)的工作原理和飛控系統(tǒng)的功能。要讓學(xué)生面對(duì)飛機(jī)各系統(tǒng)時(shí)有意識(shí)地去提問(wèn)。如，電傳操縱還是機(jī)械操縱？如果是電傳操縱，該系統(tǒng)的可靠性如何保證？這些知識(shí)素養(yǎng)的培養(yǎng)，可以讓學(xué)生通過(guò)有選擇地在飛行模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行學(xué)習(xí)、操作與訓(xùn)練來(lái)獲得。

第三類是對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)有濃厚興趣且基礎(chǔ)知識(shí)牢固扎實(shí)的，通過(guò)研究生入學(xué)考試的方式進(jìn)入高一層次的學(xué)歷學(xué)位教育的學(xué)生。他們除了了解前兩類學(xué)生的飛控知識(shí)，更渴望全面了解飛行控制系統(tǒng)的控制原理和控制規(guī)律。這個(gè)問(wèn)題在課堂時(shí)可以通過(guò)將飛行力學(xué)和自動(dòng)控制理論相結(jié)合推導(dǎo)進(jìn)行介紹。但是控制原理控制規(guī)律如何影響飛行控制系統(tǒng)的飛行品質(zhì)和操穩(wěn)特性這些問(wèn)題，則可以讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證和分析說(shuō)明。因此設(shè)計(jì)與控制原理和控制規(guī)律相關(guān)的飛行控制實(shí)驗(yàn)，直接通過(guò)觀察飛行模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)上飛機(jī)的舵面調(diào)整過(guò)程，感受飛機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)飛行時(shí)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性的變化，再通過(guò)后期數(shù)據(jù)處理分析出這些性能參數(shù)的變化。

2 實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的相應(yīng)措施

如前所述，《飛行控制系統(tǒng)》課程體系相應(yīng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)在飛行模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行。該飛行模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)仿真系統(tǒng)提供了一套典型機(jī)型完整的氣動(dòng)、飛控系統(tǒng)等數(shù)據(jù)參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)人員通過(guò)半實(shí)物模擬座艙和相應(yīng)仿真軟件，利用航電儀表和視景現(xiàn)實(shí)，完成從發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火、滑行、起飛、戰(zhàn)斗及著陸的全飛行過(guò)程，獲得對(duì)飛機(jī)進(jìn)行全方位操縱和控制的直觀、生動(dòng)的飛行體驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)接口可方便地對(duì)飛機(jī)的氣動(dòng)、飛控系統(tǒng)等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改調(diào)整，然后可以立即進(jìn)行參數(shù)調(diào)整后的飛行體驗(yàn)，觀察、記錄和分析其對(duì)飛機(jī)或系統(tǒng)性能的影響。

針對(duì)教學(xué)中存在的問(wèn)題和思考，結(jié)合本飛行模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能和特點(diǎn)，可以將《飛行控制系統(tǒng)》實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)層次。

第一層次是針對(duì)全體學(xué)生開(kāi)設(shè)，主要實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谧寣W(xué)生認(rèn)識(shí)各類型控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，能夠通過(guò)自己操作實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的機(jī)械操縱飛行和電傳操縱飛行。這部分實(shí)驗(yàn)需要實(shí)驗(yàn)教師在飛行模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)主機(jī)上進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置，即可以讓學(xué)生在模擬器上進(jìn)行操作體驗(yàn)。

第二層次是針對(duì)有飛行控制系統(tǒng)有鉆研興趣的學(xué)生，可以在必做部分實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)修改某些反饋參數(shù)支路系數(shù)，分析修改前后模態(tài)的變化，認(rèn)識(shí)各種反饋控制對(duì)模態(tài)的影響。這部分實(shí)驗(yàn)則需要學(xué)生在熟悉模擬試驗(yàn)臺(tái)飛行仿真軟件設(shè)置操作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行座艙內(nèi)的操縱觀察，并采集相應(yīng)飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理。這部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)學(xué)生的要求相應(yīng)提高。這一層次可以設(shè)置為學(xué)生的專業(yè)課程設(shè)計(jì)或畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容。

第三層次針對(duì)綜合能力很強(qiáng)且具有飛行控制研發(fā)興趣的學(xué)生。學(xué)生可以線下修改飛行模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的飛行控制仿真模型，通過(guò)Matlab/simulink仿真工具對(duì)修改后的飛行控制模型進(jìn)行飛行模擬仿真。在仿真結(jié)果確切可行的前提下，將修改后的新的飛行控制模型下載到飛行模擬器的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)飛行控制系統(tǒng)的半物理仿真。

通過(guò)觀察近兩年該實(shí)踐教學(xué)體系實(shí)施情況，發(fā)現(xiàn)學(xué)生普遍對(duì)該實(shí)踐教學(xué)體系評(píng)價(jià)較好。針對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)感受和所提出的建議，本課程教師也進(jìn)行了相關(guān)實(shí)踐項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的多次改進(jìn)，該實(shí)踐教學(xué)體系正日趨成熟。

3 結(jié)語(yǔ)

以飛行模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)為平臺(tái)，在《飛行控制系統(tǒng)》課程實(shí)驗(yàn)、專業(yè)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)飛行控制系統(tǒng)相關(guān)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐項(xiàng)目，通過(guò)逐層推進(jìn)的《飛行控制系統(tǒng)》實(shí)踐教學(xué)體系，讓不同學(xué)習(xí)能力和畢業(yè)就業(yè)需求的學(xué)生都能夠收獲適合自己的飛行控制系統(tǒng)理論和實(shí)踐知識(shí)。通過(guò)與工程實(shí)踐相關(guān)的半實(shí)物仿真的實(shí)踐環(huán)節(jié)操作，能激發(fā)學(xué)生探索飛行控制系統(tǒng)這一飛行器設(shè)計(jì)專業(yè)方向的興趣，為學(xué)生未來(lái)走上工作崗位打下良好的實(shí)踐基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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