劉 君，楊榮菲，李傳鵬，吉洪湖，謝旅榮

（南京航空航天大學能源與動力學院 江蘇 南京 210016）

飛機被譽為現(xiàn)代工業(yè)的“皇冠”，而航空發(fā)動機則是“皇冠上的明珠”，能否研制航空發(fā)動機體現(xiàn)了一個國家綜合實力的強弱。目前，世界上能夠研制航空發(fā)動機的國家僅有美國、英國、俄羅斯、法國和中國[1]。英、美等國走過了從無到有的設(shè)計和制造的完整階段，從最初的活塞式發(fā)動機(1903-1945)到噴氣式發(fā)動機(1939-至今)，其中噴氣式發(fā)動機主要包括渦輪噴氣發(fā)動機、渦輪風扇發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機和渦輪軸發(fā)動機。目前，軍用戰(zhàn)斗機和民航客機多采用渦輪風扇發(fā)動機，經(jīng)過六十多年的發(fā)展已經(jīng)到了第五代，其中軍用發(fā)動機的推重比從第一代的1左右增大到第五代的10以上，如F119、AL41F等[2]。

一般認為，中國的航空制造業(yè)始于1939年創(chuàng)立于貴州大定縣（今大方縣）的航空發(fā)動機制造廠[3]。由于當時決策層存在“造不如買”的思想，導致航空制造業(yè)的發(fā)展錯失了良機[4]。新中國成立后，航空發(fā)動機工業(yè)從修理和制造活塞式發(fā)動機開始。朝鮮戰(zhàn)爭時期，從蘇聯(lián)購買了米格15及其發(fā)動機RD-45。1956年中國第一臺渦噴發(fā)動機——渦噴5仿制成功，仿制的是蘇聯(lián)的RD-45改進型。在仿制的同時，還根據(jù)空軍的需求對發(fā)動機進行改進，如渦噴6甲，渦噴7甲等。20世紀80年代，為滿足殲7和殲8的動力改裝需求，開始自主設(shè)計高性能中等推力的渦噴發(fā)動機（“昆侖”），2002年設(shè)計定型，標志著中國航空發(fā)動機從仿制和改進到自主設(shè)計的轉(zhuǎn)變[5]。歷經(jīng)27年，沈陽航空發(fā)動機研究所設(shè)計的“太行”渦扇發(fā)動機于2005年通過國家定型審查，是我國自主研制的第一種大推力加力式渦扇發(fā)動機，標志著我國自主研制的航空發(fā)動機從中等推力到大推力、從渦噴到渦扇發(fā)動機，從第二代發(fā)動機到第三代發(fā)動機的跨越[6]。綜上所述，我國的航空發(fā)動機已經(jīng)從最初的維修、仿制、改進發(fā)展到自主研制，為了滿足國家的戰(zhàn)略需求，需要培養(yǎng)更多的具有自主研制能力的航空發(fā)動機人才。

課程組結(jié)合國家航空發(fā)動機研制需求，在國內(nèi)首次開設(shè)了“航空發(fā)動機總體設(shè)計”課程，經(jīng)過多年的探索，形成了較為完善的教學資源和教學方法，但教學過程中仍然有許多不足之處，如教學內(nèi)容偏多，實踐指導環(huán)節(jié)課時太少以及教學過程未結(jié)合學生興趣等。本課程組針對上述問題提出了一種新的教學模式，旨在提升本課程的教學質(zhì)量。首先，結(jié)合已有的教學模式及其考核方式，通過分析其教學特點以及不足，進而引出教學模式改革的必要性；其次，結(jié)合學生的反饋以及課程組多年的教學積累，詳細闡述本次教學改革內(nèi)容以及要達到的目標。

1 目前的教學模式

根據(jù)國家在發(fā)展航空發(fā)動機過程中的需求，航空院校前期開設(shè)的專業(yè)課程主要包括“航空發(fā)動機原理”“航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)”[7-8]。隨著我國的航空發(fā)動機制造業(yè)從仿制進入自主研制階段，對航空發(fā)動機設(shè)計人才的需求也越來越大，在此背景下，南京航空航天大學自2011年將“航空發(fā)動機總體設(shè)計”課程納入飛行器動力工程培養(yǎng)計劃[9]。根據(jù)培養(yǎng)計劃，在本課程學習之前，已經(jīng)完成了包括工程熱力學、流體力學、航空發(fā)動機原理、燃燒室原理、航空葉片機原理、航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)等專業(yè)課程的學習，具有一定的航空發(fā)動機及其部件工作原理等相關(guān)理論基礎(chǔ)。

南航的“航空發(fā)動機總體設(shè)計”課程的前身是“航空發(fā)動機設(shè)計概論”雙語選修課，該課程是在教育部2010年立項的“飛行器動力工程國家特色專業(yè)建設(shè)”教改項目支持下開設(shè)的課程，開設(shè)教師為教學經(jīng)驗豐富且具有留學背景的知名教授，面向?qū)ο鬄楸緦I(yè)“動優(yōu)班”本科生。本課程采用AIAA教育系列叢書為全英文教材，該教材共10章內(nèi)容，總體結(jié)構(gòu)可個階段：

第一階段是2014-2017年，在課程建設(shè)的第一階段，教學課時為34課時，包括課堂授課30課時，實踐教學4課時，教學內(nèi)容包含上冊內(nèi)容，包括發(fā)動機需求分析和發(fā)動機總體性能設(shè)計兩個部分。這兩個部分內(nèi)容相比于本專業(yè)前期的課程來說屬于新知識，其中發(fā)動機需求分析是從飛行器任務(wù)剖面的角度對發(fā)動機的推力載荷、機翼載荷、起飛重量以及起飛推力進行需求分析；根據(jù)上述發(fā)動機需求分析，開展發(fā)動機總體性能分析，通過參數(shù)循環(huán)分析、非設(shè)計點性能分析以及安裝性能分析，最終獲得發(fā)動機總體性能參數(shù)，包括發(fā)動機流量、總增壓比、涵道比、渦輪前溫度以及各部件效率等參數(shù)。

第二階段是2018-2021年，經(jīng)過第一階段課程建設(shè)的積累后，教學經(jīng)驗和教學隊伍有了一定的提升和壯大，為了更全面地體現(xiàn)航空發(fā)動機整個設(shè)計過程，教學課時增加到56課時，教學內(nèi)容也增加了發(fā)動機部件設(shè)計，包括進排氣系統(tǒng)、葉輪機械和燃燒室設(shè)計，即根據(jù)上冊獲得的航空發(fā)動機總體設(shè)計參數(shù)，并基于各部件的設(shè)計準則分別進行進排氣系統(tǒng)、葉輪機械和燃燒室的設(shè)計，并最終獲得一臺滿足飛行任務(wù)需求的航空發(fā)動機。

本課程考核方法采用平時作業(yè)（30%）與小組大作業(yè)（期中考核40%、期末考核30%）相結(jié)合的方式。平時作業(yè)包括個人作業(yè)和小組作業(yè)，小組大作業(yè)以完成一臺滿足某飛行器任務(wù)需求的發(fā)動機總體設(shè)計為任務(wù)，要求期中考核完成發(fā)動機的需求分析和總體性能設(shè)計，期末考核完成航空發(fā)動機的部件設(shè)計，并最終組裝成一臺完整的發(fā)動機，考核方式為現(xiàn)場答辯和提交電子報告，現(xiàn)場答辯評審組由三位老師組成。每個班分成若干小組，小組成員一般為6人左右。

2 教學模式改革

根據(jù)課程組前期的問卷調(diào)查，有超過一半的學生認為本課程學習難度較大，講授內(nèi)容過多，并希望增加實踐指導環(huán)節(jié)，減少理論講解課時。此外，原有的考核方式也存在一定弊端，如：小組成員團隊協(xié)作意識低，導致參與程度差別大，由于最終成績按照團隊給定，無法體現(xiàn)每個人的貢獻程度，造成一定的不公平，從而打擊學生的積極性，并最終影響本課程的教學質(zhì)量。

基于上述學生反饋情況以及多年的教學經(jīng)驗，結(jié)合飛行器動力工程專業(yè)本科生培養(yǎng)計劃，課程組提出了一種新的教學模式。在總教學課時保持56課的時前提下，將課程分為必修和選修兩部分，其中上冊為必修，下冊為選修。上冊內(nèi)容對于本專業(yè)本科生來說屬于新知識，因此課時增加到40課時，其中課堂教學34課時，實踐教學6課時；下冊內(nèi)容需有一定的前期知識儲備，因此本科生在進排氣系統(tǒng)、葉輪機械和燃燒室設(shè)計三個內(nèi)容中選擇一個部件學習，其中課堂教學11課時，實踐教學1課時。采用上述教學模式不僅增加了上冊的授課時長，讓學生更容易掌握新知識，此外還增加了實踐教學課時，讓學生能夠在學習新知識的同時進行靈活的運用。為了滿足不同學生的學習需求，本次教學改革還將保留1個班級采用階段二的教學模式，即上冊和下冊全部學習，本班級適合自學能力較強的學生，其他學生則根據(jù)自身的興趣愛好，在部件設(shè)計中選擇一個分為三部分，分別是發(fā)動機需求分析、發(fā)動機總體性能設(shè)計和發(fā)動機部件設(shè)計。前期的課程建設(shè)過程主要分為兩部件進行學習。

本次教學模式改革針對前期教學過程出現(xiàn)的問題，逐一解決。首先，針對教學內(nèi)容偏多的問題，采用了必修和選修的方式，縮減教學內(nèi)容，必修部分為新知識，增加教學課時有利于提高對新知識的掌握程度，選修部分已有前期航空葉片機原理和燃燒室原理等課程的基礎(chǔ)，因此可結(jié)合個人興趣對某一部件深入學習；其次，針對實踐指導環(huán)節(jié)課時不足的問題，在必修內(nèi)容的每一個章節(jié)后增加1個實踐課時來增加實踐指導，提升學生動手的能力；最后，針對學生的興趣問題，在選修部分，學生根據(jù)自己的興趣愛好選擇一個部件進行深入學習，既減少了學習內(nèi)容，又提升了學習的深度。此外，本次教學改革還保留一個班級采用階段二的教學模式，即學生可以結(jié)合個人的學習能力以及愛好選擇學習部件設(shè)計的全部內(nèi)容。采用兩種方式并存的教學模式，不僅有利于培養(yǎng)航空發(fā)動機總師級人才，而且又兼顧航空發(fā)動機部件設(shè)計人才的培養(yǎng)。

此外，本課程前期一直采用大作業(yè)的形式進行考核，課程開始后學生自由組隊，每個小組人數(shù)5~6人，并分配不同的飛行任務(wù)，各小組成員根據(jù)飛行任務(wù)分析滿足飛行任務(wù)需求的航空發(fā)動機總體參數(shù)，并設(shè)計相應(yīng)的發(fā)動機部件，最后組成一臺航空發(fā)動機。經(jīng)過課程組多年的教學實踐，并根據(jù)學生的反饋，對考核方式進行改革。為了檢驗學生對理論知識的運用能力，仍采用5~6人為一組的方式開展大作業(yè)的形式，此外，為了突出每個人的知識掌握程度，可以引入隨堂考試，對課堂講授的基本概念進行考核。采用大作業(yè)考核和隨堂考試相結(jié)合的方式，既能對學生運用知識的能力進行考核，又能體現(xiàn)小組內(nèi)不同成員之間的差距。

3 結(jié)語

本文通過回顧我國航空發(fā)動機的發(fā)展歷史，明確了目前我國航空發(fā)動機制造業(yè)的發(fā)展階段，已經(jīng)從建國初期的維修、仿制、改進發(fā)展到自主研制，并成功研制軍用渦噴發(fā)動機(“昆侖”)和渦扇發(fā)動機（“太行”）。為了培養(yǎng)國家在航空發(fā)動機領(lǐng)域需要的設(shè)計人才，南京航空航天大學于2011年將“航空發(fā)動機總體設(shè)計”課程作為專業(yè)必修課引入飛行器動力工程專業(yè)培養(yǎng)計劃。在課程建設(shè)初期，采用國外英文教材并參考國外教學方法和考核方式，經(jīng)過7年的教學積累，形成了較為完善的教學資源和教學方法。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)學生的反饋情況，并結(jié)合國家的戰(zhàn)略需求進行“航空發(fā)動機總體設(shè)計”課程改革，通過本次改革，減輕了學生的學習負擔，充分提升了學生的興趣，提高了實踐課時的比例，增強學生的動手能力和團隊合作意識，有利于進一步提升本課程的教學質(zhì)量，從而為國家培養(yǎng)航空發(fā)動機領(lǐng)域自主設(shè)計人才，進而提升我國航空發(fā)動機制造業(yè)水平創(chuàng)造了條件。