英國索里赫爾學院導入先進航太教學設備,精實頂尖工程教育實作力

英國索里赫爾學院導入先進航太教學設備,精實頂尖工程教育實作力

攜手 TecQuipment 布署亞音速與超音速風洞及噴射發動機教學系統,完美鏈結理論與動手做的實務教學

索里赫爾學院與大學中心(Solihull College and University Centre)於 2018 年開設了航太工程與維修學位學程。為此,學院建立一座新設施,並投入巨資購買了專業的航空教學設備。教學內容涵蓋廣泛,從探討阻力與升力方程式的飛行基礎理論,到邊界層、壓力分佈和尾流研究等進階課題皆包含在內。這項投資是學院和大學中心伍德蘭茲校區對航空與航太設施總計 250 萬英鎊擴建計畫的一部分。

索里赫爾學院高級講師兼協調員 Paul Matthews 表示:「在邀請各家廠商針對新設備進行投標後,我們最終選擇了 TecQuipment。這項決定是基於該品牌卓越的規格、具競爭力的價格、優質服務的聲譽,以及前期優秀的諮詢與銷售體驗。」

噴射發動機基礎教學

為了讓學生深入理解飛機上單軸燃氣渦輪發動機的運作原理,學院採購了一套 GT100 渦輪噴射發動機教學系統(GT100 Turbo Jet Trainer)。該系統以航空煤油(Kerosene)為燃料,能讓學生精確模擬飛機實際使用的單軸燃氣渦輪行為。這套獨立完整的系統設計,可引導學生學習並掌握以下要點:

  • 轉速與推進噴嘴面積變化對推力產生的影響
  • 壓縮機、燃燒室與渦輪的等熵效率、多變效率及機械效率
  • 渦輪與壓縮機的壓力比及無因次特性
  • 燃燒室的壓力損失與燃燒效率
  • 燃油消耗率、熱效率、空氣標準循環、做功比與熱平衡
渦輪噴射發動機教學系統使用航空煤油來模擬單軸燃氣渦輪的行為
渦輪噴射發動機教學系統使用航空煤油來模擬單軸燃氣渦輪的行為
啟動渦輪噴射發動機教學系統
啟動渦輪噴射發動機教學系統

飛行理論

除了學士學位課程外,索里赫爾學院還開設了飛機維修的高級國家證書(HNC)與高級國家文憑(HND)課程

索里赫爾學院航太講師 Salman Javed 解釋:「與偏重飛機設計的航太工程學士學位(BEng)不同,理學學士學位(BSc)課程更側重於動手實作。這種教學方針意味著,實務實驗在學習過程中扮演著更重要的角色。」

學院的空氣動力學實驗室配置了一系列不同的實驗裝置,用於教授所有課程。

空氣動力學原理

在空氣動力學基礎教學方面,索里赫爾學院採購了一套 AF1300 亞音速風洞(AF1300 Subsonic Wind Tunnel)。這是 TecQuipment 為航太工程系學生量身打造的豐富風洞產品線之一。AF1300 風洞在 TecQuipment 的風洞系列中屬於中型產品,機身設計精巧且附有輪子便於在實驗室內移動,同時兼具足夠的功能,能讓學生透過實作實驗理解以下課題:

  • 邊界層發展的研究
  • 攻角(迎角)對翼型性能的影響
  • 觀測鈍體和流線型物體尾流中的壓力和速度,並測量其周圍的流動。
  • 配有襟翼的翼型性能研究,以及襟翼角度對升力、阻力和失速的影響
  • 亞臨界與超臨界流動條件下,圓柱體周圍的壓力分佈情形
  • 模型特性探索,包含升力與阻力的基本量測
  • 三維翼型特性探索,包含升力、阻力和俯仰力矩的量測
  • 翼型模型周圍壓力分佈探索,用以推導升力並與直接量測的升力進行對比
  • 流場可視化
AF1300亞音速風洞是一款精巧、實用的開口吸氣式風洞,用於空氣動力學學習
AF1300 亞音速風洞是一款精巧、實用的開口吸氣式風洞,用於空氣動力學學習
高級講師Paul Matthews正在向學生講解基礎飛行理論
高級講師 Paul Matthews 正在向學生講解基礎飛行理論

結合超音速探索的進階空氣動力學理論

為了引導學生掌握更深層的進階理論,學院在實驗室中增設了AF300 間歇式超音速風洞(AF300 Intermittent Supersonic Wind Tunnel)。在進階理論的入門階段,學生可以學習噴嘴壓力分佈、分析馬赫數,並利用紋影儀(Schlieren apparatus)來量測與觀察模型上的壓力波與衝擊波(激波)。

TecQuipment 提供兩種超音速風洞方案:間歇式與連續式超音速風洞。基於預算考量、實驗室建置的簡便性以及結果的準確性來考量,索里赫爾學院選擇了間歇式風洞。該系統將壓縮空氣儲存於儲氣槽中(搭配選購的AF300B),進而在風洞的工作段中產生氣流。這種可控的空氣供應配合過濾器與空氣乾燥機,能提供更穩定的氣流,從而確保在 5 到 10 秒的實驗窗口期內擷取到精確的結果。實驗運行結束後,氣體會在 3 到 5 分鐘內重新充滿,即可再次進行下一次實驗。

透過紋影系統(AF302A),學生能夠將密度的梯度變化轉化為光照強度的明暗變化,親眼觀察模型周圍的超音速氣流、衝擊波與膨脹波。系統配備的一系列反射鏡與透鏡,讓學生能即時看見實驗結果,同時透過數位攝影機進行記錄以供日後參考。這種錄影功能在向學生群組分享與討論實驗結果時特別實用。

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