面向民航特色的“航空發動機安全性設計”課程建設

洪志亮，賈 惟，何文博

（中國民航大學 安全科學與工程學院，天津 300300）

一、“航空發動機安全性設計”課程背景

適航審定貫穿基礎科學、技術科學和工程技術，是保障航空器整體系統和各部件安全可靠性及結構完整性的重要途徑。航空發動機作為獨立獲得型號適航證的航空產品，其安全性優劣直接決定該型號能否取得投入商業運營前的放飛證。然而，當前美國聯邦航空管理局（FAA）和歐洲航空安全局（EASA）占據了國際適航領域的絕對主導權，盡管我國在規章要求層面與國際標準基本一致，但缺少相應的工業實踐和驗證技術支撐，在國際市場上幾乎沒有話語權，這已成為制約我國航空發動機發展的“卡脖子”技術［1-2］，亟須突破。

眾所周知，安全性指標的滿足并不是靠局方審出來的，而是靠工業方設計出來的。航空發動機的安全性與適航性的技術本質是“一個硬幣的兩個表面”，即安全性直接的載體和對象是工業方，適航性是局方對安全性的確認［3］。因此，民用適航規章隱含的技術內涵是與我國航空發動機水平和技術特點相適應的安全性設計技術，安全性與適航性的關鍵問題在于如何從設計角度賦予安全性，二者相互融合、密不可分。然而，從當前中國民航大學安全科學與工程學院發動機方向研究生的課程設置上看，仍存在以下三個突出問題。

（一）跨專業研究生較多，專業基礎知識薄弱

當前，中國民航大學安全科學與工程學院發動機方向研究生的生源質量不高，跨專業的學生較多。以2020年入學的研究生為例，發動機方向的13名新生中跨專業的學生超過半數。由于一些學生缺乏發動機方面的基礎知識，盡管要求非航空類專業的新生補修2門專業課程，但對于這種需要大量專業課做基礎的航空發動機專業而言，僅通過補修課程無法使學生形成系統性認知。因此，有針對性地加強發動機方向的專業課程建設對提升學生的知識水平具有重要意義。

（二）現有的發動機設計類課程與適航審定類課程內容相對獨立

目前，安全科學與工程學院研究生發動機設計方面的專業課由航空工程學院教師主講，內容多側重航空器原理、結構等，與適航審定技術的關聯性不強［4-7］；而適航規章類課程往往僅注重對規章條款的解讀，較少涉及工程設計技術方面的內容，容易使學生在對規章條款和驗證技術的理解上產生脫節，這一點從在工業方適航審定部門從事適航工作的畢業生給予的反饋中得到了證實。所以，缺乏對航空發動機的系統性認識，特別是從設計角度理解適航，是當前安全科學與工程學院發動機方向的畢業生普遍存在的問題。

（三）缺乏系統性關聯發動機安全性設計與適航審定的合適教材或講義

教材是學科建設的載體。目前，我國的適航類專業教材種類偏少，且多數教材僅以適航條款解讀、適航管理等內容為主，容易使學生在學習過程中無法將條款與航空器的設計流程相關聯，這也就導致了前文提到的工業方適航工程部門與試驗驗證部門對接不暢的問題。因此，要解決此問題還要從教材建設和教學方法改革入手。

基于上述分析，筆者提出建設“航空發動機安全性設計”課程。在教學內容上，從安全性設計出發，結合規章條款內容，讓學生理解發動機的設計與條款內涵之間的關聯，特別是適航對航空器的設計約束，幫助學生在熟悉航空器總體和子系統設計理論與方法的同時，理解通過設計“賦能”航空器適航性的技術內涵，以提高研究生的專業知識水平，有助于學生系統性地理解發動機安全與適航性，為今后從事相關的科研工作奠定基礎。

二、“航空發動機安全性設計”課程的主要特色

“航空發動機安全性設計”課程明顯有別于傳統航空發動機專業所講授的發動機設計、原理和構造等課程，其特色主要體現在以下幾點。

（一）教學內容

著重突出專業特色，從適航規章出發，結合航空器設計流程，介紹總體和部件設計的理論及方法，使學生全方位了解適航規章背后的技術內涵，并由此推導出為了保證發動機的安全性，通過設計賦予其適航性的方法，從而培養學生從設計的角度分析和理解航空器適航要求的能力。

（二）教學資料

鑒于當前國內發動機專業相關教材側重原理、構造和總體性能，缺乏安全性相關內容，在課程建設中，對比總結國內外典型教材的優缺點，深入梳理知識脈絡，博眾家之長，自主開發了與課程目標、教學內容、學生水平相契合的講義，既突出了適航特色，又兼顧了發動機設計的基本理論、方法，同時結合學科發展趨勢、課堂教學效果、課程考核結果和學生反饋情況等持續完善教學資料。

（三）教學手段與考核方法

在課程教學環節中，適當突破教師講授的傳統授課方式，強化學生的主觀能動性，利用小組討論、案例分析等形式培養學生對適航規章的理解和運用能力，同時培養學生的協調溝通和表達能力，以更好地做到教材建設和教學方法的融合與配套，最大限度地發揮教材的載體作用。在課程考核方面，弱化考試，通過平時作業、課程設計、開放性問題研究、案例解析等方式，加大對學生分析問題和解決問題能力的考核。

三、“航空發動機安全性設計”課程與同類課程相比所處的水平

目前，國內開設航空器適航專業的院校主要有北京航空航天大學、西北工業大學、南京航空航天大學等，專業課程對比如表1所示。可以看出，目前國內相關高校的適航專業均開設了發動機方向的專業課程，但從課程內容來看，現有課程多側重傳統飛行器動力工程專業的發動機原理、構造、測試、設計與維修等，缺乏從發動機安全性要求出發講授設計方法與原理方面的課程。

表1 國內行業高校航空器適航專業的發動機相關課程

“航空發動機安全性設計”課程的教學內容融合了適航審定和發動機設計要素，通過“規章內容與符合性方法—失效模式—保證安全的設計方法”這條主線將課程內容進行有效串聯，避免知識點之間相脫節。從橫向對比來看，目前國內的行業高校中尚無相同課程。在課程講授和考核環節中，課程組注重培養學生的啟發性思維和課后主動學習的能力，盡可能讓學生做到知其所以然，這樣不僅有利于達成課程教學目標，也有利于培養學生的科研能力。

四、課程建設完成情況

（一）教學隊伍建設情況

目前，本課程教學團隊包括3名專業教師，年齡均介于30～40歲，這幾名教師教學經驗相對豐富、年富力強，通過團隊合作順利完成課程開發過程中的講義編寫、課件開發等富有挑戰性的工作。與此同時，教學團隊不定期向校內外的行業知名教師或專家請教教學經驗，通過參加學會會議和教學研討的方式，進一步拓寬了專業知識覆蓋面。另外，教學團隊吸納了2名發動機方向的新入職年輕教師作為后備師資，注重教學能力的培養和經驗傳承，努力打造一支年齡層次合理、專業知識和教學能力突出的教學團隊。

（二）教學內容改革情況

當前，國內高校針對航空發動機適航專業學生所開設的專業課程仍以傳統的飛行器動力工程專業課程為主，如發動機設計與修理、發動機狀態監控、發動機適航驗證、發動機試驗和測試技術、發動機性能分析等，教學內容或側重發動機本身，或僅圍繞規章條款展開，知識點的脫節不利于學生系統而全面地掌握發動機適航及其背后的安全性設計方法。針對這一現狀，“航空發動機安全性設計”課程進行改革嘗試。“航空發動機安全性設計”教學內容源自適航規章，但又不停留于規章表面，通過挖掘其背后的技術原理，將適航和發動機設計有機融合，形成脈絡化的知識網。同時，結合我國航空發動機工業方和局方的實踐案例進行講解，融入課程思政內容，培養學生的大國情懷和工匠精神，提升其民族自豪感和使命感。“航空發動機安全性設計”課程內容見表2。

表2 “航空發動機安全性設計”課程內容

（三）教學條件保障情況

考慮到“航空發動機安全性設計”教學內容以理論知識為主，教學手段則為課堂教授結合多媒體教學，充分利用良好的多媒體教室和互聯網資源，便于演示教學視頻和動畫等素材，豐富教學手段，提升學生的學習興趣。隨著中國民航大學發動機適航審定技術實驗室、發動機適航教學實驗室等硬件平臺的陸續建成，后續將在課程中適當增加教學實驗或演示實驗環節，更有利于培養學生理論聯系實際的能力，進一步提升教學效果。

（四）教學方法改革情況

考慮到發動機安全性與適航涉及的專業知識面非常寬泛，包括系統安全性與可靠性分析、總體性能、總體結構、試驗測試、適航審定技術等，為了提升講授能力，借助院聘創新團隊的優勢，將5名專業互補的教師納入“航空發動機安全性設計”課程教學團隊。5名教師通過團隊合作的方式負責其專業領域內的課程模塊，編制講義和教學課件，加入視頻、動畫等多媒體元素，再通過團隊研討確定講授方式，保證教學效果，從而有效避免了單個教師專業知識面無法覆蓋全部課程內容的難題。另外，為了提高學生的課堂參與程度，在教學過程中融入了小組討論、分組完成課程設計、結課答辯等方式，讓學生變被動接受為主動獲取知識，全面提升學生對知識的深入理解和靈活運用能力，鍛煉其自主學習和語言表達能力。

（五）教學效果反饋情況

“航空發動機安全性設計”課程已列入安全科學與工程學院發動機適航方向研究生的專業選修課程，并于2019年秋季學期開始，連續設置每學年36學時的課程，選課學生來自原適航學院、安全科學與工程學院、航空工程學院，選課人數呈現上升趨勢。“航空發動機安全性設計”課程通過結課作業結合答辯論述的方式檢驗教學效果，要求學生通過查閱相關的規章、文獻和設計資料，詳細分析一種典型的民用航空發動機故障案例，內容需涵蓋故障描述、故障機理、針對性設計、改進方法和與之相對應的航空器適航規章的完善情況，要有自主思考和分析。來自商飛、商發等單位的本專業畢業生的反饋也很好地驗證了“航空發動機安全性設計”課程對提升學生專業素養的作用，課程能夠較好地支撐學生在5年內形成從事航空發動機適航審定和安全性設計方面工作的專業能力。從連續兩年的考核結果來看，學生考核成績的良好率均在90%以上，分數較低學生的突出問題在于多側重現象描述，缺乏對背后技術的自主分析。針對部分學生對“航空發動機安全性設計”課程的核心內涵理解不到位的問題，后續在課程講授過程中，將進一步以“安全性問題—故障機理—設計方法—條款驗證”為主線強化對教學內容的系統性梳理，并進一步補充講義素材，爭取早日出版專業化教材，打造精品課程。

結語

“航空發動機安全性設計”課程形成了一支專業知識面寬、年富力強的教學團隊，深入對比分析了當前國內行業高校在航空發動機適航審定方向的課程開設情況，結合中國民航大學適航審定專業研究生的生源特點和教學實際，梳理了其中存在的問題，并有針對性地提出了解決方案，創新性地完成了“航空發動機安全性設計”課程開發，并自主編制了課程講義。教學實踐結果表明，所用的教學方法較為得當，教學目標基本得以達成。從發動機設計和適航審定相關用人單位的畢業生反饋來看，課程的教學內容能夠較好地幫助學生盡快融入工作環境、提升其業務能力。后續，本課程教學團隊將繼續結合教學效果反饋補充完善教學講義，進一步提升師資隊伍的教學能力，以早日將其打造成精品課為具體目標。