《航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析》教學(xué)改革研究

鄭龍席 賈勝錫 李勍 馬躍陽

摘要：《航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析》是飛行器動(dòng)力工程專業(yè)本科生的必修課程。針對(duì)該課程教學(xué)中存在的內(nèi)容缺乏主線、教材表達(dá)不夠清楚等問題，文章提出了從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐環(huán)節(jié)和考核環(huán)節(jié)四個(gè)方面對(duì)現(xiàn)有教學(xué)過程進(jìn)行改革。初步實(shí)踐表明，改革之后教學(xué)手段更加豐富，學(xué)生的積極性和參與感更高，顯著提升了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī);結(jié)構(gòu)分析;教學(xué)改革;實(shí)踐

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

《航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析》這門課程以國內(nèi)外典型發(fā)動(dòng)機(jī)為例，系統(tǒng)介紹各主要部件的功能、設(shè)計(jì)要求、結(jié)構(gòu)分析方法以及具體典型結(jié)構(gòu)，是我校飛行器動(dòng)力工程本科生的專業(yè)必修課程。學(xué)習(xí)該課程的時(shí)候，學(xué)生們會(huì)同時(shí)學(xué)習(xí)《工程熱力學(xué)》《氣體動(dòng)力學(xué)》《航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理》等專業(yè)課程，這些課程從循環(huán)、氣動(dòng)、原理等方面闡述航空發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)特征，而《航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析》從具體結(jié)構(gòu)、傳力、定位的角度分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)特征和零部件特征，直接幫助學(xué)生們從宏觀上認(rèn)識(shí)航空發(fā)動(dòng)機(jī)，掌握航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則、結(jié)構(gòu)分析的基本方法。

一、教學(xué)內(nèi)容改革

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

另外，隨著設(shè)計(jì)理念、材料和制造等技術(shù)的發(fā)展，不斷涌現(xiàn)出新的航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，例如整體葉盤、整體葉環(huán)、多幅板輪盤、刷式封嚴(yán)、復(fù)合層板冷卻等，在教學(xué)內(nèi)容方面，應(yīng)該將這些新的知識(shí)補(bǔ)充進(jìn)來。

二、教學(xué)方法改革

在教學(xué)方法方面，應(yīng)該充分發(fā)揮多媒體技術(shù)和3D打印技術(shù)。針對(duì)教材中學(xué)生難以理解的結(jié)構(gòu)部件二維圖，借助三維造型技術(shù)建立其三維虛擬模型，在授課時(shí)，可以向?qū)W生展示三維虛擬模型。另外，對(duì)于裝配或工作過程比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，在三維虛擬模型的基礎(chǔ)上制作教學(xué)動(dòng)畫，以動(dòng)畫的形式來反映安裝、定位、傳力、氣流流動(dòng)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(xué)動(dòng)畫可以通過二維碼鏈接到對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)處。三維模型通過3D打印可以制作成三維實(shí)體模型，用于課堂演示，或在三維模型上貼上與其對(duì)應(yīng)的教學(xué)動(dòng)畫的二維碼鏈接，供學(xué)生參觀自學(xué)。最后，以三維模型和教學(xué)動(dòng)畫為主要素材，再補(bǔ)充該課程相關(guān)的教學(xué)ppt、習(xí)題庫等資料制作教學(xué)網(wǎng)站，供學(xué)生線上自學(xué)。

下圖所示為折流燃燒室的教材配圖以及對(duì)應(yīng)的三維虛擬模型、實(shí)體模型和教學(xué)動(dòng)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(shí)點(diǎn)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(dòng)過程。教師在授課時(shí)，往往需要通過很多講解才能讓學(xué)生掌握這一知識(shí)點(diǎn)。制作了三維實(shí)體模型后，可以一目了然地呈現(xiàn)該燃燒室的結(jié)構(gòu)，教師在講解這一知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可以同時(shí)向?qū)W生展示實(shí)體模型，并輔助以教學(xué)動(dòng)畫。

三、實(shí)踐環(huán)節(jié)改革

《航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析》課程配套有專門的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)中通常是教師指導(dǎo)學(xué)生對(duì)某一發(fā)動(dòng)機(jī)的部件進(jìn)行工程圖繪制。但由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，教學(xué)實(shí)踐的時(shí)間為兩星期，學(xué)生實(shí)踐后期需要投入大量的時(shí)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(xué)實(shí)踐的時(shí)間，學(xué)生對(duì)某一結(jié)構(gòu)部件的理解容易流于表面，教學(xué)效果并不理想。結(jié)合3D打印技術(shù)，實(shí)踐環(huán)節(jié)可以改為“設(shè)計(jì)+繪圖+打印”三個(gè)過程?！霸O(shè)計(jì)”過程是讓學(xué)生自主選擇某一發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)部件，理解其功能、工作過程、安裝和定位等結(jié)構(gòu)特征;“繪圖”過程是讓學(xué)生按照自己的理解，利用三維造型技術(shù)繪制該結(jié)構(gòu)部件的三維模型;“打印”過程是讓學(xué)生將自己繪制的三維模型用3D打印機(jī)打印成實(shí)體模型。通過“設(shè)計(jì)+繪圖+打印”這樣的實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生初步感受到發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)從設(shè)計(jì)到加工制造的完整過程，形成了閉環(huán)的實(shí)踐過程，提升了趣味性，有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

四、考核環(huán)節(jié)改革

根據(jù)筆者的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來看，部分學(xué)生在學(xué)習(xí)該門課程時(shí)存在浮躁心理，靠考前突擊來應(yīng)付考試，考前寄希望于教師畫的重點(diǎn)，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(dá)到本課程的教學(xué)目的，學(xué)生對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)這一研究對(duì)象還是沒有形成系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，非常不利于他們后續(xù)的學(xué)習(xí)和研究。為了杜絕這種現(xiàn)象，應(yīng)該建立本課程專門的題庫，增加每一章節(jié)對(duì)應(yīng)的習(xí)題量，匯總形成題庫。期末考試時(shí)，不再由教師出題，而是從題庫中隨機(jī)抽取若干題目作為考題。

五、結(jié)語

針對(duì)《航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析》這門課程教學(xué)中存在的問題，筆者結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)的教學(xué)理念、方法等，提出了從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐環(huán)節(jié)和考核環(huán)節(jié)四個(gè)方面對(duì)現(xiàn)有教學(xué)過程進(jìn)行改革。目前，筆者正在進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法方面的改革實(shí)踐。在教學(xué)過程中加入了更多的新結(jié)構(gòu)，同時(shí)逐步將三維模型、教學(xué)動(dòng)畫和實(shí)體模型融入傳統(tǒng)教學(xué)中，明顯感覺到學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)生更加輕松地學(xué)習(xí)，更加從容地應(yīng)對(duì)考試，更快地掌握航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)。

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