應用型高校航空發動機構造課程改革探索

孫 杰，鞏二磊，龍 兵

（常州工學院航空與機械工程學院/飛行學院，江蘇 常州 213032）

0 引言

航空發動機是飛行器的心臟，是衡量一個國家航空科技水平和綜合國力的重要標志。航空發動機構造課程以現役典型航空燃氣渦輪發動機為對象，旨在要求學生掌握航空發動機及主要零部件的基本結構形式和工作特點[1-3]。航空發動機構造課程涉及多門前續課程知識的綜合應用，課堂形式多以教師講授為主，結合發動機實物及模型觀摩[4]，應用型高校的航空發動機及零部件資源相對不足，且對學生的應用能力要求更高?；诂F有的資源及專業培養方案要求，探索應用型高校的航空發動機構造課程教學改革措施，以期提高課程知識的掌握程度并增強學生的應用能力和就業競爭力。

1 課程的主要特點

航空發動機構造課程是飛行器制造工程民航機務方向的專業培養方案中專業核心課程之一，其重要性體現在多個方面：

（1）關鍵知識與技能的基礎。航空發動機是飛行器的心臟，是飛行器的動力之源，航空發動機的性能及可靠性核心部件之一，是整個飛行器的安全性和可靠性的關鍵因素[5-8]。航空發動機構造課程以燃氣渦輪發生器的主要部件及受力分析為主要內容，這些知識是學生未來從事機務工作的基礎，能夠讓他們更好地理解、維護和修復發動機。

（2）職業發展的關鍵能力。民航機務方向的專業畢業生通常會在民航機場或通航機場從事飛機維護和維修工作。航空發動機構造課程的學習，能使學生具備必要的專業知識和技能，勝任發動機維護和維修等職責。這些技能對于保障飛行器的正常運行和安全非常重要，直接關系乘客和飛行人員的生命安全。

（3）促進實際應用和解決問題能力提升。航空發動機構造課程教學要求，不僅包括理論知識的傳授，還要求學生能夠將所學知識應用到實際情境中，提升解決實際問題的能力。課程要求學生具有分析發動機的結構特點、工作原理和故障情況，以便及時采取措施來確保發動機的正常運行，這種實際應用和問題解決的能力在機務領域中至關重要。

（4）推動技術創新與發展。航空發動機是航空領域的關鍵技術之一，不斷創新和發展推動了整個航空產業的進步。通過深入學習航空發動機的構造和工作原理，學生可以為未來的技術創新和發展貢獻力量，參與到改進和優化發動機設計中。

航空發動機構造課程是飛行器制造工程專業民航機務方向專業培養方案中一門至關重要的核心課程。它不僅為學生提供了必要的知識和技能，還培養了他們的實際應用和問題解決能力，為他們未來的職業發展和社會貢獻打下了堅實的基礎。因此，對于高質量的飛行器維護和安全運營，航空發動機構造課程的重要性不可低估。

2 傳統課程講授方法的不足

盡管航空發動機構造課程的重要性不言而喻，但傳統的課程講授方法存在多個不足之處，這些問題阻礙了學生充分理解和掌握課程內容：

（1）課程知識難度較大。航空發動機構造課程涉及機械原理、工程制圖、工程力學等課程，課程知識難度較大且相對抽象，這使得學生往往難以將抽象的理論知識與實際的航空發動機構造聯系起來。盡管課程中可能會包括現場課程，但學生對于實際構造的理解仍然受限，因為僅僅通過觀察現場往往難以深入探究和理解發動機的內部結構和工作原理。

（2）教學情況反饋不足。在以教師講授為主的課堂中，很難或幾乎無法準確把握學生對課程知識的掌握情況。學生對于復雜的發動機構造知識的理解程度因人而異，但課堂時間有限，不容易為每個學生提供個性化的指導和反饋。這導致了一些學生可能掌握不足，而部分學生可能感到無趣或浪費時間。

（3）課堂參與度低。航空發動機構造課程知識的高度抽象性，需要教師采用課程講授的方法進行部分內容的傳授，這種方式在一定程度上壓抑了學生的積極參與性和主動性。課程內容的復雜性也可能導致學生感到乏味，導致學習課程內容的投入度和參與度不足。對于課程的參與及互動的不足，學生的思維能力和緣物析理能力得不到充分鍛煉。

（4）缺乏實際應用和問題解決能力的訓練。講授為主的授課方法，強調知識的傳授，弱化了實際應用和問題解決能力的培養。學生可能學到了大量的理論知識，但在實際工作中難以將這些知識應用到解決實際問題的場景中。這導致了理論與實際應用之間存在較大的鴻溝，學生在實際工作中可能會感到困惑和無所適從。

航空發動機課程，需要使用傳統的講授為主的方法，但對于課程教學中的不足之處，需要通過教學改革來改善，以提高學生的學習體驗和能力。

3 教學改革措施

根據課程及學生特點，提出了優化課程內容、增加仿真建模、提前課程設計的教學改革措施，重點突出核心部件，增強應用和協作能力，加深課程體系理解。

3.1 優化課程內容

根據應用型高校培養方向和畢業生的就業方向，進行航空發動機構造課程優化，將學時合理分配到各個核心部件的組成及受力特點分析，以確保學生在課程中能夠深入學習和掌握關鍵的發動機構造知識。以下是一些課程內容的擴展和調整：

（1）重點突出核心部件，重點強調核心機的壓氣機、燃燒室和渦輪三個部件的學習，闡述部件的原理及功用、主要零部件的結構特征、典型連接結構形式、安裝拆卸順序等。以壓氣機為例，通過高速旋轉的葉片增加空氣壓力，按是否旋轉分為轉子部件和靜子部件，轉子部件主要包括軸、盤、轉子葉片，靜子部件主要包括靜子葉片和機匣，葉片與輪盤的連接通常采用燕尾式榫頭等。學生將深入了解這些部件的工作原理、結構特征和性能特點，以便未來能夠進行維護和修復工作。

（2）實際案例展示。為了讓學生更好地理解理論知識與實際應用之間的聯系，在課程中引入多個實際案例展示，主要包括WP-13、AL-31F、CFM56、RD93、RB211 等典型航空發動機，并在不同階段進行差異化展示。在總體結構分析，分析整體結構形式、支點的位置及其變化規律；在壓氣機、燃燒室、渦輪部件講解時，根據功能應具有的相同結構特征，并對比不同發動機之間的差異及特點。通過對多個典型航空發動機從整體到局部的多次展示，學生將研究不同類型的發動機，分析它們的構造和性能，以及在特定情境下的運行問題和維修需求。

（3）維修現場考察。為了提升學生實際應用及就業環境適應能力，課程還增加了維修現場課，觀摩航空發動機維護、養護的主要工作流程，典型零部件的檢查、拆卸及安裝的步驟，以及典型零件實物的全角度觀察與體會。學生將親臨機務維修現場，觀察真實的發動機維護過程，從中獲得寶貴的實踐經驗。通過維修現場考察，突破課堂知識和實際應用的界限，增強學生對實際應用的理解。

3.2 增加仿真建模

為了提高學生的實際應用能力和對發動機構造的深入理解，課程中引入了仿真建模的教學方法，通過進行典型零件的建模及仿真測試[9-10]，提升團隊協作能力。

（1）建模項目。以某個部件為對象，將部件的主要零件分為建模工作量基本相同的部分，由不同的學生采用UG 完成主要零件的建模。例如以壓氣機為例，不同學生完成錐形軸、壓氣機盤、鼓筒、轉子葉片及連接件、靜子葉片、機匣等零件的三維模型。通過UG 建立零件三維模型，不僅學習計算機輔助設計軟件的技能，還要求學生分析受力特點和結構特征，深入研究零部件的細節，包括尺寸、材料和制造工藝。

（2）仿真測試。由不同學生完成主要零件的三維模型后，根據零部件的安裝順序在UG 中進行仿真測試，以壓氣機為例，按照錐形軸、第一級盤、鼓筒、第二級盤、鼓筒等順序組裝仿真，再依次進行各級轉子葉片與輪盤的連接，進行轉子部件拼裝和靜子部件拼裝。還可用仿真軟件進行多個零部件的組合測試和分析，如圖1 所示的尾噴管組件，可以實現尾噴管面積及及角度的調整，通過模擬部件的性能，還能識別潛在問題并提出解決方案。

圖1 航空發動機部件組合測試

（3）團隊協作。在零件三維建模及部件仿真測試中，學生均以小組形式完成，這樣能鼓勵學生之間的討論、溝通及團隊協作能力，以實現相鄰零件的連接和匹配。通過仿真建模訓練，不僅學習計算機輔助設計軟件能力，還可以通過分享建模過程中的挑戰和解決方案，促進了團隊合作和知識交流，提高對課程知識掌握程度及實際應用能力。

3.3 提前課程設計

將課程設計由航空發動機構造課程考核之后提前至課程考核之前[11]，通過對典型結構圖的繪制、文獻查閱和小組討論，提升了對課程知識系統性的理解。

（1）典型結構分析。在航空發動機構造課程設計中，要求學生通過抽簽選擇航空發動機的一個部件圖，如圖2 所示，并在所繪制部件圖中選擇2 個典型結構繪制局部圖，如渦流器、筒體進氣孔、氣膜孔、冷卻結構等。對選取的2 個典型結構進行受力特點和結構特征的分析，作為課程設計考核匯報內容。這要求學生不僅要讀懂圖紙，識別該部件的功能及典型結構特征，還要求他們將理論知識應用到實際的工程問題中，深化了對發動機構造的理解及應用。

圖2 典型結構部件

（2）文獻查閱和小組討論：航空發動機構造課程設計要求學生對所選取部件進行更加深入的學習，要查閱除了教材之外的相關文獻和資料，獲取與選擇零部件的相關圖紙及技術資料。鼓勵相同部件的學生組成學習小組，小組討論有助于學生分享研究發現，共同解決復雜問題，并從彼此的經驗中受益。

（3）理解課程知識系統。提前課程設計不僅有助于學生深入學習特定零部件的知識，還有助于他們形成更全面的發動機構造知識體系，提升了課程知識系統性及部件知識掌握程度，改善了航空發動機構造課程考核效果。

通過這些教學改革措施，我們旨在使航空發動機構造課程更加豐富和實際，以滿足學生的需求，并提高他們在機務領域的實際應用能力。

3.4 教學改革效果

為了驗證教學改革措施的有效性，選擇了2020級飛行器制造工程專業學生進行試點教學改革，在教學改革實施前，與學生進行了座談和調查，闡述了教學改革的想法和措施，了解學生對課程的認識、學習困難、興趣程度和希望改進的方面。航空發動機構造課程的優化課程內容、增加仿真建模、提前課程設計教學改革措施，取到了與預期相符的效果。

（1）課程參與度明顯提高。小組建模項目和實驗室實踐激發了學生的興趣，能夠將課本及講授的抽象知識與實際應用的實物及圖紙聯系起來，學生能更加積極地參與到課程各個環節，參與程度顯著提升，展示出更強的主動學習意愿。

（2）知識掌握程度提升。通過優化課程內容、重點突出核心部件，學生能夠更深入地理解核心部件的工作原理及結構特點分析，對航空發動機構造的理論知識掌握程度有效提高。

（3）實際應用能力增強。典型零件的三維建模及結構特征呈現，使學生能夠將理論知識轉化為實際的建模和分析能力，并加深對零件特征的理解。通過建立典型零件的三維模型，學會了基本的模擬測試和性能分析，有助于提高他們在實際工作中的實用技能。

（4）團隊合作與溝通能力改善。小組協作與討論加強了學生之間的溝通能力，增加自信和團隊合作，學會了共同解決問題、分享經驗和相互協助，能促進未來的職業發展。

航空發動機構造教學改革的實施，不僅僅提高了學生的專業知識水平，還培養了他們的綜合素質，包括問題解決、創新思維和實際應用能力，使他們更具競爭力。

4 結語

通過優化課程內容、增加仿真建模和提前課程設計等教學改革措施，我們成功提高了學生的課程參與度、知識掌握程度和實際應用能力。試點教學改革的結果表明，這些措施不僅有助于學生更好地理解航空發動機構造課程，還有助于提高他們在機務領域的競爭力和職業發展前景。