浅谈《航空推进原理》课程教学改革与实践

杨亚晶，雷 蒋，薛 瑞，阳倦成

（西安交通大学航天学院空天工程系，陕西 西安 710049）

0 引言

航空发动机以化石燃料作为能源，将化学能转化为机械能、为飞行器提供动力，是飞机的心脏和动力之源，更是整个航空工业的动力之源。因其高度的技术难度和复杂性，被称为“工业皇冠上的明珠”和“工业之花”。

近年来，随着国家对航空工业的投入逐渐加大，航空工业蓬勃发展，与此同时，航科院、所、厂对高校航空动力相关专业的本科生培养也提出了更高的要求及期许。《航空推进原理》课程在航空类专业人才培养计划中占有非常重要的地位，很多院校都开设该门课程，各有侧重。作为我校飞行器动力工程、飞行器设计与工程本科生的专业核心课程，如何结合国家战略设定课程的特色和重点；如何优化升华内容，体现与时俱进；如何提高教学效率和效果，活跃课堂；如何避免照本宣科，引发学生深度思考等等，都是本门课需要重新梳理的问题。[1]

1 我国航空发动机行业的战略背景

我国航空发动机行业起步偏晚、道路曲折，目前先进型号依赖进口，特别是大涵道比涡轮风扇发动机的研制方面还存在诸多障碍和困难。2005年，国产第一型三代大推力军用涡扇发动机涡扇-10通过了定型审查，并在随后的使用中不断提高其可靠性和稳定性，直到最终趋于成熟，这一步在中国航空发动机产业的发展历史中意义巨大。目前涡扇-10及其改进型号可用于装备歼-10等中国当代主力三代战斗机，尽管如此，涡扇-10发动机晚于美国F110约30年，而用于四代战机的美国F-119发动机首装于1997年，我国相对应的发动机已落后至少20年以上。民用领域，我国尚无用于商业航线的大涵道比涡轮风扇发动机成熟型号，若假设中国航发商发正在研制的长江-1000A发动机于2025年～2030年之间研制成功，则至少落后于国际先进水平CFM国际公司的Leap发动机约15～20年。

基于此现状，国家在2017年启动了两机专项，在国家充足资源的保障下，我国航空发动机产业新型号的研发呈现出了多点开花的局面，基本形成“军民并举、完整覆盖”的态势，未来的5～10年内，我国航空发动机整个产业将迎来一个高速增长的黄金时期。这意味着我国已经开始走上了先进涡扇发动机的自主研制的快车道，面对当前的大好形势和攻关难点，笔者所担任的《航空推进原理》课程对于航空动力专业的本科生来说显得尤为重要，掌握先进航空推进原理意义深远。

2 课程内容及教学方法的改革与实践

未来航空发动机会不断向智能化、高速化、高效化、一体化、新质化方向发展，需要先进涡轮风扇发动机原理的支撑。而目前航空推进的相关教材多是航空燃气轮机发动机本身的工作原理和性能的概述，缺少发动机和飞机性能匹配的内容；另外，多是讲述发动机的设计性能，缺少发动机在使用中的性能变化和健康管理的内容；再者，多是以军机为主，对民用发动机关注不够。另外，该门课程理论知识点繁多，内容分散抽象，理论授课与实践环节脱节，严重阻碍了学生深入学习的动力和兴趣。课程将基于国家战略，从内容构架、教学方法及课程思政三方面进行改革与创新，课程的先修课程涉及流体力学、工程热力学、传热学、燃烧学、叶片机原理等，因此在课程内容设置上将弱化先修课程的铺垫内容，略去不必要的复习重申过程，重点放在对先进涡扇发动机的整体认知上，包括总的工作过程、部件的共同工作及整机特性，穿插讲授发动机的使用性能、飞发一体等概念。[2-3]基于此，笔者对《航空推进原理》课程教学有了如下改革举措：

2.1 基于国家发展大飞机战略目标，优化系统先进的教案和课件

教材及课件在落实学生培养方案的过程中尤为重要，需要选择适合本专业特色的、内容先进的、与先修课程衔接较好的教材作为课程载体，完成课程定位的把握。在课程改革的过程中，笔者参考了多本教材，根据我校飞行器动力工程专业的本科生培养方案及专业特色，最终遴选出了大飞机出版工程教材《航空燃气涡轮发动机工作原理及性能》一书。该教材极好地契合了国家在航空发动机方面的发展战略，以涡轮风扇发动机为主，梳理出了“总―分―总”的教学思路，使学生始终站在比较高的维度上，从课程一开始就树立学生的总体意识，紧扣飞发一体化特征，轻松掌握涡扇发动机的相关内容。

2.2 课程思政融合国家战略，实践观摩夯实理论知识

笔者根据不同章节的内容特点及知识重点，整理了相关的课程视频内容，让学生抽离枯燥的公式、参数、专业术语等，有效弥补了课程知识点分散、内容抽象等对学生的困扰，同时理论授课与实物展示同步进行，更好地理论联系实际，拉近学生与航空发动机这一复杂热力机械之间的距离。[4]通过视频，带领学生走进国际最先进的航空发动机研制中心，直观感受发动机部件的核心工作原理、整机装配过程、各种试验项目等，近距离感受工业之花之美，看到我国与国际先进航空工业的差距。同时课程思政稳步推进，通过讲授具体发动机型号的研制历程使学生了解国家对航空发动机行业的大力支持与最新发展动态，激励学生扎实掌握课程内容，增强学生作为新一代航发人的责任感与使命感。视频动画展示在不同的章节里各有侧重，与此同时，航空发动机的缩比模型也丰富了课上内容，与学生一起探讨部件装配和协同工作的奥秘，目前已呈现初步效果，师生互动得以增强，学生的学习兴趣得到极大提高，对课程内容的理解程度也得以加深。

同时，课程依托发动机虚拟仿真平台，针对小型大涵道比分排涡扇发动机DGEN380的工作过程开展课程实践内容，带领学生观摩发动机在不同的飞行状态及使用状态下各部件的热力学参数变化、循环过程、共同工作线及工作点的变化规律，结合课上理论知识的讲授，学生深刻掌握涡扇发动机各部件的共同工作特征及整体工作特性。遵从理论与实际相结合的思路，指导学生自行编制发动机实际工作模型，明确各个部件的工作过程，将性能计算结果与虚拟平台软试车结果进行比较分析，真正把课堂理论知识进行升维。[5]

2.3 讨论正反馈，实例深剖析

如果说教学内容是一门课程的躯体，那么，教学方法便是灵魂，老师的任务不是“灌满一桶水”，而是“点燃一把火”，对此，笔者深有体会。授课过程中，教师抛出相关章节问题，或给出发动机实际案例，鼓励学生由“问题导引”向“创新解决”方向深入，结合先修课程知识，学生课堂上进行计算分析完成正反馈，及时发现学生的理解痛点。在发动机案例的实际分析过程中，学生可探索实现发动机工作条件的边界捕捉，深刻领悟发动机作为一个有机整体的工作模式，理解“牵一发动全身”的部件之间的协调与制约。

3 结语

《航空推进原理》课程经过一年的课程实践与改革，总―分―总模块式的教学内容及实践案例的教学模式初见成效，初步践行了“品行养成、知识传授、能力培养、思维创新”四位一体的育人模式，在航空工业战略大背景下，培养具有历史使命感和社会责任心，富有创新精神和实践能力的优秀本科生，同时不断提高航空推进原理课程的专业核心价值。