航空发动机原理教育教学论坛
EDUCATION TEACHING FORUM 2020年1月第2期Jan.2020No.2
“航空发动机控制设计中的数值计算原理与实践”课程教学探索
摘要：“航空发动机控制设计中的数值计算原理与实践”是飞行器动力工程专业一门重要的专业课程，具有理论性强、数值计算软件掌握要求高、涉及先修课程知识广且联系紧密等特点。针对课程特点，在分析课程知识内在逻辑结构、教学特点和教学现状的基础上，引入发散性思维构建课程知识体系，采用“整体—部分—整体”的教学思路，设计融合先修知识的实践实例，探索课程教学新方法，帮助学生建立航空发动机控制设计中的数值计算的知识构架、理论知识和实践对象间的联系，提高课堂教学和上机实践的成效。
关键词：航空发动机控制；数值计算；教学探索；发散式思维；思维导图中图分类号：G642.0
文献标志码：A
文章编号：1674-9324（2020）02-0187-04
收稿日期：2019-04-15
作者简介：潘慕绚，南京航空航天大学，副教授，博士，主要从事航空发动机控制专业教学。
一、引言
作为最主要的航空动力系统，航空发动机是飞机的“心脏”，是衡量我国科技核心竞争力的一项重要标志。发动机的研发周期长、成本高、风险高，为了缩短其研发的周期、降低研制和维护成本，在其研制各个阶段，需要开展基于不同模型的各类实验，即“仿真”研究。随着计算机技术的发展，基于计算机数值计算的数字仿真因其成本低、精度高，具有强大的逻辑判断能力，能够完成发动机控制系统设计中的建模、控制计划与控制算法设计、参数调整与优化等重要内容，成为航空动力控制系统设计与研制中不可缺少的环节。因此，飞行器动力工程作为航空动力控制系统设计与生产培养人才的主要本科专业，在其学生的培养方案中，“航空发动机控制设计中的数值计算原理与实践”（以下简称“发动机控制数值计算原理”）是一门重要的专业课程[1]。
“发动机控制数值计算原理”主要讲授航空发动机及其控制系统数值计算的基本原理、方法和计算机实现方法。当前国内外各高校工程类专业大都开设了系统数值计算原理课程，教学内容涉及机械或电气系统[2-4]。与之相比，“发动机控制数值计算原理”课程的学习对象为航空发动机及其控制系统，因其具有鲜明的特点，对“发动机控制数值计算原理”课程教学提出相应需求。首先，航空发动机及其控制系统结构复杂，涉及包括机械液压、电子电器类等在内的各种元部件，它们工作原理复杂多样。面向这些元
件、系统的数值计算原理与方法的学习过程中，需要有“高等数学”“计算机控制”“自动控制原理”“航空发动机控制原
理”等在内的诸多先修课程相关知识支撑。这意味着课程教学中涉及的先修知识类别多、内容多、差异大，需要通过发散性思维，将众多基础知识联系贯通。其次，航空发动机及其控制系统具有强非线性。这些非线性特性来自发动机工作环境（高度、马赫数）、发动机部件（风扇、压气机等压缩部件）和系统中元件（泵、各类阀）等，使得控制系统中存在不同类型、不同变换范围的非线性环节。最后，发动机中被控信号的动态响应复杂多样，主要体现在存在快变和慢变的信号。例如，温度、转速等属于慢变信号，而压力、压比则是快变信号。信号的特殊性要求有针对性地选择教学内容中的数值计算与分析方法。最后，“发动机控制数值计算原理”是一门需要实践支持的课程，通过将课堂授课中各种数值计算方法应用到实例计算中，强化课堂教学成果，能够帮助学生从实践的角度了解数值计算原理和方法的应用效果。这要求课程教学中应具备与所授计算方法相契合的发动机及其控制系统中的实例。
针对航空发动机控制系统设计的特殊性以及对其数值计算教学需求，有必要分析目前航空发动机控制系统数值计算课程教学特点与现状，针对教学中的难点与重点，开展基于发散性思维的课程知识体系构建和面向发动机控制系统的计算实例设计等教学改革，提高课堂教学和上机实践的成效，为飞行器动力工程专业学生奠定良好的控制系统数值计算的理论知识和实践能力基础，同时也为其他相关专业
系统数
潘慕绚
（南京航空航天大学
能源与动力学院，江苏
南京
210016）
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