路成钢 王海泉 彭圣

1 中原工学院中原彼得堡航空学院 郑州 2 中原工学院电子信息学院 郑州 451191

0 引言

航空经济是推动区域经济发展的重要力量，对增强区域竞争力、拉动区域经济发展、形成竞争优势具有重要意义[1]。随着郑州航空港经济综合实验区的建设发展，河南省的经济结构在不断地调整优化[2]。但港区内的从业人员大部分是基于就近拉动本地居民就业的考虑，整体的专业技能不是很高。特别是区内装备制造、高端技术维修、产品研发等技术人才仍相对匮乏。中原工学院中原彼得堡航空学院毗邻港区，是教育部于2017 年2 月27 日批准设立（教外函〔2017〕16 号）、由中原工学院与俄罗斯圣彼得堡国立宇航仪器制造大学合作创办的中外合作办学机构，是港区的人才智力支撑。该学院设置电气工程及其自动化、测控技术与仪器、软件工程三个专业，依托俄方大学航空类学科专业优势和中原工学院工科专业优势，培养具有系统航空专业知识、实践能力和创新能力的高级应用人才，为航空产业以及区域经济的发展储备人才。

实践教学在人才培养中至关重要。航空技术实验室的建设将为培养学生理论联系实际、应用实践、自主创新等能力提供重要基地，也为教师研发、验证航空技术新理论及新技术提供重要场所[3-4]。实践教学和实验室建设不仅仅是验证知识和探索技术的手段，也将为实验教学改革、教学方法和教学手段改革等提供重要支撑和保障。本着“强化基础、注重实践、培养能力、激发创新”的建设理念，学校和学院投入相当的资金和人力打造航空技术实验中心，努力提高人才培养的软实力，推动和巩固中俄合作办学成果，为学生和教师提供坚实的实践与科研平台。

1 航空技术实验中心架构

实验室建设要首先围绕航空技术相关专业课程内容，借鉴兄弟院校相关专业的建设经验，紧跟国内外行业标准的风向标，融入先进的职业要求与技术规范，力争实现教学与行业人才需求的承接与对接。因此，航空技术实验中心的专业教学实验室主要由航空电气系统实验室、航空系统模拟实验室、机载导航及其仪表实验室组成，每个实验室都拥有丰富的专业教学或科研实验设备。实验中心主要架构及其支撑的主要课程如图1 所示。其中，航空系统模拟实验室的波音737NG 飞行器驾驶及维护模拟系统系中原工学院从中国民航大学引进的国内领先的教学实践实验平台。实验中心承担全校航空类专业实验教学和科研支持任务，承担课程设计、毕业设计、开放实验与实训等教学任务，为学生参与各类竞赛提供场地和器材支持及指导。

图1 航空技术实验中心主要架构

2 航空技术实验中心实验室建设

2.1 航空电气系统实验室

航空电气系统实验室拥有自主研发的航空电气系统控制平台、四自由度飞行器控制系、四通道示波器、微型计算机等实验设备，主要承担电能变换与控制、飞行器综合控制系统、DSP 技术、电机控制技术、航空电机学、飞机供电系统、ARM 嵌入式系统、航空电子电气系统等相关课程实验；为相关课程设计、本科毕业设计、电子大赛等提供实验场地；为教师提供科研服务支持。

随着飞机的发展，飞机电气化程度越来越高，机上用电量与日俱增；电气系统对飞机性能和安全起着重要的作用。中原彼得堡航空学院组织有关教师组成研发团队，自主研发了图2 所示的航空电气系统控制平台，该平台主要由供电、配电、用电三个子系统组成。平台能够模拟飞机系统从发电到变电再到用电的整个流程，可实现四个飞机供电系统主要过程的模拟，即飞机交流电源系统、飞机直流电源系统、航空蓄电池系统及400 Hz 航空地面静变电源系统。该平台的研制和使用使飞机电源系统整个发电、变电过程再现，帮助学生了解飞机电气系统的工作原理和过程，加深对飞机电气系统的理解，有助于学生对专业知识的掌握，从而为我国航空航天事业培养具有扎实专业基础的优秀人才。

图2 航空电气系统控制平台实物

2.2 航空系统模拟实验室

航空系统模拟实验室拥有波音737NG 飞行器驾驶及维护模拟系统学生机18 套以及具有波音737NG 仿真实体操作台的教师机。飞行器驾驶及维护模拟系统教师机和学生机如图3 所示。该实验台具有完整的飞行仿真功能，可以完整模拟飞行管理系统、自动飞行系统、气源系统、防冰排雨系统、发动机及辅助动力装置（APU）系统、火警保护系统、飞行操纵系统、飞行仪表和显示系统、导航系统、起落架系统、警告系统等，承担着波音737 虚拟仿真与控制实验、波音737 机务维修、飞机系统原理、飞机供电系统、飞机信息采集与处理系统、航空信号与系统等核心课程的实验教学和相关科研服务支持。

图3 飞行器驾驶及维护模拟系统教师机及学生机

2.3 机载导航及其仪表实验室

机载导航及其仪表实验室拥有惯性导航教学实验系统、测控计算机、示波器、工程实验室虚拟仪器套件、数据采集设备、机载传感器及测控电路实验装置等实验设备。该实验室的惯性导航教学实验系统如图4 所示。该系统配备双轴电动转台、转台控制器和一个MEMS 器件的AHRS 航姿参考系统。航姿模块是一款微型的全姿态测量传感装置，它由三轴MEMS 陀螺、三轴MEMS 加速度计、三轴磁阻型磁强计等三种类型的传感器构成。三轴MEMS 陀螺用于测量载体三个方向的绝对角速率；三轴加速度计用于测量载体三个方向的加速度，在系统工作中，主要作用是感知系统的水平方向的倾斜，并用于修正陀螺在俯仰和滚动方向的漂移；三轴磁阻型磁强计测量三维地磁强度，用于提供方向角的初始对准以及修正航向角漂移。双轴电动转台采用直流电机驱动旋转，实现三维空间任意位置和角度的姿态测量，具有位置、速率和摇摆三种测试功能。双轴采集控制器通过USB 或串行接口连接计算机实现航姿模块信号的采集与电动转台的测量控制。惯性导航教学实验台能帮助学生了解惯性导航及飞行控制原理，有助于学生理解和掌握惯性导航、航向姿态及运动状态采集的原理与技术。在此基础上，还可以开展设计开发各类飞行器、穿戴运动载体测量及控制等创新实验。该实验室主要承担航空测控电路、自动测试系统与虚拟仪器、嵌入式系统及应用、传感器原理及技术、航空电子设备微力学传感器等相关课程实验。

图4 惯性导航教学实验系统

3 结束语

除上述三个主要的教学实验室外，航空技术实验中心还建设了软件工程机房、软件实训室、创新实验室等。所有实验设备既可以支撑专业课程实践环节实施，又可以兼顾基础课程的实践教学。实验中心建成之后，广泛开展了各项实践教学活动，支持多门专业课程的实验实践教学，保障大学生电子大赛及蓝桥杯等专业赛事的顺利进行，也为教师提供了科研场所。随着实验室的使用需要结合学科专业发展的需求，实验室的设备资源还需进一步优化、共享和配置提升，以便更好地为人才培养服务。此外，大量实验室设备的运行带来大量的设备运行及维护工作，在未来的建设中需要进一步完善实验室规章制度并改进管理方法，以确保实验人员的正确规范操作，保障实验设备有序高效运行。同时，实验室建设和管理过程中需要严格按照教育部和学校对高校实验室安全管理的要求和部署，切实加强安全保障措施，确保实验室安全健康运转。