实验简介：
本实训是为了提高机类学生的综合实践能力和创新设计能力而设置的，通过该实训环节，使学生能够运用前期所学知识，根据学校实践教学仪器设备现状，本着“能实不虚、虚实结合”的原则，在教师的指导下，采用搅拌摩擦焊接仿真技术，针对航空航天大型结构零件——运载火箭燃料贮箱，制定合理的加工工艺，并利用相应的设备实现搅拌摩擦焊接加工过程。使学生直观认知搅拌摩擦焊接成型工艺过程和设备工作过程，并通过交互操作、自主分析典型缺陷成因，优化工艺方案，达到提高学生工程实践和创新能力的目的。
实验背景：
大型运载火箭是发展载人航天和深空探索的前提和基础，体现了国家的航天制造水平。其中火箭的燃料贮箱是火箭的重要承载单元，占火箭总体结构的50%以上，是大型运载火箭制造的关键技术之一。目前焊接是燃料贮箱的最终成型制造工序，作为一种新型固相焊接技术，搅拌摩擦焊技术（FSW）的焊接温度未达到轻质合金熔点。可以有效避免轻质合金熔焊过程中易出现的气孔、夹杂、热裂纹等冶金缺陷，相对于其他焊接技术，FSW在轻型合金的焊接中具有显著技术优势。
近年来，世界航天强国开展并逐渐实现了FSW在运载火箭燃料贮箱上的规模化工程应用。随着火箭运载能力的提高，燃料贮箱尺寸随之增大，由于燃料贮箱的大型薄壁结构，对FSW焊接装备和工艺带来了巨大技术挑战。燃料贮箱的FSW制造技术是“航天和制造”高度交叉融合的新技术前沿，涉及机械工程、材料等工科专业，随着国家航天发射任务的密集化，对掌握扎实的燃料贮箱等大型结构件的制造知识和具备燃料贮箱制造工程实践能力的专业人才的需求非常迫切，符合新工科专业建设的发展方向。相关专业知识是专业核心必修课《机械制造技术》及其先修课程《材料力学》与学科拓展课程《机械制造工艺学》的重要教学内容。同时，如何将立德树人融入教学全过程，通过情景体验式的教学方法，以典型大国重器作为思政对象，不仅使学生理解燃料贮箱制造在航天制造领域的重要价值，而且潜移默化的激发学生投身航天工业的情怀和使命感，也成为了教学面临的重要挑战。
目前各高校均没有大型构件搅拌摩擦焊实验平台，严重影响了对机械工程专业人才的工程实践能力和创新能力的培养，主要原因如下：（1）由于实验场地大、设备大、部件大、工艺流程复杂等因素，学校难以复制真实的燃料贮箱FSW制造现场。（2）燃料贮箱制造相关大型设备的操作需要有相应的专业资质和上岗证，师生均无法达到基本安全要求。（3）燃料贮箱FSW实验需要不断升级大型专业设备和工装，消耗大量昂贵的实验材料，物理实验成本极高。（4）传统的实验只支持重复认知型实验，无法开展燃料贮箱FSW的高探究性实验，直接影响了学生创新能力的提升。
因此，开展运载火箭大型贮箱搅拌摩擦焊接虚拟仿真实验教学具有极强的必要性和迫切性。
设计原则：
依托南京航空天大学机械制造及其自动化国家重点学科，航空航天先进制造技术省部共建协同创新中心和工信部航空航天制造技术实验教学示范中心，项目组将“虚拟现实+互联网”技术融入实验教学项目，坚持“以学生为中心，教师为主导”的教学理念，按照“虚实结合、能实不虚”的原则，突出航天高端制造工程应用驱动、面向行业和社会资源共享，开发运载火箭大型贮箱搅拌摩擦焊接虚拟仿真实验项目，填补当前运载火箭制造虚拟仿真实践教学平台方面的空白。
实验目标：
学校秉承航空报国传统，以立德树人为根本任务，致力培养具有责任意识、创新精神、国际视野、人文情怀的社会栋梁和工程精英。
本实验项目结合运载火箭大型燃料贮箱的工程应用背景，以“大型燃料贮箱筒段和总体的搅拌摩擦焊接”为实验任务，构建了基于假想发射任务的虚拟仿真实验情景。实验旨在培养学生探究式的思维方式和解决复杂工程问题的综合能力，具体实验目标如下：
知识：以贮箱制造任务为驱动，系统全面掌握搅拌摩擦焊技术的概念、原理、方法和应用等基础知识，以及极端制造中的变形控制、工艺优化等前沿知识。
能力：具备大型薄壁构件搅拌摩擦焊接工艺方案的设计能力，能够针对燃料贮箱的制造需求，正确选择FSW工具，设计工装结构，并能够优化其加工参数。
素质：结合课程思政，厚植航空报国情怀、坚定制造强国理念、培养大国工匠精神，增强绿色环保的意识、严谨求是和自主探究的学习态度和方法。
实验要求：
本实验项目主要面向机械工程和飞行器制造工程的本科生，根据各学校不同专业的培养计划安排，一般是大三及以上年级的本科生。学生应具备相关专业的基础课程知识，完成《材料力学》等基础课程和《机械制造技术》、《机械制造工艺学》和《实验设计与数据处理》等专业课程的修读。
