流体力学网络虚拟实验平台
基于网络的虚拟实验室就是在网络中创建一个可视化的虚拟实验环境,将流体力学实验室中各种仪器设备的工作原理、实验步骤、操作过程、实验现象、实验结果和数据处理等有关的信息通过软件仿真模拟,学生在远程客户端计算机上通过鼠标的点击以及拖曳操作,进行虚拟的实验。
目前,流体力学网络虚拟实验室已建设有基本势流演示实验虚拟模块、势流叠加实验虚拟模块、伯努利方程实验虚拟模块、雷诺实验虚拟模块、流场显示实验虚拟模块、动量定理实验虚拟模块、阻力测定实验等,具有了一定的虚拟实验能力,经过学生实际操作,反应良好。
形成开放实用的流体力学网络虚拟实验室,与现有的硬件实验设备相结合,更好地为本科生人才培养服务。实验设备投入使用后,可以提高航海学院本科实验教学环境,解决实验设备短缺等困难。
表1 流体力学网络虚拟实验室组成
序号 |
设 备 名 称 |
可开展实验 |
1 |
虚拟实验计算节点 |
运行虚拟实验模块 |
2 |
实验演示终端 |
用于课堂实验演示 |
3 |
基本势流演示实验虚拟模块 |
(1)源、汇的流线演示实验;(2)直均流的流线演示实验;(3)点涡的流线演示实验 |
4 |
势流叠加实验虚拟模块 |
简单势流叠加后所形成的流线演示实验 |
5 |
伯努利方程实验虚拟模块 |
理想流体伯努利方程演示 |
6 |
雷诺实验虚拟模块 |
(1)层流、湍流流动状态演示(2)临界雷诺数测试 |
7 |
流场显示实验虚拟模块 |
(1)流线演示实验;(2)迹线演示实验 |
8 |
动量定理实验虚拟模块 |
动量定理验证实验 |
9 |
阻力测定实验 |
(1)圆球阻力系数测定实验;(2)平板阻力系数测定实验 |
水下物理场虚拟仿真实验平台项目
水下物理场虚拟仿真实验平台是集水声学相关实验和舰船物理场相关实验为一体,虚拟仿真与实验验证相结合的多功能实验装置。利用Visual Studio与Matlab结合编程技术定制开发了水下物理场虚拟仿真实验平台,可满足《水下物理场》、《水声学原理》、《电声测量》、《换能器原理与设计》等信息与通信类专业的综合性实验教学需求,为水下目标探测、舰船目标非声探测与隐身等实验教学提供了良好的平台,所开设的主要实验项目如表2所示。
表2 水下物理场虚拟仿真实验平台项目
序号 |
面向专业/专业 |
实验项目 |
实验类型 |
1 |
信息工程
探测与制导技术 |
水声信道与声传播 虚拟实验 |
综合型 |
2 |
海洋混响虚拟实验 |
综合型 |
3 |
水下目标回波信号时域波形采集与回放处理虚拟实验 |
综合型 |
4 |
海洋环境噪声场 虚拟实验 |
综合型 |
5 |
信息工程 探测与制导技术 |
舰船磁场虚拟实验 |
综合型 |
6 |
舰船电场虚拟实验 |
综合型 |
7 |
舰船水压场虚拟实验 |
综合型 |
图1 水下物理场虚拟实验项目框图
船舶概论虚拟仿真实验平台项目
船舶概论虚拟教学平台,主要包括船体结构三维展示交互模块、典型船舶及海洋平台三维展示交互模块、船舶建造工艺流程展示交互模块。船舶结构三维展示交互模块,运用虚拟现实和图像处理等技术,对船舶的结构进行展示和教学,借助平台化的仿真教学软件,学生可以对实船结构360°全景交互漫游,对船体结构、布局和设备布局进行认知了解,全方位互动式观看,如亲临现场般环视、俯瞰和仰视,交互式感受,并在不同节点关联映射相应的教学素材资源(视频、工艺文件、文档、图纸等),便于学生快速了解与熟知教学知识点,能开展的虚拟实验项目如表3所示。
表3 船舶概论虚拟仿真实验平台项目
课程名称 |
面向专业/专业 |
实验项目 |
实验类型 |
船舶概论 |
船舶与海洋工程 |
船体结构三维展示交互实验 |
综合型 |
典型船舶及海洋平台三维展示与交互实验 |
综合型 |
实船结构360°全景交互漫游实验(机舱) |
综合型 |
船舶建造工艺虚拟交互仿真实验 |
综合型 |
Ø 系统功能
图2 船舶虚拟实验项目框图
船舶建造工艺流程展示交互模块利用虚拟仿真技术、三维可视化技术、数据库技术、电子技术、网络技术等,构建一个具有真实操作感的船舶建造仿真环境,以典型船舶建造主流程为核心,可视化展示分段建造、分段总组、搭载等建造工艺过程,同时可以交互操作,完成典型船舶总段虚拟建造仿真实训,能够帮助学生更加深入的理解船舶建造工艺的特点,平台功能详见图2所示。