“發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)與評(píng)估”課程教學(xué)研究

王偉

[摘 要] 飛行器動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)適航方向是適應(yīng)我國(guó)民航強(qiáng)國(guó)發(fā)展需求的重要舉措，為支持該專(zhuān)業(yè)建設(shè)，開(kāi)展“發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)與評(píng)估”課程的教學(xué)研究。針對(duì)“發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)與評(píng)估”的綜合性特點(diǎn)，分析了“發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)與評(píng)估”課程的多學(xué)科支持關(guān)系，形成了課程教學(xué)內(nèi)容及其教學(xué)方法，為飛行器動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)適航方向的專(zhuān)業(yè)建設(shè)提供有益的探索。

[關(guān)鍵詞] 教學(xué)研究;發(fā)動(dòng)機(jī);系統(tǒng)安全性

[基金項(xiàng)目] 2018年度中國(guó)民航大學(xué)教育教學(xué)改革與研究項(xiàng)目“‘發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)與評(píng)估課程建設(shè)”（C2-03-03-150）

[作者簡(jiǎn)介] 王 偉（1977—），男，河南鄢陵人，博士，中國(guó)民航大學(xué)適航學(xué)院副教授，主要從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航研究。

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2021）07-0137-04? ?[收稿日期] 2020-07-08

一、引言

為致力于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的自主研發(fā)，積極推動(dòng)落實(shí)航空發(fā)動(dòng)機(jī)重大項(xiàng)目，2016年中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)成立，伴隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)重大專(zhuān)項(xiàng)的進(jìn)行，適航技術(shù)的發(fā)展成為目前最為關(guān)注的問(wèn)題，同時(shí)也是國(guó)家民航競(jìng)爭(zhēng)力的集中表現(xiàn)之一。綜合對(duì)比國(guó)內(nèi)與西方航空強(qiáng)國(guó)關(guān)于適航技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀與相關(guān)措施[1-4]，發(fā)現(xiàn)將適航思想與適航技術(shù)融入教育、培訓(xùn)、研制、維修過(guò)程中的做法可以提高相關(guān)從業(yè)人員的技術(shù)素質(zhì)，同時(shí)從適航思想與適航技術(shù)的傳播起點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)美國(guó)針對(duì)適航技術(shù)的教育與培養(yǎng)已有80多年的歷史，歐洲也有近20年的適航技術(shù)教育歷史，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的解讀同時(shí)發(fā)現(xiàn)適航技術(shù)的教育與培養(yǎng)是奠定國(guó)家航空地位的重要起源因素[5，6]。綜合國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展背景與上述調(diào)研結(jié)果，結(jié)合我國(guó)適航領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，開(kāi)展航空器相關(guān)專(zhuān)業(yè)關(guān)于適航技術(shù)的教育活動(dòng)是培養(yǎng)領(lǐng)域內(nèi)綜合性人才的必要措施。

在國(guó)內(nèi)適航技術(shù)專(zhuān)業(yè)人才的需求背景下，很多高校開(kāi)設(shè)了發(fā)動(dòng)機(jī)適航方向及其適航研究機(jī)構(gòu)，但由于長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)主要是歐美國(guó)家的產(chǎn)品，發(fā)動(dòng)機(jī)適航安全的相關(guān)教學(xué)與科研工作均相對(duì)滯后，就教學(xué)而言，目前仍存在學(xué)科內(nèi)涵不清晰、教學(xué)內(nèi)容不系統(tǒng)等突出問(wèn)題?？紤]到適航安全理念與適航技術(shù)的廣泛性，同時(shí)飛行器動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)的畢業(yè)生將來(lái)從事航空航天飛行器動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營(yíng)、維修、管理等工作，必須樹(shù)立牢固的適航安全理念，掌握發(fā)動(dòng)機(jī)安全性設(shè)計(jì)與評(píng)估的基本理論和技術(shù)，其中發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)與評(píng)估，不但是航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的設(shè)計(jì)工具，也是滿足《航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定》安全性條款的重要環(huán)節(jié)[7]。為有效提升適航安全觀念教學(xué)效率、奠定良好的系統(tǒng)綜合考慮思想，“發(fā)動(dòng)機(jī)安全性設(shè)計(jì)與評(píng)估”課程教學(xué)的開(kāi)展便成為實(shí)現(xiàn)這一培養(yǎng)目的的重要手段。

為介紹“發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)安全性分析與評(píng)估”課程的特點(diǎn)、內(nèi)容、方法與意義，本文以“發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)安全性分析與評(píng)估”課程的學(xué)科內(nèi)涵為起點(diǎn)，總結(jié)概括本課程具體特點(diǎn)，為后續(xù)教學(xué)內(nèi)容奠定基礎(chǔ);在學(xué)科內(nèi)涵分析基礎(chǔ)上，以課程內(nèi)容為關(guān)注點(diǎn)，詳細(xì)闡述相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，做到內(nèi)容詮釋特點(diǎn)，特點(diǎn)指導(dǎo)內(nèi)容教學(xué);最后以教學(xué)方法與意義為落腳點(diǎn)，深入研究討論具體方法的實(shí)際意義與可行性，促進(jìn)飛行器動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)適航方向的專(zhuān)業(yè)建設(shè)。

二、課程學(xué)科內(nèi)涵分析

“發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)與評(píng)估”是系統(tǒng)工程、安全工程、航空推進(jìn)系統(tǒng)、航空法學(xué)等多學(xué)科相結(jié)合而產(chǎn)生的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程。系統(tǒng)工程是運(yùn)用各種組織管理技術(shù)，使系統(tǒng)的整體與局部之間的關(guān)系協(xié)調(diào)和相互配合，實(shí)現(xiàn)總體最優(yōu)運(yùn)行。安全工程是運(yùn)用的種種安全技術(shù)和裝備及其綜合集成，以保障人們動(dòng)態(tài)安全的方法、手段和設(shè)施。航空推進(jìn)系統(tǒng)是一類(lèi)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的機(jī)械，通過(guò)工程熱力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、傳熱學(xué)、燃燒學(xué)、控制學(xué)、材料與工藝等方向的極限追求，實(shí)現(xiàn)高的綜合性能指標(biāo)。航空法學(xué)是關(guān)于其基本原理和相關(guān)理論、航空運(yùn)輸及航空保險(xiǎn)相關(guān)規(guī)則、航空刑法及航空組織法等。

“發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)與評(píng)估”的學(xué)科內(nèi)涵已通過(guò)上文給出基本的解釋?zhuān)娇胀七M(jìn)系統(tǒng)與航空法學(xué)是“安全性設(shè)計(jì)”的理論基礎(chǔ)，從其知識(shí)屬性來(lái)看具有一定的規(guī)范性和統(tǒng)一性，根據(jù)上述特點(diǎn)，這部分的教學(xué)應(yīng)結(jié)合最新航空法學(xué)（適航要求）與航空推進(jìn)系統(tǒng)之間聯(lián)系，以解讀條款與說(shuō)明推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為重點(diǎn);系統(tǒng)工程與安全工程是“安全性評(píng)估”的理論依據(jù)，具有一定的復(fù)雜性和程序化特點(diǎn)，同時(shí)兩者之間存在內(nèi)容上的實(shí)質(zhì)聯(lián)系，根據(jù)上述特點(diǎn)在相關(guān)部分的教學(xué)中應(yīng)以程序化評(píng)估過(guò)程的各部分知識(shí)為基礎(chǔ)，樹(shù)立綜合全面考慮問(wèn)題的思想?？偨Y(jié)來(lái)講，“發(fā)動(dòng)機(jī)安全性設(shè)計(jì)與評(píng)估”是多學(xué)科交互，注重分析思想、考察安全性原則的課程，課程內(nèi)容的展開(kāi)應(yīng)契合其課程特點(diǎn)。其相互關(guān)系如圖1所示。

根據(jù)相關(guān)定義可知，“發(fā)動(dòng)機(jī)安全性設(shè)計(jì)與評(píng)估”是以上述四門(mén)學(xué)科為發(fā)展基礎(chǔ)，以發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性問(wèn)題為研究對(duì)象，以系統(tǒng)分析、系統(tǒng)評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)、危險(xiǎn)源辨識(shí)與控制、事故理論、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、安全性設(shè)計(jì)等基本方法為理論基礎(chǔ)，將航空器法律制度中的適航要求（最低安全性要求）轉(zhuǎn)化為發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，綜合考慮技術(shù)性能、可靠性、維修性，以建立和維持發(fā)動(dòng)機(jī)安全性水平為目標(biāo)的管理與技術(shù)相結(jié)合的課程。

三、課程教學(xué)內(nèi)容研究

服務(wù)民航是飛行器動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)適航方向的學(xué)生培養(yǎng)原則，該方向培養(yǎng)的人才主要是幫助政府適航部門(mén)制定航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)和開(kāi)展適航審定活動(dòng)、申請(qǐng)人開(kāi)展型號(hào)適航符合性驗(yàn)證活動(dòng)、運(yùn)營(yíng)維修單位開(kāi)展持續(xù)適航活動(dòng)。為保證該專(zhuān)業(yè)學(xué)科知識(shí)的系統(tǒng)性與綜合性，依據(jù)上文中課程的具體特點(diǎn)，本課程必須包括發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程、發(fā)動(dòng)機(jī)研制流程、航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定的安全性要求、危險(xiǎn)源辨識(shí)、安全性分析方法、安全性評(píng)估流程、失效安全設(shè)計(jì)等內(nèi)容，具體是將安全性設(shè)計(jì)相關(guān)的知識(shí)作為初級(jí)教學(xué)，相關(guān)的分析方法介紹與具體流程作為中級(jí)階段內(nèi)容，而后為了學(xué)科知識(shí)的專(zhuān)業(yè)性，必須重點(diǎn)講授功能危害分析、故障模式及影響分析、共因分析、發(fā)動(dòng)機(jī)危害等級(jí)分析等民航當(dāng)局認(rèn)可的安全性分析方法[8]，并結(jié)合航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定、適航要求講授安全性設(shè)計(jì)方法的具體應(yīng)用，作為高級(jí)階段的教學(xué)內(nèi)容。為保證知識(shí)的循序漸進(jìn)，必須在講授安全分析方法與評(píng)估流程前，講授概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)知識(shí)，在講授發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定和失效安全設(shè)計(jì)前講授危險(xiǎn)源辨識(shí)和發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研制知識(shí)。根據(jù)“發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)與評(píng)估”多學(xué)科交互、具體流程復(fù)雜的學(xué)科特點(diǎn)，本課程按照三個(gè)階段展開(kāi)內(nèi)容，即分別為基礎(chǔ)知識(shí)與基礎(chǔ)理論、安全性分析方法與安全性分析流程、失效安全設(shè)計(jì)，為更直觀介紹本課程內(nèi)容體系，如圖2所示依據(jù)學(xué)科特點(diǎn)安排課程主要內(nèi)容。

四、綜合運(yùn)用多種教學(xué)方法

（一）注重民航強(qiáng)國(guó)夢(mèng)的培養(yǎng)

夢(mèng)想是學(xué)生努力學(xué)習(xí)的強(qiáng)大動(dòng)力、激發(fā)興趣的源泉?！缎聲r(shí)代民航強(qiáng)國(guó)建設(shè)行動(dòng)綱要》提出從2021年到2035年，實(shí)現(xiàn)從單一的航空運(yùn)輸強(qiáng)國(guó)向多領(lǐng)域的民航強(qiáng)國(guó)的跨越。到本世紀(jì)中葉，實(shí)現(xiàn)由多領(lǐng)域的民航強(qiáng)國(guó)向全方位的民航強(qiáng)國(guó)的跨越，全面建成保障有力、人民滿意、競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的民航強(qiáng)國(guó)[9]。在課堂上應(yīng)該將科學(xué)性與思想性相結(jié)合，既要傳授知識(shí)，又要進(jìn)行勵(lì)志興趣教育。

在“發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)與評(píng)估”課程教學(xué)中，為了培養(yǎng)民航強(qiáng)國(guó)夢(mèng)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和興趣，應(yīng)當(dāng)注重介紹我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的艱辛歷程和重要成就;注重我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才的需求;注重對(duì)我國(guó)飛機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)與評(píng)估的成功案例進(jìn)行分析解讀;注重鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自我創(chuàng)新，并以相關(guān)“發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)與評(píng)估”課程設(shè)計(jì)為載體，進(jìn)行興趣培養(yǎng)。對(duì)于課程設(shè)計(jì)的相關(guān)介紹，應(yīng)伴隨著課程同步進(jìn)行，以練為學(xué)才能更好地掌握知識(shí)，同時(shí)定期開(kāi)展課程設(shè)計(jì)的匯報(bào)工作，在匯報(bào)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)于相關(guān)知識(shí)的掌握程度，方便下一階段教學(xué)。同時(shí)在課堂教學(xué)中，適當(dāng)講解我國(guó)相關(guān)機(jī)型（新舟60、C919、ARJ21、渦軸16）的適航取證經(jīng)驗(yàn)，以及研制長(zhǎng)江系列發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性評(píng)估與適航審定過(guò)程，同時(shí)通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外適航領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀、表現(xiàn)發(fā)展差異，激勵(lì)學(xué)生為我國(guó)民航強(qiáng)國(guó)夢(mèng)努力學(xué)習(xí)，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)民航早日運(yùn)營(yíng)國(guó)產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)而奮斗。

（二）努力開(kāi)發(fā)第二課堂教學(xué)

課堂講授與課下分析是高等教學(xué)隨信息化發(fā)展而日益重要的教學(xué)方法，也叫第一課堂和第二課堂。對(duì)于學(xué)生基礎(chǔ)不一致、課程內(nèi)容知識(shí)綜合特征明顯的課程，應(yīng)該充分利用第二課堂，讓學(xué)生補(bǔ)充知識(shí)綜合課程的基礎(chǔ)概念，同時(shí)拓展知識(shí)綜合課程的集成分析。

“發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)與評(píng)估”課程主要教學(xué)任務(wù)之一是向?qū)W生傳授安全性分析、評(píng)估、設(shè)計(jì)等領(lǐng)域理論知識(shí)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中的靈活運(yùn)用，從而滿足適航標(biāo)準(zhǔn)的要求。這需要具備航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制流程和設(shè)計(jì)過(guò)程的基本知識(shí)，這方面的知識(shí)無(wú)論在廣度和深度方面都不可能通過(guò)幾次課堂講授而完全獲得。這就需要學(xué)生在領(lǐng)會(huì)課堂講授發(fā)動(dòng)機(jī)研制歷程和設(shè)計(jì)過(guò)程基本思路和核心概念的基礎(chǔ)上，借助老師提供的第二課堂建議（論文分享、公眾號(hào)分享、最新動(dòng)態(tài)分享），實(shí)現(xiàn)利用零散時(shí)間的知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)來(lái)填充發(fā)動(dòng)機(jī)研制歷程和設(shè)計(jì)過(guò)程的知識(shí)結(jié)構(gòu)，為安全性分析評(píng)估方法在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中靈活應(yīng)用提供基礎(chǔ)。同時(shí)為提升第二課堂的教學(xué)與學(xué)習(xí)質(zhì)量，安排學(xué)生進(jìn)行相關(guān)知識(shí)與論文閱讀的交流課，主要是將學(xué)生近期所學(xué)內(nèi)容或?qū)W習(xí)心得進(jìn)行匯總，增強(qiáng)學(xué)生的合作意識(shí)，同時(shí)也激勵(lì)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。

（三）利用科研強(qiáng)化教學(xué)效果

教育的本質(zhì)是根據(jù)社會(huì)的需要培養(yǎng)人的社會(huì)活動(dòng)，高等教育就體現(xiàn)在為社會(huì)培養(yǎng)高級(jí)的專(zhuān)門(mén)人才，這就需要把教學(xué)和科研緊密結(jié)合起來(lái)。高等教育培養(yǎng)對(duì)象是二十歲左右的青年，這就為利用科研強(qiáng)化教學(xué)效果提供了可能性[ 10 ]。目前，以科研強(qiáng)化教學(xué)已經(jīng)成為提高高等教育教學(xué)質(zhì)量的重要途徑。

基于這種理念，在“發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)與評(píng)估”課程教學(xué)過(guò)程中，授課教師必須同時(shí)開(kāi)展相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究工作，及時(shí)掌握本領(lǐng)域的最新研究動(dòng)態(tài)與學(xué)科前沿，同時(shí)可邀請(qǐng)有意向的同學(xué)進(jìn)入研究團(tuán)隊(duì)，讓學(xué)生在真正的科研實(shí)踐中運(yùn)用自己課堂所學(xué)知識(shí)?？蒲幸部勺鳛閷W(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的平臺(tái)，有利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于安全性問(wèn)題的敏感度，從而使其在未來(lái)的工作中受益。

目前關(guān)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)的研究主要包括適航標(biāo)準(zhǔn)的跟蹤研究、發(fā)動(dòng)機(jī)安全性設(shè)計(jì)技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)失效安全新技術(shù)三個(gè)方面，在課堂授課過(guò)程中，不能脫離發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)而單純講解系統(tǒng)安全性評(píng)估方法，更不可能不考慮發(fā)動(dòng)機(jī)適航要求討論安全因素，必須深入具體設(shè)計(jì)功能及其方案背后的基本原理。因此，必須將適航標(biāo)準(zhǔn)的研究、發(fā)動(dòng)機(jī)安全性設(shè)計(jì)技術(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)失效安全技術(shù)方面的研究結(jié)合起來(lái)，分析適航標(biāo)準(zhǔn)中條款要求的意圖、符合性方法、發(fā)展趨勢(shì)，研究現(xiàn)有安全評(píng)估和設(shè)計(jì)方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)符合性的邏輯關(guān)系，預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)安全設(shè)計(jì)中實(shí)效安全技術(shù)的可用性，這樣才能將安全因素在航空發(fā)動(dòng)機(jī)需求約束、設(shè)計(jì)分析、功能實(shí)現(xiàn)和產(chǎn)品集成等各階段的作用解釋得清晰明了。

五、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)“發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)與評(píng)估”課程的學(xué)科內(nèi)涵進(jìn)行分析，明確了該課程的內(nèi)容結(jié)構(gòu)與學(xué)科特點(diǎn)，依據(jù)學(xué)科特點(diǎn)展開(kāi)了對(duì)于課程內(nèi)容的介紹與安排，并根據(jù)內(nèi)容安排與培養(yǎng)目標(biāo)討論了教學(xué)方法在該課程教學(xué)中的預(yù)期效果，對(duì)飛行器動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)適航方向的專(zhuān)業(yè)建設(shè)發(fā)揮了良好作用。

參考文獻(xiàn)

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Research on the Teaching of the Course of Engine System Safety Design and Evaluation

WANG Wei

（Airworthiness College， Civil Aviation University of China， Tianjin 300300， China）

Abstract： The establishment of airworthiness direction in aircraft power engineering major is an important measure to meet the development needs of Chinas civil aviation to become a great power. In order to support the construction of this major， the teaching research of the course of Engine System Safety Design and Evaluation is carried out. In view of the comprehensive characteristics of this course， this paper analyzes the multidisciplinary supporting relationships in the course， and reforms the course content and teaching methods. It is a beneficial exploration for the construction of airworthiness direction of aircraft power engineering major.

Key words： teaching research; engine; system safety