淺談《航空推進(jìn)原理》課程教學(xué)改革與實(shí)踐

楊亞晶，雷 蔣，薛 瑞，陽倦成

（西安交通大學(xué)航天學(xué)院空天工程系，陜西 西安 710049）

0 引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)以化石燃料作為能源，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、為飛行器提供動(dòng)力，是飛機(jī)的心臟和動(dòng)力之源，更是整個(gè)航空工業(yè)的動(dòng)力之源。因其高度的技術(shù)難度和復(fù)雜性，被稱為“工業(yè)皇冠上的明珠”和“工業(yè)之花”。

近年來，隨著國家對(duì)航空工業(yè)的投入逐漸加大，航空工業(yè)蓬勃發(fā)展，與此同時(shí)，航科院、所、廠對(duì)高校航空動(dòng)力相關(guān)專業(yè)的本科生培養(yǎng)也提出了更高的要求及期許?！逗娇胀七M(jìn)原理》課程在航空類專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃中占有非常重要的地位，很多院校都開設(shè)該門課程，各有側(cè)重。作為我校飛行器動(dòng)力工程、飛行器設(shè)計(jì)與工程本科生的專業(yè)核心課程，如何結(jié)合國家戰(zhàn)略設(shè)定課程的特色和重點(diǎn)；如何優(yōu)化升華內(nèi)容，體現(xiàn)與時(shí)俱進(jìn)；如何提高教學(xué)效率和效果，活躍課堂；如何避免照本宣科，引發(fā)學(xué)生深度思考等等，都是本門課需要重新梳理的問題。[1]

1 我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的戰(zhàn)略背景

我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)起步偏晚、道路曲折，目前先進(jìn)型號(hào)依賴進(jìn)口，特別是大涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的研制方面還存在諸多障礙和困難。2005年，國產(chǎn)第一型三代大推力軍用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)渦扇-10通過了定型審查，并在隨后的使用中不斷提高其可靠性和穩(wěn)定性，直到最終趨于成熟，這一步在中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷史中意義巨大。目前渦扇-10及其改進(jìn)型號(hào)可用于裝備殲-10等中國當(dāng)代主力三代戰(zhàn)斗機(jī)，盡管如此，渦扇-10發(fā)動(dòng)機(jī)晚于美國F110約30年，而用于四代戰(zhàn)機(jī)的美國F-119發(fā)動(dòng)機(jī)首裝于1997年，我國相對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)已落后至少20年以上。民用領(lǐng)域，我國尚無用于商業(yè)航線的大涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)成熟型號(hào)，若假設(shè)中國航發(fā)商發(fā)正在研制的長江-1000A發(fā)動(dòng)機(jī)于2025年～2030年之間研制成功，則至少落后于國際先進(jìn)水平CFM國際公司的Leap發(fā)動(dòng)機(jī)約15～20年。

基于此現(xiàn)狀，國家在2017年啟動(dòng)了兩機(jī)專項(xiàng)，在國家充足資源的保障下，我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)新型號(hào)的研發(fā)呈現(xiàn)出了多點(diǎn)開花的局面，基本形成“軍民并舉、完整覆蓋”的態(tài)勢(shì)，未來的5～10年內(nèi)，我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)產(chǎn)業(yè)將迎來一個(gè)高速增長的黃金時(shí)期。這意味著我國已經(jīng)開始走上了先進(jìn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的自主研制的快車道，面對(duì)當(dāng)前的大好形勢(shì)和攻關(guān)難點(diǎn)，筆者所擔(dān)任的《航空推進(jìn)原理》課程對(duì)于航空動(dòng)力專業(yè)的本科生來說顯得尤為重要，掌握先進(jìn)航空推進(jìn)原理意義深遠(yuǎn)。

2 課程內(nèi)容及教學(xué)方法的改革與實(shí)踐

未來航空發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)不斷向智能化、高速化、高效化、一體化、新質(zhì)化方向發(fā)展，需要先進(jìn)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)原理的支撐。而目前航空推進(jìn)的相關(guān)教材多是航空燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)本身的工作原理和性能的概述，缺少發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)性能匹配的內(nèi)容；另外，多是講述發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)性能，缺少發(fā)動(dòng)機(jī)在使用中的性能變化和健康管理的內(nèi)容；再者，多是以軍機(jī)為主，對(duì)民用發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)注不夠。另外，該門課程理論知識(shí)點(diǎn)繁多，內(nèi)容分散抽象，理論授課與實(shí)踐環(huán)節(jié)脫節(jié)，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生深入學(xué)習(xí)的動(dòng)力和興趣。課程將基于國家戰(zhàn)略，從內(nèi)容構(gòu)架、教學(xué)方法及課程思政三方面進(jìn)行改革與創(chuàng)新，課程的先修課程涉及流體力學(xué)、工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、燃燒學(xué)、葉片機(jī)原理等，因此在課程內(nèi)容設(shè)置上將弱化先修課程的鋪墊內(nèi)容，略去不必要的復(fù)習(xí)重申過程，重點(diǎn)放在對(duì)先進(jìn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的整體認(rèn)知上，包括總的工作過程、部件的共同工作及整機(jī)特性，穿插講授發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能、飛發(fā)一體等概念。[2-3]基于此，筆者對(duì)《航空推進(jìn)原理》課程教學(xué)有了如下改革舉措：

2.1 基于國家發(fā)展大飛機(jī)戰(zhàn)略目標(biāo)，優(yōu)化系統(tǒng)先進(jìn)的教案和課件

教材及課件在落實(shí)學(xué)生培養(yǎng)方案的過程中尤為重要，需要選擇適合本專業(yè)特色的、內(nèi)容先進(jìn)的、與先修課程銜接較好的教材作為課程載體，完成課程定位的把握。在課程改革的過程中，筆者參考了多本教材，根據(jù)我校飛行器動(dòng)力工程專業(yè)的本科生培養(yǎng)方案及專業(yè)特色，最終遴選出了大飛機(jī)出版工程教材《航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理及性能》一書。該教材極好地契合了國家在航空發(fā)動(dòng)機(jī)方面的發(fā)展戰(zhàn)略，以渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)為主，梳理出了“總―分―總”的教學(xué)思路，使學(xué)生始終站在比較高的維度上，從課程一開始就樹立學(xué)生的總體意識(shí)，緊扣飛發(fā)一體化特征，輕松掌握渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)內(nèi)容。

2.2 課程思政融合國家戰(zhàn)略，實(shí)踐觀摩夯實(shí)理論知識(shí)

筆者根據(jù)不同章節(jié)的內(nèi)容特點(diǎn)及知識(shí)重點(diǎn)，整理了相關(guān)的課程視頻內(nèi)容，讓學(xué)生抽離枯燥的公式、參數(shù)、專業(yè)術(shù)語等，有效彌補(bǔ)了課程知識(shí)點(diǎn)分散、內(nèi)容抽象等對(duì)學(xué)生的困擾，同時(shí)理論授課與實(shí)物展示同步進(jìn)行，更好地理論聯(lián)系實(shí)際，拉近學(xué)生與航空發(fā)動(dòng)機(jī)這一復(fù)雜熱力機(jī)械之間的距離。[4]通過視頻，帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)國際最先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制中心，直觀感受發(fā)動(dòng)機(jī)部件的核心工作原理、整機(jī)裝配過程、各種試驗(yàn)項(xiàng)目等，近距離感受工業(yè)之花之美，看到我國與國際先進(jìn)航空工業(yè)的差距。同時(shí)課程思政穩(wěn)步推進(jìn)，通過講授具體發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)的研制歷程使學(xué)生了解國家對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的大力支持與最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，激勵(lì)學(xué)生扎實(shí)掌握課程內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生作為新一代航發(fā)人的責(zé)任感與使命感。視頻動(dòng)畫展示在不同的章節(jié)里各有側(cè)重，與此同時(shí)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的縮比模型也豐富了課上內(nèi)容，與學(xué)生一起探討部件裝配和協(xié)同工作的奧秘，目前已呈現(xiàn)初步效果，師生互動(dòng)得以增強(qiáng)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到極大提高，對(duì)課程內(nèi)容的理解程度也得以加深。

同時(shí)，課程依托發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬仿真平臺(tái)，針對(duì)小型大涵道比分排渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)DGEN380的工作過程開展課程實(shí)踐內(nèi)容，帶領(lǐng)學(xué)生觀摩發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的飛行狀態(tài)及使用狀態(tài)下各部件的熱力學(xué)參數(shù)變化、循環(huán)過程、共同工作線及工作點(diǎn)的變化規(guī)律，結(jié)合課上理論知識(shí)的講授，學(xué)生深刻掌握渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)各部件的共同工作特征及整體工作特性。遵從理論與實(shí)際相結(jié)合的思路，指導(dǎo)學(xué)生自行編制發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作模型，明確各個(gè)部件的工作過程，將性能計(jì)算結(jié)果與虛擬平臺(tái)軟試車結(jié)果進(jìn)行比較分析，真正把課堂理論知識(shí)進(jìn)行升維。[5]

2.3 討論正反饋，實(shí)例深剖析

如果說教學(xué)內(nèi)容是一門課程的軀體，那么，教學(xué)方法便是靈魂，老師的任務(wù)不是“灌滿一桶水”，而是“點(diǎn)燃一把火”，對(duì)此，筆者深有體會(huì)。授課過程中，教師拋出相關(guān)章節(jié)問題，或給出發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際案例，鼓勵(lì)學(xué)生由“問題導(dǎo)引”向“創(chuàng)新解決”方向深入，結(jié)合先修課程知識(shí)，學(xué)生課堂上進(jìn)行計(jì)算分析完成正反饋，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的理解痛點(diǎn)。在發(fā)動(dòng)機(jī)案例的實(shí)際分析過程中，學(xué)生可探索實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件的邊界捕捉，深刻領(lǐng)悟發(fā)動(dòng)機(jī)作為一個(gè)有機(jī)整體的工作模式，理解“牽一發(fā)動(dòng)全身”的部件之間的協(xié)調(diào)與制約。

3 結(jié)語

《航空推進(jìn)原理》課程經(jīng)過一年的課程實(shí)踐與改革，總―分―總模塊式的教學(xué)內(nèi)容及實(shí)踐案例的教學(xué)模式初見成效，初步踐行了“品行養(yǎng)成、知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、思維創(chuàng)新”四位一體的育人模式，在航空工業(yè)戰(zhàn)略大背景下，培養(yǎng)具有歷史使命感和社會(huì)責(zé)任心，富有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的優(yōu)秀本科生，同時(shí)不斷提高航空推進(jìn)原理課程的專業(yè)核心價(jià)值。