高超聲速風(fēng)洞虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

榮 臻

（浙江大學(xué)航空航天學(xué)院，杭州 310027）

0 引 言

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》指出：“信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命行動(dòng)影響，必須予以高度重視”［1］。通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建，不但可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程、修改實(shí)驗(yàn)參數(shù)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)配置等實(shí)物實(shí)驗(yàn)中不宜開放的高危險(xiǎn)、高成本性實(shí)驗(yàn)功能，還可以通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，使學(xué)生在“虛”中了解并掌握復(fù)雜大系統(tǒng)的工作原理與測(cè)試方法，在“實(shí)”中親自動(dòng)手調(diào)試這一系統(tǒng)的部分功能單元，促進(jìn)知識(shí)的轉(zhuǎn)化與拓展，加深對(duì)高超聲速風(fēng)洞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理的理解，進(jìn)而有效地培養(yǎng)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、實(shí)驗(yàn)分析能力、獨(dú)立創(chuàng)新能力和“研學(xué)一體化”技能［2-8］。

依據(jù)教育部出臺(tái)的關(guān)于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的相關(guān)文件精神，通過(guò)開發(fā)高超聲速風(fēng)洞虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，結(jié)合實(shí)驗(yàn)空氣動(dòng)力學(xué)課程教學(xué)，讓學(xué)生充分掌握高超聲速空氣動(dòng)力學(xué)基本知識(shí)及原理，認(rèn)識(shí)高超聲速空氣動(dòng)力學(xué)常用的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)計(jì)原理及工作流程，了解高超聲速典型氣動(dòng)外形氣動(dòng)力及流場(chǎng)隨飛行高度、馬赫數(shù)、模型姿態(tài)角的演化特性，推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目、拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容廣度和深度、延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和空間、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平的重要舉措。

本項(xiàng)目將采用“理虛實(shí)一體化”教學(xué)法，在虛擬仿真軟件的“教、練、考”功能中完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。組織課堂理論教學(xué)，學(xué)習(xí)高超聲速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)址鏈接直接啟動(dòng)超聲速風(fēng)洞虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)虛擬仿真“教”的功能，使學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)過(guò)程和內(nèi)容；通過(guò)虛擬仿真“練”的功能，學(xué)生可進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)與自主探索；通過(guò)虛擬仿真“考”的功能，完成對(duì)高超聲速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的知識(shí)考核，最終完成虛擬仿真實(shí)訓(xùn)。在有條件的情況下學(xué)校另外組織開展高超聲速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)實(shí)物實(shí)訓(xùn)，并將實(shí)物實(shí)訓(xùn)照片、報(bào)告等資料作為實(shí)訓(xùn)內(nèi)容和對(duì)實(shí)驗(yàn)掌握程度的判斷之一。

1 高超聲速風(fēng)洞虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的意義

（1）強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力，建立了以解決工程問(wèn)題為核心的創(chuàng)新人才培養(yǎng)新模式。高超聲速風(fēng)洞虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目以培養(yǎng)基礎(chǔ)理論，扎實(shí)、動(dòng)手能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力突出的高素質(zhì)專業(yè)型人才為根本，以適應(yīng)國(guó)家航空航天總體設(shè)計(jì)、氣動(dòng)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域人才需求為目標(biāo)，以遵循學(xué)科發(fā)展規(guī)律為宗旨，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和管理模式的改革。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程改變了傳統(tǒng)的“一門課程、一門實(shí)驗(yàn)、一人管理”的非系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)方式，建立了新型的“基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)-綜合性實(shí)驗(yàn)-研究性實(shí)驗(yàn)-創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)”的多層次化、多模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，形成了適應(yīng)學(xué)科特點(diǎn)及航空航天專業(yè)特點(diǎn)的系統(tǒng)、科學(xué)、完整的課程體系，還可將最先進(jìn)最前沿的科學(xué)技術(shù)進(jìn)展情況和企事業(yè)科技發(fā)展需求分析引入教學(xué)，提高了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和實(shí)踐創(chuàng)新的積極性。

（2）以高超聲速空氣動(dòng)力學(xué)為教學(xué)內(nèi)容，充分利用學(xué)院科研資源，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)空氣動(dòng)力學(xué)是飛行器設(shè)計(jì)專業(yè)課程培養(yǎng)方案中少數(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程之一，受限于學(xué)分和課時(shí)，具備開設(shè)能力的16個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，每個(gè)學(xué)期只能實(shí)際進(jìn)行3～4個(gè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其余實(shí)驗(yàn)對(duì)于該屆學(xué)生只能遺憾錯(cuò)過(guò)。如果建成高超聲速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)虛擬仿真教學(xué)項(xiàng)目，上述現(xiàn)象將不會(huì)繼續(xù)出現(xiàn)，可有效地提高空氣動(dòng)力學(xué)、飛行器總體設(shè)計(jì)、飛行器飛行動(dòng)力學(xué)等課程理論教學(xué)實(shí)踐水平，讓學(xué)生真正實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際，對(duì)飛行器相關(guān)氣動(dòng)原理、特性及流場(chǎng)環(huán)境產(chǎn)生深刻認(rèn)識(shí)；同時(shí)也能讓力學(xué)、機(jī)械工程等相關(guān)學(xué)科學(xué)生擴(kuò)大學(xué)術(shù)視野，培養(yǎng)投身航空航天事業(yè)的興趣。空氣動(dòng)力學(xué)作為飛行器設(shè)計(jì)專業(yè)的骨干課程，其研究手段主要有理論分析、數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試3種；該虛擬仿真項(xiàng)目的建設(shè)將大大促進(jìn)3種研究手段的融合和相互驗(yàn)證，同時(shí)緊密結(jié)合相關(guān)學(xué)院教授研究團(tuán)隊(duì)研究方向及成果，可為航空宇航學(xué)科長(zhǎng)足發(fā)展尤其是空氣動(dòng)力學(xué)專業(yè)的發(fā)展起到重要的支撐作用。

（3）注重學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，立足實(shí)踐教學(xué)研究，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程終端實(shí)驗(yàn)教學(xué)，顯著提升教學(xué)效果。通過(guò)開放性實(shí)驗(yàn)和多媒體遠(yuǎn)程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)，可促進(jìn)學(xué)生對(duì)課堂理論知識(shí)的理解；降低學(xué)生在真實(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中操作誤差的風(fēng)險(xiǎn)；避免昂貴設(shè)備裝置由于操作失誤而發(fā)生的故障；彌補(bǔ)設(shè)備昂貴以至于學(xué)生無(wú)法全部參與操作的缺陷；解決多校區(qū)運(yùn)行學(xué)生實(shí)驗(yàn)難以開展的困局，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)更具主動(dòng)性、創(chuàng)新性、系統(tǒng)性和高效性［9］。

本項(xiàng)目擬設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)高超聲速風(fēng)洞虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，開發(fā)風(fēng)洞原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、風(fēng)洞及相關(guān)實(shí)驗(yàn)測(cè)量?jī)x器的操作流程以及高超聲速風(fēng)洞氣動(dòng)及流場(chǎng)環(huán)境虛擬仿真實(shí)驗(yàn)3個(gè)模塊內(nèi)容，探索實(shí)驗(yàn)空氣動(dòng)力學(xué)教學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)新途徑，以解決實(shí)際問(wèn)題為導(dǎo)向，結(jié)合理論所學(xué)知識(shí)，開展高超聲速氣動(dòng)及流場(chǎng)環(huán)境測(cè)量實(shí)驗(yàn)，努力培養(yǎng)符合時(shí)代需求的，實(shí)踐能力強(qiáng)和獨(dú)立創(chuàng)新思維的復(fù)合型人才。

2 高超聲速風(fēng)洞虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

首先項(xiàng)目基于.NET技術(shù)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建軟件框架體系結(jié)構(gòu)。.NET有簡(jiǎn)易性、安全性、可管理性等優(yōu)點(diǎn)，又能夠利用Microsoft Visual Studio.Net等多種工具進(jìn)行開發(fā)，使得.NET非常適合作為網(wǎng)絡(luò)課程開發(fā)的支撐技術(shù)。利用.NET技術(shù)進(jìn)行Web窗體框架的構(gòu)建，在Web服務(wù)器上運(yùn)行以動(dòng)態(tài)生成和管理Web窗體頁(yè)［10-11］。在框架的搭建過(guò)程中，基于C＃語(yǔ)言進(jìn)行內(nèi)容編寫，可靈活進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容調(diào)整和替換，開發(fā)出更為生動(dòng)、形象的網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容。基于.NET技術(shù)，利用數(shù)值模擬的結(jié)果文件，同時(shí)加入真實(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果作比較，完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開發(fā)。操作界面內(nèi)能夠選擇壓力、速度、流線3種流場(chǎng)的數(shù)值模擬動(dòng)態(tài)顯示結(jié)果，進(jìn)而觀察流動(dòng)的整個(gè)過(guò)程。觀察過(guò)程中，可以靈活調(diào)整動(dòng)態(tài)顯示速度，有助于對(duì)于流場(chǎng)細(xì)節(jié)的理解。另外，由于整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目是基于.NET技術(shù)搭建而成的，因此可以通過(guò)局域網(wǎng)連接的方式搭建服務(wù)器，使得局域網(wǎng)內(nèi)其他電腦能夠隨時(shí)訪問(wèn)，方便課程教學(xué)過(guò)程中的實(shí)施。圖1所示為高超聲速風(fēng)洞虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目框架圖，圖2所示為項(xiàng)目首頁(yè)。

2.1 高超聲速風(fēng)洞原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高超聲速風(fēng)洞總體布局和超聲速風(fēng)洞有很多相似之處，由機(jī)械壓縮（或激波及活塞壓縮）的氣體儲(chǔ)存在高壓容器內(nèi)，經(jīng)氣流壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)進(jìn)入風(fēng)洞的加熱器，上升到一定溫度再進(jìn)入風(fēng)洞前室。在前室（或穩(wěn)定段）中氣體經(jīng)整流，在收縮段加速，在噴管喉道處達(dá)到聲速，后經(jīng)擴(kuò)散段，氣流被加速到高超聲速，經(jīng)噴管加速的高超聲速氣流進(jìn)入試驗(yàn)段，并在試驗(yàn)段中完成氣動(dòng)特性試驗(yàn)。由于試驗(yàn)后的氣流速度仍然很高（即靜壓很低），不能直接排入大氣，需要引射系統(tǒng)或真空系統(tǒng)幫助才能排入大氣。通常在引射系統(tǒng)或真空系統(tǒng)前面設(shè)置超聲速擴(kuò)壓段，把高超聲速試驗(yàn)氣流經(jīng)斜激波、正激波壓縮后提高試驗(yàn)后的氣流壓力，再經(jīng)引射系統(tǒng)或真空系統(tǒng)排出風(fēng)洞外。進(jìn)入高超聲速風(fēng)洞原理模塊后，點(diǎn)擊簡(jiǎn)介按鈕，了解高超聲速風(fēng)洞、激波風(fēng)洞、電弧風(fēng)洞、高超聲速低密度風(fēng)洞、彈道靶5種風(fēng)洞類型等相關(guān)信息［12］。圖3所示為高超聲速風(fēng)洞原理模塊頁(yè)。

2.2 常規(guī)高超聲速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)操作仿真

本模塊主要了解常規(guī)高超聲速風(fēng)洞實(shí)際操作流程，掌握操作流程中關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置，熟悉安全規(guī)程。圖4所示為常規(guī)高超聲速風(fēng)洞結(jié)構(gòu)組成簡(jiǎn)圖。點(diǎn)擊“高超聲速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)”菜單，進(jìn)入操作流程界面；依次點(diǎn)擊開啟控制臺(tái)電源—空壓機(jī)—真空泵—模型安裝—加熱器—高超聲速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)—實(shí)驗(yàn)結(jié)束—數(shù)據(jù)處理。如圖5所示。

2.2.1 啟動(dòng)階段

（1）檢查分系統(tǒng)狀態(tài)。分系統(tǒng)主要有氣源系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)段、真空系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)等，在實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)前檢查各分系統(tǒng)、各設(shè)備部件是否有明顯的損壞或不能正常工作。

（2）合上電源總開關(guān)，打開冷卻水和增壓泵開關(guān)，冷卻水開始循環(huán)工作，保證其他系統(tǒng)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）打開控制臺(tái)總電源，按下高超風(fēng)洞電源按鈕，控制臺(tái)表顯區(qū)左側(cè)顯示試驗(yàn)系統(tǒng)中各處壓力及溫度感應(yīng)器監(jiān)控示數(shù)，如圖6所示。

（4）打開控制臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)電源，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的探頭實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（5）啟動(dòng)壓縮機(jī)。首先檢查壓縮機(jī)設(shè)置參數(shù)是否正常，如壓力輸出參數(shù)；查看壓力儲(chǔ)罐壓力表顯示讀數(shù)；確認(rèn)壓縮機(jī)到儲(chǔ)氣罐的截止閥打開，儲(chǔ)氣罐的出口截止閥關(guān)閉。壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)觀察是否正常，有無(wú)異常聲音，同時(shí)實(shí)時(shí)觀測(cè)控制臺(tái)氣源壓力變化情況。氣源壓力最大可達(dá)21 MPa，一般來(lái)說(shuō)儲(chǔ)氣罐壓力到15 MPa左右，即可進(jìn)行試驗(yàn)。同時(shí)關(guān)閉壓縮機(jī)運(yùn)行，觀察氣路各閥門是否有泄漏現(xiàn)象，如圖7所示。

（6）啟動(dòng)真空抽吸機(jī)組。一般真空抽吸機(jī)組置于自動(dòng)運(yùn)行檔位，只需按啟動(dòng)按鈕即可。啟動(dòng)前確認(rèn)冷卻水管是否暢通；檢查各泵潤(rùn)滑油是否在標(biāo)準(zhǔn)油位線上，如不足應(yīng)及時(shí)加油；手動(dòng)蝶閥應(yīng)逐漸打開；確認(rèn)實(shí)驗(yàn)艙下游的真空閘板閥和旁路閥已關(guān)閉；同時(shí)觀察運(yùn)行是否正常，有無(wú)異常響動(dòng)；實(shí)時(shí)監(jiān)控真空球罐真空度變化情況，如圖8所示。

2.2.2 運(yùn)行階段

（1）打開實(shí)驗(yàn)艙艙門，進(jìn)行模型安裝、調(diào)整、接線等測(cè)量準(zhǔn)備；同時(shí)更換好噴管，并安裝就位；如需紋影等光學(xué)測(cè)量，則同時(shí)進(jìn)行光路調(diào)節(jié)及準(zhǔn)備。完成后，關(guān)好艙門，確認(rèn)密封無(wú)泄漏，如圖9所示。

（2）啟動(dòng)加熱器按鈕。啟動(dòng)前確認(rèn)冷卻水開關(guān)打開。加熱器最高使用溫度是500 K，功率約為10 kW。加熱器加熱過(guò)程中身體不要觸碰加熱器殼體或外圍部件，以免燙傷。同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控加熱器溫度變化情況，加熱器的加熱溫度一般要比試驗(yàn)總溫高50 K。加熱到所需溫度后，關(guān)閉加熱電源，等待10 min即可運(yùn)行風(fēng)洞，如圖10所示。

（3）真空抽吸系統(tǒng)已到相應(yīng)真空度，一般為200 Pa左右即可，關(guān)閉真空系統(tǒng)手動(dòng)蝶閥，打開實(shí)驗(yàn)艙下游真空閘板閥旁邊的旁路閥1，待兩邊壓力平衡后，再全開閘板閥。此時(shí)如真空度下降明顯，還可以抽吸5 min左右。如此時(shí)需調(diào)整模型而打開實(shí)驗(yàn)艙，可關(guān)閉閘板閥和旁路閥1后打開旁路閥2使實(shí)驗(yàn)艙恢復(fù)常壓，待調(diào)整結(jié)束后按步驟2重新操作。

（4）調(diào)節(jié)進(jìn)氣壓力。打開室內(nèi)外截止閥J1/J2，調(diào)節(jié)減壓閥上游的旁路小減壓閥，調(diào)節(jié)壓力至0.6 MPa左右，該控制氣路用于控制快速閥動(dòng)作，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)所需總壓調(diào)節(jié)大減壓閥壓力。

（5）正式開始試驗(yàn)，可通過(guò)控制柜按鈕或電腦軟件操作進(jìn)行，一般使用工控機(jī)控制界面來(lái)運(yùn)行風(fēng)洞，操作界面如圖11所示。同時(shí)界面中還可實(shí)時(shí)觀測(cè)各監(jiān)控參數(shù)變化情況。操作時(shí)先打開旁路閥K3使加熱器腔內(nèi)壓力緩慢升高，一定時(shí)間后打開加熱器上游快速閥K1，使加熱器腔內(nèi)壓力快速升至來(lái)流壓力，然后打開加熱器下游快速閥K2，試驗(yàn)開始。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)設(shè)定工作時(shí)間后關(guān)閉加熱器上游快速閥K1和旁路閥K3，稍后關(guān)加熱器下游快速閥K2。工控機(jī)自動(dòng)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（6）開展總溫高于500 K的實(shí)驗(yàn)時(shí)，待實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)繼續(xù)運(yùn)行風(fēng)洞1～2次，以快速降低加熱器內(nèi)溫度。

2.2.3 關(guān)閉階段

（1）關(guān)閉實(shí)驗(yàn)艙下游閘板閥和手動(dòng)閥，打開艙門，調(diào)整模型或更換噴管等操作。

（2）進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，同時(shí)開壓縮機(jī)、真空抽吸系統(tǒng)和加熱器，準(zhǔn)備下一次試驗(yàn)。

（3）整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程結(jié)束應(yīng)先關(guān)閉氣源閥門，關(guān)閉減壓閥上游的旁路小減壓閥及大減壓閥，關(guān)閉儲(chǔ)氣罐下游截止閥，打開儲(chǔ)氣罐下游排氣閥放盡剩余氣體。

（4）加熱器自然冷卻至200℃（即475 K）方可關(guān)閉冷卻水系統(tǒng)。

（5）關(guān)閉試驗(yàn)工控機(jī)及控制臺(tái)總電源，最后關(guān)閉電源總開關(guān)。

2.3 典型外型模型氣動(dòng)力熱及空間流場(chǎng)特性

典型外型模型氣動(dòng)力熱及空間流場(chǎng)特性具有典型代表性，有助于認(rèn)識(shí)了解高超聲速流動(dòng)的基本特征和演化機(jī)理。軟件第3模塊為“典型外形模型氣動(dòng)力熱及空間流場(chǎng)特性”，可以學(xué)習(xí)鈍錐、圓柱和鈍圓柱等典型外型模型高超聲速氣動(dòng)力熱及空間流場(chǎng)特性。

點(diǎn)擊所選模型類型（鈍錐、圓柱以及鈍圓柱）菜單，模型類型選好后選擇所要顯示的物理參數(shù)，如壓力、速度場(chǎng)、溫度以及密度等，如圖12所示。圖13所示為3類模型速度場(chǎng)分布特性。

3 平臺(tái)特色

（1）虛擬仿真軟件設(shè)計(jì)思路。軟件設(shè)計(jì)思路主要有：①WebGL新技術(shù)，以此制作開發(fā)實(shí)驗(yàn)軟件，在符合示范性項(xiàng)目申報(bào)需求導(dǎo)向的同時(shí)，增強(qiáng)虛擬在線學(xué)習(xí)互動(dòng)體驗(yàn)感。②理虛實(shí)一體化，原理知識(shí)、理論公式、虛擬操作和仿真結(jié)果同時(shí)呈現(xiàn)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。

（2）教學(xué)方法創(chuàng)新。本軟件實(shí)踐采用“理虛實(shí)一體化”的教學(xué)模式，通過(guò)流程化的操作步驟，學(xué)生熟悉掌握高超聲速風(fēng)洞運(yùn)行操作步驟和要點(diǎn)；同時(shí)采用提示、自動(dòng)化記錄的考查方式，以保證學(xué)生操作練習(xí)的可追溯性。在課堂教學(xué)應(yīng)用時(shí)，將使現(xiàn)有的“老師講、學(xué)生聽”的“單向教學(xué)”模式升級(jí)為教學(xué)互動(dòng)的“雙向教學(xué)”模式。

（3）評(píng)價(jià)體系創(chuàng)新。本軟件知識(shí)點(diǎn)隨機(jī)考核、運(yùn)行操作流程可反復(fù)學(xué)習(xí)，典型特性可多參數(shù)顯示，以確保每一學(xué)生都能掌握學(xué)習(xí)目標(biāo)，對(duì)理論知識(shí)與實(shí)操技能達(dá)到精熟的標(biāo)準(zhǔn)。由于軟件具有模型導(dǎo)入和有限元分析軟件接口，學(xué)有余力的學(xué)生還可自由設(shè)計(jì)導(dǎo)入個(gè)性化模型外型，運(yùn)行數(shù)值仿真計(jì)算軟件，獲取繞流流場(chǎng)分布特性。

（4）對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)的延伸與拓展。①時(shí)空拓展，虛擬仿真作為理論學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)操作銜接的橋梁，能夠顯著增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)感和學(xué)習(xí)效果，提高學(xué)習(xí)效率，實(shí)現(xiàn)人、資源、數(shù)據(jù)、功能和場(chǎng)景的5聚合；②技術(shù)拓展，以WebGL技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建高超聲速風(fēng)洞虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)逼真的虛擬場(chǎng)景和標(biāo)準(zhǔn)化的步驟實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)直達(dá)的多人在線互動(dòng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)高超聲速風(fēng)洞虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的建設(shè)與開放共享，在力學(xué)及航空航天類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中效果顯著。該教學(xué)資源具有良好自主性、交互性和可擴(kuò)展性，集創(chuàng)新設(shè)計(jì)、虛擬資源、教學(xué)管理和智能指導(dǎo)于一體。學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)虛擬仿真軟件自主學(xué)習(xí)，掌握高超聲速風(fēng)洞設(shè)計(jì)原理及結(jié)構(gòu)特征，并熟悉高超聲速風(fēng)洞操作流程，認(rèn)識(shí)了典型流場(chǎng)特性，使專業(yè)技能和解決實(shí)際問(wèn)題的能力得到顯著提升。