应用型高校航空发动机构造课程改革探索

孙 杰，巩二磊，龙 兵

（常州工学院航空与机械工程学院/飞行学院，江苏 常州 213032）

0 引言

航空发动机是飞行器的心脏，是衡量一个国家航空科技水平和综合国力的重要标志。航空发动机构造课程以现役典型航空燃气涡轮发动机为对象，旨在要求学生掌握航空发动机及主要零部件的基本结构形式和工作特点[1-3]。航空发动机构造课程涉及多门前续课程知识的综合应用，课堂形式多以教师讲授为主，结合发动机实物及模型观摩[4]，应用型高校的航空发动机及零部件资源相对不足，且对学生的应用能力要求更高。基于现有的资源及专业培养方案要求，探索应用型高校的航空发动机构造课程教学改革措施，以期提高课程知识的掌握程度并增强学生的应用能力和就业竞争力。

1 课程的主要特点

航空发动机构造课程是飞行器制造工程民航机务方向的专业培养方案中专业核心课程之一，其重要性体现在多个方面：

（1）关键知识与技能的基础。航空发动机是飞行器的心脏，是飞行器的动力之源，航空发动机的性能及可靠性核心部件之一，是整个飞行器的安全性和可靠性的关键因素[5-8]。航空发动机构造课程以燃气涡轮发生器的主要部件及受力分析为主要内容，这些知识是学生未来从事机务工作的基础，能够让他们更好地理解、维护和修复发动机。

（2）职业发展的关键能力。民航机务方向的专业毕业生通常会在民航机场或通航机场从事飞机维护和维修工作。航空发动机构造课程的学习，能使学生具备必要的专业知识和技能，胜任发动机维护和维修等职责。这些技能对于保障飞行器的正常运行和安全非常重要，直接关系乘客和飞行人员的生命安全。

（3）促进实际应用和解决问题能力提升。航空发动机构造课程教学要求，不仅包括理论知识的传授，还要求学生能够将所学知识应用到实际情境中，提升解决实际问题的能力。课程要求学生具有分析发动机的结构特点、工作原理和故障情况，以便及时采取措施来确保发动机的正常运行，这种实际应用和问题解决的能力在机务领域中至关重要。

（4）推动技术创新与发展。航空发动机是航空领域的关键技术之一，不断创新和发展推动了整个航空产业的进步。通过深入学习航空发动机的构造和工作原理，学生可以为未来的技术创新和发展贡献力量，参与到改进和优化发动机设计中。

航空发动机构造课程是飞行器制造工程专业民航机务方向专业培养方案中一门至关重要的核心课程。它不仅为学生提供了必要的知识和技能，还培养了他们的实际应用和问题解决能力，为他们未来的职业发展和社会贡献打下了坚实的基础。因此，对于高质量的飞行器维护和安全运营，航空发动机构造课程的重要性不可低估。

2 传统课程讲授方法的不足

尽管航空发动机构造课程的重要性不言而喻，但传统的课程讲授方法存在多个不足之处，这些问题阻碍了学生充分理解和掌握课程内容：

（1）课程知识难度较大。航空发动机构造课程涉及机械原理、工程制图、工程力学等课程，课程知识难度较大且相对抽象，这使得学生往往难以将抽象的理论知识与实际的航空发动机构造联系起来。尽管课程中可能会包括现场课程，但学生对于实际构造的理解仍然受限，因为仅仅通过观察现场往往难以深入探究和理解发动机的内部结构和工作原理。

（2）教学情况反馈不足。在以教师讲授为主的课堂中，很难或几乎无法准确把握学生对课程知识的掌握情况。学生对于复杂的发动机构造知识的理解程度因人而异，但课堂时间有限，不容易为每个学生提供个性化的指导和反馈。这导致了一些学生可能掌握不足，而部分学生可能感到无趣或浪费时间。

（3）课堂参与度低。航空发动机构造课程知识的高度抽象性，需要教师采用课程讲授的方法进行部分内容的传授，这种方式在一定程度上压抑了学生的积极参与性和主动性。课程内容的复杂性也可能导致学生感到乏味，导致学习课程内容的投入度和参与度不足。对于课程的参与及互动的不足，学生的思维能力和缘物析理能力得不到充分锻炼。

（4）缺乏实际应用和问题解决能力的训练。讲授为主的授课方法，强调知识的传授，弱化了实际应用和问题解决能力的培养。学生可能学到了大量的理论知识，但在实际工作中难以将这些知识应用到解决实际问题的场景中。这导致了理论与实际应用之间存在较大的鸿沟，学生在实际工作中可能会感到困惑和无所适从。

航空发动机课程，需要使用传统的讲授为主的方法，但对于课程教学中的不足之处，需要通过教学改革来改善，以提高学生的学习体验和能力。

3 教学改革措施

根据课程及学生特点，提出了优化课程内容、增加仿真建模、提前课程设计的教学改革措施，重点突出核心部件，增强应用和协作能力，加深课程体系理解。

3.1 优化课程内容

根据应用型高校培养方向和毕业生的就业方向，进行航空发动机构造课程优化，将学时合理分配到各个核心部件的组成及受力特点分析，以确保学生在课程中能够深入学习和掌握关键的发动机构造知识。以下是一些课程内容的扩展和调整：

（1）重点突出核心部件，重点强调核心机的压气机、燃烧室和涡轮三个部件的学习，阐述部件的原理及功用、主要零部件的结构特征、典型连接结构形式、安装拆卸顺序等。以压气机为例，通过高速旋转的叶片增加空气压力，按是否旋转分为转子部件和静子部件，转子部件主要包括轴、盘、转子叶片，静子部件主要包括静子叶片和机匣，叶片与轮盘的连接通常采用燕尾式榫头等。学生将深入了解这些部件的工作原理、结构特征和性能特点，以便未来能够进行维护和修复工作。

（2）实际案例展示。为了让学生更好地理解理论知识与实际应用之间的联系，在课程中引入多个实际案例展示，主要包括WP-13、AL-31F、CFM56、RD93、RB211 等典型航空发动机，并在不同阶段进行差异化展示。在总体结构分析，分析整体结构形式、支点的位置及其变化规律；在压气机、燃烧室、涡轮部件讲解时，根据功能应具有的相同结构特征，并对比不同发动机之间的差异及特点。通过对多个典型航空发动机从整体到局部的多次展示，学生将研究不同类型的发动机，分析它们的构造和性能，以及在特定情境下的运行问题和维修需求。

（3）维修现场考察。为了提升学生实际应用及就业环境适应能力，课程还增加了维修现场课，观摩航空发动机维护、养护的主要工作流程，典型零部件的检查、拆卸及安装的步骤，以及典型零件实物的全角度观察与体会。学生将亲临机务维修现场，观察真实的发动机维护过程，从中获得宝贵的实践经验。通过维修现场考察，突破课堂知识和实际应用的界限，增强学生对实际应用的理解。

3.2 增加仿真建模

为了提高学生的实际应用能力和对发动机构造的深入理解，课程中引入了仿真建模的教学方法，通过进行典型零件的建模及仿真测试[9-10]，提升团队协作能力。

（1）建模项目。以某个部件为对象，将部件的主要零件分为建模工作量基本相同的部分，由不同的学生采用UG 完成主要零件的建模。例如以压气机为例，不同学生完成锥形轴、压气机盘、鼓筒、转子叶片及连接件、静子叶片、机匣等零件的三维模型。通过UG 建立零件三维模型，不仅学习计算机辅助设计软件的技能，还要求学生分析受力特点和结构特征，深入研究零部件的细节，包括尺寸、材料和制造工艺。

（2）仿真测试。由不同学生完成主要零件的三维模型后，根据零部件的安装顺序在UG 中进行仿真测试，以压气机为例，按照锥形轴、第一级盘、鼓筒、第二级盘、鼓筒等顺序组装仿真，再依次进行各级转子叶片与轮盘的连接，进行转子部件拼装和静子部件拼装。还可用仿真软件进行多个零部件的组合测试和分析，如图1 所示的尾喷管组件，可以实现尾喷管面积及及角度的调整，通过模拟部件的性能，还能识别潜在问题并提出解决方案。

图1 航空发动机部件组合测试

（3）团队协作。在零件三维建模及部件仿真测试中，学生均以小组形式完成，这样能鼓励学生之间的讨论、沟通及团队协作能力，以实现相邻零件的连接和匹配。通过仿真建模训练，不仅学习计算机辅助设计软件能力，还可以通过分享建模过程中的挑战和解决方案，促进了团队合作和知识交流，提高对课程知识掌握程度及实际应用能力。

3.3 提前课程设计

将课程设计由航空发动机构造课程考核之后提前至课程考核之前[11]，通过对典型结构图的绘制、文献查阅和小组讨论，提升了对课程知识系统性的理解。

（1）典型结构分析。在航空发动机构造课程设计中，要求学生通过抽签选择航空发动机的一个部件图，如图2 所示，并在所绘制部件图中选择2 个典型结构绘制局部图，如涡流器、筒体进气孔、气膜孔、冷却结构等。对选取的2 个典型结构进行受力特点和结构特征的分析，作为课程设计考核汇报内容。这要求学生不仅要读懂图纸，识别该部件的功能及典型结构特征，还要求他们将理论知识应用到实际的工程问题中，深化了对发动机构造的理解及应用。

图2 典型结构部件

（2）文献查阅和小组讨论：航空发动机构造课程设计要求学生对所选取部件进行更加深入的学习，要查阅除了教材之外的相关文献和资料，获取与选择零部件的相关图纸及技术资料。鼓励相同部件的学生组成学习小组，小组讨论有助于学生分享研究发现，共同解决复杂问题，并从彼此的经验中受益。

（3）理解课程知识系统。提前课程设计不仅有助于学生深入学习特定零部件的知识，还有助于他们形成更全面的发动机构造知识体系，提升了课程知识系统性及部件知识掌握程度，改善了航空发动机构造课程考核效果。

通过这些教学改革措施，我们旨在使航空发动机构造课程更加丰富和实际，以满足学生的需求，并提高他们在机务领域的实际应用能力。

3.4 教学改革效果

为了验证教学改革措施的有效性，选择了2020级飞行器制造工程专业学生进行试点教学改革，在教学改革实施前，与学生进行了座谈和调查，阐述了教学改革的想法和措施，了解学生对课程的认识、学习困难、兴趣程度和希望改进的方面。航空发动机构造课程的优化课程内容、增加仿真建模、提前课程设计教学改革措施，取到了与预期相符的效果。

（1）课程参与度明显提高。小组建模项目和实验室实践激发了学生的兴趣，能够将课本及讲授的抽象知识与实际应用的实物及图纸联系起来，学生能更加积极地参与到课程各个环节，参与程度显著提升，展示出更强的主动学习意愿。

（2）知识掌握程度提升。通过优化课程内容、重点突出核心部件，学生能够更深入地理解核心部件的工作原理及结构特点分析，对航空发动机构造的理论知识掌握程度有效提高。

（3）实际应用能力增强。典型零件的三维建模及结构特征呈现，使学生能够将理论知识转化为实际的建模和分析能力，并加深对零件特征的理解。通过建立典型零件的三维模型，学会了基本的模拟测试和性能分析，有助于提高他们在实际工作中的实用技能。

（4）团队合作与沟通能力改善。小组协作与讨论加强了学生之间的沟通能力，增加自信和团队合作，学会了共同解决问题、分享经验和相互协助，能促进未来的职业发展。

航空发动机构造教学改革的实施，不仅仅提高了学生的专业知识水平，还培养了他们的综合素质，包括问题解决、创新思维和实际应用能力，使他们更具竞争力。

4 结语

通过优化课程内容、增加仿真建模和提前课程设计等教学改革措施，我们成功提高了学生的课程参与度、知识掌握程度和实际应用能力。试点教学改革的结果表明，这些措施不仅有助于学生更好地理解航空发动机构造课程，还有助于提高他们在机务领域的竞争力和职业发展前景。