“發動機系統安全性設計與評估”課程教學研究

王偉

[摘 要] 飛行器動力工程專業開設適航方向是適應我國民航強國發展需求的重要舉措，為支持該專業建設，開展“發動機系統安全性設計與評估”課程的教學研究。針對“發動機系統安全性設計與評估”的綜合性特點，分析了“發動機系統安全性設計與評估”課程的多學科支持關系，形成了課程教學內容及其教學方法，為飛行器動力工程專業適航方向的專業建設提供有益的探索。

[關鍵詞] 教學研究;發動機;系統安全性

[基金項目] 2018年度中國民航大學教育教學改革與研究項目“‘發動機系統安全性設計與評估課程建設”（C2-03-03-150）

[作者簡介] 王 偉（1977—），男，河南鄢陵人，博士，中國民航大學適航學院副教授，主要從事航空發動機適航研究。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）07-0137-04? ?[收稿日期] 2020-07-08

一、引言

為致力于航空發動機的自主研發，積極推動落實航空發動機重大項目，2016年中國航空發動機集團成立，伴隨著航空發動機重大專項的進行，適航技術的發展成為目前最為關注的問題，同時也是國家民航競爭力的集中表現之一。綜合對比國內與西方航空強國關于適航技術發展的現狀與相關措施[1-4]，發現將適航思想與適航技術融入教育、培訓、研制、維修過程中的做法可以提高相關從業人員的技術素質，同時從適航思想與適航技術的傳播起點開始進行調研，發現美國針對適航技術的教育與培養已有80多年的歷史，歐洲也有近20年的適航技術教育歷史，通過對數據的解讀同時發現適航技術的教育與培養是奠定國家航空地位的重要起源因素[5，6]。綜合國內航空發動機發展背景與上述調研結果，結合我國適航領域的發展現狀，開展航空器相關專業關于適航技術的教育活動是培養領域內綜合性人才的必要措施。

在國內適航技術專業人才的需求背景下，很多高校開設了發動機適航方向及其適航研究機構，但由于長期以來，我國民用航空發動機市場主要是歐美國家的產品，發動機適航安全的相關教學與科研工作均相對滯后，就教學而言，目前仍存在學科內涵不清晰、教學內容不系統等突出問題。考慮到適航安全理念與適航技術的廣泛性，同時飛行器動力工程專業的畢業生將來從事航空航天飛行器動力裝置的設計、制造、運營、維修、管理等工作，必須樹立牢固的適航安全理念，掌握發動機安全性設計與評估的基本理論和技術，其中發動機系統安全性設計與評估，不但是航空發動機研制的設計工具，也是滿足《航空發動機適航規定》安全性條款的重要環節[7]。為有效提升適航安全觀念教學效率、奠定良好的系統綜合考慮思想，“發動機安全性設計與評估”課程教學的開展便成為實現這一培養目的的重要手段。

為介紹“發動機系統安全性分析與評估”課程的特點、內容、方法與意義，本文以“發動機系統安全性分析與評估”課程的學科內涵為起點，總結概括本課程具體特點，為后續教學內容奠定基礎;在學科內涵分析基礎上，以課程內容為關注點，詳細闡述相關教學內容，做到內容詮釋特點，特點指導內容教學;最后以教學方法與意義為落腳點，深入研究討論具體方法的實際意義與可行性，促進飛行器動力工程專業發動機適航方向的專業建設。

二、課程學科內涵分析

“發動機系統安全性設計與評估”是系統工程、安全工程、航空推進系統、航空法學等多學科相結合而產生的一門專業課程。系統工程是運用各種組織管理技術，使系統的整體與局部之間的關系協調和相互配合，實現總體最優運行。安全工程是運用的種種安全技術和裝備及其綜合集成，以保障人們動態安全的方法、手段和設施。航空推進系統是一類實現能量轉換的機械，通過工程熱力學、結構動力學、空氣動力學、傳熱學、燃燒學、控制學、材料與工藝等方向的極限追求，實現高的綜合性能指標。航空法學是關于其基本原理和相關理論、航空運輸及航空保險相關規則、航空刑法及航空組織法等。

“發動機系統安全性設計與評估”的學科內涵已通過上文給出基本的解釋，航空推進系統與航空法學是“安全性設計”的理論基礎，從其知識屬性來看具有一定的規范性和統一性，根據上述特點，這部分的教學應結合最新航空法學（適航要求）與航空推進系統之間聯系，以解讀條款與說明推進系統設計為重點;系統工程與安全工程是“安全性評估”的理論依據，具有一定的復雜性和程序化特點，同時兩者之間存在內容上的實質聯系，根據上述特點在相關部分的教學中應以程序化評估過程的各部分知識為基礎，樹立綜合全面考慮問題的思想。總結來講，“發動機安全性設計與評估”是多學科交互，注重分析思想、考察安全性原則的課程，課程內容的展開應契合其課程特點。其相互關系如圖1所示。

根據相關定義可知，“發動機安全性設計與評估”是以上述四門學科為發展基礎，以發動機的安全性問題為研究對象，以系統分析、系統評價與預測、危險源辨識與控制、事故理論、風險評價、安全性設計等基本方法為理論基礎，將航空器法律制度中的適航要求（最低安全性要求）轉化為發動機的設計指標，綜合考慮技術性能、可靠性、維修性，以建立和維持發動機安全性水平為目標的管理與技術相結合的課程。

三、課程教學內容研究

服務民航是飛行器動力工程專業適航方向的學生培養原則，該方向培養的人才主要是幫助政府適航部門制定航空發動機適航規定標準和開展適航審定活動、申請人開展型號適航符合性驗證活動、運營維修單位開展持續適航活動。為保證該專業學科知識的系統性與綜合性，依據上文中課程的具體特點，本課程必須包括發動機設計過程、發動機研制流程、航空發動機適航規定的安全性要求、危險源辨識、安全性分析方法、安全性評估流程、失效安全設計等內容，具體是將安全性設計相關的知識作為初級教學，相關的分析方法介紹與具體流程作為中級階段內容，而后為了學科知識的專業性，必須重點講授功能危害分析、故障模式及影響分析、共因分析、發動機危害等級分析等民航當局認可的安全性分析方法[8]，并結合航空發動機適航規定、適航要求講授安全性設計方法的具體應用，作為高級階段的教學內容。為保證知識的循序漸進，必須在講授安全分析方法與評估流程前，講授概率風險評估的基礎知識，在講授發動機適航規定和失效安全設計前講授危險源辨識和發動機設計研制知識。根據“發動機系統安全性設計與評估”多學科交互、具體流程復雜的學科特點，本課程按照三個階段展開內容，即分別為基礎知識與基礎理論、安全性分析方法與安全性分析流程、失效安全設計，為更直觀介紹本課程內容體系，如圖2所示依據學科特點安排課程主要內容。

四、綜合運用多種教學方法

（一）注重民航強國夢的培養

夢想是學生努力學習的強大動力、激發興趣的源泉。《新時代民航強國建設行動綱要》提出從2021年到2035年，實現從單一的航空運輸強國向多領域的民航強國的跨越。到本世紀中葉，實現由多領域的民航強國向全方位的民航強國的跨越，全面建成保障有力、人民滿意、競爭力強的民航強國[9]。在課堂上應該將科學性與思想性相結合，既要傳授知識，又要進行勵志興趣教育。

在“發動機系統安全設計與評估”課程教學中，為了培養民航強國夢，增強學生的學習動力和興趣，應當注重介紹我國航空發動機研制的艱辛歷程和重要成就;注重我國航空發動機適航專業技術人才的需求;注重對我國飛機系統安全設計與評估的成功案例進行分析解讀;注重鼓勵學生進行自我創新，并以相關“發動機系統安全性設計與評估”課程設計為載體，進行興趣培養。對于課程設計的相關介紹，應伴隨著課程同步進行，以練為學才能更好地掌握知識，同時定期開展課程設計的匯報工作，在匯報中發現學生對于相關知識的掌握程度，方便下一階段教學。同時在課堂教學中，適當講解我國相關機型（新舟60、C919、ARJ21、渦軸16）的適航取證經驗，以及研制長江系列發動機的安全性評估與適航審定過程，同時通過對比國內外適航領域發展現狀、表現發展差異，激勵學生為我國民航強國夢努力學習，為實現我國民航早日運營國產航空發動機而奮斗。

（二）努力開發第二課堂教學

課堂講授與課下分析是高等教學隨信息化發展而日益重要的教學方法，也叫第一課堂和第二課堂。對于學生基礎不一致、課程內容知識綜合特征明顯的課程，應該充分利用第二課堂，讓學生補充知識綜合課程的基礎概念，同時拓展知識綜合課程的集成分析。

“發動機系統安全性設計與評估”課程主要教學任務之一是向學生傳授安全性分析、評估、設計等領域理論知識在航空發動機設計中的靈活運用，從而滿足適航標準的要求。這需要具備航空發動機研制流程和設計過程的基本知識，這方面的知識無論在廣度和深度方面都不可能通過幾次課堂講授而完全獲得。這就需要學生在領會課堂講授發動機研制歷程和設計過程基本思路和核心概念的基礎上，借助老師提供的第二課堂建議（論文分享、公眾號分享、最新動態分享），實現利用零散時間的知識點學習來填充發動機研制歷程和設計過程的知識結構，為安全性分析評估方法在發動機設計中靈活應用提供基礎。同時為提升第二課堂的教學與學習質量，安排學生進行相關知識與論文閱讀的交流課，主要是將學生近期所學內容或學習心得進行匯總，增強學生的合作意識，同時也激勵學生的競爭意識。

（三）利用科研強化教學效果

教育的本質是根據社會的需要培養人的社會活動，高等教育就體現在為社會培養高級的專門人才，這就需要把教學和科研緊密結合起來。高等教育培養對象是二十歲左右的青年，這就為利用科研強化教學效果提供了可能性[ 10 ]。目前，以科研強化教學已經成為提高高等教育教學質量的重要途徑。

基于這種理念，在“發動機系統安全性設計與評估”課程教學過程中，授課教師必須同時開展相關領域的科學研究工作，及時掌握本領域的最新研究動態與學科前沿，同時可邀請有意向的同學進入研究團隊，讓學生在真正的科研實踐中運用自己課堂所學知識。科研也可作為學生發現問題的平臺，有利于培養學生對于安全性問題的敏感度，從而使其在未來的工作中受益。

目前關于航空發動機系統安全設計的研究主要包括適航標準的跟蹤研究、發動機安全性設計技術、發動機失效安全新技術三個方面，在課堂授課過程中，不能脫離發動機設計而單純講解系統安全性評估方法，更不可能不考慮發動機適航要求討論安全因素，必須深入具體設計功能及其方案背后的基本原理。因此，必須將適航標準的研究、發動機安全性設計技術和發動機失效安全技術方面的研究結合起來，分析適航標準中條款要求的意圖、符合性方法、發展趨勢，研究現有安全評估和設計方法對發動機適航標準符合性的邏輯關系，預測發動機安全設計中實效安全技術的可用性，這樣才能將安全因素在航空發動機需求約束、設計分析、功能實現和產品集成等各階段的作用解釋得清晰明了。

五、結語

通過對“發動機系統安全性設計與評估”課程的學科內涵進行分析，明確了該課程的內容結構與學科特點，依據學科特點展開了對于課程內容的介紹與安排，并根據內容安排與培養目標討論了教學方法在該課程教學中的預期效果，對飛行器動力工程專業適航方向的專業建設發揮了良好作用。

參考文獻

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[10]陳曉光.論高等教育的教學與科研兩大職能[J].科技資訊，2007（4）：230-231.

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