火箭发动机专业综合实验课程简介

火箭发动机专业综合实验课程简介

课程目标

从知识与技能的角度来讲，本课程的教学目标如下：

（1）巩固和加深对专业理论知识的理解，掌握主要部件的工作特性；

（2）学习火箭发动机的实验理论和实验方法，了解实验系统构成和实验设备；（3）通过具体实验过程，提高动手操作能力，掌握基本的实验技能，包括实验方案设计、系统调试、实验操作规程、实验现象观察以及数据处理等；

（4）了解火箭发动机实验研究的发展动态，经过动手实践，熟悉先进的实验方法，具备初步的科研实验能力。

从素质与心理角度来讲，本课程的教学目标如下：

在认知上，加深学生对专业理论知识和实验理论知识的记忆与理解（识记、领会层面）；正确地使用各项实验技能，设计合理的实验方案（运用层面）；分析实验现象，处理实验数据，提炼实验结论（分析层面）；根据研究目的，综合自身的理论知识和实验能力，实施一项完整的研究型实验过程（综合层面）；评估实验结果的正确性，评价实验本身的科学性与合理性（评价）。

在情感上，引导学生密切关注各种实验现象，加深直观感受（注意层面）；充分利用火箭发动机专业教学实验中声学、光学、电磁、气动等现象丰富这一优势，激发学生的实验积极性（反应层面）；培养学生科学规范的实验习惯和客观严谨的实验态度（价值评价层面）；让学生深刻体会到本课程与其未来职业发展的关联性，激发学生的职业性学习动机，培养创新意识（价值观组织层面）；促进学生培养务真求实的工作作风，培养紧密协同的团队意识，培养甘于奉献的职业精神（品格层面）。

在动作技能上，培养学生的动手操作能力，掌握典型设备的基本操作方法，能进行安装、调试与测量，熟练掌握各项应急处理措施。

课程性质与定位

“火箭发动机专业综合实验”是北京航空航天大学飞行器动力工程（航天）专业的三大主干专业课程之一；是专业培养过程中的重要实践教育环节。

本课程是一门要求学生运用专业理论知识来分析、解决具体实践问题的课程。课程以实验为载体，定位于各种联系的“桥梁”——即专业基础理论理解与综合运用的桥梁、专业人才培养与学生职业发展的桥梁。

本课程既是专业知识的形象表现，有助于学生深刻理解专业理论；又是专业知识运用的典型案例，有助于学生学以致用，解决专业问题；还是学生未来职业活动的预演，有助于培养学生的科研素质。

课程设计的思路

鉴于“火箭发动机专业综合实验”是一门实践性强、且需要较好专业理论基础的综合教学实验课程，因此从实验理论知识与实践经验的教学要求出发，以及

为了使学生能更快更好地适应毕业后的职业发展过程，设置了专门的实验理论内容。理论课内容按照“基础——前沿——安全”的知识模块组织。

实验项目的设计从火箭发动机的热力过程出发，包含了推进剂的输送与供给、喷注雾化、点火、燃烧、推力产生、热防护等关键环节，涉及到喷注器、点火器、燃烧室、喷管、减压器、汽蚀文氏管、输送管路等关键部组件。在实验项目的选择上贯彻“巩固基础、综合运用、跟踪前沿”的指导思想。具体而言，“基础”体现在实验项目反映了火箭发动机系统的基本运行过程与基本的构造特征。“综合”体现在实验项目需要团队合作来完成、需要运用多门专业基础课与专业课的知识、需要通过设计、计算、分析、处理等多种方法和测量、控制、装配、调试、安全保障等诸多操作技能来实施。“前沿”则体现在部分实验与该专业领域内的科研前沿相关联。

课程的实验项目安排是遵循着从“基础操作实验——参与引导实验——综合演示实验——自主研究实验”的递进路线，使学生要一步步完成“具备实验操作技能——理解实验理论——熟悉实验设备——掌握实验方法”的进阶，最终实现“设计实验方案、实施实验过程、完成实验分析”的自主实验研究能力。

图：实验项目的设计与教学安排

与前后课程关系

本课程需要学生具有一定的专业理论基础，课程内容要涉及到多门专业课程的基本概念、理论和重要定理、规律。先修课程有流体力学、工程热力学、传热学等专业基础课以及火箭发动机原理等专业课，本课程的理论与实验课程对于夯实专业基础、强化专业知识有着重要的促进作用。本课程安排在四年级上学期，也是学生进入毕业设计前的一次重要的实践演练。

课程特色

课程内容组织体系完整，结构合理，理论与实践紧密结合；

实验内容丰富真实，过程完整；

强调动手环节，注重操作技能，突出团队协作；

基础与前沿相结合，注重教学与科研的联系。

教学条件

作为实验课程，必须具备完整的实践教学环境，具体到本课程而言，要求更高，主要体现在：

1)专业性和综合性都非常强。火箭发动机专业综合教学实验系统具有非常

明确的专业背景，培养目标清晰直接，具有强烈的航天推进特色，因此

主要的实验设备和实验件大都要自行设计加工，需要专用配套设施，通

用性差。此外，实验系统涉及的学科众多，具有很强的综合性。从硬件

条件上看，实验系统综合了测量、控制、供给、安全保障、试车台架等

多个子系统；从实验过程上讲，要参与到安装、调试、测量、后期处理、应急措施等环节。因此，实验系统的建设难度大，需要持续的投入与积

累。

2)硬件要求高。火箭发动机教学实验不同于一般的课程实验，只有达到了

一定的硬件水平后，才有能力开设。

(1)火箭发动机实验需要专门的实验系统和仪器设备，对实验场地条件

也有专门的规定。尤其是实验系统，本身就包含了诸多分系统，十

分复杂，并且专用设备众多，建设成本高昂。例如，典型的液体火

箭发动机实验系统包括：推力架、测控系统、推进剂输送系统、点

火系统等，其中的每一项分系统又都是由若干复杂零部件组合而成，

设计、加工、安装和调试过程繁杂，重点设备价格昂贵，维护使用

成本高，没有良好的基础与积累是难以胜任教学实验的需求。

(2)实验过程中测量控制的自动化程度高。因为火箭发动机实验中，物

理化学过程处于高速进展之中，时间分辨率要求高，内容丰富，信

息量大，只有依靠高度自动化的测控系统才能完成不同参数的采集

测量，才能实时监控实验过程，及时发现处理实验异常，保障实验

顺利进行。

3)安全保障严格，部分实验工质属火工品性质。火箭发动机专业的实验条

件苛刻，实验过程具有一定的危险性，有高真空环境模拟实验、有高温

高压高速的燃烧流动过程、也有强电场强磁场实验环境等等，因此安全

上的万无一失与实验过程的稳定可靠是开展综合教学实验所必须满足的

先决条件，这需要有完善的实验保障措施与严格的实验安全制度体系。

对于授课教师而言，不仅要求实验能力突出，经验丰富，还需要较高的专业理论水平，是理论与实践相结合的“复合型人才”。