通航飞机设计课程模块的开发与探索

王晓璐 王菁 赵辉

摘要：传统的飞机设计教材和课程多以军机和大型民机为研究对象，较少研究通航飞机，所以当前对通航飞机进行适当的聚焦是必要和重要的。郑州航空工业管理学一院飞行器设计与工程专业以企业需求和学生就业为.导向，结合通航产业的发展趋势，开发了通航飞机设计课程的若干模块，并尝试将理论课程与实践课程相结合，以提高学生的就業创业能力。基于现有的通航飞机设计课程模块，未来要在给出适合典型通航飞机的简化计算模型、完善课程作业的考核机制、继续加强与行业企业的联系等方面加强研究。

关键词：通航飞机;人才培养;课程模块

飞行器设计与工程专业是航空航天类本科院校的重要专业之一，其专业课程主要围绕飞行器设计展开。受我国航空工业发展历史的影响，目前该专业的教材和课程多以军机和大型民机为研究对象，较少研究通航飞机。而从就业去向来看，大部分毕业生尤其是地方本科院校毕业生进入军机和大型民机设计院所，从事飞行器设计是不太现实的。就当前航空产业发展现状来看，通航产业具有门槛较低、形态多样和人才需求量较大的特点，因此，保持培养方案框架不变，对通航飞机进行适当的聚焦是必要和重要的。

现有的《飞行器总体设计》《空气动力学》《飞行器系统设计》《飞行器结构设计》等教材中对民用飞机的讨论相对较少，涉及通航飞机的吏是寥寥无儿。郑州航空工业管理学院在2012-2014级飞行器设计与工程专业培养方案中增添了专业选修课程——通用航空技术课程，该课程主要介绍通用航空的政策、市场、飞行员培训和飞机机型等。这门课程开阔了学生的专业视野，但由于通航产业发展历史较短，有关设计和工程部分的内容偏少。此外，针对飞行器设计与工程专业的学生，学校还开设了无人机系统导论课程，主要介绍无人机在通航产业内的若干应用情况。但由于无人机强调无人驾驶的智能控制方式，而通航飞机则强调与公共运输飞机的设计区别，两者的定义和操作方式并不相同，因此，开设介绍通航飞机技术特点和设计方法的课程是非常必要的。以通用航空企业需求为导向，学校开发了若干通航飞机设计课程模块，并尝试将其与实践课程、就业创业课程相结合，以使其更具针对性和目标性。现将课程框架和内容介绍如下。

一、通航飞机设计课程框架及模块

（一）适航条例简介

通航飞机隶属于民用飞机，其设计、制造和运营一般遵循民航局适航条例的要求。适航条例对飞行员和乘客人数、最大起飞重量、过载系数等均给出了定量约束。通过对适航体系和适航条例的介绍，学生不仅理解了各项参数的由来，还增强了自身的法规意识。

（二）任务剖面和飞行性能

通航飞机常见功能包括旅游观光、气象探测、空中巡查和农林植保等。通航飞机任务剖面与公共运输飞机任务剖面存在较大的区别，这影响到了通航飞机的飞行性能和指标（如下表所示）。对典型通航飞机任务剖面和飞行性能的介绍和分析，可以扩展学生对飞机参数的认识范畴。

（三）气动布局和结构设计

飞行器设计的任务是针对设计指标提出符合条件的设计方案。气动布局和结构设计是设计方案中的重要组成部分，也是学生可以直观感受到的技术特征。结合典型通航飞机，教师要引导学生估算相关参数，并分析与任务剖面的联系，从而加深学生对所学知识的理解。比如，为何商用飞机机身为圆柱形，而有些通航飞机机身为蝌蚪形（如图1所示）？为何有些通航飞机使用双尾撑布局（如图2所示）？这些飞机的设计依据是什么？其气动性能和结构设计与常见商用飞机有何不同？物流配送通航飞机（无人机）的研发是目前新闻报道的热点，它们未来会使用哪些布局？等等。这些都是教师要带领学生思考并探索的重要问题。

（四）制造和运营维护

通航企业一般都购置了成熟机型，受适航成本的限制，设计全新机型的需求较少，毕业生的工作岗位多为运营和维护。飞行器设计与工程专业的学生要了解通航飞机的制造工艺与材料、开口位置和零部件检修注意事项等。

教师在实际讲授和操作时要注意应用相关的案例作为研究对象。比如，对于多以农林植保为目的的有人驾驶固定翼通航飞机和市场上常见的多旋翼无人机的具体区别，教师要引导学生计算不同任务下的各分项成本及载荷布置形式，并估算单位飞行小时成本。同时，教师也应要求学生收集相关企业的有关数据，对比计算结果是否合理。

由于在先导课程中，学生对飞机设计、制造、运营等整个流程已有轮廓性的了解，再结合算例，这样的教学方式可以加深学生对设计约束的认识以及对动力形式、重量和成本的辩证关系的直观和定量的理解，同时也可以培养学生的市场意识和就业创业意识。

二、理论课程与实践课程的结合

飞行器设计在本质上是没有标准答案的，而通航飞机的特点是任务多样、形态丰富.因此.通航飞机的设计非常适合培养学生的创新能力和实践能力。教师在课程设计和课余竞赛中可以使用开放式的命题，引导学生根据命题需求提出设计方案，并进行分析迭代，在论证设计的合理性后，让学生制作出实物模型进行验证。

例如：针对勘查类小型固定翼飞机体积较大、需要滑跑场地的问题，学生提出了“便携式矢量推进无人机”设计方案，其特点是机翼可折叠、使用矢量电机推进等;针对水域环境监控和治理问题，学生提出了“面向水污染样本自动采集的水上无人机”设计方案，其特点是使用联接翼的两栖飞机布局，具有良好的气动和结构效率以及抗浪性。

三、后续工作展望

当前，“互联网+”和人工智能正处于蓬勃发展阶段。在新技术的牵引下，通航飞机也逐渐融入人们的日常生活。人才培养和专业定位不仅要考虑学科的发展，还要与学生的就业创业密切结合。基于已有课程模块，研究者围绕以下若干方面进行改进和完善。

（一）给出适合典型通航飞机的简化计算模型

在对飞机进行概念设计时，需要较为方便地估算出若干性能参数。目前针对通航飞机的公式和模型相对较少，进行高精度的数值模拟将耗费大量的时间，难度也比较大，很容易影响学生学习的积极性。因此，教师需要针对阻力和重量等重要参数，给学生提供若干简化的计算模型。

（二）完善课程作业的考核机制

飞机设计和制作是团队行为，在制作环节进行定量化的分工和考核是非常重要的。但在设计领域（如布局形式的选择、动力装置和结构件的选择与布置等），往往仅由个别学生提出和确定，部分学生容易出现“搭便车”的行为。教师可以尝试引人方案权衡和打分评议等考核机制，让每个学生都积极参与到设计过程中。

（三）继续加强与行业企业的联系

课程已有案例主要来自与相关通航企业的合作。目前，不少通航企业处于发展初期，更需要运营和维护方面的人才。高校要以企业技术升级为抓手，逐步从设计源头提出问题和解决方案，从而推进课程的精细化建设。

参考文献：

[1]扈慧强.浙江省通用航空产业人才需求分析及培养对策探究[J].科技创新与应用，2017，（6）.

[2]王晓璐，刘战合，赵辉.飞行器设计专业人才培养模式研究[J].河南教育（高教），2017，（8）.

[3]刘战合，田秋丽，王晓璐，等.复杂专业背景下无人机系统课程精细化教学探索[J].教育教学论坛，2018，（4）.

[4]王菁，王晓璐，刘战合，等.面向大学生能力培养的飞行器系统设计课程教学探索[J].教育教学论坛，2017，（22）.

[5]王晓璐，王菁，代君，等一航空类专业课程与通识课程贯通建设探索研究[J].教育教学论坛，2016，（11）.

[6]孙俊卿，张鹏，任仁良，等.搭建基于工程教育的航空维修工程训练教学体系[J].二实验室科学，2010，（3）.

[7]杨华保，王和平.“飞行器总体设计”精品课程教学改革探索[J].高等工程教育研究，2007，（1）.

[8]刘虎，罗明强，田永亮，等.飞机总体设计支持技术探索与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2013.

[9]栗中华，陈艳，张鹏，等.面向航空教育认证标准的实践课程改革与实践[J].实验室研究与探索，2014，（3）.