郭衛(wèi)剛 王強(qiáng)

【摘要】在飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)課程的教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，必須要及時(shí)地開(kāi)展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。闡述實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，明確實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、協(xié)作精神、創(chuàng)新思維能力及提高綜合素質(zhì)方面的重要作用。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)課程中的應(yīng)用研究，表明實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)課程的興趣，可提高教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)。

【關(guān)鍵詞】飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)? 實(shí)驗(yàn)? 教學(xué)改革

【中圖分類(lèi)號(hào)】V221 ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2021）41-0115-02

一、課程基本情況

《飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)》課程是我校飛行學(xué)生必修的一門(mén)核心航空理論課程，在人才培養(yǎng)方案中屬于專(zhuān)業(yè)背景課程模塊。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握空氣動(dòng)力學(xué)的基本概念和基本理論，可為后續(xù)的其他專(zhuān)業(yè)背景課程提供理論基礎(chǔ)，具有奠基作用。

學(xué)生通過(guò)課程學(xué)習(xí)，了解空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)及其在飛行實(shí)踐活動(dòng)中的意義和價(jià)值，理解空氣動(dòng)力學(xué)的基本概念，掌握空氣動(dòng)力學(xué)的基本原理和計(jì)算分析方法，做到能夠理論聯(lián)系實(shí)際，掌握運(yùn)用理論指導(dǎo)實(shí)踐的方法，培養(yǎng)分析和解決飛行實(shí)踐活動(dòng)實(shí)際問(wèn)題的能力，養(yǎng)成科學(xué)的思維習(xí)慣和勇于實(shí)踐的創(chuàng)新精神[1]。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)

飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)課程主要介紹氣流的流動(dòng)以及空氣與飛機(jī)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的氣動(dòng)特性。氣流的流動(dòng)在現(xiàn)實(shí)生活中不是很容易觀察，而空氣動(dòng)力學(xué)中又有很多的公式原理等，這就造成了空氣動(dòng)力學(xué)理論比較抽象，理解起來(lái)有困難。而通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察流動(dòng)現(xiàn)象、驗(yàn)證基本定理和基本概念就容易讓學(xué)生接受。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)課程中的地位就顯得尤為重要，不可或缺[2-4]。

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)可幫助學(xué)生加深對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解。學(xué)生可通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察分析空氣的流動(dòng)狀況，如果在實(shí)驗(yàn)中給空氣加入顏色，并在激光發(fā)生器的配合下，空氣的流動(dòng)狀態(tài)便一目了然?？赡懿恍韪嗟闹v解，學(xué)生一看就能明白空氣的流動(dòng)情況。同時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可將測(cè)量的氣動(dòng)力以數(shù)據(jù)的形式顯示在屏幕上，學(xué)生可直觀的感受到氣動(dòng)力的大小和變化規(guī)律。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)可培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和協(xié)助精神。實(shí)驗(yàn)過(guò)程需要學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，改變模型飛機(jī)的姿態(tài)，調(diào)整風(fēng)速大小等。對(duì)于課堂上的理論可自己改變條件進(jìn)行驗(yàn)證，增強(qiáng)其動(dòng)手能力，并提高學(xué)生對(duì)課程的興趣。同時(shí)，有些實(shí)驗(yàn)需要幾個(gè)同學(xué)一起協(xié)作進(jìn)行才能完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量和采集，這就需求同學(xué)之間密切配合，分工明確。只有配合得好，實(shí)驗(yàn)結(jié)果才能更準(zhǔn)確。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)可培養(yǎng)學(xué)生分析思考能力，提高其綜合素質(zhì)。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)，能夠積極參與到整個(gè)研究過(guò)程中，對(duì)于出現(xiàn)的問(wèn)題，可引發(fā)其積極思考，熱烈討論。通過(guò)分析，查閱資料等主動(dòng)尋找問(wèn)題的答案和解決方法。在分析思考的過(guò)程中，無(wú)形中將理論與工程實(shí)際結(jié)合起來(lái)，從而將被動(dòng)的學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)探索的思考過(guò)程。這有利于學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題并主動(dòng)的解決問(wèn)題，加強(qiáng)其對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，其自身的綜合素質(zhì)也在思考探索的過(guò)程中得到提高。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)在飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)課程中的應(yīng)用

飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的是通過(guò)模型，研究飛機(jī)上的空氣動(dòng)力的變化規(guī)律。它對(duì)學(xué)生理解飛機(jī)空氣動(dòng)力的現(xiàn)象以物理本質(zhì)具有較大的幫助作用。因此，在課程中通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)等可提供給學(xué)生直觀的感受，有助于其對(duì)內(nèi)容的理解和掌握[5-6]。

在飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程中，主要開(kāi)展雷諾實(shí)驗(yàn)、翼型表面壓力分布實(shí)驗(yàn)、全機(jī)氣動(dòng)力系數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)等，如表1所示。為了幫助學(xué)生更好地掌握實(shí)驗(yàn)的測(cè)量方法，在課程的教材中加入空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)原理和方法一章的內(nèi)容，介紹常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、測(cè)量原理及典型實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法[7-8]。在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)上，盡量增加實(shí)驗(yàn)的趣味性、設(shè)計(jì)性、探索性，培養(yǎng)其主動(dòng)思考、勇于探索的能力。

伯努利方程驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)扇的風(fēng)速，從而改變流經(jīng)伯努利實(shí)驗(yàn)?zāi)K的氣流速度。伯努利實(shí)驗(yàn)?zāi)K是一個(gè)半透明的方形管道，內(nèi)部組成包括一個(gè)收縮—擴(kuò)張流道和一個(gè)可沿流道軸向移動(dòng)的皮托管（用以測(cè)量氣流的總壓和靜壓），通過(guò)出口聯(lián)接器連接至基本實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，另一端連接到多管壓力計(jì)上，從而驗(yàn)證伯努利方程。如圖1所示。

全機(jī)氣動(dòng)力系數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)采用的是開(kāi)口回流低速風(fēng)洞（如圖2）。風(fēng)洞由洞體、動(dòng)力系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)組成。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎梦矒涡问?，測(cè)力元件采用桿式六分力應(yīng)變天平，測(cè)壓采用皮托管壓力傳感器，測(cè)速采用熱線(xiàn)分析儀，流場(chǎng)流態(tài)顯示采用激光片光系統(tǒng)。

翼型表面壓力分布測(cè)量實(shí)驗(yàn)采用是直流低速風(fēng)洞。該風(fēng)洞采用開(kāi)口吸入式設(shè)計(jì)，排氣口安裝有軸流風(fēng)扇，最大風(fēng)速36m/s。在機(jī)翼表面不同位置開(kāi)設(shè)小孔，并由導(dǎo)管連接到多管壓力計(jì)，通過(guò)調(diào)節(jié)不同迎角的大小，由液面高度差可測(cè)量不同迎角下的壓力分布。除此之外，該風(fēng)洞還可研究氣流流過(guò)不同模型時(shí)的升阻特性、力矩變化、失速機(jī)理、襟翼影響等。學(xué)生可根據(jù)需要，拓展實(shí)驗(yàn)范圍，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的研究深度和廣度。

此外，學(xué)生還可以通過(guò)飛行演示風(fēng)洞，研究固定翼飛機(jī)的飛行原理。通過(guò)操縱裝置改變飛機(jī)的姿態(tài)、位置，從而演示飛機(jī)起飛、巡航、降落、失速等過(guò)程及現(xiàn)象。模型的機(jī)翼上覆蓋有塔夫特絲線(xiàn)，也可觀察氣流在通過(guò)機(jī)翼時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)和方向。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施過(guò)程中，始終秉承“教為主導(dǎo)，學(xué)為主體”的教學(xué)理念展開(kāi)。以學(xué)生為中心，就是從學(xué)生的需求出發(fā)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的興趣，發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，鍛煉其實(shí)踐操作能力和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。學(xué)生可通過(guò)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)過(guò)程，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并通過(guò)分析驗(yàn)證所學(xué)空氣動(dòng)力學(xué)理論。此外，有興趣和能力的學(xué)生還可以做深入的研究，探索發(fā)現(xiàn)一些未知領(lǐng)域，從而提高飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)的教學(xué)實(shí)踐效果。

六、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性提高了，學(xué)習(xí)效果也增強(qiáng)了。學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力也得到提高。動(dòng)手能力、創(chuàng)新思維能力、個(gè)人的綜合素質(zhì)及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力均得到加強(qiáng)?？諝鈩?dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)是航空航天發(fā)展的基礎(chǔ)，對(duì)其教學(xué)也必須得到高度重視。因此，在課程的實(shí)施過(guò)程中，實(shí)時(shí)地引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可大大提高教學(xué)效果。

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作者簡(jiǎn)介：

郭衛(wèi)剛（1976年-），男，山東煙臺(tái)人，副教授，研究方向：空氣動(dòng)力學(xué)，飛行力學(xué)。