“发动机系统安全性设计与评估”课程教学研究

王伟

[摘 要] 飞行器动力工程专业开设适航方向是适应我国民航强国发展需求的重要举措，为支持该专业建设，开展“发动机系统安全性设计与评估”课程的教学研究。针对“发动机系统安全性设计与评估”的综合性特点，分析了“发动机系统安全性设计与评估”课程的多学科支持关系，形成了课程教学内容及其教学方法，为飞行器动力工程专业适航方向的专业建设提供有益的探索。

[关键词] 教学研究;发动机;系统安全性

[基金项目] 2018年度中国民航大学教育教学改革与研究项目“‘发动机系统安全性设计与评估课程建设”（C2-03-03-150）

[作者简介] 王 伟（1977—），男，河南鄢陵人，博士，中国民航大学适航学院副教授，主要从事航空发动机适航研究。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）07-0137-04   [收稿日期] 2020-07-08

一、引言

为致力于航空发动机的自主研发，积极推动落实航空发动机重大项目，2016年中国航空发动机集团成立，伴随着航空发动机重大专项的进行，适航技术的发展成为目前最为关注的问题，同时也是国家民航竞争力的集中表现之一。综合对比国内与西方航空强国关于适航技术发展的现状与相关措施[1-4]，发现将适航思想与适航技术融入教育、培训、研制、维修过程中的做法可以提高相关从业人员的技术素质，同时从适航思想与适航技术的传播起点开始进行调研，发现美国针对适航技术的教育与培养已有80多年的历史，欧洲也有近20年的适航技术教育历史，通过对数据的解读同时发现适航技术的教育与培养是奠定国家航空地位的重要起源因素[5，6]。综合国内航空发动机发展背景与上述调研结果，结合我国適航领域的发展现状，开展航空器相关专业关于适航技术的教育活动是培养领域内综合性人才的必要措施。

在国内适航技术专业人才的需求背景下，很多高校开设了发动机适航方向及其适航研究机构，但由于长期以来，我国民用航空发动机市场主要是欧美国家的产品，发动机适航安全的相关教学与科研工作均相对滞后，就教学而言，目前仍存在学科内涵不清晰、教学内容不系统等突出问题。考虑到适航安全理念与适航技术的广泛性，同时飞行器动力工程专业的毕业生将来从事航空航天飞行器动力装置的设计、制造、运营、维修、管理等工作，必须树立牢固的适航安全理念，掌握发动机安全性设计与评估的基本理论和技术，其中发动机系统安全性设计与评估，不但是航空发动机研制的设计工具，也是满足《航空发动机适航规定》安全性条款的重要环节[7]。为有效提升适航安全观念教学效率、奠定良好的系统综合考虑思想，“发动机安全性设计与评估”课程教学的开展便成为实现这一培养目的的重要手段。

为介绍“发动机系统安全性分析与评估”课程的特点、内容、方法与意义，本文以“发动机系统安全性分析与评估”课程的学科内涵为起点，总结概括本课程具体特点，为后续教学内容奠定基础;在学科内涵分析基础上，以课程内容为关注点，详细阐述相关教学内容，做到内容诠释特点，特点指导内容教学;最后以教学方法与意义为落脚点，深入研究讨论具体方法的实际意义与可行性，促进飞行器动力工程专业发动机适航方向的专业建设。

二、课程学科内涵分析

“发动机系统安全性设计与评估”是系统工程、安全工程、航空推进系统、航空法学等多学科相结合而产生的一门专业课程。系统工程是运用各种组织管理技术，使系统的整体与局部之间的关系协调和相互配合，实现总体最优运行。安全工程是运用的种种安全技术和装备及其综合集成，以保障人们动态安全的方法、手段和设施。航空推进系统是一类实现能量转换的机械，通过工程热力学、结构动力学、空气动力学、传热学、燃烧学、控制学、材料与工艺等方向的极限追求，实现高的综合性能指标。航空法学是关于其基本原理和相关理论、航空运输及航空保险相关规则、航空刑法及航空组织法等。

“发动机系统安全性设计与评估”的学科内涵已通过上文给出基本的解释，航空推进系统与航空法学是“安全性设计”的理论基础，从其知识属性来看具有一定的规范性和统一性，根据上述特点，这部分的教学应结合最新航空法学（适航要求）与航空推进系统之间联系，以解读条款与说明推进系统设计为重点;系统工程与安全工程是“安全性评估”的理论依据，具有一定的复杂性和程序化特点，同时两者之间存在内容上的实质联系，根据上述特点在相关部分的教学中应以程序化评估过程的各部分知识为基础，树立综合全面考虑问题的思想。总结来讲，“发动机安全性设计与评估”是多学科交互，注重分析思想、考察安全性原则的课程，课程内容的展开应契合其课程特点。其相互关系如图1所示。

根据相关定义可知，“发动机安全性设计与评估”是以上述四门学科为发展基础，以发动机的安全性问题为研究对象，以系统分析、系统评价与预测、危险源辨识与控制、事故理论、风险评价、安全性设计等基本方法为理论基础，将航空器法律制度中的适航要求（最低安全性要求）转化为发动机的设计指标，综合考虑技术性能、可靠性、维修性，以建立和维持发动机安全性水平为目标的管理与技术相结合的课程。

三、课程教学内容研究

服务民航是飞行器动力工程专业适航方向的学生培养原则，该方向培养的人才主要是帮助政府适航部门制定航空发动机适航规定标准和开展适航审定活动、申请人开展型号适航符合性验证活动、运营维修单位开展持续适航活动。为保证该专业学科知识的系统性与综合性，依据上文中课程的具体特点，本课程必须包括发动机设计过程、发动机研制流程、航空发动机适航规定的安全性要求、危险源辨识、安全性分析方法、安全性评估流程、失效安全设计等内容，具体是将安全性设计相关的知识作为初级教学，相关的分析方法介绍与具体流程作为中级阶段内容，而后为了学科知识的专业性，必须重点讲授功能危害分析、故障模式及影响分析、共因分析、发动机危害等级分析等民航当局认可的安全性分析方法[8]，并结合航空发动机适航规定、适航要求讲授安全性设计方法的具体应用，作为高级阶段的教学内容。为保证知识的循序渐进，必须在讲授安全分析方法与评估流程前，讲授概率风险评估的基础知识，在讲授发动机适航规定和失效安全设计前讲授危险源辨识和发动机设计研制知识。根据“发动机系统安全性设计与评估”多学科交互、具体流程复杂的学科特点，本课程按照三个阶段展开内容，即分别为基础知识与基础理论、安全性分析方法与安全性分析流程、失效安全设计，为更直观介绍本课程内容体系，如图2所示依据学科特点安排课程主要内容。

四、综合运用多种教学方法

（一）注重民航强国梦的培养

梦想是学生努力学习的强大动力、激发兴趣的源泉。《新时代民航强国建设行动纲要》提出从2021年到2035年，实现从单一的航空运输强国向多领域的民航强国的跨越。到本世纪中叶，实现由多领域的民航强国向全方位的民航强国的跨越，全面建成保障有力、人民满意、竞争力强的民航强国[9]。在课堂上应该将科学性与思想性相结合，既要传授知识，又要进行励志兴趣教育。

在“发动机系统安全设计与评估”课程教学中，为了培养民航强国梦，增强学生的学习动力和兴趣，应当注重介绍我国航空发动机研制的艰辛历程和重要成就;注重我国航空发动机适航专业技术人才的需求;注重对我国飞机系统安全设计与评估的成功案例进行分析解读;注重鼓励学生进行自我创新，并以相关“发动机系统安全性设计与评估”课程设计为载体，进行兴趣培养。对于课程设计的相关介绍，应伴随着课程同步进行，以练为学才能更好地掌握知识，同时定期开展课程设计的汇报工作，在汇报中发现学生对于相关知识的掌握程度，方便下一阶段教学。同时在课堂教学中，适当讲解我国相关机型（新舟60、C919、ARJ21、涡轴16）的适航取证经验，以及研制长江系列发动机的安全性评估与适航审定过程，同时通过对比国内外适航领域发展现状、表现发展差异，激励学生为我国民航强国梦努力学习，为实现我国民航早日运营国产航空发动机而奋斗。

（二）努力开发第二课堂教学

课堂讲授与课下分析是高等教学随信息化发展而日益重要的教学方法，也叫第一课堂和第二课堂。对于学生基础不一致、课程内容知识综合特征明显的课程，应該充分利用第二课堂，让学生补充知识综合课程的基础概念，同时拓展知识综合课程的集成分析。

“发动机系统安全性设计与评估”课程主要教学任务之一是向学生传授安全性分析、评估、设计等领域理论知识在航空发动机设计中的灵活运用，从而满足适航标准的要求。这需要具备航空发动机研制流程和设计过程的基本知识，这方面的知识无论在广度和深度方面都不可能通过几次课堂讲授而完全获得。这就需要学生在领会课堂讲授发动机研制历程和设计过程基本思路和核心概念的基础上，借助老师提供的第二课堂建议（论文分享、公众号分享、最新动态分享），实现利用零散时间的知识点学习来填充发动机研制历程和设计过程的知识结构，为安全性分析评估方法在发动机设计中灵活应用提供基础。同时为提升第二课堂的教学与学习质量，安排学生进行相关知识与论文阅读的交流课，主要是将学生近期所学内容或学习心得进行汇总，增强学生的合作意识，同时也激励学生的竞争意识。

（三）利用科研强化教学效果

教育的本质是根据社会的需要培养人的社会活动，高等教育就体现在为社会培养高级的专门人才，这就需要把教学和科研紧密结合起来。高等教育培养对象是二十岁左右的青年，这就为利用科研强化教学效果提供了可能性[ 10 ]。目前，以科研强化教学已经成为提高高等教育教学质量的重要途径。

基于这种理念，在“发动机系统安全性设计与评估”课程教学过程中，授课教师必须同时开展相关领域的科学研究工作，及时掌握本领域的最新研究动态与学科前沿，同时可邀请有意向的同学进入研究团队，让学生在真正的科研实践中运用自己课堂所学知识。科研也可作为学生发现问题的平台，有利于培养学生对于安全性问题的敏感度，从而使其在未来的工作中受益。

目前关于航空发动机系统安全设计的研究主要包括适航标准的跟踪研究、发动机安全性设计技术、发动机失效安全新技术三个方面，在课堂授课过程中，不能脱离发动机设计而单纯讲解系统安全性评估方法，更不可能不考虑发动机适航要求讨论安全因素，必须深入具体设计功能及其方案背后的基本原理。因此，必须将适航标准的研究、发动机安全性设计技术和发动机失效安全技术方面的研究结合起来，分析适航标准中条款要求的意图、符合性方法、发展趋势，研究现有安全评估和设计方法对发动机适航标准符合性的逻辑关系，预测发动机安全设计中实效安全技术的可用性，这样才能将安全因素在航空发动机需求约束、设计分析、功能实现和产品集成等各阶段的作用解释得清晰明了。

五、结语

通过对“发动机系统安全性设计与评估”课程的学科内涵进行分析，明确了该课程的内容结构与学科特点，依据学科特点展开了对于课程内容的介绍与安排，并根据内容安排与培养目标讨论了教学方法在该课程教学中的预期效果，对飞行器动力工程专业适航方向的专业建设发挥了良好作用。

参考文献

[1]丁萌，陆中，芦吉云.航空器适航技术专业机载设备适航审定课程体系建设初探——以南京航空航天大学为例[J].工业和信息化教育，2020（5）：25-28，38.

[2]綦蕾，李红琳，陈智强.浅谈民用航空发动机适航技术新要求[J].航空动力，2020（1）：45-48.

[3]单晓明.民用航空发动机试验测试技术需求与应用探讨[J].测控技术，2019，38（7）：1-7.

[4]Bai， J.， Liu， S. & Wang， W. Progress in the airworthiness technology of civil aero-engine[J].CEAS Aeronaut，2020，11（7）：1-12.

[5]蔡景，徐一鸣.飞行器适航技术专业人才培养及运行模式研究[J].工业和信息化教育，2019（1）：29-32.

[6]陆中，孙有朝，吴海桥.“飞机安全性设计与分析”课程教学研究[J].江苏航空，2012（1）：41-42.

[7]交通运输部.航空发动机适航规定[Z].2016.

[8]肖女娥，阎芳，王鹏.基于安全论证的民机机载系统安全性评估[J].中国安全科学学报，2019，29（12）：72-77.

[9]李珺.高等教育中教學和科研的关系研究[D].中国地质大学（北京），2008.

[10]陈晓光.论高等教育的教学与科研两大职能[J].科技资讯，2007（4）：230-231.

Research on the Teaching of the Course of Engine System Safety Design and Evaluation

WANG Wei

（Airworthiness College， Civil Aviation University of China， Tianjin 300300， China）

Abstract： The establishment of airworthiness direction in aircraft power engineering major is an important measure to meet the development needs of Chinas civil aviation to become a great power. In order to support the construction of this major， the teaching research of the course of Engine System Safety Design and Evaluation is carried out. In view of the comprehensive characteristics of this course， this paper analyzes the multidisciplinary supporting relationships in the course， and reforms the course content and teaching methods. It is a beneficial exploration for the construction of airworthiness direction of aircraft power engineering major.

Key words： teaching research; engine; system safety