陳 晨，孫 鵬

（中國民用航空飛行學院，四川 廣漢618307）

0 引言

隨著我國通航產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，直升機等通用航空器的相關(guān)需求也日益擴大，飛行員、機務(wù)、空管等從業(yè)人員數(shù)量逐年增加（圖1）[1]。但隨著技術(shù)更新，新機型引進等原因，很多機務(wù)人員不能適應(yīng)這種變化，造成排故不暢甚至維修事故，這都為飛行安全埋下隱患，嚴重制約我國通航發(fā)展。為適應(yīng)科技進步，保障我國通航產(chǎn)業(yè)持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展，首先要保障機務(wù)維修人才的數(shù)量和質(zhì)量。為此，本文基于新工科理念[2-3]，開發(fā)一門新型教學演示實驗課程——《直升機結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)》，以提高機務(wù)維修人才的理論素養(yǎng)和動手能力。

圖1 直升機駕駛員執(zhí)照數(shù)量統(tǒng)計圖

1 課程建設(shè)的思路

近年來，作為提高通航飛行安全及可靠性的新技術(shù)，狀態(tài)與使用監(jiān)控系統(tǒng)（Healthy and Usage Monitoring Systems，HUMS）在直升機上得到了大力發(fā)展及廣泛應(yīng)用，并大有替代傳統(tǒng)檢測維修方式的趨勢[4]。HUMS可對直升機實現(xiàn)實時在線監(jiān)控，提取結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，識別結(jié)構(gòu)完好程度和故障信息，從而實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估。自1991年美國西科斯基在S-61上安裝并成功獲得CAA的適航認證以來，HUMS產(chǎn)品已經(jīng)累計使用了80萬飛行小時，并按每星期1 600飛行小時的速度繼續(xù)累計，且成為很多公司的標配。目前，我國也引進了越來越多裝有HUMS的通航直升機。

通航產(chǎn)業(yè)具有發(fā)展迅速、技術(shù)更新快的特點，而傳統(tǒng)教學往往跟不上時代步伐，依舊停留在老舊的技術(shù)方法中，使學生畢業(yè)后與不能適應(yīng)當代新技術(shù)發(fā)展。為培養(yǎng)出適應(yīng)時代發(fā)展的高端直升機維修機務(wù)人才，我校積極采取相應(yīng)的教學改革措施，摒棄老舊技術(shù)，及時跟進當代新技術(shù)，基于新工科理念，用新理論、新知識、新技術(shù)更新教學內(nèi)容，保障高質(zhì)量人才輸出。在此背景下建設(shè)《直升機結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)》教學演示實驗課程，將HUMS這項新技術(shù)引入到相關(guān)專業(yè)教學中，讓學生在校時就學習并理解先進監(jiān)測技術(shù)的工作原理與使用維護方法，以提高學生畢業(yè)后的適應(yīng)能力并提高通航從業(yè)人員整體水平與素質(zhì)，使其成為緊跟新時代、新通航發(fā)展的優(yōu)秀機務(wù)人員。

2 課程建設(shè)的內(nèi)容

2.1 教學理念

機務(wù)是一個既要求動手能力強，又要求理論基礎(chǔ)扎實的工作，為培養(yǎng)高素質(zhì)機務(wù)人員，必須在校期間就開始培養(yǎng)其相關(guān)能力，而樹立正確的教學理念是其前提。在《關(guān)于推進新工科研究與實踐項目的通知》中，明確了高校創(chuàng)新教育改革的新方向，即在傳統(tǒng)工科基礎(chǔ)上結(jié)合未來技術(shù)和經(jīng)濟發(fā)展的新要求，構(gòu)建具有行業(yè)特色的人才培養(yǎng)模式。培養(yǎng)新型復(fù)合式人才，具備終身學習的素質(zhì)才是正確的培養(yǎng)方向?；谝陨侠砟?，調(diào)整直升機機務(wù)人才培養(yǎng)的培養(yǎng)方案，確保其有足夠的實踐、動手和思考課時，結(jié)合本門新增課程，提高素質(zhì)，達到完善教學體系，提高教學質(zhì)量的目的。

2.2 平臺搭建

HUMS是一個集航空電子設(shè)備、地面支持設(shè)備及機載計算機監(jiān)視診斷產(chǎn)品于一體的復(fù)雜系統(tǒng)。它包含一系列的傳感器，并通過各種算法監(jiān)控發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、旋翼系統(tǒng)、滑油碎屑和機架的狀態(tài)[5]。由于HUMS集成度高、已嵌入了聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)、壓電傳感監(jiān)測系統(tǒng)、智能涂層監(jiān)測系統(tǒng)以及基于應(yīng)力應(yīng)變的損傷監(jiān)測系統(tǒng)等模塊，若直接購買帶有HUMS的直升機進行教學對于學生來說過于復(fù)雜，在開發(fā)課程時，僅針對其關(guān)鍵部分——振動傳感系統(tǒng)進行演示，搭建監(jiān)測平臺，開發(fā)實驗課程。該平臺主要包括振動傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過振動傳感器獲取機體振動數(shù)據(jù)，并由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集記錄，最終通過頻域分析或智能算法獲取振源位置。

2.3 教學條件

我校是機務(wù)培養(yǎng)的主力院校之一，具有雄厚的師資力量和優(yōu)異的教學條件。該課程實施的場地選為新津分院。新津分院為我校培養(yǎng)直升機飛行員和機務(wù)人才的主力分院，擁有多種型號的直升機、飛行教員、成熟機務(wù)和相關(guān)場地建設(shè)等硬件條件。本課程平臺擬選擇R44直升機作為研究對象和實驗?zāi)繕?，在R44機體上安裝（不破壞機體結(jié)構(gòu)）振動傳感器并搭建測試實驗平臺。在外場空地上展開課程實驗，并在實驗前準備好防火設(shè)置。實驗全程有相關(guān)機型的成熟機務(wù)人員陪同監(jiān)控，以確保安全和實驗順利進行。

2.4 教學方法及過程

根據(jù)新工科的培養(yǎng)目標，學生應(yīng)在掌握專業(yè)理論的基礎(chǔ)上，加強實踐環(huán)節(jié)。首先調(diào)整培養(yǎng)計劃。該課程屬于新增課程，選擇合適的時機開展，才能達到更好的教學效果。安排開展本課程之前，學生已學習過《直升機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)》或《直升機振動與平衡》課程，確保其理解和掌握機械振動基本原理及椎體平衡基礎(chǔ)知識，為本門課程打下良好基礎(chǔ)。

開展課程教學的基本流程如圖2所示，首先，對學生做好安全教育，防止實驗過程中出現(xiàn)意外。

圖2 課程開展流程圖

閱讀實驗手冊，對振動原理及直升機振源、直升機旋翼尾槳平衡方法進行簡單復(fù)習，并循序漸進，溫故知新地引出HUMS系統(tǒng)的工作原理。展開介紹HUMS系統(tǒng)主要是由機體振動數(shù)據(jù)判斷故障的，根據(jù)振動的頻率、位置、振型等要素，定位振源部件[6]。通過交流互動的方式讓學生參與討論，并提出振源假設(shè)及其振動特性，以及表現(xiàn)形式，梳理整個理論脈絡(luò)，促進學生積極思考，主動交流。

在此基礎(chǔ)上反推振動傳感器的布局方式以及布局位置，引入實驗流程，介紹傳感器布置，數(shù)據(jù)線連接以及數(shù)據(jù)采集設(shè)備的使用方法。重點介紹數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)提取和數(shù)據(jù)處理方式。根據(jù)振動波形的頻域分布圖，監(jiān)測各旋轉(zhuǎn)部件工作狀態(tài)，從而定位故障位置并推測可能的故障原因，最終根據(jù)推測，依次實踐排故流程，直到排除故障（此故障在實驗前預(yù)先設(shè)定，但并未告知學生）。作為課后拓展與提高，安排學生自學智能算法的基本原理，并套用已有的成熟算法，處理實驗時獲取的振動數(shù)據(jù)，定位故障部件，以達到提高綜合素質(zhì)的目的。

綜上，該課程是一門基于新工科理念開發(fā)的實驗課程，摒棄傳統(tǒng)填鴨式教學，通過與學生交流、互動、探討的方式引導(dǎo)學生思考，參與課堂討論，激發(fā)學生的積極性與熱情，在提高理論素養(yǎng)的同時提高分析和解決問題的能力，達到教學要求。

3 總結(jié)

基于新工科理念開發(fā)教學演示實驗課程《直升機結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)》，搭建了直升機振動監(jiān)測的教學演示平臺，將復(fù)雜的HUMS系統(tǒng)簡化為單純的振動監(jiān)測系統(tǒng)，既保留了其核心技術(shù)，又使學生容易理解和掌握。并通過交流探討、互動式教學激發(fā)學生的熱情與積極性，通過課后作業(yè)引導(dǎo)學生獨立學習和思考，達到提高直升機維修人才專業(yè)素養(yǎng)和動手能力的目的，為我國通航發(fā)展提供堅實的后盾和人才保障。