航空发动机适航验证技术课程建设研究

2021-07-19杨坤王伟

高教学刊 2021年17期

杨坤王伟

摘要：目前，我国面临航空发动机适航人才紧缺的现状，无法满足迅猛发展的航空工业需求。国内高校积极开展适航专业及适航课程建设。结合本校自身品牌专业——飞行器动力工程专业，引入适航方向，拓展并提升专业培养目标，在实践中探索专业建设的道路。文章首先探讨专业人才培养目标，然后对课程性质、教学内容建设、教学及考核方式建设进行分析，为航空发动机适航验证技术课程建设提供参考，为推进航空发动机适航课程建设提供支持。

关键词：适航;航空发动机;课程建设

中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：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、航空發动机适航需求背景

我国国产航空产品进入密集研发上升期，国产民用飞机和发动机项目持续推进。ARJ21项目2002年经过国务院批准立项，2010年按照适航条款成功开展第一项验证项目，2014年ARJ21-700飞机获得中国民航局型号合格证。2009年中国商飞公司正式发布首个单通道常规布局150座级中型客机，机型代号“COMAC919”，简称“C919”，2010年中国民用航空局正式受理C919中型客机型号合格证申请。2019年6架试飞飞机全部投入试飞取证工作。2017年大型客机发动机验证机（CJ-1000AX）首台整机在上海完成装配。2018年中国民用航空适航审定中心在中国航发商发召开CJ-1000A型号适航审定概念设计阶段项目协调会[1-12]。

随着国产航空产品的蓬勃发展，我国航空发动机适航人才短缺现象愈加明显，我国“十三五”专项规划明确指出，我国适航审定人员数量不足美国的六分之一，仅为巴西的二分之一。另外，随着国产航空产品的陆续投入使用，此类航空产品的持续适航将对我国民航维修模式带来转变，从以航线维护为重点，向深度维修和全寿命、全供应链维修转变，这将需要大量持续适航从业人员。

为适应我国民航产业发展的需求，中国民航大学改革飞行器动力工程专业培养模式，将航空发动机适航方向知识能力培养纳入到设计与适航方向的专业课程培养计划之中。

二、培养目标

高等教育的培养目标通常是根据培养目的来制定的，是高等教育目的的具体化，是高等学校所培养人才的基本素质在层次、类型、规格上的不同规定。另一方面，培养目的是行业发展需求所决定的。中国民航大学飞行器动力工程专业首要的培养目的就是培养我国民航发展所需要的高等人才，因此培养目标就是为我国民航培养适应国内外现代民航发展需求的应用型高级工程技术和管理人才。

中国民航大学飞行器动力工程专业以航空维修工程和航空运行监控为特色，立足民航，在飞行器动力工程专业基本课程的基础上，设置了大量与航空发动机使用、维护、运行密切相关的课程，形成了航空发动机运行安全为核心的优势学科专业群。飞行器动力工程专业培养目标是培养能够从事航空发动机运行监控、故障诊断、维护修理及工程管理等相关工作，适应国内外现代民航发展需求的应用型高级工程技术和管理人才。

近年来，国内外现代民航发展迅速，发动机适航理念逐步向纵深方向发展，特别是2020年全球新冠肺炎疫情对全球民航带来的重大影响下，发动机初始适航和持续适航更加凸显出为航空安全保驾护航的重要地位和作用。民用航空发动机研制单位对持续适航的审核和监管更加细致，大量深度维修权限集中到发动机原始研制厂家。近年来，美国对C919发动机供应商是否继续提供发动机设备的争论，使得我国迫切需要研发运行我国自主研发的航空发动机产品。为此，中国民航大学必须为我国民航培养国产发动机的适航人才。

结合我国民航发展需求，依托本校飞行器动力工程专业学科优势，引入设计与适航方向，增加航空发动机适航专业课程，将培养方向拓展到从发动机初始适航到持续适航整个生命周期过程，不仅要培养从事运行安全相关工作的应用型高级工程技术和管理人才，还要培养航空发动机适航领域高层次专门人才。

中国民航大学2020年飞行器动力工程专业培养计划中，已在原维修和监控两个方向基础上新增设计与适航方向，已将航空发动机适航验证技术作为一门专业核心课程增设其中。

三、课程性质

课程性质，是指课程本身所具有的与其他課程不同的特征，是由课程本身所教授的内容和形式所决定。航空发动机适航验证技术课程本身属于综合多个学科来实现某些关键适航条款验证的技术范畴，因此该课程更加适合作为专业课程来讲授。根据高等教育循序渐进的能力培养要求，学生需要逐步学习掌握数学、物理学、力学、材料学、控制科学、机械工程等方面的基本知识和技能的基础上，才能灵活运用相关学科的知识点和技能来学习掌握发动机适航验证技术，因此该课程更加适合高年级学生学习。

航空发动机适航验证技术应作为飞行器动力工程专业核心课程，在本科四年级开设，专门针对航空发动机适航验证技术的重点和难点设定。本课程的特性在于着重阐述航空发动机试验验证技术，并结合案例分析使学生掌握航空发动机试验验证的基本概念、要求和方法，正确理解适航要求在航空发动机试验验证中的应用。通过理论教学和实践教学的结合，使学生树立正确的适航理念，培养学生的适航素养和专业能力，为学生毕业后从事航空发动机适航方面的技术工作和管理工作奠定必要的专业理论基础。通过本课程的学习，使学生重点了解航空发动机适航要求、符合性验证试验的专业知识和基本方法，为今后从事发动机适航工作打下必要的专业理论基础。

四、教学内容建设

国内开设的发动机适航验证课程一般针对高校研究生或者是具有工作经验的工程师和适航审查员，面向本科生的适航课程较少。不同于国内现有课程或短期培训，面向本科生的课程内容应以循序渐进、深入浅出的方式阐述基本理论和一般技术方法，同时展现该领域的最新研究动态和成果。

本课程依据CCAR33部规章要求，学习和参考美国联邦航空局（FAA）和EASA（欧洲航空安全局）所颁布的咨询通告、政策、指南以及相关行业标准，结合我国已有的发动机相关教材和资料，形成课程框架，梳理和确定教学内容。适航规章是知识和经验的高度凝练，条款背后暗含着大量的专业知识和要求，如何将这些信息有效地传授给学生，使学生知其然，知其所以然，是适航课程教学面临的挑战。

试验技术不仅在航空发动机研制中起到重要作用，而且在发动机适航验证过程中也是一类重要内容[13-14]。因此，发动机适航验证课程将试验验证作为中心内容，围绕该中心内容安排前序课程内容和其他验证技术的扩展。教学内容紧密结合发动机适航人才需求，符合专业培养目标，能更好地发挥课程在培养学生发动机适航素养和基本理论知识方面的作用。航空发动机试验的分类标准多种多样，从航空发动机各组成部分的试验来分类，可分为部件试验和整机试验。部件试验主要有进气道试验、压气机试验、平面叶栅试验、燃烧室试验、涡轮试验、尾喷管试验、附件试验、以及零组件的强度、振动试验等。整机试验有整机地面试验、高空模拟试验、环境试验和飞行试验等。从试验项目角度划分，可分为耐久性、性能和稳定性试验、环境适应性试验和包容性试验等。所有的试验都应该按照试验的一般规律开展，至少包括试验类别、试验报告、试验技术。

进一步结合航空发动机试验验证的分类和特点，将发动机适航验证技术教学内容安排如表1所示。其中，发动机符合性验证中另一重要技术——系统安全性分析在发动机系统安全性设计与评估课程中详细讲述，并根据专业建设安排，其他符合性验证方法，包括程序类、设计类、计算和分析及相似性方法在本课程中不重点展开，只做一般性讲授。

根据专业培养目标及课程性质，结合上述分析，将教学内容划分为五部分。第一部分介绍适航的基本概念及涉及的符合性验证技术，让学生对适航基本知识和概念有宏观上的认知;第二部分对发动机基本概念和发动机设计过程进行讲授，从设计的角度展现基本指标的定义及其要求，让学生了解适航与发动机设计过程的关系及重要地位，进一步为适航要求的讲授提供铺垫;第三部分是对适航验证要求的一般性介绍，该部分摒弃照本宣科、填鸭式的适航条款逐条讲授方式，从教学内容安排上强调系统性和整体性，从宏观的角度阐述符合性验证的思路，我国与欧美发动机适航规章的异同，该部分高度凝练，目的是要学生掌握解读适航条款的方法，以及了解条款不同维度展现出的内涵;第四部分试验技术是本课程教学的重点，先对试验报告进行介绍，目的是让学生了解试验开展所遵循的一般规律和要求，明确试验目的、试验准备、试验设计、数据处理和分析的重要作用和一般方法，然后，整体上对试验进行分类，再结合适航条款要求、试验设施、试验条件、试验分析等方面，阐述不同类型试验的基本理论和技术，突出符合性验证评审要素和方法，目的是向学生展示如何将适航要求融入到发动机设计过程，以及如何依据适航要求开展具体的符合性验证并识别出可能的适航关注要点;最后，针对当前的试验新技术进行讨论，目的是拓展学生的视野，让学生了解行业发展动态和关注热点，激发学生不断进行科学探索的学习热情。第五部分针对其他验证方法给出一般性介绍。根据《航空器型号合格审定程序》（AP-21-AA-2011-03-R4）[15]，将符合性验证方法分为符合性声明、说明性文件、分析/计算、安全评估、试验室试验、地面试验、飞行试验、航空器检查、模拟器试验和设备合格性共10种。发动机的符合性验证也是依据上述程序来开展的。通常可归为五大类，包括程序类、设计类、分析类、相似性设计经验类和试验类。除了试验验证方法，其他验证方法也非常重要，需要学生学习和了解，因此在课程教学最后对这些方法进行介绍，使学生对整个发动机适航验证有全面的认识，了解不同符合性验证方法的特点和应用条件。

五、教学及考核方式建设

本课程内容丰富，与工程实践联系紧密，信息量大，教学课时相对较少。结合国内开展相关课程和培训经验，摒弃单纯讲授的教学形式，采用多元化教学方法相结合的形式。根据黄甫全教授提出的层次构成分类模式，教学方式可以分为三个层次[16]。第一层次为原理性教学方法，重点解决教学规律、教学思想、新教学理论观念与学校教学实践直接的联系问题，是教学意识在教学实践中方法化的结果，例如采用案例教学;第二层次为技术性教学方法，向上可以接受原理性教学方法的指导，向下可以与不同学科的教学内容相结合构成操作性教学方法，在教学方法体系中发挥着中介性作用，例如讲授法教学;第三层次为操作性教学方法，指学校不同学科教学中具有特殊性的具体方法，例如课程设计教学。针对发动机适航验证技术的综合知识技能复杂并且学时有限的问题，该课程教学综合使用三层次教学方法开展讲授。因此，根据课堂教学形式分类，按照教学内容安排，将该课程教学方式分为讲授、案例分析和课程设计三种形式。基本知识和重要概念的介绍沿用讲授的方式，让学生牢固掌握基本概念。与工程实践相关内容采用案例分析的方式，通过实际工程案例来阐述一般技术方法。选取某一工程问题提出需求，让学生应用所学知识进行课程设计，增强学生的参与感，提升学生的自主学习能力，激发学生的创新意识和独立思考能力。例如，在整机和主要零部件试验验证部分，安排2学时课程讲授，介绍适航试验基本要求和理论知识，之后让学生以小组为单位进行6学时课程设计。

为了进一步提高教学效果，使学生对课程知识能够正确的理解和掌握，课程采用过程性考核和期末考核相结合方式。具体考核標准为平时成绩占30%，课程设计成绩占30%，期末成绩占40%。目的是为了改革过去传统的教学和考核方式，以培养学生认识事物所需要的理解能力、分析能力、动手实践能力和初步科研能力为教学目标，重组实践教学内容，设置情境问题，给学生充分发挥的空间，让学生自己设计发动机适航验证方案，引导学生的综合设计思维和能力。

六、结束语

本文结合我国民航行业需求和中国民航大学飞行器动力工程专业建设需求，分析形成了航空发动机适航验证技术课程的培养目标和课程性质。针对发动机适航验证技术的特点，形成了该课程的教学内容和教学考核，为中国民航大学飞行器动力工程专业建设提供参考。

参考文献：

[1]中国商飞第22架ARJ21飞机交付[J].民用飞机设计与研究，2020（1）：2.

[2]C919大型客机106架机转场东营试飞[J].民用飞机设计与研究，

2020（1）：3.

[3]刘振敏.C919的探索与创新之路[J].大飞机，2019（12）：36-40.

[4]Anonymous. Comac ARJ21[J].Flight International，2019，196（5713）：37.

[5]刘振敏.从体制创新看中国航空发动机产业发展[J].大飞机，2019（11）：18-22.

[6]谭昕.C919研制进行时[J].大飞机，2019（11）：28-33.

[7]ARJ 21支线客机进军国际航线[J].空运商务，2019（11）：10.

[8]陈培儒.无动力，难远航——中国航空发动机产业发展回顾[J].大飞机，2019（10）：32-36.