劉 君，楊榮菲，李傳鵬，吉洪湖，謝旅榮

（南京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院 江蘇 南京 210016）

飛機(jī)被譽(yù)為現(xiàn)代工業(yè)的“皇冠”，而航空發(fā)動(dòng)機(jī)則是“皇冠上的明珠”，能否研制航空發(fā)動(dòng)機(jī)體現(xiàn)了一個(gè)國家綜合實(shí)力的強(qiáng)弱。目前，世界上能夠研制航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)和制造的完整階段，從最初的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(1903-1945)到噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)(1939-至今)，其中噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)主要包括渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。目前，軍用戰(zhàn)斗機(jī)和民航客機(jī)多采用渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，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(dòng)機(jī)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(rèn)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(dòng)機(jī)制造廠[3]。由于當(dāng)時(shí)決策層存在“造不如買”的思想，導(dǎo)致航空制造業(yè)的發(fā)展錯(cuò)失了良機(jī)[4]。新中國成立后，航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)從修理和制造活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)開始。朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，從蘇聯(lián)購買了米格15及其發(fā)動(dòng)機(jī)RD-45。1956年中國第一臺(tái)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)——渦噴5仿制成功，仿制的是蘇聯(lián)的RD-45改進(jìn)型。在仿制的同時(shí)，還根據(jù)空軍的需求對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，如渦噴6甲，渦噴7甲等。20世紀(jì)80年代，為滿足殲7和殲8的動(dòng)力改裝需求，開始自主設(shè)計(jì)高性能中等推力的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)（“昆侖”），2002年設(shè)計(jì)定型，標(biāo)志著中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)從仿制和改進(jìn)到自主設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變[5]。歷經(jīng)27年，沈陽航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究所設(shè)計(jì)的“太行”渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)，標(biāo)志著我國自主研制的航空發(fā)動(dòng)機(jī)從中等推力到大推力、從渦噴到渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，從第二代發(fā)動(dòng)機(jī)到第三代發(fā)動(dòng)機(jī)的跨越[6]。綜上所述，我國的航空發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)從最初的維修、仿制、改進(jìn)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(dòng)機(jī)人才。

課程組結(jié)合國家航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制需求，在國內(nèi)首次開設(shè)了“航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體設(shè)計(jì)”課程，經(jīng)過多年的探索，形成了較為完善的教學(xué)資源和教學(xué)方法，但教學(xué)過程中仍然有許多不足之處，如教學(xué)內(nèi)容偏多，實(shí)踐指導(dǎo)環(huán)節(jié)課時(shí)太少以及教學(xué)過程未結(jié)合學(xué)生興趣等。本課程組針對(duì)上述問題提出了一種新的教學(xué)模式，旨在提升本課程的教學(xué)質(zhì)量。首先，結(jié)合已有的教學(xué)模式及其考核方式，通過分析其教學(xué)特點(diǎn)以及不足，進(jìn)而引出教學(xué)模式改革的必要性；其次，結(jié)合學(xué)生的反饋以及課程組多年的教學(xué)積累，詳細(xì)闡述本次教學(xué)改革內(nèi)容以及要達(dá)到的目標(biāo)。

1 目前的教學(xué)模式

根據(jù)國家在發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)原理”“航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)”[7-8]。隨著我國的航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)從仿制進(jìn)入自主研制階段，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)人才的需求也越來越大，在此背景下，南京航空航天大學(xué)自2011年將“航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體設(shè)計(jì)”課程納入飛行器動(dòng)力工程培養(yǎng)計(jì)劃[9]。根據(jù)培養(yǎng)計(jì)劃，在本課程學(xué)習(xí)之前，已經(jīng)完成了包括工程熱力學(xué)、流體力學(xué)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理、燃燒室原理、航空葉片機(jī)原理、航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)等專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，具有一定的航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)總體設(shè)計(jì)”課程的前身是“航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)概論”雙語選修課，該課程是在教育部2010年立項(xiàng)的“飛行器動(dòng)力工程國家特色專業(yè)建設(shè)”教改項(xiàng)目支持下開設(shè)的課程，開設(shè)教師為教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富且具有留學(xué)背景的知名教授，面向?qū)ο鬄楸緦I(yè)“動(dòng)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(gè)階段：

第一階段是2014-2017年，在課程建設(shè)的第一階段，教學(xué)課時(shí)為34課時(shí)，包括課堂授課30課時(shí)，實(shí)踐教學(xué)4課時(shí)，教學(xué)內(nèi)容包含上冊(cè)內(nèi)容，包括發(fā)動(dòng)機(jī)需求分析和發(fā)動(dòng)機(jī)總體性能設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。這兩個(gè)部分內(nèi)容相比于本專業(yè)前期的課程來說屬于新知識(shí)，其中發(fā)動(dòng)機(jī)需求分析是從飛行器任務(wù)剖面的角度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力載荷、機(jī)翼載荷、起飛重量以及起飛推力進(jìn)行需求分析；根據(jù)上述發(fā)動(dòng)機(jī)需求分析，開展發(fā)動(dòng)機(jī)總體性能分析，通過參數(shù)循環(huán)分析、非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能分析以及安裝性能分析，最終獲得發(fā)動(dòng)機(jī)總體性能參數(shù)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)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(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)隊(duì)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(dòng)機(jī)整個(gè)設(shè)計(jì)過程，教學(xué)課時(shí)增加到56課時(shí)，教學(xué)內(nèi)容也增加了發(fā)動(dòng)機(jī)部件設(shè)計(jì)，包括進(jìn)排氣系統(tǒng)、葉輪機(jī)械和燃燒室設(shè)計(jì)，即根據(jù)上冊(cè)獲得的航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體設(shè)計(jì)參數(shù)，并基于各部件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則分別進(jìn)行進(jìn)排氣系統(tǒng)、葉輪機(jī)械和燃燒室的設(shè)計(jì)，并最終獲得一臺(tái)滿足飛行任務(wù)需求的航空發(fā)動(dòng)機(jī)。

本課程考核方法采用平時(shí)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(shí)作業(yè)包括個(gè)人作業(yè)和小組作業(yè)，小組大作業(yè)以完成一臺(tái)滿足某飛行器任務(wù)需求的發(fā)動(dòng)機(jī)總體設(shè)計(jì)為任務(wù)，要求期中考核完成發(fā)動(dòng)機(jī)的需求分析和總體性能設(shè)計(jì)，期末考核完成航空發(fā)動(dòng)機(jī)的部件設(shè)計(jì)，并最終組裝成一臺(tái)完整的發(fā)動(dòng)機(jī)，考核方式為現(xiàn)場(chǎng)答辯和提交電子報(bào)告，現(xiàn)場(chǎng)答辯評(píng)審組由三位老師組成。每個(gè)班分成若干小組，小組成員一般為6人左右。

2 教學(xué)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(xué)生認(rèn)為本課程學(xué)習(xí)難度較大，講授內(nèi)容過多，并希望增加實(shí)踐指導(dǎo)環(huán)節(jié)，減少理論講解課時(shí)。此外，原有的考核方式也存在一定弊端，如：小組成員團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)低，導(dǎo)致參與程度差別大，由于最終成績(jī)按照?qǐng)F(tuán)隊(duì)給定，無法體現(xiàn)每個(gè)人的貢獻(xiàn)程度，造成一定的不公平，從而打擊學(xué)生的積極性，并最終影響本課程的教學(xué)質(zhì)量。

基于上述學(xué)生反饋情況以及多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合飛行器動(dòng)力工程專業(yè)本科生培養(yǎng)計(jì)劃，課程組提出了一種新的教學(xué)模式。在總教學(xué)課時(shí)保持56課的時(shí)前提下，將課程分為必修和選修兩部分，其中上冊(cè)為必修，下冊(cè)為選修。上冊(cè)內(nèi)容對(duì)于本專業(yè)本科生來說屬于新知識(shí)，因此課時(shí)增加到40課時(shí)，其中課堂教學(xué)34課時(shí)，實(shí)踐教學(xué)6課時(shí)；下冊(cè)內(nèi)容需有一定的前期知識(shí)儲(chǔ)備，因此本科生在進(jìn)排氣系統(tǒng)、葉輪機(jī)械和燃燒室設(shè)計(jì)三個(gè)內(nèi)容中選擇一個(gè)部件學(xué)習(xí)，其中課堂教學(xué)11課時(shí)，實(shí)踐教學(xué)1課時(shí)。采用上述教學(xué)模式不僅增加了上冊(cè)的授課時(shí)長(zhǎng)，讓學(xué)生更容易掌握新知識(shí)，此外還增加了實(shí)踐教學(xué)課時(shí)，讓學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)新知識(shí)的同時(shí)進(jìn)行靈活的運(yùn)用。為了滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，本次教學(xué)改革還將保留1個(gè)班級(jí)采用階段二的教學(xué)模式，即上冊(cè)和下冊(cè)全部學(xué)習(xí)，本班級(jí)適合自學(xué)能力較強(qiáng)的學(xué)生，其他學(xué)生則根據(jù)自身的興趣愛好，在部件設(shè)計(jì)中選擇一個(gè)分為三部分，分別是發(fā)動(dòng)機(jī)需求分析、發(fā)動(dòng)機(jī)總體性能設(shè)計(jì)和發(fā)動(dòng)機(jī)部件設(shè)計(jì)。前期的課程建設(shè)過程主要分為兩部件進(jìn)行學(xué)習(xí)。

本次教學(xué)模式改革針對(duì)前期教學(xué)過程出現(xiàn)的問題，逐一解決。首先，針對(duì)教學(xué)內(nèi)容偏多的問題，采用了必修和選修的方式，縮減教學(xué)內(nèi)容，必修部分為新知識(shí)，增加教學(xué)課時(shí)有利于提高對(duì)新知識(shí)的掌握程度，選修部分已有前期航空葉片機(jī)原理和燃燒室原理等課程的基礎(chǔ)，因此可結(jié)合個(gè)人興趣對(duì)某一部件深入學(xué)習(xí)；其次，針對(duì)實(shí)踐指導(dǎo)環(huán)節(jié)課時(shí)不足的問題，在必修內(nèi)容的每一個(gè)章節(jié)后增加1個(gè)實(shí)踐課時(shí)來增加實(shí)踐指導(dǎo)，提升學(xué)生動(dòng)手的能力；最后，針對(duì)學(xué)生的興趣問題，在選修部分，學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好選擇一個(gè)部件進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，既減少了學(xué)習(xí)內(nèi)容，又提升了學(xué)習(xí)的深度。此外，本次教學(xué)改革還保留一個(gè)班級(jí)采用階段二的教學(xué)模式，即學(xué)生可以結(jié)合個(gè)人的學(xué)習(xí)能力以及愛好選擇學(xué)習(xí)部件設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容。采用兩種方式并存的教學(xué)模式，不僅有利于培養(yǎng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)總師級(jí)人才，而且又兼顧航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件設(shè)計(jì)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(jìn)行考核，課程開始后學(xué)生自由組隊(duì)，每個(gè)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(dòng)機(jī)總體參數(shù)，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)部件，最后組成一臺(tái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)。經(jīng)過課程組多年的教學(xué)實(shí)踐，并根據(jù)學(xué)生的反饋，對(duì)考核方式進(jìn)行改革。為了檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的運(yùn)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(gè)人的知識(shí)掌握程度，可以引入隨堂考試，對(duì)課堂講授的基本概念進(jìn)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(duì)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力進(jìn)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(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史，明確了目前我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)發(fā)展到自主研制，并成功研制軍用渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)(“昆侖”)和渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)（“太行”）。為了培養(yǎng)國家在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域需要的設(shè)計(jì)人才，南京航空航天大學(xué)于2011年將“航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體設(shè)計(jì)”課程作為專業(yè)必修課引入飛行器動(dòng)力工程專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃。在課程建設(shè)初期，采用國外英文教材并參考國外教學(xué)方法和考核方式，經(jīng)過7年的教學(xué)積累，形成了較為完善的教學(xué)資源和教學(xué)方法。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生的反饋情況，并結(jié)合國家的戰(zhàn)略需求進(jìn)行“航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體設(shè)計(jì)”課程改革，通過本次改革，減輕了學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，充分提升了學(xué)生的興趣，提高了實(shí)踐課時(shí)的比例，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，有利于進(jìn)一步提升本課程的教學(xué)質(zhì)量，從而為國家培養(yǎng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域自主設(shè)計(jì)人才，進(jìn)而提升我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)水平創(chuàng)造了條件。