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航空发动机论文范文1
关键词:发动机控制系统 模拟仿真 优化设计
中图分类号:V233.7 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)02(c)-0210-02
1 研究背景
研究目的:针对航空发动机控制部件进行实体建模,建立部件数据库,包含部件的结构参数与控制特性;并搭建控制系统工作特性的仿真平台,能方便地组建控制系统与分析系统的工作特性,并对系统进行优化设计,服务于教学实践。
研究意义:航空发动机的发动机性能计算机仿真不仅能够指导发动机设计、缩短研制周期、节约经费,而且具有良好的可控性、可观性、安全性、重复性和经济性等特点。建立合理、准确的航空发动机工作过程的数学模型是发动机性能仿真的基础,建立适合于各种仿真目的的发动机仿真模型是仿真试验与分析的关键。
2 发动机转速控制系部件及系统
2.1 动态特性
根据航空发动机转速控制系统的工作原理,构建转速控制系统的原理图。
当系统的输入量不变,只考虑干扰量时,系统的传递函数为
2.2 稳态特性
稳态的误差是控制系统准确度的一种量度,是控制系统性能的一项重要指标。在航空发动机控制系统中,由于发动机的外界条件经常发生变化,系统要在频繁的干扰输入下工作,因此,对干扰恢复稳定时,输出量的给定值与实际值的偏差。但作为系统稳态性能分析,需要讨论系统输入和干扰输入两种情况。
主要根据终值定理:
假设系统的干扰输入为零,即,误差传递函数为
系统的开环传递函数为
系统对单位阶跃输入的稳态误差为零,对单位斜坡输入的稳态误差为常数。
2.3 控制系统模型建立
使用AMESim对航空发动机转速调节系统建模仿真过程中,首先基于转速调节器结构原理图,经对原理图及工作过程分析,确定对建模仿真具有重要作用的系统关键元件;其次,根据各元件特点将调节器主要元件分类为机械元件、液压元件等;然后针对不同类别,对各元件采取相应的建模方法分别进行建模;最后,再根据原理图连接各关键元件,构建调节器模型。建模过程的主导思想是力求为用户提供元件尽可能多的输入参数,并具有尽可能准确的数学模型[1]。
3 控制系统的优化
对于控制系统的优化,根据性能的指标要求对系统性能的参数进行调整。其中,系统不可调整参数为油泵参数K3=1.0,K4=1.0;发动机参数TE=0.9s,KE=0.23[2],见表1。
通过参数的调整得到不同的单位阶跃响应曲线、单位脉冲响应曲线、系统的Bode图以及系统根轨迹图(见图1),对在不同参数下的稳定性、灵敏性、系统的开环频率特性和闭环系统的时域响应特性,进行分析,找到并得出最合适的控制参数。
发动机的动态特性随发动机的工作状态和飞行条件改变而改变。高空低速飞行并且发动机在低转速状态工作时,发动机的动态性能最差。因此,在完成设计状态下的系统性能分析检查后,必须在各种飞行条件下,对发动机的各种工作状态进行系统仿真,并按性能指标定量检查仿真结果。若性能不满足要求,应重新调整参数值,直至满足性能指标要求为止。如果调整参数值仍不能达到要求,应重新修改校正装置结构或重新设计。
4 发展的前景以及优势
目前研发的航空发动机控制部件及系统仿真教学平台主要是针对单转子喷气式发动机的研究,对于目前新一代航空发动机采取的控制手段是电子控制技术,即全权限数字发动机控制器FADEC。数字电子控制器能够进行复杂运算,实现更为复杂的控制规律,可以布置更多的发动机载传感器,用于监控发动机工作状态并且能使发动机控制系统具备故障诊断和故障重构能力,大大提高可靠性,实现发动机自适应控制[3]。
5 结语
该文研究的主要内容包括:首先,分析了航空发动机控制系统建模仿真技术的发展情况;其次,分析研究了液压机械式发动机及其转速控制系统的组成及工作原理,并对带比例反馈的转速控制系统的组成及工作原理进行了详细的分析研究;再次,提出了基于AMESim的航空发动机燃油调节系统建模仿真研究方法;紧接着使用该建模方法对液压机械式发动机转速转速控制系统进行了建模;最后,对开环、闭环转速控制系统性能分析研究,并对“软参数”流量系数的计算及变化情况进行详细的分析研究并得到单位阶跃响应曲线、单位脉冲响应曲线、系统的Bode图以及系统根轨迹图。
该文所建立的航空发动机转速控制系统仿真平台,通用性强,使用灵活,利用此控制系统可以实现各种发动机转速控制系统的仿真。在已研发的航空发动机控制部件及系统仿真教学平台的基础上进行完善、改进,将航空发动机电子控制技术引入进该仿真教学平台去,拓展航空发动机控制部件及系统仿真教学平台的应用范围,有利于更好地理解、学习航空发动机的工作原理。
参考文献
[1] 陈宏亮.X_8航空发动机燃油调节系统建模仿真研究[D].西安:西北工业大学,2006.
航空发动机论文范文2
[关键词]航空发动机 地面起动 供油量 起动时间
中图分类号:V235.13 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)13-0123-01
1 起动过程简介
航空发动机从零转速加速到慢车转速的过程称为起动过程。发动机的地面起动一般包含以下三个阶段[1],第Ⅰ阶段:燃烧室点火燃烧之前,在起动机的辅助下,将发动机的转子加速接近至点火转速。当高压转速到达时,向燃烧室中喷入燃油并点燃。第Ⅱ阶段:待燃烧室内燃油点燃形成稳定的火源之后,涡轮便开始进入工作状态,发出功。第Ⅲ阶段:当发动机转速达到时,涡轮的输出功率已明显远大于压气机所需要的功率,此时,可以断开起动机与发动机之间的联接,发动机依靠涡轮的扭矩独自将发动机从加速到慢车转速,至此,完成发动机的整个起动过程(图1)。
2 起动油量对发动机起动情况的影响
从式中可见,某型发动机转速与油量呈函数关系,对其地面起动过程来说,选择合适的起动供油规律至关重要。
试验在地面环境温度达到36~38℃时进行,当大气温度较高时[2],虽然滑油、燃料的物理性质变化都会更有利于起动,但由于空气流量的减小,燃烧室内容易形成过分富油燃烧,从而导致温度过高。故高温条件下对起动油量的考核最苛刻,起动油量选择不恰当极易导致温度上升过快而超温。
3 试验结果分析
3.1 试验方法
试验设计过程中尽量避免其他因素对试验的影响,仅分析起动供油量对发动机起动的影响。试验点选择过程中尽量保证环境温度和压力变化不大。
起动过程中起动机脱开的逻辑是:起动到达一定时间或者发动机n2转速大于一定值。发动机起动试验过程中,为了避免起动机功率影响,起动过程中尽量保证起动机进口空气参数一致。
试验过程中选择4种供油规律,通过分析4种供油规律的起动机脱开转速、起动机脱开时的排气温度、起动过程中最大的排气温度和起动时间来分析起动油量对地面起动的影响。
3.2 试验结果分析
由于在高温天气起动,起动过程中起动时间较长,4种方案的起动机脱开均为时间脱开。
a)方案1
选择起动油量为下图2中方案1。起动过程中,转速上升缓慢,起动机脱开转速为41.2%,后3阶段排气温度上升至接近起动极限排气温度,S后停止起动发动机。
从起动不成功的现象看,2阶段起动机脱开时排气温度为4方案中最高,可见起动前期温度上升较快,而后期排气温度上升至其起动排气温度最大值,故将起动供油规律调整为方案2,在原始供油基础上2阶段段减6%油,控制前期过快上升的温度;对起动机脱开后3阶段油量也进行更改,减4%油,抑制排气温度上升。
b)方案2
采用方案2后再次起动,发动机起动成功,起动机脱开时转速48.4%,较方案1有明显提高,脱开时排气温度降低23℃,但起动过程中最大排气温度接近极限温度,起动时间82s。从起动机脱开加速至慢车转速时间(起动3阶段)为32s,后期发动机转速上升缓慢,起动时间仍较长,排气温度最大值也较高。
c)方案3
方案2虽然能够起动成功,但其排气温度在起动机脱开时已经较高,最大排气温度接近极限,起动时间较长。故采用方案3,2阶段在方案2的基础上再减4%的油量,抑制前期过快排气温度增长;起动机脱开后发动机转速上升缓慢,在起动3阶段增加油量。从表1中可知,采用方案3后起动发动机成功,起动时间缩短3s,排气温度最大值比方案2高5℃,起动机脱开转速为45.1%,脱开时排气温度比方案2低31℃,起动时间缩短2s,从起动的情况来看,采用方案3后,虽然起动机脱开时排气温度较低,起动2阶段转速上升较慢,起动时间较长。而发动机排气温度在3阶段上升过快,起动后段增加油量不可行。
d)方案4
方案4相对方案1在起动2阶段减小5%左右,起动机后段后油量和方案1相同。发动机起动成功,起动时间较方案2减少6s,起动排气温度最大值较方案3减小29℃,起动机脱开转速47.4%,脱开时排气温度减小11℃,相较与其他几次规律较好。
方案4减少了2阶段段供油量,抑制了前期过快增长的温度,同时又不至于使转速上升过慢,使排气温度控制在较为合理的范围内;在3阶段期的供油与方案1相同,使起动机脱开后涡轮带转阶段转速上升在合适范围之内(表1)。
4 结论
通过实验得到以下结论:
a)对于起动供油规律为转速-油量规律的发动机,合适的起动供油规律至关重要,选择合适的起动供油规律能有效的降低排气温度最大值,缩短起动时间;
b)所选择的4个方案中4号方案起动时起动油量较为合适,抑制排气温度过快上升,发动机转速上升快,起动时间短。
参考文献
航空发动机论文范文3
关键词:电火花,表面强化,涡轮导向器,金相组织,显微硬度
电火花表面强化是利用电极材料与金属材料表面间的脉冲火花放电,将电极材料熔融到金属表面,形成合金化熔渗层。电火花放电属于高能量密度放热,亦成电火花熔覆或称为脉冲电弧显微堆焊,可以提高零件的硬度、耐磨性、腐蚀性及热硬型等表面性能。电火花强化工艺方法简单,装备造价低,经济效益明显,因而广泛应用模具、导轨及齿轮、轧辊工件面的表面涂覆强化。此外还可以采用不同电极材料对工件表面的性能进行改性处理,亦可收到非常明显的工艺效果[1-6]。
航空发动机的涡轮导向叶片,普遍采用高温镍基合金制成,使用过程中这些部件经常出现裂纹等损伤。高温合金价格昂贵,如果受损部件一次性报废,势必造成极大的浪费,因此如何良好修复航空发动机的涡轮导向叶片等热端部件是一个亟待解决的问题。本文尝试采用电火花技术对受损部件进行修复。
1 试验步骤1.1 试验条件
试样用阴极射线从涡轮导向器上切下,材料为镍基高温合金K418,其化学成分(质量分数,%)为:C0.08~0.16,Cr11.5~13.5,Ti0.5~1.0,Fe1.0,Mn0.5,Al5.5~6.4,Si0.5,Nb1.8~2.5,Zr0.06~0.15,Mo3.8~4.8,B0.008~0.02,余为Ni。试样经100号粗砂纸打磨,再用丙酮清洗试样表面、干燥以脱脂。
试验设备为3H-ES型金属表面强化修复机。输入电压AC220 V,单相50/60 HZ,功率1500 W,频率70~700 HZ。采用HXS-1000型号的显微硬度仪,测试试样的显微硬度。
电极为旋转式,强化电极材料与试样材料相同。试验中采用氩气保护。
1.2 试验数据
为了尽可能从较少的实验中寻找出结论,采用正交实验法。电火花修复试验工艺参数如表1所示。
表1 试验工艺参数
航空发动机论文范文4
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[6]焦瑞莉,南利平,李学华. 基于LabVIEW的通信专业远程虚拟实验室[J]. 国外电子测量技术(虚拟仪器),2005(3):4-7.
[7]廖云伢.基于Java与Matlab集成的数字通信原理虚拟实验平台的设计与实现. 中南大学硕士学位论文.2007.
航空发动机论文范文5
1971年,周易之出生在陕西―个普通的农民家庭里。从小,周易之就聪慧过人,学习成绩非常优异。但做父母的对儿子并没有过高的要求,只有―个非常简单的愿望,就是让儿子不要再过脸朝黄土背朝天的生活,只要他考上大学离开农村就足够了。
周易之明白父母的心愿,但―个在农村上学的孩子,要考上大学谈何容易!为此,他付出了许多旁人无法想象的努力和艰辛。
高中时,周易之非常喜欢物理,对航空知识也很着迷,又很向往首都北京,终于,高考时他如愿以偿地考上了著名的北京航天航空大学,但他当时并没有想过自己将来会成为一名飞行员,觉得这个梦想太遥远。
在北航,周易之学的是航空发动机专业,―个大家都认为非常冷门的专业。但实际上,这是北航一个非常重要的专业。因为发动机是飞机的心脏,是飞机的核心部位。
但这个专业不仅冷门,课程也非常难学,考试又特别多,所以学起来特别辛苦。当刚北航发动机专业一共有4个班,每学期都有几名同学因为成绩不合格而被迫迟学,学习压力之大可想而知。但周易之在学业上仍然突出表现,深得老师喜爱。
飞行学院第一批学员到飞行机长
大三实习完以后,周易之遇到―个绝好的机会――南方航空公司正式和北京航天航空大学合办飞行学院,要招收第一批学员。周易之在老师的推荐之下去参加了一连串的考试和面试,全部顺利过关,再经过严格得近乎苛刻的体检,幸运地成为了飞行学院第一批8名学员的其中一员,他们后来全在南方航空公司工作,是南航自己培养的第一批飞行员。
当时,南方航空公司高层做了―个非常大胆又极具前瞻性的决定:把这8名飞行学员送到澳大利亚去培养。
在澳洲,学员们用的教材全部都是英文版,所有的老师也全部用英文授课,逼着学员们竭尽全力去提高自己的英语水平,这对他们后来的飞行和通讯提供了极大的帮助。更重要的是,学员们在澳洲学习到了很多领先于国内水平的先进的飞行理念――国外培训十分注重发挥学员的主观能动性,它有一个核心词:Enjoy fly――享受飞行,就是要学员在享受飞行的过程中最大限度地发挥出自己的潜能,让学习成为一种乐趣,让自己在快乐中提高专业水平。学员们最重要的任务就是飞行和学习,天天都有飞行训练,艰苦枯燥而又容不得半点疏忽。
经过―年半的学习,周易之和其他7名学员都以优异的成绩取得了各种资格证书和执照,顺利毕业了。
从澳洲回到南方航空公司后,周易之等人又再学习了一个月的理论知识,并进行了―个多月的模拟机训练,然后再跟班实地飞行了几个月,终于,他可以在正式的航班上当副驾驶了。
从1995年当上副驾驶到2003年成为波音757飞行机长,周易之用了8年的时间。
当机长除了技术好,还必须符合很多硬性指标,包括规定的飞行时间(特别是夜间飞行时间)、执行起飞和落地的次数;规定必须飞过普通机场,复杂机场,高原机场,国内航线,国外航线,跨洋航线,洲际航线;必须经历过北方的大雪,冬天的大风,夏天的雷雨、台风、风暴等恶劣天气的考验……此外还要参加众多的考试并以优秀的成绩通过才可以成为合格的机长。
周易之就是这样从学员到副驾驶再到机长―步步地走过来,他在身经百战的实地飞行中,慢慢地积累了处理任何意外和紧急情况的经验。
“毕竟,从飞机滑行开始,机长就要担负起旅客的生命财产安全,责任重如泰山。”周易之感慨地说。
跨越北太平洋的远距离飞行
1995年底,南航引进了一批波音777飞机,如何尽快地掌握它们的性能迫在眉睫。但新机型引入带来的众多新概念、新设备的使用方法和手册以及相关的飞行背景,全部都是英文注释,有很多老飞行员根本看不懂。领导就把翻译的任务交给了周易之。
波音777是当时世界上最先进的飞机,面对涉及内容极其广泛的1000多页的英文检查单,周易之没有丝毫的畏难情绪,他和同事废寝忘食地钻研着,在最短的时间内就高质量地完成了新机型长达几十万字的检查单的翻译任务,为南航的飞行员尽快掌握波音777飞机的性能,为波音777机队顺利投入运营扫清了障碍。
波音777机队顺利投入运营之后,南航又做出一项重大决策:利用双发(发动机)的波音777飞机实施跨越北太平洋的远距离飞行。这样做比使用四发的波音747飞机节约了大量的航油成本,但飞行难度大大增加了。
在南航管理层的支持下,周易之和另外几位机长查阅了大量资料,并进行了深入细密的研究,编写出了我国第一部飞越北太平洋的《双发延程飞行手册》,为开通新航线做出了贡献,使南航成为了全球第一家利用双发飞机飞越北太平洋的航空公司。
该航路开通后,周易之发现途经的备降场经常需要除冰和防冰,他又编写了《飞机的除冰和防冰》等相关手册,供南航的飞行员使用,解决了很多实际问题,还为南航以后编写除冰防冰手册提供了蓝本。
意想不到的是,《飞机的除冰和防冰》这本小册子还促成了一次重要合作――
次年,南方航空公司要和美国达美航空公司实行代码共享,合作之前,两家航空公司要相互评估,达美航空公司评估南方航空公司的时候,其中硬件之―就是除冰和防冰手册,而当时南航还没有系统地编写过这方面的专用书籍,情急之下,公司领导就把周易之编写的《飞机的除冰和防冰》交给了达美航空公司,美方看过之后很满意,双方达成合作。
经历非常之旅和首航
1999年末,在千禧年到来之际,因为担心“千年虫”问题会影响飞行安全,大部分的航空公司都取消了跨越千年时段的航班任务,但南航认为自己有实力解决这个问题,所以,决定照常执行“千禧年”跨太平洋的飞行任务。
作为“千年虫”问题专家组成员之一周易之,为解决“千年虫”问题和同事们共同编制出了“千禧年”航班的飞行程序,对保证这个特殊时刻的正常飞行起到了举足轻重的作用。
当时,周易之他们为这次飞行做了很多预案:遇到导航故障怎么飞,遇到通讯故障怎么飞……最后的预案具体到什么程度呢?――当所有的预案都失效了,可能会启动一架战斗机来领航的时候,又该怎么飞……总之非常详尽,以确保万无一失。
北京时间1999年12月31日晚上8点整,执行南航“千禧之旅”的航班平稳地从广州起飞前往美国洛杉叽,在整个航程中,虽然飞机上采用的都是标准的格林威治时间,但还是有可能遇到北京时间的千年虫、飞越日本时的日本时间的千年虫以及飞到美国之后当地时间的千年虫问题的干扰。
所有的机组人员都严阵以待,周易之是本次航班的副驾驶,就连南航集团公司的老总也亲自在这个航班上压阵。
第二天,当飞机在洛杉叽平安降落的那一瞬间,机上所有人
员都热烈拥抱欢呼,激动的心久久不能平静!
作为南航的飞行骨干,周易之还执行了众多意义非凡的首航任务,其中包括洛杉叽首航、布里斯班首航、悉尼首航和拉萨首航等。
2001年飞越北极极点的航程,周易之至今仍然难以忘怀。当时,很多航空公司都知道北极航线有很多优点――首先就是距离短,从纽约到北京,如果走北极航线飞越极点要比现有航线缩短近三个小时,这就意味着航空公司可以节约不少燃油成本;而且这条航线气流非常平稳,对飞行很有利,旅客感觉也很舒适。
尽管如此,当时却几乎没有航空公司采用北极航线,因为它面临的问题也是显而易见的――首先就是燃油温度问题,北极温度太低,燃油容易冻结;第二是导航问题,有时候GPS卫星有可能覆盖不到;还有就是诸如臭氧层黑洞等的辐射问题,所以风险很大。
2001年3月份,达美航空公司决心飞越北极,他们邀请了南航机组共同经北极从纽约飞北京,共同见证这个重要历程。当时,周易之也获邀参加了这次行动。结果那次飞行非常成功。后来,经过一番精心准备,同年7月,南航的飞机也成功地实现了这个航线的飞行。
国际航空协兼职教员
飞行之外,周易之还单独撰写或与他人合写了大量的专著和论文,有的还填补了国内研究领域的空白,他还成为了机组资源管理方面的专家。
机组资源管理是国际上一门新兴的学科。从各国民航的情况看,五六十年代飞机事故多是因为飞机不可靠,但到八十年代以后,飞机的质量大大提高了,为什么还有事故?大量的飞行事故调查表明,是机组资源管理出了问题。
1999年,南航就启动了机组资源管理的研究。周易之不但参与了南航机组资源管理的研究及手册的编写,他还花了大量的时间和精力奔赴南航各地的分公司给当地的飞行员授课。
当时,国际航空运输协会在全球有6个教学中心,北京是其中一个。他们在北京开设《机组资源管理》这门课程之后,想在中国国内招聘一名有实际经验的兼职教员,周易之成了理想的人选。
经过一系列相互了解、应聘、面试、考试之后,2002年,周易之获得国际航协的邀约,成为了中国第一位、也是至今唯一一位获得国际航协雇请的“机组资源管理”兼职教员;他开发的课程和教授技巧都得到了国际航协的充分肯定。
国际航协,对兼职教员的要求非常高,每―年还要对各国的兼职教员进行培训,这给周易之和世界各国顶尖的飞行员进行交流和学习提供了很好的机会。
2004年,在“第57届国际航空安全年会”上,周易之成为国内航空公司唯一一名获邀参加并上台演讲的飞行机长,他演讲的主题是《机组资源管理中的威胁和差错管理》,正是他兴趣浓厚和专长的领域。
作为一名波音757飞机的飞行机长,尤其是研究机组资源管理的机长,周易之对自己提出了更高的要求,他说,要飞得好,又管理得好,让每一个机组成员都能发挥自己的潜力和作用,这才是一个好机长。
最想飞到60
周易之说,在职业调查过程中发现,95%以上的飞行员,都非常喜欢这个职业,据说这是在所有职业当中,在职人员满意度最高的。因为,第一,飞行员每天面对不同的情况,飞行的环境多变,合作对象也在不断变化;第二,飞行员在执行不同航线的任务时,可以飞到国内各个城市,也可以飞到世界各地,大开眼界,而当你飞越无数风景名胜,从上空俯瞰那种美景的时候,心中会感到非常喜悦;第三,当飞行员要不断地学习――熟悉新机型要学习,改造旧机型要学习,而且每年都有各种严格的考试,选种不断学习和提高自己的生活令人感到充实而快乐。
按照国家规定,飞行员的最高年龄限制是60岁,在这期间,每年都有严格的考试和身体检查,任何时候,只要身体有任何问题,都必须立即停止飞行。
周易之说:“飞行是我的至爱,是我的主业,离开它,我什么都不是。我最大的梦想,就是身体健康,能够保证每次飞行的安全,能够一直飞到60岁,直到退休。”
航空发动机论文范文6
关键词: 民航机务专业 飞机液压传动与控制 教学内容 教学方法
飞机液压系统是飞机的重要系统之一。它主要是用来控制飞机的各个操纵和收放部件的,比如起落架的收放、舱门的收放、襟翼的收放、减速板的收放、进气道的操纵、发动机尾喷口的调节、刹车操纵、前轮转弯操纵、主操纵面操纵、升降舵和方向舵的操纵等[1]。所以,《飞机液压传动与控制》就成了民航机务专业学生必须掌握的一门专业基础课。由于这门课程是专门针对民航专业学生所开设的,因此与传统的机械专业所学的液压传动与控制有着很多不同之处。教什么,怎么教?是我们面临的最基本的问题。
1.教学内容
本门课程所选取的教材是南京航空航天大学李艳军教授所编著的《飞机液压传动与控制》一书。此书的内容可分为四大部分,第一部分是液压流体力学的基本理论;第二部分是飞机液压系统的组成装置;包括动力装置、执行装置、调节控制装置和辅助装置;第三部分以波音737和空客A320为例,阐述了飞机全机的液压系统;第四部分介绍飞机液压系统的试验和维护。
和传统的液压传动与控制课程相比,本课程教学内容上的第一个不同之处在于增加了液压系统在飞机上的具体应用,以及试验和维护这两大部分。具体应用部分包括飞机液压舵机的工作原理,操纵系统、刹车系统、起落架系统、反推系统的典型回路,以及波音737和空客A320的主辅液压系统,等等。试验和维护部分包括各类液压元件的力学和性能试验,飞机液压系统的模拟实验,以及液压系统常见故障的排故。这两部分内容可以让学生对典型飞机液压系统的功能、工作的过程有充分的了解,掌握对液压系统进行故障诊断的方法,这对学生以后从事机务行业有着重要意义。
第二个与传统液压课程的不同之处在教学内容的侧重点。对于机务人员,并不需要他们设计液压系统,只需要对液压元件和系统有所了解,所以讲解时删除了繁琐的公式推导和液压系统的设计。对于公式,只要求理解公式中各项参数的含义,会应用公式来进行简单的计算,在考试中教师会给学生提供所需的公式,学生无需死记硬背。至于各类液压元件,着重介绍飞机液压能源装置、执行装置、控制系统和辅助装置。对某些飞机上比较少用的或者根本不会使用的元件进行了删减。比如能源装置中的叶片泵。在飞机上应用的最广泛的是柱塞泵,飞机上的高压系统(170—300kgf/cm2)一般都使用柱塞泵,其次是齿轮泵,它被用于燃油、、冷却等系统中[2]。至于叶片泵,因为它的工作可靠性比较差,所以在对可靠性要求很高的飞机上很少应用,讲解时删除了叶片泵的部分。而对机上使用到的比较特殊的元件进行了补充。比如换向阀中的转阀,在起落架收放控制回路中,转阀作为选择活门使用,讲解时对它的具体应用进行详尽的描述。
在讲解各类元件的时候,还会列举一些飞机上典型的应用实例。比如讲解定量泵卸荷时,给出现代飞机液压系统常用的卸荷回路;讲解作动筒的时候,仔细分析作动筒在飞机起落架收放系统中的应用,等等。
2.教学方法
《飞机液压传动与控制》是机务专业的一门专业基础课,专业性比较强,内容枯燥,涉及的液压装置在我们的生活中比较少见。而且液压系统一般都是封闭的,液压元件都是不透明的,很难看到内部结构,所以学生学习的时候需要丰富的想象力,以及扎实的工程制图的基础,但部分学生的抽象思维能力比较薄弱,这些都给学生学习和教师讲解带来了很大的困难。因此,为了增强教学效果,必须改革传统的教学方法。首先要让学生在听课的时候不只是单单接受知识,而是要学会思考,教师和学生之间应建立起良好的互动;其次,充分发挥多媒体的作用,向学生形象地展现出各类部件和系统的工作原理;最后,把学到的理论知识用于实践,让学生亲自动手搭建各类控制回路,这可以大大提高学生的积极性。
2.1互动式教学
在教学活动中,教师是主体,学生也是主体。而目前大多数教师采用注入式教学法,教师在讲台上唾沫横飞,学生在讲台下昏昏欲睡。即使有部分学生认真听课,因为没有互动,教师也无法知道学生对于知识的掌握程度。这样非常不利于培养学生的主观能动性。进大学干什么?除了掌握一些专业知识,更重要的是学习思考问题的方法,培养解决问题的能力。在互动式教学中,教师应通过启发性的提问,来唤起学生发现问题、探索问题的兴趣,使得学生进入有意识学习的心理状态[6]。比如在讲解飞机起落架收放系统的时候,我让学生思考起落架放下时双向单杆作动筒是有杆腔进油还是无杆腔进油?学生按照习惯性的思维方式,认为放下的时候活塞杆应该往外伸,所以是无杆腔进油。这时告诉他们,这个问题需要思考的是力的大小。起落架放下的过程中,重力推动起落架放下,所以不需要很大的传动力;而起落架在收起的过程当中,因为重力和空气动力的作用,需要比较大的传动力,所以放下时是有杆腔进油,收起时是无杆腔进油。经过这样的互动,学生牢记了这部分知识。
2.2充分发挥多媒体的作用
本课程涉及液压元件的结构和工作原理,液压系统的工作过程,等等。元件的结构非常复杂,如果仅靠板书,那么讲解起来会非常吃力,也不利于学生理解。所以我在备课过程中收集了大量的动画,这些动画可以把液压元件的工作原理和系统的工作过程立体地展现出来,学生能直观地感受到,这样理解起来比较容易。比如在介绍齿轮泵的时候,利用动画来演示整个装配的过程,这样可以使学生清楚地了解齿轮泵的结构组成。同时模拟泵工作过程中各构件的相对运动,演示泵的工作原理,如图1所示。
利用多媒体一来可以弥补学生抽象思维的不足,帮助学生理解,加深记忆;二来可以增加学生的兴趣,使枯燥的理论知识变得形象生动。
2.3与实验相结合
《飞机液压传动与控制》是一门实用性很强的课程,仅仅掌握理论知识是不够的,还得结合实验。很多高校设有专门的液压实验室,可以把理论课搬进实验室,这样在讲解到某一元件的时候教师可以展示实物,学生也可以拆装实物。
由于本课程是针对飞机的,因此除了一些比较传统的液压实验,还有专门针对飞机升降舵和方向舵操纵的实验。这些实验需要学生充分发挥主观能动性,设计控制回路,实现升降舵和方向舵的偏转。
除了液压实验室,学校还设有航空发动机陈列室,里面摆放了不少教学用的发动机,由于经过了切割,因此可以观察到发动机的内部结构。在讲解完整个课程内容后,我组织学生参观学习,使学生掌握液压系统对发动机定子叶片转角和对尾喷管喷口面积的调节原理,使得学生进一步认识了飞机上的液压设备,加深了对课程内容的理解,巩固了课堂上所学的知识。
3.结语
《飞机液压传动与控制》是机务专业的一门专业基础课,专业性很强,对未来所要从事的工作有着深远的影响。本文对该门课程的教学内容进行了探讨,根据实际需求,对具体内容进行了删减和补充,使得内容更具针对性,重点突出。本文还对教学方法进行了探究,合理的教学方法不仅增强了学生的兴趣,而且大大提高了学生运用知识和解决问题的能力。
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