實(shí)驗(yàn)簡介

為努力攻克我國航空發(fā)動機(jī)“心臟病”問題，突破航空航天動力系統(tǒng)發(fā)展瓶頸，國家于2016年開始實(shí)施航空發(fā)動機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)重大專項(xiàng)。南京航空航天大學(xué)飛行器動力工程專業(yè)，作為國家級特色專業(yè)、教育部卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃專業(yè)，為國家培養(yǎng)了大量優(yōu)秀的航空發(fā)動機(jī)專業(yè)人才。據(jù)2015年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國航發(fā)37.9%的一級和首席專家均來自于南航飛行器動力工程專業(yè)。航空發(fā)動機(jī)工作原理認(rèn)知及實(shí)踐是飛行器動力工程專業(yè)人才培養(yǎng)的核心教學(xué)環(huán)節(jié)。本實(shí)驗(yàn)課程服務(wù)于飛行器動力工程專業(yè)《航空發(fā)動機(jī)原理》、《航空發(fā)動機(jī)總體性能設(shè)計(jì)》、《航空葉輪機(jī)原理》和《航空發(fā)動機(jī)燃燒室原理》這4門核心主干課程以及2門專業(yè)導(dǎo)論課程，以發(fā)動機(jī)部件特性、微/小型渦輪發(fā)動機(jī)整機(jī)特性教學(xué)為基礎(chǔ)，通過虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)場景，復(fù)現(xiàn)航空發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)和實(shí)時工作狀態(tài)，讓學(xué)生身臨其境地自主設(shè)計(jì)和實(shí)踐操作，可顯著幫助學(xué)生加深對航空發(fā)動機(jī)工作原理和總體性能的理解，大幅提升學(xué)生自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力，契合我國對航空發(fā)動機(jī)自主創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的迫切需求。

設(shè)計(jì)原則

本實(shí)驗(yàn)課程重點(diǎn)體現(xiàn)“分層次、交互式、重探索、多樣性”的教學(xué)特征，服務(wù)學(xué)生“基本原理學(xué)習(xí)—綜合能力訓(xùn)練—創(chuàng)新能力培養(yǎng)”的實(shí)踐學(xué)習(xí)過程。理論教學(xué)中發(fā)動機(jī)的諸多性能參數(shù)和流動現(xiàn)象對于學(xué)生來說十分抽象，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段能加深學(xué)生對傳統(tǒng)課堂中所學(xué)理論的理解。然而對于航空發(fā)動機(jī)專業(yè)，現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)教學(xué)也存在諸多難點(diǎn)，例如無法展現(xiàn)發(fā)動機(jī)內(nèi)部流動實(shí)況、發(fā)動機(jī)性能實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本高且危險性大、發(fā)動機(jī)極端實(shí)驗(yàn)不允許開展且難以復(fù)現(xiàn)、發(fā)動機(jī)整機(jī)實(shí)驗(yàn)燃油消耗巨大且污染嚴(yán)重等等。本實(shí)驗(yàn)課程提供多樣性的探究式實(shí)驗(yàn)平臺，采用虛擬現(xiàn)實(shí)的手段構(gòu)建實(shí)驗(yàn)場景，并采用高置信度的實(shí)時特性計(jì)算結(jié)果模擬發(fā)動機(jī)工作特性。實(shí)驗(yàn)過程的設(shè)計(jì)和所涉及的知識點(diǎn)覆蓋了飛行器動力工程專業(yè)包括《航空發(fā)動機(jī)原理》、《航空葉輪機(jī)原理》、《航空發(fā)動機(jī)總體性能設(shè)計(jì)》、《航空發(fā)動機(jī)燃燒室原理》在內(nèi)的核心主干課程。學(xué)生需要完成“推進(jìn)原理認(rèn)識—部件特性實(shí)驗(yàn)—集成匹配實(shí)驗(yàn)—整機(jī)特性實(shí)驗(yàn)”這4個實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，通過自主操作的模式，完成發(fā)動機(jī)中各部件的特性實(shí)驗(yàn)，觀察發(fā)動機(jī)特性變化，理解發(fā)動機(jī)整機(jī)工作特性。本課程作為傳統(tǒng)教學(xué)的延伸與拓展，旨在與現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)課堂講授的教學(xué)方式深度融合，構(gòu)建學(xué)生對于航空發(fā)動機(jī)部件和整機(jī)工作原理的全面認(rèn)知，加強(qiáng)學(xué)生自主創(chuàng)新學(xué)習(xí)實(shí)踐的能力。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/b>

本實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置“推進(jìn)原理認(rèn)識—部件特性實(shí)驗(yàn)—集成匹配實(shí)驗(yàn)—整機(jī)特性實(shí)驗(yàn)”4個實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，對于各環(huán)節(jié)提出了不同的目標(biāo)。

（1）推進(jìn)原理認(rèn)識

以分解部件的形式展示發(fā)動機(jī)推力產(chǎn)生的過程，建立學(xué)生對發(fā)動機(jī)整機(jī)工作過程的全面認(rèn)知和理解，并為下一步部件特性實(shí)驗(yàn)和整機(jī)實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)

（2）部件特性實(shí)驗(yàn)

通過引導(dǎo)學(xué)生自主操作的模式完成發(fā)動機(jī)中進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、尾噴管特性的試驗(yàn)，重點(diǎn)掌握進(jìn)氣道不起動、進(jìn)氣畸變對壓氣機(jī)特性的影響、矢量噴管調(diào)節(jié)等航空發(fā)動機(jī)使用過程中遇到的關(guān)鍵問題

（3）集成匹配實(shí)驗(yàn)

學(xué)生通過調(diào)節(jié)尾噴管面積、渦輪導(dǎo)向器安裝角、中間級引氣打開等幾何機(jī)構(gòu)，觀察發(fā)動機(jī)整機(jī)特性變化情況，特別是因不合理調(diào)節(jié)導(dǎo)致的發(fā)動機(jī)部件特性不匹配而導(dǎo)致的喘振等不正常工況。

（4）整機(jī)特性實(shí)驗(yàn)

學(xué)生通過在虛擬試車臺上的整機(jī)實(shí)驗(yàn)，獲得標(biāo)準(zhǔn)/非標(biāo)準(zhǔn)天氣下，隨著發(fā)動機(jī)油門桿、飛行高度、飛行速度的改變，發(fā)動機(jī)的運(yùn)行參數(shù)、各部件的性能參數(shù)、各部件的狀態(tài)參數(shù)，理解發(fā)動機(jī)的整機(jī)工作特性。

實(shí)驗(yàn)要求

1.完成發(fā)動機(jī)各部件包括進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪及尾噴管的常規(guī)性能實(shí)驗(yàn)，掌握各部件基本工作原理。

2.開展發(fā)動機(jī)部件非常規(guī)性能實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)掌握進(jìn)氣道不起動、進(jìn)氣畸變等相關(guān)知識點(diǎn)。

3.調(diào)節(jié)尾噴管面積、渦輪導(dǎo)向器安裝角、中間級引氣機(jī)構(gòu)等，觀察發(fā)動機(jī)整機(jī)特性變化。

4.觀察發(fā)動機(jī)喘振工況，重點(diǎn)分析并掌握喘振的誘導(dǎo)因素。

5.開展真實(shí)飛行條件下的航空發(fā)動機(jī)整機(jī)特性實(shí)驗(yàn)，了解發(fā)動機(jī)各個實(shí)時運(yùn)行參數(shù)的意義，理解發(fā)動機(jī)的整機(jī)工作特性。