路成鋼 王海泉 彭圣

1 中原工學(xué)院中原彼得堡航空學(xué)院 鄭州 2 中原工學(xué)院電子信息學(xué)院 鄭州 451191

0 引言

航空經(jīng)濟(jì)是推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要力量，對(duì)增強(qiáng)區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)力、拉動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)具有重要意義[1]。隨著鄭州航空港經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)的建設(shè)發(fā)展，河南省的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)在不斷地調(diào)整優(yōu)化[2]。但港區(qū)內(nèi)的從業(yè)人員大部分是基于就近拉動(dòng)本地居民就業(yè)的考慮，整體的專業(yè)技能不是很高。特別是區(qū)內(nèi)裝備制造、高端技術(shù)維修、產(chǎn)品研發(fā)等技術(shù)人才仍相對(duì)匱乏。中原工學(xué)院中原彼得堡航空學(xué)院毗鄰港區(qū)，是教育部于2017 年2 月27 日批準(zhǔn)設(shè)立（教外函〔2017〕16 號(hào)）、由中原工學(xué)院與俄羅斯圣彼得堡國立宇航儀器制造大學(xué)合作創(chuàng)辦的中外合作辦學(xué)機(jī)構(gòu)，是港區(qū)的人才智力支撐。該學(xué)院設(shè)置電氣工程及其自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器、軟件工程三個(gè)專業(yè)，依托俄方大學(xué)航空類學(xué)科專業(yè)優(yōu)勢(shì)和中原工學(xué)院工科專業(yè)優(yōu)勢(shì)，培養(yǎng)具有系統(tǒng)航空專業(yè)知識(shí)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的高級(jí)應(yīng)用人才，為航空產(chǎn)業(yè)以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展儲(chǔ)備人才。

實(shí)踐教學(xué)在人才培養(yǎng)中至關(guān)重要。航空技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)將為培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、應(yīng)用實(shí)踐、自主創(chuàng)新等能力提供重要基地，也為教師研發(fā)、驗(yàn)證航空技術(shù)新理論及新技術(shù)提供重要場(chǎng)所[3-4]。實(shí)踐教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)不僅僅是驗(yàn)證知識(shí)和探索技術(shù)的手段，也將為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、教學(xué)方法和教學(xué)手段改革等提供重要支撐和保障。本著“強(qiáng)化基礎(chǔ)、注重實(shí)踐、培養(yǎng)能力、激發(fā)創(chuàng)新”的建設(shè)理念，學(xué)校和學(xué)院投入相當(dāng)?shù)馁Y金和人力打造航空技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心，努力提高人才培養(yǎng)的軟實(shí)力，推動(dòng)和鞏固中俄合作辦學(xué)成果，為學(xué)生和教師提供堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐與科研平臺(tái)。

1 航空技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心架構(gòu)

實(shí)驗(yàn)室建設(shè)要首先圍繞航空技術(shù)相關(guān)專業(yè)課程內(nèi)容，借鑒兄弟院校相關(guān)專業(yè)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，緊跟國內(nèi)外行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)向標(biāo)，融入先進(jìn)的職業(yè)要求與技術(shù)規(guī)范，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)教學(xué)與行業(yè)人才需求的承接與對(duì)接。因此，航空技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心的專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室主要由航空電氣系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室、航空系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)室、機(jī)載導(dǎo)航及其儀表實(shí)驗(yàn)室組成，每個(gè)實(shí)驗(yàn)室都擁有豐富的專業(yè)教學(xué)或科研實(shí)驗(yàn)設(shè)備。實(shí)驗(yàn)中心主要架構(gòu)及其支撐的主要課程如圖1 所示。其中，航空系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)室的波音737NG 飛行器駕駛及維護(hù)模擬系統(tǒng)系中原工學(xué)院從中國民航大學(xué)引進(jìn)的國內(nèi)領(lǐng)先的教學(xué)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)中心承擔(dān)全校航空類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研支持任務(wù)，承擔(dān)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、開放實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)等教學(xué)任務(wù)，為學(xué)生參與各類競(jìng)賽提供場(chǎng)地和器材支持及指導(dǎo)。

圖1 航空技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心主要架構(gòu)

2 航空技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

2.1 航空電氣系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室

航空電氣系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室擁有自主研發(fā)的航空電氣系統(tǒng)控制平臺(tái)、四自由度飛行器控制系、四通道示波器、微型計(jì)算機(jī)等實(shí)驗(yàn)設(shè)備，主要承擔(dān)電能變換與控制、飛行器綜合控制系統(tǒng)、DSP 技術(shù)、電機(jī)控制技術(shù)、航空電機(jī)學(xué)、飛機(jī)供電系統(tǒng)、ARM 嵌入式系統(tǒng)、航空電子電氣系統(tǒng)等相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)；為相關(guān)課程設(shè)計(jì)、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)、電子大賽等提供實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地；為教師提供科研服務(wù)支持。

隨著飛機(jī)的發(fā)展，飛機(jī)電氣化程度越來越高，機(jī)上用電量與日俱增；電氣系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)性能和安全起著重要的作用。中原彼得堡航空學(xué)院組織有關(guān)教師組成研發(fā)團(tuán)隊(duì)，自主研發(fā)了圖2 所示的航空電氣系統(tǒng)控制平臺(tái)，該平臺(tái)主要由供電、配電、用電三個(gè)子系統(tǒng)組成。平臺(tái)能夠模擬飛機(jī)系統(tǒng)從發(fā)電到變電再到用電的整個(gè)流程，可實(shí)現(xiàn)四個(gè)飛機(jī)供電系統(tǒng)主要過程的模擬，即飛機(jī)交流電源系統(tǒng)、飛機(jī)直流電源系統(tǒng)、航空蓄電池系統(tǒng)及400 Hz 航空地面靜變電源系統(tǒng)。該平臺(tái)的研制和使用使飛機(jī)電源系統(tǒng)整個(gè)發(fā)電、變電過程再現(xiàn)，幫助學(xué)生了解飛機(jī)電氣系統(tǒng)的工作原理和過程，加深對(duì)飛機(jī)電氣系統(tǒng)的理解，有助于學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握，從而為我國航空航天事業(yè)培養(yǎng)具有扎實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)的優(yōu)秀人才。

圖2 航空電氣系統(tǒng)控制平臺(tái)實(shí)物

2.2 航空系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)室

航空系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)室擁有波音737NG 飛行器駕駛及維護(hù)模擬系統(tǒng)學(xué)生機(jī)18 套以及具有波音737NG 仿真實(shí)體操作臺(tái)的教師機(jī)。飛行器駕駛及維護(hù)模擬系統(tǒng)教師機(jī)和學(xué)生機(jī)如圖3 所示。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)具有完整的飛行仿真功能，可以完整模擬飛行管理系統(tǒng)、自動(dòng)飛行系統(tǒng)、氣源系統(tǒng)、防冰排雨系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)及輔助動(dòng)力裝置（APU）系統(tǒng)、火警保護(hù)系統(tǒng)、飛行操縱系統(tǒng)、飛行儀表和顯示系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)、警告系統(tǒng)等，承擔(dān)著波音737 虛擬仿真與控制實(shí)驗(yàn)、波音737 機(jī)務(wù)維修、飛機(jī)系統(tǒng)原理、飛機(jī)供電系統(tǒng)、飛機(jī)信息采集與處理系統(tǒng)、航空信號(hào)與系統(tǒng)等核心課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和相關(guān)科研服務(wù)支持。

圖3 飛行器駕駛及維護(hù)模擬系統(tǒng)教師機(jī)及學(xué)生機(jī)

2.3 機(jī)載導(dǎo)航及其儀表實(shí)驗(yàn)室

機(jī)載導(dǎo)航及其儀表實(shí)驗(yàn)室擁有慣性導(dǎo)航教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、測(cè)控計(jì)算機(jī)、示波器、工程實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器套件、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、機(jī)載傳感器及測(cè)控電路實(shí)驗(yàn)裝置等實(shí)驗(yàn)設(shè)備。該實(shí)驗(yàn)室的慣性導(dǎo)航教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖4 所示。該系統(tǒng)配備雙軸電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)控制器和一個(gè)MEMS 器件的AHRS 航姿參考系統(tǒng)。航姿模塊是一款微型的全姿態(tài)測(cè)量傳感裝置，它由三軸MEMS 陀螺、三軸MEMS 加速度計(jì)、三軸磁阻型磁強(qiáng)計(jì)等三種類型的傳感器構(gòu)成。三軸MEMS 陀螺用于測(cè)量載體三個(gè)方向的絕對(duì)角速率；三軸加速度計(jì)用于測(cè)量載體三個(gè)方向的加速度，在系統(tǒng)工作中，主要作用是感知系統(tǒng)的水平方向的傾斜，并用于修正陀螺在俯仰和滾動(dòng)方向的漂移；三軸磁阻型磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量三維地磁強(qiáng)度，用于提供方向角的初始對(duì)準(zhǔn)以及修正航向角漂移。雙軸電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)三維空間任意位置和角度的姿態(tài)測(cè)量，具有位置、速率和搖擺三種測(cè)試功能。雙軸采集控制器通過USB 或串行接口連接計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)航姿模塊信號(hào)的采集與電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的測(cè)量控制。慣性導(dǎo)航教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)能幫助學(xué)生了解慣性導(dǎo)航及飛行控制原理，有助于學(xué)生理解和掌握慣性導(dǎo)航、航向姿態(tài)及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)采集的原理與技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，還可以開展設(shè)計(jì)開發(fā)各類飛行器、穿戴運(yùn)動(dòng)載體測(cè)量及控制等創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)室主要承擔(dān)航空測(cè)控電路、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)與虛擬儀器、嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用、傳感器原理及技術(shù)、航空電子設(shè)備微力學(xué)傳感器等相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)。

圖4 慣性導(dǎo)航教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

3 結(jié)束語

除上述三個(gè)主要的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室外，航空技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心還建設(shè)了軟件工程機(jī)房、軟件實(shí)訓(xùn)室、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室等。所有實(shí)驗(yàn)設(shè)備既可以支撐專業(yè)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)實(shí)施，又可以兼顧基礎(chǔ)課程的實(shí)踐教學(xué)。實(shí)驗(yàn)中心建成之后，廣泛開展了各項(xiàng)實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，支持多門專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，保障大學(xué)生電子大賽及藍(lán)橋杯等專業(yè)賽事的順利進(jìn)行，也為教師提供了科研場(chǎng)所。隨著實(shí)驗(yàn)室的使用需要結(jié)合學(xué)科專業(yè)發(fā)展的需求，實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備資源還需進(jìn)一步優(yōu)化、共享和配置提升，以便更好地為人才培養(yǎng)服務(wù)。此外，大量實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的運(yùn)行帶來大量的設(shè)備運(yùn)行及維護(hù)工作，在未來的建設(shè)中需要進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度并改進(jìn)管理方法，以確保實(shí)驗(yàn)人員的正確規(guī)范操作，保障實(shí)驗(yàn)設(shè)備有序高效運(yùn)行。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理過程中需要嚴(yán)格按照教育部和學(xué)校對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室安全管理的要求和部署，切實(shí)加強(qiáng)安全保障措施，確保實(shí)驗(yàn)室安全健康運(yùn)轉(zhuǎn)。