航空發(fā)動機適航驗證技術課程建設研究

楊坤 王偉

摘? 要：目前，我國面臨航空發(fā)動機適航人才緊缺的現(xiàn)狀，無法滿足迅猛發(fā)展的航空工業(yè)需求。國內高校積極開展適航專業(yè)及適航課程建設。結合本校自身品牌專業(yè)——飛行器動力工程專業(yè)，引入適航方向，拓展并提升專業(yè)培養(yǎng)目標，在實踐中探索專業(yè)建設的道路。文章首先探討專業(yè)人才培養(yǎng)目標，然后對課程性質、教學內容建設、教學及考核方式建設進行分析，為航空發(fā)動機適航驗證技術課程建設提供參考，為推進航空發(fā)動機適航課程建設提供支持。

關鍵詞：適航;航空發(fā)動機;課程建設

中圖分類號：G640? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2021）17-0059-04

Abstract： Nowadays the aviation industry is facing the status of aero-engine airworthiness talents shortage which could not match the national requirements. Airworthiness specialty and course constructions are developed positively in domestic universities. Based on the advantage of aircraft power engineering specialty， it introduces the airworthiness educating direction to enhance specialty objectives and explore the way of specialty construction. In this paper， the talent training goal is discussed. Furthermore， the characteristic of aero-engine airworthiness verification technology course， the construction of course contents， teaching and assessment methods are analyzed in order to provide the reference and support on course construction of airworthiness.

Keywords： airworthiness; aero-engine; course construction

一、航空發(fā)動機適航需求背景

我國國產航空產品進入密集研發(fā)上升期，國產民用飛機和發(fā)動機項目持續(xù)推進。ARJ21項目2002年經過國務院批準立項，2010年按照適航條款成功開展第一項驗證項目，2014年ARJ21-700飛機獲得中國民航局型號合格證。2009年中國商飛公司正式發(fā)布首個單通道常規(guī)布局150座級中型客機，機型代號“COMAC919”，簡稱“C919”，2010年中國民用航空局正式受理C919中型客機型號合格證申請。2019年6架試飛飛機全部投入試飛取證工作。2017年大型客機發(fā)動機驗證機（CJ-1000AX）首臺整機在上海完成裝配。2018年中國民用航空適航審定中心在中國航發(fā)商發(fā)召開CJ-1000A型號適航審定概念設計階段項目協(xié)調會[1-12]。

隨著國產航空產品的蓬勃發(fā)展，我國航空發(fā)動機適航人才短缺現(xiàn)象愈加明顯，我國“十三五”專項規(guī)劃明確指出，我國適航審定人員數(shù)量不足美國的六分之一，僅為巴西的二分之一。另外，隨著國產航空產品的陸續(xù)投入使用，此類航空產品的持續(xù)適航將對我國民航維修模式帶來轉變，從以航線維護為重點，向深度維修和全壽命、全供應鏈維修轉變，這將需要大量持續(xù)適航從業(yè)人員。

為適應我國民航產業(yè)發(fā)展的需求，中國民航大學改革飛行器動力工程專業(yè)培養(yǎng)模式，將航空發(fā)動機適航方向知識能力培養(yǎng)納入到設計與適航方向的專業(yè)課程培養(yǎng)計劃之中。

二、培養(yǎng)目標

高等教育的培養(yǎng)目標通常是根據(jù)培養(yǎng)目的來制定的，是高等教育目的的具體化，是高等學校所培養(yǎng)人才的基本素質在層次、類型、規(guī)格上的不同規(guī)定。另一方面，培養(yǎng)目的是行業(yè)發(fā)展需求所決定的。中國民航大學飛行器動力工程專業(yè)首要的培養(yǎng)目的就是培養(yǎng)我國民航發(fā)展所需要的高等人才，因此培養(yǎng)目標就是為我國民航培養(yǎng)適應國內外現(xiàn)代民航發(fā)展需求的應用型高級工程技術和管理人才。

中國民航大學飛行器動力工程專業(yè)以航空維修工程和航空運行監(jiān)控為特色，立足民航，在飛行器動力工程專業(yè)基本課程的基礎上，設置了大量與航空發(fā)動機使用、維護、運行密切相關的課程，形成了航空發(fā)動機運行安全為核心的優(yōu)勢學科專業(yè)群。飛行器動力工程專業(yè)培養(yǎng)目標是培養(yǎng)能夠從事航空發(fā)動機運行監(jiān)控、故障診斷、維護修理及工程管理等相關工作，適應國內外現(xiàn)代民航發(fā)展需求的應用型高級工程技術和管理人才。

近年來，國內外現(xiàn)代民航發(fā)展迅速，發(fā)動機適航理念逐步向縱深方向發(fā)展，特別是2020年全球新冠肺炎疫情對全球民航帶來的重大影響下，發(fā)動機初始適航和持續(xù)適航更加凸顯出為航空安全保駕護航的重要地位和作用。民用航空發(fā)動機研制單位對持續(xù)適航的審核和監(jiān)管更加細致，大量深度維修權限集中到發(fā)動機原始研制廠家。近年來，美國對C919發(fā)動機供應商是否繼續(xù)提供發(fā)動機設備的爭論，使得我國迫切需要研發(fā)運行我國自主研發(fā)的航空發(fā)動機產品。為此，中國民航大學必須為我國民航培養(yǎng)國產發(fā)動機的適航人才。

結合我國民航發(fā)展需求，依托本校飛行器動力工程專業(yè)學科優(yōu)勢，引入設計與適航方向，增加航空發(fā)動機適航專業(yè)課程，將培養(yǎng)方向拓展到從發(fā)動機初始適航到持續(xù)適航整個生命周期過程，不僅要培養(yǎng)從事運行安全相關工作的應用型高級工程技術和管理人才，還要培養(yǎng)航空發(fā)動機適航領域高層次專門人才。

中國民航大學2020年飛行器動力工程專業(yè)培養(yǎng)計劃中，已在原維修和監(jiān)控兩個方向基礎上新增設計與適航方向，已將航空發(fā)動機適航驗證技術作為一門專業(yè)核心課程增設其中。

三、課程性質

課程性質，是指課程本身所具有的與其他課程不同的特征，是由課程本身所教授的內容和形式所決定。航空發(fā)動機適航驗證技術課程本身屬于綜合多個學科來實現(xiàn)某些關鍵適航條款驗證的技術范疇，因此該課程更加適合作為專業(yè)課程來講授。根據(jù)高等教育循序漸進的能力培養(yǎng)要求，學生需要逐步學習掌握數(shù)學、物理學、力學、材料學、控制科學、機械工程等方面的基本知識和技能的基礎上，才能靈活運用相關學科的知識點和技能來學習掌握發(fā)動機適航驗證技術，因此該課程更加適合高年級學生學習。

航空發(fā)動機適航驗證技術應作為飛行器動力工程專業(yè)核心課程，在本科四年級開設，專門針對航空發(fā)動機適航驗證技術的重點和難點設定。本課程的特性在于著重闡述航空發(fā)動機試驗驗證技術，并結合案例分析使學生掌握航空發(fā)動機試驗驗證的基本概念、要求和方法，正確理解適航要求在航空發(fā)動機試驗驗證中的應用。通過理論教學和實踐教學的結合，使學生樹立正確的適航理念，培養(yǎng)學生的適航素養(yǎng)和專業(yè)能力，為學生畢業(yè)后從事航空發(fā)動機適航方面的技術工作和管理工作奠定必要的專業(yè)理論基礎。通過本課程的學習，使學生重點了解航空發(fā)動機適航要求、符合性驗證試驗的專業(yè)知識和基本方法，為今后從事發(fā)動機適航工作打下必要的專業(yè)理論基礎。

四、教學內容建設

國內開設的發(fā)動機適航驗證課程一般針對高校研究生或者是具有工作經驗的工程師和適航審查員，面向本科生的適航課程較少。不同于國內現(xiàn)有課程或短期培訓，面向本科生的課程內容應以循序漸進、深入淺出的方式闡述基本理論和一般技術方法，同時展現(xiàn)該領域的最新研究動態(tài)和成果。

本課程依據(jù)CCAR33部規(guī)章要求，學習和參考美國聯(lián)邦航空局（FAA）和EASA（歐洲航空安全局）所頒布的咨詢通告、政策、指南以及相關行業(yè)標準，結合我國已有的發(fā)動機相關教材和資料，形成課程框架，梳理和確定教學內容。適航規(guī)章是知識和經驗的高度凝練，條款背后暗含著大量的專業(yè)知識和要求，如何將這些信息有效地傳授給學生，使學生知其然，知其所以然，是適航課程教學面臨的挑戰(zhàn)。

試驗技術不僅在航空發(fā)動機研制中起到重要作用，而且在發(fā)動機適航驗證過程中也是一類重要內容[13-14]。因此，發(fā)動機適航驗證課程將試驗驗證作為中心內容，圍繞該中心內容安排前序課程內容和其他驗證技術的擴展。教學內容緊密結合發(fā)動機適航人才需求，符合專業(yè)培養(yǎng)目標，能更好地發(fā)揮課程在培養(yǎng)學生發(fā)動機適航素養(yǎng)和基本理論知識方面的作用。航空發(fā)動機試驗的分類標準多種多樣，從航空發(fā)動機各組成部分的試驗來分類，可分為部件試驗和整機試驗。部件試驗主要有進氣道試驗、壓氣機試驗、平面葉柵試驗、燃燒室試驗、渦輪試驗、尾噴管試驗、附件試驗、以及零組件的強度、振動試驗等。整機試驗有整機地面試驗、高空模擬試驗、環(huán)境試驗和飛行試驗等。從試驗項目角度劃分，可分為耐久性、性能和穩(wěn)定性試驗、環(huán)境適應性試驗和包容性試驗等。所有的試驗都應該按照試驗的一般規(guī)律開展，至少包括試驗類別、試驗報告、試驗技術。

進一步結合航空發(fā)動機試驗驗證的分類和特點，將發(fā)動機適航驗證技術教學內容安排如表1所示。其中，發(fā)動機符合性驗證中另一重要技術——系統(tǒng)安全性分析在發(fā)動機系統(tǒng)安全性設計與評估課程中詳細講述，并根據(jù)專業(yè)建設安排，其他符合性驗證方法，包括程序類、設計類、計算和分析及相似性方法在本課程中不重點展開，只做一般性講授。

根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標及課程性質，結合上述分析，將教學內容劃分為五部分。第一部分介紹適航的基本概念及涉及的符合性驗證技術，讓學生對適航基本知識和概念有宏觀上的認知;第二部分對發(fā)動機基本概念和發(fā)動機設計過程進行講授，從設計的角度展現(xiàn)基本指標的定義及其要求，讓學生了解適航與發(fā)動機設計過程的關系及重要地位，進一步為適航要求的講授提供鋪墊;第三部分是對適航驗證要求的一般性介紹，該部分摒棄照本宣科、填鴨式的適航條款逐條講授方式，從教學內容安排上強調系統(tǒng)性和整體性，從宏觀的角度闡述符合性驗證的思路，我國與歐美發(fā)動機適航規(guī)章的異同，該部分高度凝練，目的是要學生掌握解讀適航條款的方法，以及了解條款不同維度展現(xiàn)出的內涵;第四部分試驗技術是本課程教學的重點，先對試驗報告進行介紹，目的是讓學生了解試驗開展所遵循的一般規(guī)律和要求，明確試驗目的、試驗準備、試驗設計、數(shù)據(jù)處理和分析的重要作用和一般方法，然后，整體上對試驗進行分類，再結合適航條款要求、試驗設施、試驗條件、試驗分析等方面，闡述不同類型試驗的基本理論和技術，突出符合性驗證評審要素和方法，目的是向學生展示如何將適航要求融入到發(fā)動機設計過程，以及如何依據(jù)適航要求開展具體的符合性驗證并識別出可能的適航關注要點;最后，針對當前的試驗新技術進行討論，目的是拓展學生的視野，讓學生了解行業(yè)發(fā)展動態(tài)和關注熱點，激發(fā)學生不斷進行科學探索的學習熱情。第五部分針對其他驗證方法給出一般性介紹。根據(jù)《航空器型號合格審定程序》（AP-21-AA-2011-03-R4）[15]，將符合性驗證方法分為符合性聲明、說明性文件、分析/計算、安全評估、試驗室試驗、地面試驗、飛行試驗、航空器檢查、模擬器試驗和設備合格性共10種。發(fā)動機的符合性驗證也是依據(jù)上述程序來開展的。通常可歸為五大類，包括程序類、設計類、分析類、相似性設計經驗類和試驗類。除了試驗驗證方法，其他驗證方法也非常重要，需要學生學習和了解，因此在課程教學最后對這些方法進行介紹，使學生對整個發(fā)動機適航驗證有全面的認識，了解不同符合性驗證方法的特點和應用條件。

五、教學及考核方式建設

本課程內容豐富，與工程實踐聯(lián)系緊密，信息量大，教學課時相對較少。結合國內開展相關課程和培訓經驗，摒棄單純講授的教學形式，采用多元化教學方法相結合的形式。根據(jù)黃甫全教授提出的層次構成分類模式，教學方式可以分為三個層次[16]。第一層次為原理性教學方法，重點解決教學規(guī)律、教學思想、新教學理論觀念與學校教學實踐直接的聯(lián)系問題，是教學意識在教學實踐中方法化的結果，例如采用案例教學;第二層次為技術性教學方法，向上可以接受原理性教學方法的指導，向下可以與不同學科的教學內容相結合構成操作性教學方法，在教學方法體系中發(fā)揮著中介性作用，例如講授法教學;第三層次為操作性教學方法，指學校不同學科教學中具有特殊性的具體方法，例如課程設計教學。針對發(fā)動機適航驗證技術的綜合知識技能復雜并且學時有限的問題，該課程教學綜合使用三層次教學方法開展講授。因此，根據(jù)課堂教學形式分類，按照教學內容安排，將該課程教學方式分為講授、案例分析和課程設計三種形式。基本知識和重要概念的介紹沿用講授的方式，讓學生牢固掌握基本概念。與工程實踐相關內容采用案例分析的方式，通過實際工程案例來闡述一般技術方法。選取某一工程問題提出需求，讓學生應用所學知識進行課程設計，增強學生的參與感，提升學生的自主學習能力，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識和獨立思考能力。例如，在整機和主要零部件試驗驗證部分，安排2學時課程講授，介紹適航試驗基本要求和理論知識，之后讓學生以小組為單位進行6學時課程設計。

為了進一步提高教學效果，使學生對課程知識能夠正確的理解和掌握，課程采用過程性考核和期末考核相結合方式。具體考核標準為平時成績占30%，課程設計成績占30%，期末成績占40%。目的是為了改革過去傳統(tǒng)的教學和考核方式，以培養(yǎng)學生認識事物所需要的理解能力、分析能力、動手實踐能力和初步科研能力為教學目標，重組實踐教學內容，設置情境問題，給學生充分發(fā)揮的空間，讓學生自己設計發(fā)動機適航驗證方案，引導學生的綜合設計思維和能力。

六、結束語

本文結合我國民航行業(yè)需求和中國民航大學飛行器動力工程專業(yè)建設需求，分析形成了航空發(fā)動機適航驗證技術課程的培養(yǎng)目標和課程性質。針對發(fā)動機適航驗證技術的特點，形成了該課程的教學內容和教學考核，為中國民航大學飛行器動力工程專業(yè)建設提供參考。

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