1、实验目的

    近年来，航空航天产业已被列入国家战略新兴产业和优先发展的高技术产业，进入快速发展阶段，《国家中长期科学与技术发展规划纲要（2006-2020）》确定的16项重大科技专项中就有大飞机、载人航天与探月工程两项涉及航空航天的专项项目。在此背景下，航空航天工程专业为培养相关领域急需人才，必须在现有基础上开展创新型教学，充分利用信息化技术带来的有力条件，建立先进的虚拟仿真系统，与现实实验平台相结合，为航空航天领域培养优秀技术人才。

 

2、实验原理

    航空宇航虚拟仿真实验室以航空器和航天器为背景，把飞行器设计、推进原理、空气动力学、飞行力学、飞行控制等专业知识以实验等形式加以提炼，建立了一种全新的面向多学科专业的虚拟仿真实验教学体系，将实验内容分为“认知型实验”、“基本原理型实验”、“人机交互型”实验、“研究创新型”实验四种类型，按照由浅入深、由表及里的步骤，先感知、再操控、后实训的三个层次实行设计仿真实验与工程研制实验相结合，课内计划实验与课外自主实验相结合，形成以四种类型为基础、多种形式、系统化的实验教学途径，使得学生立足于自身专业，利用所学理论内容，通过实验和实践掌握本专业知识，增强实践能力，再通过本专业和相关专业融合，达到培养创新能力的目的。

 

3、实验设备

1）飞行器结构模型设计虚拟仿真实验平台

    飞行器结构模型设计部分需要建模与分析数字仿真软件、小型无人机制造平台等组成。实验室设有30台套计算机及2套工作站，工学生们使用。学生通过数字仿真软件，建立不同的飞行器结构模型，然后利用激光雕刻机加工出外形，最后拼装成飞行器结构骨架，整个过程可以训练学生的建模能力和动手能力，虚实结合，有助于掌握飞行器构造、影响外形的关键部位等知识点。

 

数字仿真平台

 

激光雕刻机图片

 

2）飞行器气动特性分析虚拟仿真实验平台

    该平台包括动力学建模与分析数字仿真软件和风洞实验设备等。

 

风洞实验设备

 

 

3）飞行器推进系统虚拟仿真实验平台

    该平台包括推进系统数字仿真软件、涡扇发动机教学实验设备等。

 

涡扇发动机教学实验设备

 

4）航空器飞行控制虚拟仿真实验平台

    航空器飞行控制虚拟仿真实验平台包括数字仿真软件和小型无人机等。

 

Quanser无人机教学设备

 

 

4、实验方法

1）沉浸式讲解飞行器结构设计

    借助学院展厅陈列的飞行器实物，对各类飞行器系统组成、内部结构及气动特性等进行直观了解。同时，借助虚拟仿真三维模型，通过沉浸式多维度形式，动态展示各类飞行器的内部外部结构，飞行原理及机载系统等内容，可以弥补静态实物种类较少，内部结构无法动态展示的不足。

2）实践性教学

    实践性教学通过同学们在虚拟环境中直接操作，可以最大程度发挥学生的自主能动性，达到非常好的学习效果。学生通过三维建模、软件计算、模型网格化、气动分析、导数修正等环节，结合人机交互虚拟仿真系统，真实感受自己设计的飞行器飞行状态，在实践中了解掌握飞行器的飞行原理和设计原则。

3）探索性教学

    在飞行控制板块，通过小型无人机搭载遥控接收机、导航传感器、伺服舵机等设备，在实际飞行过程中，给出不同操纵指令，获取飞行数据，通过不同辨识方法，建立无人机数学模型，在探索性实验中的探索性教学可以充分发挥创造力。

 

5、实验步骤

    步骤一：通过理论课程了解沉浸式虚拟仿真交互设备的使用、相关计算软件的使用。

    步骤二：通过三维建模软件建立飞行器三维数字模型。

    步骤三：将模型进行网格化，导入计算软件，进行计算。

    步骤四：通过视景系统，观察计算的流体场，分析飞行器受力情况。

    步骤五：计算气动中心、升阻力系数、力矩系数等。

    步骤六：通过数据手套等交互设备，进行网格切割，划分出操纵舵面，计算操纵效率。

    步骤七：进行运动学分析，建立飞行器气动力学模型，进行飞行演示。

    步骤八：飞行器动力学模型和软件计算结果对比分析，修正气动导数。

    步骤九：撰写实验报告。

    步骤十：总结、交流、分析实验体会，改进丰富实验内容。