“發(fā)動機系統(tǒng)安全性設(shè)計與評估”課程教學(xué)研究

王偉

[摘 要] 飛行器動力工程專業(yè)開設(shè)適航方向是適應(yīng)我國民航強國發(fā)展需求的重要舉措，為支持該專業(yè)建設(shè)，開展“發(fā)動機系統(tǒng)安全性設(shè)計與評估”課程的教學(xué)研究。針對“發(fā)動機系統(tǒng)安全性設(shè)計與評估”的綜合性特點，分析了“發(fā)動機系統(tǒng)安全性設(shè)計與評估”課程的多學(xué)科支持關(guān)系，形成了課程教學(xué)內(nèi)容及其教學(xué)方法，為飛行器動力工程專業(yè)適航方向的專業(yè)建設(shè)提供有益的探索。

[關(guān)鍵詞] 教學(xué)研究;發(fā)動機;系統(tǒng)安全性

[基金項目] 2018年度中國民航大學(xué)教育教學(xué)改革與研究項目“‘發(fā)動機系統(tǒng)安全性設(shè)計與評估課程建設(shè)”（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(xué)適航學(xué)院副教授，主要從事航空發(fā)動機適航研究。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)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(fā)動機的自主研發(fā)，積極推動落實航空發(fā)動機重大項目，2016年中國航空發(fā)動機集團成立，伴隨著航空發(fā)動機重大專項的進行，適航技術(shù)的發(fā)展成為目前最為關(guān)注的問題，同時也是國家民航競爭力的集中表現(xiàn)之一。綜合對比國內(nèi)與西方航空強國關(guān)于適航技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀與相關(guān)措施[1-4]，發(fā)現(xiàn)將適航思想與適航技術(shù)融入教育、培訓(xùn)、研制、維修過程中的做法可以提高相關(guān)從業(yè)人員的技術(shù)素質(zhì)，同時從適航思想與適航技術(shù)的傳播起點開始進行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)美國針對適航技術(shù)的教育與培養(yǎng)已有80多年的歷史，歐洲也有近20年的適航技術(shù)教育歷史，通過對數(shù)據(jù)的解讀同時發(fā)現(xiàn)適航技術(shù)的教育與培養(yǎng)是奠定國家航空地位的重要起源因素[5，6]。綜合國內(nèi)航空發(fā)動機發(fā)展背景與上述調(diào)研結(jié)果，結(jié)合我國適航領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，開展航空器相關(guān)專業(yè)關(guān)于適航技術(shù)的教育活動是培養(yǎng)領(lǐng)域內(nèi)綜合性人才的必要措施。

在國內(nèi)適航技術(shù)專業(yè)人才的需求背景下，很多高校開設(shè)了發(fā)動機適航方向及其適航研究機構(gòu)，但由于長期以來，我國民用航空發(fā)動機市場主要是歐美國家的產(chǎn)品，發(fā)動機適航安全的相關(guān)教學(xué)與科研工作均相對滯后，就教學(xué)而言，目前仍存在學(xué)科內(nèi)涵不清晰、教學(xué)內(nèi)容不系統(tǒng)等突出問題。考慮到適航安全理念與適航技術(shù)的廣泛性，同時飛行器動力工程專業(yè)的畢業(yè)生將來從事航空航天飛行器動力裝置的設(shè)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(fā)動機安全性設(shè)計與評估的基本理論和技術(shù)，其中發(fā)動機系統(tǒng)安全性設(shè)計與評估，不但是航空發(fā)動機研制的設(shè)計工具，也是滿足《航空發(fā)動機適航規(guī)定》安全性條款的重要環(huán)節(jié)[7]。為有效提升適航安全觀念教學(xué)效率、奠定良好的系統(tǒng)綜合考慮思想，“發(fā)動機安全性設(shè)計與評估”課程教學(xué)的開展便成為實現(xiàn)這一培養(yǎng)目的的重要手段。

為介紹“發(fā)動機系統(tǒng)安全性分析與評估”課程的特點、內(nèi)容、方法與意義，本文以“發(fā)動機系統(tǒng)安全性分析與評估”課程的學(xué)科內(nèi)涵為起點，總結(jié)概括本課程具體特點，為后續(xù)教學(xué)內(nèi)容奠定基礎(chǔ);在學(xué)科內(nèi)涵分析基礎(chǔ)上，以課程內(nèi)容為關(guān)注點，詳細(xì)闡述相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，做到內(nèi)容詮釋特點，特點指導(dǎo)內(nèi)容教學(xué);最后以教學(xué)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(yè)發(fā)動機適航方向的專業(yè)建設(shè)。

二、課程學(xué)科內(nèi)涵分析

“發(fā)動機系統(tǒng)安全性設(shè)計與評估”是系統(tǒng)工程、安全工程、航空推進系統(tǒng)、航空法學(xué)等多學(xué)科相結(jié)合而產(chǎn)生的一門專業(yè)課程。系統(tǒng)工程是運用各種組織管理技術(shù)，使系統(tǒng)的整體與局部之間的關(guān)系協(xié)調(diào)和相互配合，實現(xiàn)總體最優(yōu)運行。安全工程是運用的種種安全技術(shù)和裝備及其綜合集成，以保障人們動態(tài)安全的方法、手段和設(shè)施。航空推進系統(tǒng)是一類實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的機械，通過工程熱力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)、空氣動力學(xué)、傳熱學(xué)、燃燒學(xué)、控制學(xué)、材料與工藝等方向的極限追求，實現(xiàn)高的綜合性能指標(biāo)。航空法學(xué)是關(guān)于其基本原理和相關(guān)理論、航空運輸及航空保險相關(guān)規(guī)則、航空刑法及航空組織法等。

“發(fā)動機系統(tǒng)安全性設(shè)計與評估”的學(xué)科內(nèi)涵已通過上文給出基本的解釋，航空推進系統(tǒng)與航空法學(xué)是“安全性設(shè)計”的理論基礎(chǔ)，從其知識屬性來看具有一定的規(guī)范性和統(tǒng)一性，根據(jù)上述特點，這部分的教學(xué)應(yīng)結(jié)合最新航空法學(xué)（適航要求）與航空推進系統(tǒng)之間聯(lián)系，以解讀條款與說明推進系統(tǒng)設(shè)計為重點;系統(tǒng)工程與安全工程是“安全性評估”的理論依據(jù)，具有一定的復(fù)雜性和程序化特點，同時兩者之間存在內(nèi)容上的實質(zhì)聯(lián)系，根據(jù)上述特點在相關(guān)部分的教學(xué)中應(yīng)以程序化評估過程的各部分知識為基礎(chǔ)，樹立綜合全面考慮問題的思想。總結(jié)來講，“發(fā)動機安全性設(shè)計與評估”是多學(xué)科交互，注重分析思想、考察安全性原則的課程，課程內(nèi)容的展開應(yīng)契合其課程特點。其相互關(guān)系如圖1所示。

根據(jù)相關(guān)定義可知，“發(fā)動機安全性設(shè)計與評估”是以上述四門學(xué)科為發(fā)展基礎(chǔ)，以發(fā)動機的安全性問題為研究對象，以系統(tǒng)分析、系統(tǒng)評價與預(yù)測、危險源辨識與控制、事故理論、風(fēng)險評價、安全性設(shè)計等基本方法為理論基礎(chǔ)，將航空器法律制度中的適航要求（最低安全性要求）轉(zhuǎn)化為發(fā)動機的設(shè)計指標(biāo)，綜合考慮技術(shù)性能、可靠性、維修性，以建立和維持發(fā)動機安全性水平為目標(biāo)的管理與技術(shù)相結(jié)合的課程。

三、課程教學(xué)內(nèi)容研究

服務(wù)民航是飛行器動力工程專業(yè)適航方向的學(xué)生培養(yǎng)原則，該方向培養(yǎng)的人才主要是幫助政府適航部門制定航空發(fā)動機適航規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)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(xù)適航活動。為保證該專業(yè)學(xué)科知識的系統(tǒng)性與綜合性，依據(jù)上文中課程的具體特點，本課程必須包括發(fā)動機設(shè)計過程、發(fā)動機研制流程、航空發(fā)動機適航規(guī)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(shè)計等內(nèi)容，具體是將安全性設(shè)計相關(guān)的知識作為初級教學(xué)，相關(guān)的分析方法介紹與具體流程作為中級階段內(nèi)容，而后為了學(xué)科知識的專業(yè)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(fā)動機危害等級分析等民航當(dāng)局認(rèn)可的安全性分析方法[8]，并結(jié)合航空發(fā)動機適航規(guī)定、適航要求講授安全性設(shè)計方法的具體應(yīng)用，作為高級階段的教學(xué)內(nèi)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(fēng)險評估的基礎(chǔ)知識，在講授發(fā)動機適航規(guī)定和失效安全設(shè)計前講授危險源辨識和發(fā)動機設(shè)計研制知識。根據(jù)“發(fā)動機系統(tǒng)安全性設(shè)計與評估”多學(xué)科交互、具體流程復(fù)雜的學(xué)科特點，本課程按照三個階段展開內(nèi)容，即分別為基礎(chǔ)知識與基礎(chǔ)理論、安全性分析方法與安全性分析流程、失效安全設(shè)計，為更直觀介紹本課程內(nèi)容體系，如圖2所示依據(jù)學(xué)科特點安排課程主要內(nèi)容。

四、綜合運用多種教學(xué)方法

（一）注重民航強國夢的培養(yǎng)

夢想是學(xué)生努力學(xué)習(xí)的強大動力、激發(fā)興趣的源泉。《新時代民航強國建設(shè)行動綱要》提出從2021年到2035年，實現(xiàn)從單一的航空運輸強國向多領(lǐng)域的民航強國的跨越。到本世紀(jì)中葉，實現(xiàn)由多領(lǐng)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(yīng)該將科學(xué)性與思想性相結(jié)合，既要傳授知識，又要進行勵志興趣教育。

在“發(fā)動機系統(tǒng)安全設(shè)計與評估”課程教學(xué)中，為了培養(yǎng)民航強國夢，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和興趣，應(yīng)當(dāng)注重介紹我國航空發(fā)動機研制的艱辛歷程和重要成就;注重我國航空發(fā)動機適航專業(yè)技術(shù)人才的需求;注重對我國飛機系統(tǒng)安全設(shè)計與評估的成功案例進行分析解讀;注重鼓勵學(xué)生進行自我創(chuàng)新，并以相關(guān)“發(fā)動機系統(tǒng)安全性設(shè)計與評估”課程設(shè)計為載體，進行興趣培養(yǎng)。對于課程設(shè)計的相關(guān)介紹，應(yīng)伴隨著課程同步進行，以練為學(xué)才能更好地掌握知識，同時定期開展課程設(shè)計的匯報工作，在匯報中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對于相關(guān)知識的掌握程度，方便下一階段教學(xué)。同時在課堂教學(xué)中，適當(dāng)講解我國相關(guān)機型（新舟60、C919、ARJ21、渦軸16）的適航取證經(jīng)驗，以及研制長江系列發(fā)動機的安全性評估與適航審定過程，同時通過對比國內(nèi)外適航領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀、表現(xiàn)發(fā)展差異，激勵學(xué)生為我國民航強國夢努力學(xué)習(xí)，為實現(xiàn)我國民航早日運營國產(chǎn)航空發(fā)動機而奮斗。

（二）努力開發(fā)第二課堂教學(xué)

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

“發(fā)動機系統(tǒng)安全性設(shè)計與評估”課程主要教學(xué)任務(wù)之一是向?qū)W生傳授安全性分析、評估、設(shè)計等領(lǐng)域理論知識在航空發(fā)動機設(shè)計中的靈活運用，從而滿足適航標(biāo)準(zhǔn)的要求。這需要具備航空發(fā)動機研制流程和設(shè)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(xué)生在領(lǐng)會課堂講授發(fā)動機研制歷程和設(shè)計過程基本思路和核心概念的基礎(chǔ)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(tài)分享），實現(xiàn)利用零散時間的知識點學(xué)習(xí)來填充發(fā)動機研制歷程和設(shè)計過程的知識結(jié)構(gòu)，為安全性分析評估方法在發(fā)動機設(shè)計中靈活應(yīng)用提供基礎(chǔ)。同時為提升第二課堂的教學(xué)與學(xué)習(xí)質(zhì)量，安排學(xué)生進行相關(guān)知識與論文閱讀的交流課，主要是將學(xué)生近期所學(xué)內(nèi)容或?qū)W習(xí)心得進行匯總，增強學(xué)生的合作意識，同時也激勵學(xué)生的競爭意識。

（三）利用科研強化教學(xué)效果

教育的本質(zhì)是根據(jù)社會的需要培養(yǎng)人的社會活動，高等教育就體現(xiàn)在為社會培養(yǎng)高級的專門人才，這就需要把教學(xué)和科研緊密結(jié)合起來。高等教育培養(yǎng)對象是二十歲左右的青年，這就為利用科研強化教學(xué)效果提供了可能性[ 10 ]。目前，以科研強化教學(xué)已經(jīng)成為提高高等教育教學(xué)質(zhì)量的重要途徑。

基于這種理念，在“發(fā)動機系統(tǒng)安全性設(shè)計與評估”課程教學(xué)過程中，授課教師必須同時開展相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究工作，及時掌握本領(lǐng)域的最新研究動態(tài)與學(xué)科前沿，同時可邀請有意向的同學(xué)進入研究團隊，讓學(xué)生在真正的科研實踐中運用自己課堂所學(xué)知識。科研也可作為學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的平臺，有利于培養(yǎng)學(xué)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(guān)于航空發(fā)動機系統(tǒng)安全設(shè)計的研究主要包括適航標(biāo)準(zhǔn)的跟蹤研究、發(fā)動機安全性設(shè)計技術(shù)、發(fā)動機失效安全新技術(shù)三個方面，在課堂授課過程中，不能脫離發(fā)動機設(shè)計而單純講解系統(tǒng)安全性評估方法，更不可能不考慮發(fā)動機適航要求討論安全因素，必須深入具體設(shè)計功能及其方案背后的基本原理。因此，必須將適航標(biāo)準(zhǔn)的研究、發(fā)動機安全性設(shè)計技術(shù)和發(fā)動機失效安全技術(shù)方面的研究結(jié)合起來，分析適航標(biāo)準(zhǔn)中條款要求的意圖、符合性方法、發(fā)展趨勢，研究現(xiàn)有安全評估和設(shè)計方法對發(fā)動機適航標(biāo)準(zhǔn)符合性的邏輯關(guān)系，預(yù)測發(fā)動機安全設(shè)計中實效安全技術(shù)的可用性，這樣才能將安全因素在航空發(fā)動機需求約束、設(shè)計分析、功能實現(xiàn)和產(chǎn)品集成等各階段的作用解釋得清晰明了。

五、結(jié)語

通過對“發(fā)動機系統(tǒng)安全性設(shè)計與評估”課程的學(xué)科內(nèi)涵進行分析，明確了該課程的內(nèi)容結(jié)構(gòu)與學(xué)科特點，依據(jù)學(xué)科特點展開了對于課程內(nèi)容的介紹與安排，并根據(jù)內(nèi)容安排與培養(yǎng)目標(biāo)討論了教學(xué)方法在該課程教學(xué)中的預(yù)期效果，對飛行器動力工程專業(yè)適航方向的專業(yè)建設(shè)發(fā)揮了良好作用。

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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