面向民航特色的“航空发动机安全性设计”课程建设

洪志亮，贾 惟，何文博

（中国民航大学 安全科学与工程学院，天津 300300）

一、“航空发动机安全性设计”课程背景

适航审定贯穿基础科学、技术科学和工程技术，是保障航空器整体系统和各部件安全可靠性及结构完整性的重要途径。航空发动机作为独立获得型号适航证的航空产品，其安全性优劣直接决定该型号能否取得投入商业运营前的放飞证。然而，当前美国联邦航空管理局（FAA）和欧洲航空安全局（EASA）占据了国际适航领域的绝对主导权，尽管我国在规章要求层面与国际标准基本一致，但缺少相应的工业实践和验证技术支撑，在国际市场上几乎没有话语权，这已成为制约我国航空发动机发展的“卡脖子”技术［1-2］，亟须突破。

众所周知，安全性指标的满足并不是靠局方审出来的，而是靠工业方设计出来的。航空发动机的安全性与适航性的技术本质是“一个硬币的两个表面”，即安全性直接的载体和对象是工业方，适航性是局方对安全性的确认［3］。因此，民用适航规章隐含的技术内涵是与我国航空发动机水平和技术特点相适应的安全性设计技术，安全性与适航性的关键问题在于如何从设计角度赋予安全性，二者相互融合、密不可分。然而，从当前中国民航大学安全科学与工程学院发动机方向研究生的课程设置上看，仍存在以下三个突出问题。

（一）跨专业研究生较多，专业基础知识薄弱

当前，中国民航大学安全科学与工程学院发动机方向研究生的生源质量不高，跨专业的学生较多。以2020年入学的研究生为例，发动机方向的13名新生中跨专业的学生超过半数。由于一些学生缺乏发动机方面的基础知识，尽管要求非航空类专业的新生补修2门专业课程，但对于这种需要大量专业课做基础的航空发动机专业而言，仅通过补修课程无法使学生形成系统性认知。因此，有针对性地加强发动机方向的专业课程建设对提升学生的知识水平具有重要意义。

（二）现有的发动机设计类课程与适航审定类课程内容相对独立

目前，安全科学与工程学院研究生发动机设计方面的专业课由航空工程学院教师主讲，内容多侧重航空器原理、结构等，与适航审定技术的关联性不强［4-7］；而适航规章类课程往往仅注重对规章条款的解读，较少涉及工程设计技术方面的内容，容易使学生在对规章条款和验证技术的理解上产生脱节，这一点从在工业方适航审定部门从事适航工作的毕业生给予的反馈中得到了证实。所以，缺乏对航空发动机的系统性认识，特别是从设计角度理解适航，是当前安全科学与工程学院发动机方向的毕业生普遍存在的问题。

（三）缺乏系统性关联发动机安全性设计与适航审定的合适教材或讲义

教材是学科建设的载体。目前，我国的适航类专业教材种类偏少，且多数教材仅以适航条款解读、适航管理等内容为主，容易使学生在学习过程中无法将条款与航空器的设计流程相关联，这也就导致了前文提到的工业方适航工程部门与试验验证部门对接不畅的问题。因此，要解决此问题还要从教材建设和教学方法改革入手。

基于上述分析，笔者提出建设“航空发动机安全性设计”课程。在教学内容上，从安全性设计出发，结合规章条款内容，让学生理解发动机的设计与条款内涵之间的关联，特别是适航对航空器的设计约束，帮助学生在熟悉航空器总体和子系统设计理论与方法的同时，理解通过设计“赋能”航空器适航性的技术内涵，以提高研究生的专业知识水平，有助于学生系统性地理解发动机安全与适航性，为今后从事相关的科研工作奠定基础。

二、“航空发动机安全性设计”课程的主要特色

“航空发动机安全性设计”课程明显有别于传统航空发动机专业所讲授的发动机设计、原理和构造等课程，其特色主要体现在以下几点。

（一）教学内容

着重突出专业特色，从适航规章出发，结合航空器设计流程，介绍总体和部件设计的理论及方法，使学生全方位了解适航规章背后的技术内涵，并由此推导出为了保证发动机的安全性，通过设计赋予其适航性的方法，从而培养学生从设计的角度分析和理解航空器适航要求的能力。

（二）教学资料

鉴于当前国内发动机专业相关教材侧重原理、构造和总体性能，缺乏安全性相关内容，在课程建设中，对比总结国内外典型教材的优缺点，深入梳理知识脉络，博众家之长，自主开发了与课程目标、教学内容、学生水平相契合的讲义，既突出了适航特色，又兼顾了发动机设计的基本理论、方法，同时结合学科发展趋势、课堂教学效果、课程考核结果和学生反馈情况等持续完善教学资料。

（三）教学手段与考核方法

在课程教学环节中，适当突破教师讲授的传统授课方式，强化学生的主观能动性，利用小组讨论、案例分析等形式培养学生对适航规章的理解和运用能力，同时培养学生的协调沟通和表达能力，以更好地做到教材建设和教学方法的融合与配套，最大限度地发挥教材的载体作用。在课程考核方面，弱化考试，通过平时作业、课程设计、开放性问题研究、案例解析等方式，加大对学生分析问题和解决问题能力的考核。

三、“航空发动机安全性设计”课程与同类课程相比所处的水平

目前，国内开设航空器适航专业的院校主要有北京航空航天大学、西北工业大学、南京航空航天大学等，专业课程对比如表1所示。可以看出，目前国内相关高校的适航专业均开设了发动机方向的专业课程，但从课程内容来看，现有课程多侧重传统飞行器动力工程专业的发动机原理、构造、测试、设计与维修等，缺乏从发动机安全性要求出发讲授设计方法与原理方面的课程。

表1 国内行业高校航空器适航专业的发动机相关课程

“航空发动机安全性设计”课程的教学内容融合了适航审定和发动机设计要素，通过“规章内容与符合性方法—失效模式—保证安全的设计方法”这条主线将课程内容进行有效串联，避免知识点之间相脱节。从横向对比来看，目前国内的行业高校中尚无相同课程。在课程讲授和考核环节中，课程组注重培养学生的启发性思维和课后主动学习的能力，尽可能让学生做到知其所以然，这样不仅有利于达成课程教学目标，也有利于培养学生的科研能力。

四、课程建设完成情况

（一）教学队伍建设情况

目前，本课程教学团队包括3名专业教师，年龄均介于30～40岁，这几名教师教学经验相对丰富、年富力强，通过团队合作顺利完成课程开发过程中的讲义编写、课件开发等富有挑战性的工作。与此同时，教学团队不定期向校内外的行业知名教师或专家请教教学经验，通过参加学会会议和教学研讨的方式，进一步拓宽了专业知识覆盖面。另外，教学团队吸纳了2名发动机方向的新入职年轻教师作为后备师资，注重教学能力的培养和经验传承，努力打造一支年龄层次合理、专业知识和教学能力突出的教学团队。

（二）教学内容改革情况

当前，国内高校针对航空发动机适航专业学生所开设的专业课程仍以传统的飞行器动力工程专业课程为主，如发动机设计与修理、发动机状态监控、发动机适航验证、发动机试验和测试技术、发动机性能分析等，教学内容或侧重发动机本身，或仅围绕规章条款展开，知识点的脱节不利于学生系统而全面地掌握发动机适航及其背后的安全性设计方法。针对这一现状，“航空发动机安全性设计”课程进行改革尝试。“航空发动机安全性设计”教学内容源自适航规章，但又不停留于规章表面，通过挖掘其背后的技术原理，将适航和发动机设计有机融合，形成脉络化的知识网。同时，结合我国航空发动机工业方和局方的实践案例进行讲解，融入课程思政内容，培养学生的大国情怀和工匠精神，提升其民族自豪感和使命感。“航空发动机安全性设计”课程内容见表2。

表2 “航空发动机安全性设计”课程内容

（三）教学条件保障情况

考虑到“航空发动机安全性设计”教学内容以理论知识为主，教学手段则为课堂教授结合多媒体教学，充分利用良好的多媒体教室和互联网资源，便于演示教学视频和动画等素材，丰富教学手段，提升学生的学习兴趣。随着中国民航大学发动机适航审定技术实验室、发动机适航教学实验室等硬件平台的陆续建成，后续将在课程中适当增加教学实验或演示实验环节，更有利于培养学生理论联系实际的能力，进一步提升教学效果。

（四）教学方法改革情况

考虑到发动机安全性与适航涉及的专业知识面非常宽泛，包括系统安全性与可靠性分析、总体性能、总体结构、试验测试、适航审定技术等，为了提升讲授能力，借助院聘创新团队的优势，将5名专业互补的教师纳入“航空发动机安全性设计”课程教学团队。5名教师通过团队合作的方式负责其专业领域内的课程模块，编制讲义和教学课件，加入视频、动画等多媒体元素，再通过团队研讨确定讲授方式，保证教学效果，从而有效避免了单个教师专业知识面无法覆盖全部课程内容的难题。另外，为了提高学生的课堂参与程度，在教学过程中融入了小组讨论、分组完成课程设计、结课答辩等方式，让学生变被动接受为主动获取知识，全面提升学生对知识的深入理解和灵活运用能力，锻炼其自主学习和语言表达能力。

（五）教学效果反馈情况

“航空发动机安全性设计”课程已列入安全科学与工程学院发动机适航方向研究生的专业选修课程，并于2019年秋季学期开始，连续设置每学年36学时的课程，选课学生来自原适航学院、安全科学与工程学院、航空工程学院，选课人数呈现上升趋势。“航空发动机安全性设计”课程通过结课作业结合答辩论述的方式检验教学效果，要求学生通过查阅相关的规章、文献和设计资料，详细分析一种典型的民用航空发动机故障案例，内容需涵盖故障描述、故障机理、针对性设计、改进方法和与之相对应的航空器适航规章的完善情况，要有自主思考和分析。来自商飞、商发等单位的本专业毕业生的反馈也很好地验证了“航空发动机安全性设计”课程对提升学生专业素养的作用，课程能够较好地支撑学生在5年内形成从事航空发动机适航审定和安全性设计方面工作的专业能力。从连续两年的考核结果来看，学生考核成绩的良好率均在90%以上，分数较低学生的突出问题在于多侧重现象描述，缺乏对背后技术的自主分析。针对部分学生对“航空发动机安全性设计”课程的核心内涵理解不到位的问题，后续在课程讲授过程中，将进一步以“安全性问题—故障机理—设计方法—条款验证”为主线强化对教学内容的系统性梳理，并进一步补充讲义素材，争取早日出版专业化教材，打造精品课程。

结语

“航空发动机安全性设计”课程形成了一支专业知识面宽、年富力强的教学团队，深入对比分析了当前国内行业高校在航空发动机适航审定方向的课程开设情况，结合中国民航大学适航审定专业研究生的生源特点和教学实际，梳理了其中存在的问题，并有针对性地提出了解决方案，创新性地完成了“航空发动机安全性设计”课程开发，并自主编制了课程讲义。教学实践结果表明，所用的教学方法较为得当，教学目标基本得以达成。从发动机设计和适航审定相关用人单位的毕业生反馈来看，课程的教学内容能够较好地帮助学生尽快融入工作环境、提升其业务能力。后续，本课程教学团队将继续结合教学效果反馈补充完善教学讲义，进一步提升师资队伍的教学能力，以早日将其打造成精品课为具体目标。