飞行仿真原理

第1章 绪论

1.1 历史回顾

1.1.1 飞行史上的第一个40年（1905年-1945年）

1.1.2 模拟计算机年代（1945年-1965年）

1.1.3 数字计算机年代（1965年-1985年）

1.1.4 微电子技术革命时代（1985年至今）

1.2 仿真的应用案例

1.2.1 安全性

1.2.2 经济效益

1.2.3 训练迁移

1.2.4 工程飞行仿真

1.3 仿真角色的转变

1.4 飞行模拟器构成

1.4.1 运动学公式

1.4.2 空气动力模型

1.4.3 发动机模型

1.4.4 数据采集

1.4.5 传动模型

1.4.6 气象模型

1.4.7 视景系统

1.4.8 音效系统

1.4.9 运动系统

1.4.10 控制载荷

1.4.11 仪表显示

1.4.12 导航系统

1.4.13 系统维护

1.5 实时仿真基本概念

1.6 飞行员感知

1.6.1 视觉感知

1.6.2 运动感知

1.7 训练与仿真

1.8 仿真案例

1.8.1 商业飞行训练

1.8.2 军事飞行训练

1.8.3 初级飞行训练

1.8.4 陆地车辆模拟器

1.8.5 工程飞行模拟器

1.8.6 能力测试

1.8.7 基于计算机的训练

1.8.8 维修培训

参考文献

第2章 建模原理

2.1 建模的概念

2.2 牛顿力学

2.3 坐标系

2.4 微分方程

2.5 数值积分

2.5.1 近似方法

2.5.2 一阶方法

2.5.3 高阶方法

2.6 实时计算

2.7 数据采集

2.7.1 数据转化

2.7.2 数据采集

2.8 飞行数据

2.9 内插

2.10 分布式系统

2.11 实时协议

2.12 建模中的问题

参考文献

第3章 飞机动力学

3.1 飞行建模原理

3.2 大气

3.3 力

3.3.1 气动升力

3.3.2 气动侧力

3.3.3 气动阻力

3.3.4 推进力

3.3.5 重力

3.4 力矩

3.4.1 静态稳定性

3.4.2 气动力矩

3.4.3 气动导数

3.5 坐标系

3.5.1 机体系

3.5.2 安稳坐标系

3.5.3 风轴系

3.5.4 惯性系

3.5.5 坐标系变换

3.5.6 地心固联坐标系

3.5.7 经纬度

3.6 四元数法

3.7 运动方程

3.8 推进系统

3.8.1 活塞式发动机

3.8.2 喷气式发动机

3.9 起落架

3.10 公式集

3.11 公式回顾——长距离导航

3.11.1 科里奥利加速度

参考文献

第4章 飞行控制系统仿真

4.1 拉普拉斯变换

4.2 仿真中的传递函数

4.3 PID控制系统

4.4 配平

4.5 飞机飞行控制系统

4.6 转弯配位器和偏航阻尼器

4.7 自动油门

4.8 垂直速度管理

4.9 高度保持

4.10 航向保持

4.11 定位跟踪

4.12 自动着陆系统

4.13 飞行管理系统

参考文献

第5章 飞机显示系统

5.1 显示系统原理

5.2 绘制线条

5.3 字符生成

5.4 二维图形操作

5.5 纹理

5.6 OpenGL

5.7 飞机仪表仿真

5.8 EFIS显示器仿真

5.8.1 姿态指示仪

5.8.2 高度计

5.8.3 空速指示器

5.8.4 罗盘卡

5.9 平视显示器

参考文献

第6章 飞行导航系统仿真

6.1 导航原理

6.2 导航计算

6.3 地图投影

6.4 基本飞行信息

6.4.1 姿态指示仪

6.4.2 高度计

6.4.3 空速指示器

6.4.4 罗盘

6.4.5 垂直速度指示仪

6.4.6 转弯指示仪

6.4.7 侧滑球

6.5 自动定向仪（ADF）

6.6 甚高频全向信标（VOR）

6.7 测距仪（DME）

6.8 仪表着陆系统（ILS）

6.9 飞行指挥仪

6.10 惯性导航系统

6.10.1 坐标系

6.10.2 惯导系统方程

6.10.3 惯导系统误差建模

6.10.4 惯导系统模型确认

6.11 全球定位系统

参考文献

进一步阅读材料

第7章 模型校核

7.1 模拟器鉴定和验收

7.2 模型校核方法

7.2.1 座舱几何构造

7.2.2 静态测试

7.2.3 开环测试

7.2.4 闭环测试

7.3 时延

7.4 性能分析

7.5 纵向动力特性

7.6 侧向动力特性

7.7 正确的模型校核

参考文献

第8章 视景系统

8.1 背景

8.2 视景系统流水线

8.3 三维图形运算

8.4 实时图像生成

8.4.1 基本的实时线框IG系统

8.4.2 OpenGL实时IG系统

8.4.3 OpenGL实时纹理IG系统

8.4.4 OpenSceneGraph IG系统

8.5 视景数据库的管理

8.6 投影系统

8.7 视景系统中的问题

参考文献

第9章 教员控制台

9.1 教育、 训练和教学

9.2 专项任务训练和基于计算机的训练

9.3 教员的职责

9.4 用户界面设计

9.4.1 人的因素

9.4.2 用户操作分类

9.4.3 用户接口结构

9.4.4 用户输入选择

9.4.5 教员命令

9.5 实时交互

9.6 地图显示

9.7 飞行数据记录

9.8 脚本

参考文献

第10章 运动系统

10.1 需要运动系统吗？

10.2 运动生理学

10.3 驱动器结构

10.4 运动方程

10.5 运动系统的实现

10.6 液压执行机构

10.7 液压执行机构建模

10.8 运动系统的不足

10.9 未来的运动系统

参考文献

缩略词表

《飞行仿真原理》是飞行仿真领域中一本重量级教科书，是作者阿勒顿在英国南安普顿大学、克兰菲尔德大学和谢菲尔德大学近30年开展航空电子、飞行仿真教学和多年从事飞行仿真模拟器开发的基础上编写而成的。其内容涵盖构成飞行仿真的三大支撑要素——建模、数学算法和软件工具，包括飞行仿真的发展演变历程、建模原理、飞行动力学、飞行控制系统仿真、导航系统仿真、飞机仪表显示和视景系统开发、运动平台仿真等关键技术，列举了工程设计中的关键问题，并给出了相应的解决办法。本书注重理论与实践的有机结合，针对具体问题给出了多个参考实例，特别是其中的代码均来自作者参与开发的实际工程项目，具有很高的参考价值。 《飞行仿真原理》可以作为从事实时飞行仿真系统设计、研制、开发与应用的广大工程技术人员和科研人员的参考书，也可以作为飞行动力学、航空电子学、自动控制等相关专业高年级本科生、研究生的教学用书。