通航飛機(jī)設(shè)計(jì)課程模塊的開(kāi)發(fā)與探索

王曉璐 王菁 趙輝

摘要：傳統(tǒng)的飛機(jī)設(shè)計(jì)教材和課程多以軍機(jī)和大型民機(jī)為研究對(duì)象，較少研究通航飛機(jī)，所以當(dāng)前對(duì)通航飛機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)木劢故潜匾椭匾?。鄭州航空工業(yè)管理學(xué)一院飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)以企業(yè)需求和學(xué)生就業(yè)為.導(dǎo)向，結(jié)合通航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，開(kāi)發(fā)了通航飛機(jī)設(shè)計(jì)課程的若干模塊，并嘗試將理論課程與實(shí)踐課程相結(jié)合，以提高學(xué)生的就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力。基于現(xiàn)有的通航飛機(jī)設(shè)計(jì)課程模塊，未來(lái)要在給出適合典型通航飛機(jī)的簡(jiǎn)化計(jì)算模型、完善課程作業(yè)的考核機(jī)制、繼續(xù)加強(qiáng)與行業(yè)企業(yè)的聯(lián)系等方面加強(qiáng)研究。

關(guān)鍵詞：通航飛機(jī);人才培養(yǎng);課程模塊

飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)是航空航天類本科院校的重要專業(yè)之一，其專業(yè)課程主要圍繞飛行器設(shè)計(jì)展開(kāi)。受我國(guó)航空工業(yè)發(fā)展歷史的影響，目前該專業(yè)的教材和課程多以軍機(jī)和大型民機(jī)為研究對(duì)象，較少研究通航飛機(jī)。而從就業(yè)去向來(lái)看，大部分畢業(yè)生尤其是地方本科院校畢業(yè)生進(jìn)入軍機(jī)和大型民機(jī)設(shè)計(jì)院所，從事飛行器設(shè)計(jì)是不太現(xiàn)實(shí)的。就當(dāng)前航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，通航產(chǎn)業(yè)具有門檻較低、形態(tài)多樣和人才需求量較大的特點(diǎn)，因此，保持培養(yǎng)方案框架不變，對(duì)通航飛機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)木劢故潜匾椭匾摹?/p>

現(xiàn)有的《飛行器總體設(shè)計(jì)》《空氣動(dòng)力學(xué)》《飛行器系統(tǒng)設(shè)計(jì)》《飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》等教材中對(duì)民用飛機(jī)的討論相對(duì)較少，涉及通航飛機(jī)的吏是寥寥無(wú)兒。鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院在2012-2014級(jí)飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)培養(yǎng)方案中增添了專業(yè)選修課程——通用航空技術(shù)課程，該課程主要介紹通用航空的政策、市場(chǎng)、飛行員培訓(xùn)和飛機(jī)機(jī)型等。這門課程開(kāi)闊了學(xué)生的專業(yè)視野，但由于通航產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷史較短，有關(guān)設(shè)計(jì)和工程部分的內(nèi)容偏少。此外，針對(duì)飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)的學(xué)生，學(xué)校還開(kāi)設(shè)了無(wú)人機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論課程，主要介紹無(wú)人機(jī)在通航產(chǎn)業(yè)內(nèi)的若干應(yīng)用情況。但由于無(wú)人機(jī)強(qiáng)調(diào)無(wú)人駕駛的智能控制方式，而通航飛機(jī)則強(qiáng)調(diào)與公共運(yùn)輸飛機(jī)的設(shè)計(jì)區(qū)別，兩者的定義和操作方式并不相同，因此，開(kāi)設(shè)介紹通航飛機(jī)技術(shù)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法的課程是非常必要的。以通用航空企業(yè)需求為導(dǎo)向，學(xué)校開(kāi)發(fā)了若干通航飛機(jī)設(shè)計(jì)課程模塊，并嘗試將其與實(shí)踐課程、就業(yè)創(chuàng)業(yè)課程相結(jié)合，以使其更具針對(duì)性和目標(biāo)性?，F(xiàn)將課程框架和內(nèi)容介紹如下。

一、通航飛機(jī)設(shè)計(jì)課程框架及模塊

（一）適航條例簡(jiǎn)介

通航飛機(jī)隸屬于民用飛機(jī)，其設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)營(yíng)一般遵循民航局適航條例的要求。適航條例對(duì)飛行員和乘客人數(shù)、最大起飛重量、過(guò)載系數(shù)等均給出了定量約束。通過(guò)對(duì)適航體系和適航條例的介紹，學(xué)生不僅理解了各項(xiàng)參數(shù)的由來(lái)，還增強(qiáng)了自身的法規(guī)意識(shí)。

（二）任務(wù)剖面和飛行性能

通航飛機(jī)常見(jiàn)功能包括旅游觀光、氣象探測(cè)、空中巡查和農(nóng)林植保等。通航飛機(jī)任務(wù)剖面與公共運(yùn)輸飛機(jī)任務(wù)剖面存在較大的區(qū)別，這影響到了通航飛機(jī)的飛行性能和指標(biāo)（如下表所示）。對(duì)典型通航飛機(jī)任務(wù)剖面和飛行性能的介紹和分析，可以擴(kuò)展學(xué)生對(duì)飛機(jī)參數(shù)的認(rèn)識(shí)范疇。

（三）氣動(dòng)布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

飛行器設(shè)計(jì)的任務(wù)是針對(duì)設(shè)計(jì)指標(biāo)提出符合條件的設(shè)計(jì)方案。氣動(dòng)布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)方案中的重要組成部分，也是學(xué)生可以直觀感受到的技術(shù)特征。結(jié)合典型通航飛機(jī)，教師要引導(dǎo)學(xué)生估算相關(guān)參數(shù)，并分析與任務(wù)剖面的聯(lián)系，從而加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。比如，為何商用飛機(jī)機(jī)身為圓柱形，而有些通航飛機(jī)機(jī)身為蝌蚪形（如圖1所示）？為何有些通航飛機(jī)使用雙尾撐布局（如圖2所示）？這些飛機(jī)的設(shè)計(jì)依據(jù)是什么？其氣動(dòng)性能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與常見(jiàn)商用飛機(jī)有何不同？物流配送通航飛機(jī)（無(wú)人機(jī)）的研發(fā)是目前新聞報(bào)道的熱點(diǎn)，它們未來(lái)會(huì)使用哪些布局？等等。這些都是教師要帶領(lǐng)學(xué)生思考并探索的重要問(wèn)題。

（四）制造和運(yùn)營(yíng)維護(hù)

通航企業(yè)一般都購(gòu)置了成熟機(jī)型，受適航成本的限制，設(shè)計(jì)全新機(jī)型的需求較少，畢業(yè)生的工作崗位多為運(yùn)營(yíng)和維護(hù)。飛行器設(shè)計(jì)與工程專業(yè)的學(xué)生要了解通航飛機(jī)的制造工藝與材料、開(kāi)口位置和零部件檢修注意事項(xiàng)等。

教師在實(shí)際講授和操作時(shí)要注意應(yīng)用相關(guān)的案例作為研究對(duì)象。比如，對(duì)于多以農(nóng)林植保為目的的有人駕駛固定翼通航飛機(jī)和市場(chǎng)上常見(jiàn)的多旋翼無(wú)人機(jī)的具體區(qū)別，教師要引導(dǎo)學(xué)生計(jì)算不同任務(wù)下的各分項(xiàng)成本及載荷布置形式，并估算單位飛行小時(shí)成本。同時(shí)，教師也應(yīng)要求學(xué)生收集相關(guān)企業(yè)的有關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)比計(jì)算結(jié)果是否合理。

由于在先導(dǎo)課程中，學(xué)生對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營(yíng)等整個(gè)流程已有輪廓性的了解，再結(jié)合算例，這樣的教學(xué)方式可以加深學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)約束的認(rèn)識(shí)以及對(duì)動(dòng)力形式、重量和成本的辯證關(guān)系的直觀和定量的理解，同時(shí)也可以培養(yǎng)學(xué)生的市場(chǎng)意識(shí)和就業(yè)創(chuàng)業(yè)意識(shí)。

二、理論課程與實(shí)踐課程的結(jié)合

飛行器設(shè)計(jì)在本質(zhì)上是沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案的，而通航飛機(jī)的特點(diǎn)是任務(wù)多樣、形態(tài)豐富.因此.通航飛機(jī)的設(shè)計(jì)非常適合培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。教師在課程設(shè)計(jì)和課余競(jìng)賽中可以使用開(kāi)放式的命題，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)命題需求提出設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行分析迭代，在論證設(shè)計(jì)的合理性后，讓學(xué)生制作出實(shí)物模型進(jìn)行驗(yàn)證。

例如：針對(duì)勘查類小型固定翼飛機(jī)體積較大、需要滑跑場(chǎng)地的問(wèn)題，學(xué)生提出了“便攜式矢量推進(jìn)無(wú)人機(jī)”設(shè)計(jì)方案，其特點(diǎn)是機(jī)翼可折疊、使用矢量電機(jī)推進(jìn)等;針對(duì)水域環(huán)境監(jiān)控和治理問(wèn)題，學(xué)生提出了“面向水污染樣本自動(dòng)采集的水上無(wú)人機(jī)”設(shè)計(jì)方案，其特點(diǎn)是使用聯(lián)接翼的兩棲飛機(jī)布局，具有良好的氣動(dòng)和結(jié)構(gòu)效率以及抗浪性。

三、后續(xù)工作展望

當(dāng)前，“互聯(lián)網(wǎng)+”和人工智能正處于蓬勃發(fā)展階段。在新技術(shù)的牽引下，通航飛機(jī)也逐漸融入人們的日常生活。人才培養(yǎng)和專業(yè)定位不僅要考慮學(xué)科的發(fā)展，還要與學(xué)生的就業(yè)創(chuàng)業(yè)密切結(jié)合?；谝延姓n程模塊，研究者圍繞以下若干方面進(jìn)行改進(jìn)和完善。

（一）給出適合典型通航飛機(jī)的簡(jiǎn)化計(jì)算模型

在對(duì)飛機(jī)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)時(shí)，需要較為方便地估算出若干性能參數(shù)。目前針對(duì)通航飛機(jī)的公式和模型相對(duì)較少，進(jìn)行高精度的數(shù)值模擬將耗費(fèi)大量的時(shí)間，難度也比較大，很容易影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。因此，教師需要針對(duì)阻力和重量等重要參數(shù)，給學(xué)生提供若干簡(jiǎn)化的計(jì)算模型。

（二）完善課程作業(yè)的考核機(jī)制

飛機(jī)設(shè)計(jì)和制作是團(tuán)隊(duì)行為，在制作環(huán)節(jié)進(jìn)行定量化的分工和考核是非常重要的。但在設(shè)計(jì)領(lǐng)域（如布局形式的選擇、動(dòng)力裝置和結(jié)構(gòu)件的選擇與布置等），往往僅由個(gè)別學(xué)生提出和確定，部分學(xué)生容易出現(xiàn)“搭便車”的行為。教師可以嘗試引人方案權(quán)衡和打分評(píng)議等考核機(jī)制，讓每個(gè)學(xué)生都積極參與到設(shè)計(jì)過(guò)程中。

（三）繼續(xù)加強(qiáng)與行業(yè)企業(yè)的聯(lián)系

課程已有案例主要來(lái)自與相關(guān)通航企業(yè)的合作。目前，不少通航企業(yè)處于發(fā)展初期，更需要運(yùn)營(yíng)和維護(hù)方面的人才。高校要以企業(yè)技術(shù)升級(jí)為抓手，逐步從設(shè)計(jì)源頭提出問(wèn)題和解決方案，從而推進(jìn)課程的精細(xì)化建設(shè)。

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