應(yīng)用型高校航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課程改革探索

孫 杰，鞏二磊，龍 兵

（常州工學(xué)院航空與機(jī)械工程學(xué)院/飛行學(xué)院，江蘇 常州 213032）

0 引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛行器的心臟，是衡量一個(gè)國(guó)家航空科技水平和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課程以現(xiàn)役典型航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)為對(duì)象，旨在要求學(xué)生掌握航空發(fā)動(dòng)機(jī)及主要零部件的基本結(jié)構(gòu)形式和工作特點(diǎn)[1-3]。航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課程涉及多門前續(xù)課程知識(shí)的綜合應(yīng)用，課堂形式多以教師講授為主，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)物及模型觀摩[4]，應(yīng)用型高校的航空發(fā)動(dòng)機(jī)及零部件資源相對(duì)不足，且對(duì)學(xué)生的應(yīng)用能力要求更高?；诂F(xiàn)有的資源及專業(yè)培養(yǎng)方案要求，探索應(yīng)用型高校的航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課程教學(xué)改革措施，以期提高課程知識(shí)的掌握程度并增強(qiáng)學(xué)生的應(yīng)用能力和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

1 課程的主要特點(diǎn)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課程是飛行器制造工程民航機(jī)務(wù)方向的專業(yè)培養(yǎng)方案中專業(yè)核心課程之一，其重要性體現(xiàn)在多個(gè)方面：

（1）關(guān)鍵知識(shí)與技能的基礎(chǔ)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛行器的心臟，是飛行器的動(dòng)力之源，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能及可靠性核心部件之一，是整個(gè)飛行器的安全性和可靠性的關(guān)鍵因素[5-8]。航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課程以燃?xì)鉁u輪發(fā)生器的主要部件及受力分析為主要內(nèi)容，這些知識(shí)是學(xué)生未來(lái)從事機(jī)務(wù)工作的基礎(chǔ)，能夠讓他們更好地理解、維護(hù)和修復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)。

（2）職業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵能力。民航機(jī)務(wù)方向的專業(yè)畢業(yè)生通常會(huì)在民航機(jī)場(chǎng)或通航機(jī)場(chǎng)從事飛機(jī)維護(hù)和維修工作。航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課程的學(xué)習(xí)，能使學(xué)生具備必要的專業(yè)知識(shí)和技能，勝任發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)和維修等職責(zé)。這些技能對(duì)于保障飛行器的正常運(yùn)行和安全非常重要，直接關(guān)系乘客和飛行人員的生命安全。

（3）促進(jìn)實(shí)際應(yīng)用和解決問(wèn)題能力提升。航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課程教學(xué)要求，不僅包括理論知識(shí)的傳授，還要求學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際情境中，提升解決實(shí)際問(wèn)題的能力。課程要求學(xué)生具有分析發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理和故障情況，以便及時(shí)采取措施來(lái)確保發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行，這種實(shí)際應(yīng)用和問(wèn)題解決的能力在機(jī)務(wù)領(lǐng)域中至關(guān)重要。

（4）推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展。航空發(fā)動(dòng)機(jī)是航空領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，不斷創(chuàng)新和發(fā)展推動(dòng)了整個(gè)航空產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。通過(guò)深入學(xué)習(xí)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造和工作原理，學(xué)生可以為未來(lái)的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展貢獻(xiàn)力量，參與到改進(jìn)和優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課程是飛行器制造工程專業(yè)民航機(jī)務(wù)方向?qū)I(yè)培養(yǎng)方案中一門至關(guān)重要的核心課程。它不僅為學(xué)生提供了必要的知識(shí)和技能，還培養(yǎng)了他們的實(shí)際應(yīng)用和問(wèn)題解決能力，為他們未來(lái)的職業(yè)發(fā)展和社會(huì)貢獻(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，對(duì)于高質(zhì)量的飛行器維護(hù)和安全運(yùn)營(yíng)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課程的重要性不可低估。

2 傳統(tǒng)課程講授方法的不足

盡管航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課程的重要性不言而喻，但傳統(tǒng)的課程講授方法存在多個(gè)不足之處，這些問(wèn)題阻礙了學(xué)生充分理解和掌握課程內(nèi)容：

（1）課程知識(shí)難度較大。航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課程涉及機(jī)械原理、工程制圖、工程力學(xué)等課程，課程知識(shí)難度較大且相對(duì)抽象，這使得學(xué)生往往難以將抽象的理論知識(shí)與實(shí)際的航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造聯(lián)系起來(lái)。盡管課程中可能會(huì)包括現(xiàn)場(chǎng)課程，但學(xué)生對(duì)于實(shí)際構(gòu)造的理解仍然受限，因?yàn)閮H僅通過(guò)觀察現(xiàn)場(chǎng)往往難以深入探究和理解發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理。

（2）教學(xué)情況反饋不足。在以教師講授為主的課堂中，很難或幾乎無(wú)法準(zhǔn)確把握學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握情況。學(xué)生對(duì)于復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造知識(shí)的理解程度因人而異，但課堂時(shí)間有限，不容易為每個(gè)學(xué)生提供個(gè)性化的指導(dǎo)和反饋。這導(dǎo)致了一些學(xué)生可能掌握不足，而部分學(xué)生可能感到無(wú)趣或浪費(fèi)時(shí)間。

（3）課堂參與度低。航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課程知識(shí)的高度抽象性，需要教師采用課程講授的方法進(jìn)行部分內(nèi)容的傳授，這種方式在一定程度上壓抑了學(xué)生的積極參與性和主動(dòng)性。課程內(nèi)容的復(fù)雜性也可能導(dǎo)致學(xué)生感到乏味，導(dǎo)致學(xué)習(xí)課程內(nèi)容的投入度和參與度不足。對(duì)于課程的參與及互動(dòng)的不足，學(xué)生的思維能力和緣物析理能力得不到充分鍛煉。

（4）缺乏實(shí)際應(yīng)用和問(wèn)題解決能力的訓(xùn)練。講授為主的授課方法，強(qiáng)調(diào)知識(shí)的傳授，弱化了實(shí)際應(yīng)用和問(wèn)題解決能力的培養(yǎng)。學(xué)生可能學(xué)到了大量的理論知識(shí)，但在實(shí)際工作中難以將這些知識(shí)應(yīng)用到解決實(shí)際問(wèn)題的場(chǎng)景中。這導(dǎo)致了理論與實(shí)際應(yīng)用之間存在較大的鴻溝，學(xué)生在實(shí)際工作中可能會(huì)感到困惑和無(wú)所適從。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)課程，需要使用傳統(tǒng)的講授為主的方法，但對(duì)于課程教學(xué)中的不足之處，需要通過(guò)教學(xué)改革來(lái)改善，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和能力。

3 教學(xué)改革措施

根據(jù)課程及學(xué)生特點(diǎn)，提出了優(yōu)化課程內(nèi)容、增加仿真建模、提前課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革措施，重點(diǎn)突出核心部件，增強(qiáng)應(yīng)用和協(xié)作能力，加深課程體系理解。

3.1 優(yōu)化課程內(nèi)容

根據(jù)應(yīng)用型高校培養(yǎng)方向和畢業(yè)生的就業(yè)方向，進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課程優(yōu)化，將學(xué)時(shí)合理分配到各個(gè)核心部件的組成及受力特點(diǎn)分析，以確保學(xué)生在課程中能夠深入學(xué)習(xí)和掌握關(guān)鍵的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造知識(shí)。以下是一些課程內(nèi)容的擴(kuò)展和調(diào)整：

（1）重點(diǎn)突出核心部件，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)核心機(jī)的壓氣機(jī)、燃燒室和渦輪三個(gè)部件的學(xué)習(xí)，闡述部件的原理及功用、主要零部件的結(jié)構(gòu)特征、典型連接結(jié)構(gòu)形式、安裝拆卸順序等。以壓氣機(jī)為例，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的葉片增加空氣壓力，按是否旋轉(zhuǎn)分為轉(zhuǎn)子部件和靜子部件，轉(zhuǎn)子部件主要包括軸、盤、轉(zhuǎn)子葉片，靜子部件主要包括靜子葉片和機(jī)匣，葉片與輪盤的連接通常采用燕尾式榫頭等。學(xué)生將深入了解這些部件的工作原理、結(jié)構(gòu)特征和性能特點(diǎn)，以便未來(lái)能夠進(jìn)行維護(hù)和修復(fù)工作。

（2）實(shí)際案例展示。為了讓學(xué)生更好地理解理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用之間的聯(lián)系，在課程中引入多個(gè)實(shí)際案例展示，主要包括WP-13、AL-31F、CFM56、RD93、RB211 等典型航空發(fā)動(dòng)機(jī)，并在不同階段進(jìn)行差異化展示。在總體結(jié)構(gòu)分析，分析整體結(jié)構(gòu)形式、支點(diǎn)的位置及其變化規(guī)律；在壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪部件講解時(shí)，根據(jù)功能應(yīng)具有的相同結(jié)構(gòu)特征，并對(duì)比不同發(fā)動(dòng)機(jī)之間的差異及特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)多個(gè)典型航空發(fā)動(dòng)機(jī)從整體到局部的多次展示，學(xué)生將研究不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)，分析它們的構(gòu)造和性能，以及在特定情境下的運(yùn)行問(wèn)題和維修需求。

（3）維修現(xiàn)場(chǎng)考察。為了提升學(xué)生實(shí)際應(yīng)用及就業(yè)環(huán)境適應(yīng)能力，課程還增加了維修現(xiàn)場(chǎng)課，觀摩航空發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)、養(yǎng)護(hù)的主要工作流程，典型零部件的檢查、拆卸及安裝的步驟，以及典型零件實(shí)物的全角度觀察與體會(huì)。學(xué)生將親臨機(jī)務(wù)維修現(xiàn)場(chǎng)，觀察真實(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)過(guò)程，從中獲得寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)維修現(xiàn)場(chǎng)考察，突破課堂知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用的界限，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)際應(yīng)用的理解。

3.2 增加仿真建模

為了提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力和對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造的深入理解，課程中引入了仿真建模的教學(xué)方法，通過(guò)進(jìn)行典型零件的建模及仿真測(cè)試[9-10]，提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

（1）建模項(xiàng)目。以某個(gè)部件為對(duì)象，將部件的主要零件分為建模工作量基本相同的部分，由不同的學(xué)生采用UG 完成主要零件的建模。例如以壓氣機(jī)為例，不同學(xué)生完成錐形軸、壓氣機(jī)盤、鼓筒、轉(zhuǎn)子葉片及連接件、靜子葉片、機(jī)匣等零件的三維模型。通過(guò)UG 建立零件三維模型，不僅學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的技能，還要求學(xué)生分析受力特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特征，深入研究零部件的細(xì)節(jié)，包括尺寸、材料和制造工藝。

（2）仿真測(cè)試。由不同學(xué)生完成主要零件的三維模型后，根據(jù)零部件的安裝順序在UG 中進(jìn)行仿真測(cè)試，以壓氣機(jī)為例，按照錐形軸、第一級(jí)盤、鼓筒、第二級(jí)盤、鼓筒等順序組裝仿真，再依次進(jìn)行各級(jí)轉(zhuǎn)子葉片與輪盤的連接，進(jìn)行轉(zhuǎn)子部件拼裝和靜子部件拼裝。還可用仿真軟件進(jìn)行多個(gè)零部件的組合測(cè)試和分析，如圖1 所示的尾噴管組件，可以實(shí)現(xiàn)尾噴管面積及及角度的調(diào)整，通過(guò)模擬部件的性能，還能識(shí)別潛在問(wèn)題并提出解決方案。

圖1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件組合測(cè)試

（3）團(tuán)隊(duì)協(xié)作。在零件三維建模及部件仿真測(cè)試中，學(xué)生均以小組形式完成，這樣能鼓勵(lì)學(xué)生之間的討論、溝通及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，以實(shí)現(xiàn)相鄰零件的連接和匹配。通過(guò)仿真建模訓(xùn)練，不僅學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件能力，還可以通過(guò)分享建模過(guò)程中的挑戰(zhàn)和解決方案，促進(jìn)了團(tuán)隊(duì)合作和知識(shí)交流，提高對(duì)課程知識(shí)掌握程度及實(shí)際應(yīng)用能力。

3.3 提前課程設(shè)計(jì)

將課程設(shè)計(jì)由航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課程考核之后提前至課程考核之前[11]，通過(guò)對(duì)典型結(jié)構(gòu)圖的繪制、文獻(xiàn)查閱和小組討論，提升了對(duì)課程知識(shí)系統(tǒng)性的理解。

（1）典型結(jié)構(gòu)分析。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課程設(shè)計(jì)中，要求學(xué)生通過(guò)抽簽選擇航空發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)部件圖，如圖2 所示，并在所繪制部件圖中選擇2 個(gè)典型結(jié)構(gòu)繪制局部圖，如渦流器、筒體進(jìn)氣孔、氣膜孔、冷卻結(jié)構(gòu)等。對(duì)選取的2 個(gè)典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特征的分析，作為課程設(shè)計(jì)考核匯報(bào)內(nèi)容。這要求學(xué)生不僅要讀懂圖紙，識(shí)別該部件的功能及典型結(jié)構(gòu)特征，還要求他們將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際的工程問(wèn)題中，深化了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造的理解及應(yīng)用。

圖2 典型結(jié)構(gòu)部件

（2）文獻(xiàn)查閱和小組討論：航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生對(duì)所選取部件進(jìn)行更加深入的學(xué)習(xí)，要查閱除了教材之外的相關(guān)文獻(xiàn)和資料，獲取與選擇零部件的相關(guān)圖紙及技術(shù)資料。鼓勵(lì)相同部件的學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，小組討論有助于學(xué)生分享研究發(fā)現(xiàn)，共同解決復(fù)雜問(wèn)題，并從彼此的經(jīng)驗(yàn)中受益。

（3）理解課程知識(shí)系統(tǒng)。提前課程設(shè)計(jì)不僅有助于學(xué)生深入學(xué)習(xí)特定零部件的知識(shí)，還有助于他們形成更全面的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造知識(shí)體系，提升了課程知識(shí)系統(tǒng)性及部件知識(shí)掌握程度，改善了航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課程考核效果。

通過(guò)這些教學(xué)改革措施，我們旨在使航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課程更加豐富和實(shí)際，以滿足學(xué)生的需求，并提高他們?cè)跈C(jī)務(wù)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用能力。

3.4 教學(xué)改革效果

為了驗(yàn)證教學(xué)改革措施的有效性，選擇了2020級(jí)飛行器制造工程專業(yè)學(xué)生進(jìn)行試點(diǎn)教學(xué)改革，在教學(xué)改革實(shí)施前，與學(xué)生進(jìn)行了座談和調(diào)查，闡述了教學(xué)改革的想法和措施，了解學(xué)生對(duì)課程的認(rèn)識(shí)、學(xué)習(xí)困難、興趣程度和希望改進(jìn)的方面。航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課程的優(yōu)化課程內(nèi)容、增加仿真建模、提前課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革措施，取到了與預(yù)期相符的效果。

（1）課程參與度明顯提高。小組建模項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐激發(fā)了學(xué)生的興趣，能夠?qū)⒄n本及講授的抽象知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的實(shí)物及圖紙聯(lián)系起來(lái)，學(xué)生能更加積極地參與到課程各個(gè)環(huán)節(jié)，參與程度顯著提升，展示出更強(qiáng)的主動(dòng)學(xué)習(xí)意愿。

（2）知識(shí)掌握程度提升。通過(guò)優(yōu)化課程內(nèi)容、重點(diǎn)突出核心部件，學(xué)生能夠更深入地理解核心部件的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造的理論知識(shí)掌握程度有效提高。

（3）實(shí)際應(yīng)用能力增強(qiáng)。典型零件的三維建模及結(jié)構(gòu)特征呈現(xiàn)，使學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的建模和分析能力，并加深對(duì)零件特征的理解。通過(guò)建立典型零件的三維模型，學(xué)會(huì)了基本的模擬測(cè)試和性能分析，有助于提高他們?cè)趯?shí)際工作中的實(shí)用技能。

（4）團(tuán)隊(duì)合作與溝通能力改善。小組協(xié)作與討論加強(qiáng)了學(xué)生之間的溝通能力，增加自信和團(tuán)隊(duì)合作，學(xué)會(huì)了共同解決問(wèn)題、分享經(jīng)驗(yàn)和相互協(xié)助，能促進(jìn)未來(lái)的職業(yè)發(fā)展。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造教學(xué)改革的實(shí)施，不僅僅提高了學(xué)生的專業(yè)知識(shí)水平，還培養(yǎng)了他們的綜合素質(zhì)，包括問(wèn)題解決、創(chuàng)新思維和實(shí)際應(yīng)用能力，使他們更具競(jìng)爭(zhēng)力。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化課程內(nèi)容、增加仿真建模和提前課程設(shè)計(jì)等教學(xué)改革措施，我們成功提高了學(xué)生的課程參與度、知識(shí)掌握程度和實(shí)際應(yīng)用能力。試點(diǎn)教學(xué)改革的結(jié)果表明，這些措施不僅有助于學(xué)生更好地理解航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課程，還有助于提高他們?cè)跈C(jī)務(wù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力和職業(yè)發(fā)展前景。