航空發(fā)動機結構與強度課程設計思考

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一、航空發(fā)動機構造與強度課程設計的作用

對于飛行器動力工程的學生，航空發(fā)動機構造與強度的課程設計顯得尤為重要。課程設計的重要性主要體現在航空發(fā)動機構造和強度課程的特點。實踐性是航空發(fā)動機構造與強度課程最顯著的特點。本課程研究的是實際發(fā)動機的結構及其強度，從表面上看，內容簡單、易懂，理論性、系統性不強。但是要學生自己分析，則往往無從下手，特別是碰到實際的結構分析、結構設計更是束手無策。因此，通過課程設計這個教學環(huán)節(jié)，完成航空發(fā)動機某一結構的設計，起到加深對課堂教學內容的理解，實現理論向實踐的轉化，鞏固理論知識的重要作用。航空發(fā)動機構造與強度課程的第二個重要特點是多學科綜合的特點。實際的航空發(fā)動機結構是一個容納多學科的、相互滲透的、具體的統一體，一個發(fā)動機具體結構的誕生是多學科綜合的結果。即使一個簡單的葉片結構設計都涉及到氣體動力學、傳熱學、彈性力學、疲勞與斷裂力學、有限元分析方法等等。因此本課程的教材涉及的內容多，知識面廣，幾乎包括了所學過的所有課程?？傮w上看顯得內容繁雜，沒有系統性和規(guī)律性。這給學生的學習帶來了困難。而在完成課程設計的過程中，學生需要綜合運用《航空發(fā)動機構造》、《航空發(fā)動機強度計算》等專業(yè)課程以及《彈性力學》、《有限元分析方法》、《機械制圖》等專業(yè)基礎課程的知識，需要查閱國家標準、材料手冊等相關資料。因此，航空發(fā)動機構造與強度課程設計作為航空發(fā)動機構造與強度課程的后續(xù)教學環(huán)節(jié)，起到了提高學生綜合運用相關專業(yè)課程的能力、加深對航空發(fā)動機構造的與強度認識和理解的重要作用。綜上所述可知，課程設計作為大學實踐教學環(huán)節(jié)的組成部分，是實現理論與實踐相結合的重要環(huán)節(jié)。而航空發(fā)動機構造與強度課程設計，由于航空發(fā)動機構造與強度課程的實踐性和多學科性的特點，其課程設計對于提高學生的綜合運用學科的能力以及加深對課程的認識和理解尤為重要。

二、工科相關課程設計的研究進展

美國麻省理工學院提出了高等工科教育要“回歸工程實踐”的教育理念。在《中共中央國務院關于深化教育改革全面推進素質教育的決定》中，明確提出以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力為實施素質教育的重點。清華大學老教授容文盛指出課程設計作為大學某一課程的綜合性教學實踐環(huán)節(jié)，它不僅僅是理論教學的輔助環(huán)節(jié)，而是全面培養(yǎng)學生必不可少的組成部分。因此，如何更好地開展課程設計實現培養(yǎng)高素質人才的目標成為各大高校教師積極探索和思考的問題。西南交通大學的魯漢清教授提出要發(fā)揮課程設計的優(yōu)勢提高學生的綜合素質和能力，在課程設計中要注意處理好以下幾個關系：

（1）人文素質和工程素質的關系。工程素質是工科學生課程設計培養(yǎng)的主要目標，魯教授提出工程素質是與人文素質不可分割的，借助課程設計，樹立起學生老實做人、嚴謹治學的思想，為工程素質的培養(yǎng)打下良好的基礎。

（2）知識、能力與素質教育的關系。魯教授提出在課程設計的過程中可以通過以下兩個途徑促進學生的知識、能力與素質教育的協調發(fā)展：第一，設計題目的設置向產品設計的方向靠攏，讓學生接受真實產品設計的完整過程的訓練和熏陶。第二，計算機模擬和實物講解相結合，計算機模擬的最大優(yōu)點是可以進行設計結果的快速仿真分析，實物講解可以直觀地提供設計結果。課程設計可以充分利用這兩種方法的優(yōu)點，從中培養(yǎng)學生動手（計算機操作與實物組裝）能力。東南大學開設的“數字系統課程設計”作為東南大學開放式、因材施教培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維的成功范例其教學方式非常值得借鑒。首先通過具體案例講授相關知識、設計方法和項目實施管理的要求。隨后選題，要求學生自主構思設計項目，激發(fā)學生的自主創(chuàng)新意識，教師通過2周的時間與學生交流確定課題項目。在項目的實施階段，老師通過多種形式答疑。在項目完成后，學生撰寫項目設計總結包，針對課程設計項目實踐過程中如選題背景意義、項目設計規(guī)劃、核心問題分析、解決思路、理論計算仿真、得失分析展望等主要問題對課題進行總結。最終進行驗收答辯。整個過程，授課、研究、討論、設計和實踐緊密結合。除此以外，課程設計的綜合化和規(guī)范化也值得指導老師的注意。課程設計的目的是對學生進行階段性知識從理論向實際應用進行訓練，實現理論聯系實際、向實踐能力轉化的初步訓練，因此課程設計的內容應具有一定的綜合性。同時為了保證課程設計的教學效果，應當明確課程設計具體任務，制定明確的課程設計教學大綱。課程設計題目及內容的深度、廣度和難易度要適當，注重理論聯系實際。

三、航空發(fā)動機構造與強度課程設計教改思考

首先，教改重點之一改革設計內容，注重學生素質培養(yǎng)。現有的兩種課程設計內容各有弊端，以部件為對象開展課程設計不足之一在于：工作量較大，學生難以保質保量完成，導致最終敷衍了事；以零件為對象開展課程設計不足之一在于：課程任務量較小，任務相似，而且不利于學生加深對航空發(fā)動機構造的整體認識和綜合知識運用能力的提高。這兩種設計內容共同的不足之處在于學生發(fā)揮創(chuàng)造性的空間較小，不利于學生綜合素質的培養(yǎng)。擬采用分組的形式按部件給定課程設計任務。以航空發(fā)動機的轉子部件設計為目標，高、低壓氣機及高、低壓渦輪組件進行分組設計，按照小組的形式進行課程設計。對于給定的部件，要求分工明確，即任務分析、資料查閱、設計、分析、繪圖、答辯、設計資料整理等工作由項目小組長指定或抽簽確定，保證每個同學在項目的工作過程中從事不同的工作。其次，改革設計手段，加強計算機技術的應用。隨著計算機科學技術的迅猛發(fā)展，計算機CAD/CAM/CAE等工程設計軟件以及ANSYS、ABAQUS等有限元分析軟件已經成為航空發(fā)動機設計人員不可或缺的設計工具，Excel、MATLAB和origin等數據處理和圖表繪制軟件也成為工程時必須掌握的工具軟件。在課程設計中鼓勵學生運用各種工程軟件，使設計過程從二維的紙面躍入三維的空間，使學生更加深入理解設計的內涵，增強學生的設計想象力，有利于克服學生空間想象力不足和缺乏工程實踐經驗的不足，對于提高學生積極性，加深學生對實體結構的認識具有重要的作用。此外，在課程設計中提供計算機應用的實踐機會，使學生的計算機知識與專業(yè)知識相結合，有利于提高學生的綜合能力。第三個研究的重點在于編寫課程設計指導書。對于大多數的本科學生而言，初次面對工程性、實踐性較強的課程設計的題目，往往無從下手，因此制定課程設計指導書對于學生盡快進入設計狀態(tài)，提高課程設計教學效果具有很大的作用。同時在指導書中明確課程設計的總結報告格式與要求、課程設計評定方式，同學們可以根據課程設計指導書明確課程設計的目的和要求，以提高課程設計的規(guī)范性。

作者：徐穎 單位：南京航空航天大學