《航空發(fā)動機結(jié)構分析》教學改革研究

鄭龍席 賈勝錫 李勍 馬躍陽

摘要：《航空發(fā)動機結(jié)構分析》是飛行器動力工程專業(yè)本科生的必修課程。針對該課程教學中存在的內(nèi)容缺乏主線、教材表達不夠清楚等問題，文章提出了從教學內(nèi)容、教學方法、實踐環(huán)節(jié)和考核環(huán)節(jié)四個方面對現(xiàn)有教學過程進行改革。初步實踐表明，改革之后教學手段更加豐富，學生的積極性和參與感更高，顯著提升了教學效果。

關鍵詞：航空發(fā)動機;結(jié)構分析;教學改革;實踐

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）12-0128-02

《航空發(fā)動機結(jié)構分析》這門課程以國內(nèi)外典型發(fā)動機為例，系統(tǒng)介紹各主要部件的功能、設計要求、結(jié)構分析方法以及具體典型結(jié)構，是我校飛行器動力工程本科生的專業(yè)必修課程。學習該課程的時候，學生們會同時學習《工程熱力學》《氣體動力學》《航空發(fā)動機原理》等專業(yè)課程，這些課程從循環(huán)、氣動、原理等方面闡述航空發(fā)動機的相關特征，而《航空發(fā)動機結(jié)構分析》從具體結(jié)構、傳力、定位的角度分析航空發(fā)動機的整機特征和零部件特征，直接幫助學生們從宏觀上認識航空發(fā)動機，掌握航空發(fā)動機結(jié)構設計的基本原則、結(jié)構分析的基本方法。

一、教學內(nèi)容改革

《航空發(fā)動機結(jié)構分析》課程的教學內(nèi)容可以分為四部分：第一部分是緒論和典型發(fā)動機，主要介紹航空發(fā)動機的發(fā)展歷程、類型、設計指標和特點、典型渦噴、渦扇、渦軸、渦槳發(fā)動機的結(jié)構特征和工作過程。第二部分是壓氣機、渦輪、主燃燒室三大核心部件的結(jié)構分析以及總體結(jié)構相關知識。第三部分是加力燃燒室、排氣裝置、附件傳動裝置和減速器的結(jié)構分析。最后一部分是航空發(fā)動機的工作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)和航機他用。第二部分內(nèi)容是本課程的核心和重點，必須通過透徹地講解，使學生能夠領悟航空發(fā)動機的結(jié)構分析方法和設計規(guī)律。現(xiàn)有的教材在表現(xiàn)手法上均采用橫向展開的方法——對某一零部件，全面介紹其不同的結(jié)構方式。這種表現(xiàn)手法只是對現(xiàn)有結(jié)構進行平鋪直敘式的分析介紹，缺乏設計理念的牽引，使得學生在學習時很難把握住學習的主線。但是鑒于國內(nèi)航空發(fā)動機的研制水平現(xiàn)狀，還無法進行完整的航空發(fā)動機結(jié)構設計流程，在教學中更不可能以發(fā)動機結(jié)構設計流程為主線來進行結(jié)構分析。為了解決這一問題，有必要對現(xiàn)有課程體系和教學內(nèi)容進行調(diào)整。

另外，隨著設計理念、材料和制造等技術的發(fā)展，不斷涌現(xiàn)出新的航空發(fā)動機結(jié)構，例如整體葉盤、整體葉環(huán)、多幅板輪盤、刷式封嚴、復合層板冷卻等，在教學內(nèi)容方面，應該將這些新的知識補充進來。

二、教學方法改革

在教學方法方面，應該充分發(fā)揮多媒體技術和3D打印技術。針對教材中學生難以理解的結(jié)構部件二維圖，借助三維造型技術建立其三維虛擬模型，在授課時，可以向?qū)W生展示三維虛擬模型。另外，對于裝配或工作過程比較復雜的結(jié)構，在三維虛擬模型的基礎上制作教學動畫，以動畫的形式來反映安裝、定位、傳力、氣流流動路線等傳統(tǒng)二維圖難以表現(xiàn)的內(nèi)容。教材方面，所制作的三維虛擬模型可以替換原有的二維圖，教學動畫可以通過二維碼鏈接到對應的知識點處。三維模型通過3D打印可以制作成三維實體模型，用于課堂演示，或在三維模型上貼上與其對應的教學動畫的二維碼鏈接，供學生參觀自學。最后，以三維模型和教學動畫為主要素材，再補充該課程相關的教學ppt、習題庫等資料制作教學網(wǎng)站，供學生線上自學。

下圖所示為折流燃燒室的教材配圖以及對應的三維虛擬模型、實體模型和教學動畫截圖。教材配圖為手工繪制的截面圖，截取的是燃燒室中間剖面部分，且僅有上半部分。該部分知識點要求借助該圖講解折流燃燒室的零/部件組成、工作過程和氣流流動過程。教師在授課時，往往需要通過很多講解才能讓學生掌握這一知識點。制作了三維實體模型后，可以一目了然地呈現(xiàn)該燃燒室的結(jié)構，教師在講解這一知識點時，可以同時向?qū)W生展示實體模型，并輔助以教學動畫。

三、實踐環(huán)節(jié)改革

《航空發(fā)動機結(jié)構分析》課程配套有專門的教學實踐環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的實踐教學中通常是教師指導學生對某一發(fā)動機的部件進行工程圖繪制。但由于航空發(fā)動機的結(jié)構比較復雜，教學實踐的時間為兩星期，學生實踐后期需要投入大量的時間完成手工繪圖工作，這種單純繪圖過程并不利于充分利用教學實踐的時間，學生對某一結(jié)構部件的理解容易流于表面，教學效果并不理想。結(jié)合3D打印技術，實踐環(huán)節(jié)可以改為“設計+繪圖+打印”三個過程?！霸O計”過程是讓學生自主選擇某一發(fā)動機的結(jié)構部件，理解其功能、工作過程、安裝和定位等結(jié)構特征;“繪圖”過程是讓學生按照自己的理解，利用三維造型技術繪制該結(jié)構部件的三維模型;“打印”過程是讓學生將自己繪制的三維模型用3D打印機打印成實體模型。通過“設計+繪圖+打印”這樣的實踐環(huán)節(jié)，讓學生初步感受到發(fā)動機結(jié)構從設計到加工制造的完整過程，形成了閉環(huán)的實踐過程，提升了趣味性，有利于提高學生的創(chuàng)新能力。

四、考核環(huán)節(jié)改革

根據(jù)筆者的教學經(jīng)驗來看，部分學生在學習該門課程時存在浮躁心理，靠考前突擊來應付考試，考前寄希望于教師畫的重點，并企圖多做幾套歷年考題能通過考試。這種做法即使能夠通過考試，但并沒有達到本課程的教學目的，學生對發(fā)動機這一研究對象還是沒有形成系統(tǒng)的認識，非常不利于他們后續(xù)的學習和研究。為了杜絕這種現(xiàn)象，應該建立本課程專門的題庫，增加每一章節(jié)對應的習題量，匯總形成題庫。期末考試時，不再由教師出題，而是從題庫中隨機抽取若干題目作為考題。

五、結(jié)語

針對《航空發(fā)動機結(jié)構分析》這門課程教學中存在的問題，筆者結(jié)合多年教學經(jīng)驗和先進的教學理念、方法等，提出了從教學內(nèi)容、教學方法、實踐環(huán)節(jié)和考核環(huán)節(jié)四個方面對現(xiàn)有教學過程進行改革。目前，筆者正在進行教學內(nèi)容和教學方法方面的改革實踐。在教學過程中加入了更多的新結(jié)構，同時逐步將三維模型、教學動畫和實體模型融入傳統(tǒng)教學中，明顯感覺到學生學習的積極性提高了，課程效果有了顯著的提升。后續(xù)將繼續(xù)踐行這些改革的理念，讓學生更加輕松地學習，更加從容地應對考試，更快地掌握航空發(fā)動機結(jié)構的相關知識。

參考文獻：

[1]趙明，鄧明，劉長福.航空發(fā)動機結(jié)構分析第2版[M].西北工業(yè)大學，2016.

[2]徐穎.小議《航空發(fā)動機強度計算》的多媒體教學[J].教育教學論壇，2016，（16）：257-258.