編者按：為貫徹落實全國研究生教育會議精神和《西北工業(yè)大學(xué)一流研究生人才培養(yǎng)行動計劃》，持續(xù)深入樹典型、立標(biāo)桿、推經(jīng)驗，總結(jié)凝練推廣我校“研究生培養(yǎng)質(zhì)量提升工程”支持建設(shè)項目的好經(jīng)驗、好做法，發(fā)揮優(yōu)秀項目示范引領(lǐng)和輻射帶動作用，研究生院特推出“研究生培養(yǎng)質(zhì)量提升”系列文章，以期交流借鑒，共促提升，實現(xiàn)我校研究生教育高水平高質(zhì)量發(fā)展。
一、課程簡介
《航天發(fā)動機(jī)綜合實驗》以固液混合發(fā)動機(jī)和固體火箭發(fā)動機(jī)為對象，設(shè)置了固體燃料制備、固體燃料性能表征、液體氧化劑充裝、固體推進(jìn)劑制備、點火系統(tǒng)設(shè)計、固體推進(jìn)劑點火燃燒、固液混合探空火箭裝配、固液混合發(fā)動機(jī)地面試車實驗等多個實踐環(huán)節(jié)，旨在加深研究生們對火箭發(fā)動機(jī)領(lǐng)域相關(guān)理論的理解并提高動手實踐能力，以適應(yīng)新形勢下學(xué)校空天動力領(lǐng)域研究生的高質(zhì)量培養(yǎng)。
二、授課團(tuán)隊教師介紹
劉林林，副研究員，博士研究生導(dǎo)師，長期從事火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)及固體推進(jìn)劑燃燒機(jī)理研究，主講《航天發(fā)動機(jī)綜合實驗》《固液混合推進(jìn)技術(shù)》《固體推進(jìn)劑裝藥安全與健康防護(hù)》等研究生課程，并參與《航天發(fā)動機(jī)燃燒》《含能材料與推進(jìn)劑》《航天動力前沿技術(shù)》《動力技術(shù)科研安全》等研究生課程的授課。“固液混合發(fā)動機(jī)虛擬仿真實驗案例”入選陜西省專業(yè)學(xué)位研究生教學(xué)案例庫，“安全為特色的高品質(zhì)航天動力綜合實驗課程設(shè)計”獲學(xué)校研究生教育研究基金項目資助。
金秉寧，副研究員，碩士研究生導(dǎo)師，長期從事火箭發(fā)動機(jī)燃燒穩(wěn)定性控制技術(shù)和發(fā)動機(jī)精細(xì)化燃燒診斷技術(shù)研究，主講《燃燒不穩(wěn)定理論》、《先進(jìn)測試技術(shù)》、《航天發(fā)動機(jī)綜合實驗》、《動力技術(shù)科研安全》、《航天發(fā)動機(jī)燃燒概論》等研究生課程，并參與《新時代航天精神在飛行器動力工程專業(yè)教育中的融合與實踐》教育教學(xué)改革研究項目。
三、全鏈條、多層次實踐課程體系構(gòu)建
課程基于現(xiàn)有實驗條件，結(jié)合航天學(xué)院空天動力技術(shù)研究所的優(yōu)勢科研方向，以固液混合發(fā)動機(jī)和固體火箭發(fā)動機(jī)為對象，合理設(shè)計了實踐課程內(nèi)容。在固液混合發(fā)動機(jī)方面，從燃料制備，到發(fā)動機(jī)地面點火試車，再到固液混合探空火箭裝配，可完成從基礎(chǔ)部件到系統(tǒng)總體的全方位實踐體驗，不但使研究生們對火箭發(fā)動機(jī)構(gòu)成、工作原理及作用有了更深入的認(rèn)識，也使其參與積極性得到了明顯提升。
實踐環(huán)節(jié)組成
實踐課程授課現(xiàn)場
四、以基礎(chǔ)促創(chuàng)新的新型空天動力實踐課程探索
為了使研究生在實踐中思考，在思考中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中成長，課程負(fù)責(zé)人劉林林老師編寫了國內(nèi)固液混合發(fā)動機(jī)領(lǐng)域的第一部專著《固液混合發(fā)動機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)》作為教材，該專著已入選“十四五”時期國家重點圖書、音像、電子出版物出版專項規(guī)劃及2022年度國家出版基金資助項目。授課團(tuán)隊還編寫了講義《固體火箭發(fā)動機(jī)概論》，便于研究生們預(yù)先補(bǔ)充相關(guān)基礎(chǔ)知識，同時有助于研究生們及時查漏補(bǔ)缺，并在綜合能力拓展提高方面發(fā)揮了重要作用。
專著封面
為了體現(xiàn)并提升研究生的創(chuàng)新能力，課程圍繞某一主題設(shè)置開放性的火箭發(fā)動機(jī)設(shè)計題目來進(jìn)行課程考核。研究生需要廣泛查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，學(xué)習(xí)發(fā)動機(jī)的工作原理及設(shè)計過程，并完成發(fā)動機(jī)設(shè)計紙制報告，再以PPT匯報的形式對設(shè)計思路、設(shè)計方法、具體結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)驗證等進(jìn)行全面闡述。由于題目自由度大、設(shè)計過程體系性強(qiáng)、設(shè)計內(nèi)容復(fù)雜，且需要團(tuán)隊分工協(xié)作，可極大鍛煉研究生們的創(chuàng)新能力及綜合實踐能力。
課程考核中設(shè)計的火箭發(fā)動機(jī)
五、安全與品質(zhì)兼顧的高水平實踐環(huán)節(jié)打造
火箭發(fā)動機(jī)是各類航天器及武器系統(tǒng)的核心動力源，在航天和國防工業(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用。由于火箭發(fā)動機(jī)一般在高溫（可達(dá)3500 K以上）和高壓（可達(dá)20 MPa以上）下工作，且所用推進(jìn)劑通常為危險性較高的易燃易爆品，實踐過程需要在嚴(yán)密的安全防護(hù)下進(jìn)行。為了確保實踐環(huán)節(jié)安全進(jìn)行，火箭發(fā)動機(jī)的裝配及性能測試等實踐環(huán)節(jié)往往由演示講解代替，導(dǎo)致學(xué)生的實踐熱情不高且實踐效果不理想，難以滿足航天動力方向高質(zhì)量育人需求。
“固液混合發(fā)動機(jī)虛擬仿真實驗”以航天學(xué)院固液混合動力團(tuán)隊研制的某擠壓式固液混合發(fā)動機(jī)為對象，在發(fā)動機(jī)詳細(xì)零部件三維精細(xì)化建模的基礎(chǔ)上，完成了發(fā)動機(jī)裝配及工作過程虛擬仿真演示動畫，最終形成了“固液混合發(fā)動機(jī)虛擬仿真實驗案例”。
該發(fā)動機(jī)包括氧化劑供給系統(tǒng)和推力室兩大部分。其中，氧化劑供給系統(tǒng)用于液體氧化劑的貯存及恒流量供給，主要由增壓氣瓶、減壓閥、球閥、氧化劑儲箱、氧化劑加注接口等部件組成。
氧化劑供給系統(tǒng)
減壓閥 球閥 氧化劑加注接口
推力室是固體燃料的貯存場所，也是推進(jìn)劑燃燒與能量轉(zhuǎn)換場所，由前封頭、噴注器、燃燒室、固體燃料藥柱、點火裝置和噴管等部分組成。
推力室
帶有噴注器的前封頭 星型固體燃料藥柱 拉伐爾噴管
以發(fā)動機(jī)零部件精細(xì)化三維模型為基礎(chǔ)，制作了發(fā)動機(jī)裝配過程及工作過程的虛擬仿真演示動畫。按實際操作步驟，發(fā)動機(jī)裝配過程可分為后封頭裝配、推力室裝配、氧化劑供給系統(tǒng)裝配及總體裝配四部分。
噴管收斂段安裝
星型藥柱安裝
總體裝配
固液混合發(fā)動機(jī)以固體燃料和液體氧化劑作為推進(jìn)劑，由于液體氧化劑的流動可控，天然具備能量管理便捷的優(yōu)勢，因此工作過程演示包括發(fā)動機(jī)啟動過程、發(fā)動機(jī)變推力過程及發(fā)動機(jī)停機(jī)過程等部分。
點火藥柱點燃、膜片閥打開
大推力工況
節(jié)流工況
在該虛擬仿真實驗中，研究生們可360°全方位地觀察固液混合發(fā)動機(jī)所有部件的詳細(xì)三維結(jié)構(gòu)，并可反復(fù)觀摩發(fā)動機(jī)的整個裝配過程，因此能夠?qū)Πl(fā)動機(jī)的工作原理及工作狀態(tài)有更為深入的認(rèn)識。此外，該虛擬仿真實驗具備多視角及一定的交互能力，有助于學(xué)習(xí)效果的提升。本虛擬仿真實驗可完全替代危險且成本高昂的發(fā)動機(jī)實驗環(huán)節(jié)，為打造安全與品質(zhì)兼顧的航天動力實驗課程奠定了強(qiáng)有力的基礎(chǔ)。
