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第1章 绪论 1

1.1 历史回顾 1

1.1.1 飞行史上的第一个40年（1905年～1945年） 1

1.1.2 模拟计算机年代（1945年～1965年） 3

1.1.3 数字计算机年代（1965年～1985年） 4

1.1.4 微电子技术革命时代（1985年至今） 5

1.2 仿真的应用案例 7

1.2.1 安全性 8

1.2.2 经济效益 8

1.2.3 训练迁移 10

1.2.4 工程飞行仿真 11

1.3 仿真角色的转变 12

1.4 飞行模拟器构成 15

1.4.1 运动学公式 15

1.4.2 空气动力模型 15

1.4.3 发动机模型 16

1.4.4 数据采集 16

1.4.5 传动模型 17

1.4.6 气象模型 17

1.4.7 视景系统 18

1.4.8 音效系统 19

1.4.9 运动系统 19

1.4.10 控制载荷 20

1.4.11 仪表显示 21

1.4.12 导航系统 21

1.4.13 系统维护 22

1.5 实时仿真基本概念 22

1.6 飞行员感知 24

1.6.1 视觉感知 25

1.6.2 运动感知 27

1.7 训练与仿真 28

1.8 仿真案例 30

1.8.1 商业飞行训练 30

1.8.2 军事飞行训练 31

1.8.3 初级飞行训练 31

1.8.4 陆地车辆模拟器 32

1.8.5 工程飞行模拟器 32

1.8.6 能力测试 33

1.8.7 基于计算机的训练 34

1.8.8 维修培训 34

参考文献 35

第2章 建模原理 37

2.1 建模的概念 37

2.2 牛顿力学 39

2.3 坐标系 45

2.4 微分方程 46

2.5 数值积分 49

2.5.1 近似方法 49

2.5.2 一阶方法 50

2.5.3 高阶方法 51

2.6 实时计算 55

2.7 数据采集 58

2.7.1 数据转化 59

2.7.2 数据采集 60

2.8 飞行数据 63

2.9 内插 65

2.1 0分布式系统 68

2.1 1实时协议 77

2.1 2建模中的问题 81

参考文献 82

第3章 飞机动力学 84

3.1 飞行建模原理 84

3.2 大气 84

3.3 力 87

3.3.1 气动升力 87

3.3.2 气动侧力 90

3.3.3 气动阻力 91

3.3.4 推进力 92

3.3.5 重力 93

3.4 力矩 93

3.4.1 静态稳定性 95

3.4.2 气动力矩 96

3.4.3 气动导数 97

3.5 坐标系 99

3.5.1 机体系 99

3.5.2 安稳坐标系 101

3.5.3 风轴系 102

3.5.4 惯性系 102

3.5.5 坐标系变换 102

3.5.6 地心固联坐标系 103

3.5.7 经纬度 105

3.6 四元数法 106

3.7 运动方程 107

3.8 推进系统 110

3.8.1 活塞式发动机 111

3.8.2 喷气式发动机 116

3.9 起落架 118

3.10 公式集 122

3.11 公式回顾——长距离导航 126

3.11.1 科里奥利加速度 127

参考文献 130

第4章 飞行控制系统仿真 132

4.1 拉普拉斯变换 132

4.2 仿真中的传递函数 135

4.3 PID控制系统 136

4.4 配平 142

4.5 飞机飞行控制系统 144

4.6 转弯配位器和偏航阻尼器 145

4.7 自动油门 150

4.8 垂直速度管理 152

4.9 高度保持 156

4.10 航向保持 159

4.11 定位跟踪 162

4.12 自动着陆系统 163

4.13 飞行管理系统 166

参考文献 171

第5章 飞机显示系统 172

5.1 显示系统原理 172

5.2 绘制线条 174

5.3 字符生成 179

5.4 二维图形操作 181

5.5 纹理 183

5.6 OpenGL 185

5.7 飞机仪表仿真 192

5.8 EFIS显示器仿真 199

5.8.1 姿态指示仪 201

5.8.2 高度计 202

5.8.3 空速指示器 203

5.8.4 罗盘卡 203

5.9 平视显示器 205

参考文献 208

第6章 飞行导航系统仿真 209

6.1 导航原理 209

6.2 导航计算 211

6.3 地图投影 213

6.4 基本飞行信息 214

6.4.1 姿态指示仪 214

6.4.2 高度计 215

6.4.3 空速指示器 215

6.4.4 罗盘 215

6.4.5 垂直速度指示仪 215

6.4.6 转弯指示仪 215

6.4.7 侧滑球 215

6.5 自动定向仪（ADF） 215

6.6 甚高频全向信标（VOR） 217

6.7 测距仪（DME） 218

6.8 仪表着陆系统（ILS） 219

6.9 飞行指挥仪 220

6.10 惯性导航系统 222

6.10.1 坐标系 223

6.10.2 惯导系统方程 223

6.10.3 惯导系统误差建模 226

6.10.4 惯导系统模型确认 229

6.11 全球定位系统 231

参考文献 238

进一步阅读材料 239

第7章 模型校核 240

7.1 模拟器鉴定和验收 240

7.2 模型校核方法 243

7.2.1 座舱几何构造 246

7.2.2 静态测试 246

7.2.3 开环测试 248

7.2.4 闭环测试 251

7.3 时延 253

7.4 性能分析 262

7.5 纵向动力特性 264

7.6 侧向动力特性 273

7.7 正确的模型校核 277

参考文献 278

第8章 视景系统 280

8.1 背景 280

8.2 视景系统流水线 281

8.3 三维图形运算 284

8.4 实时图像生成 290

8.4.1 基本的实时线框IG系统 290

8.4.2 OpenGL实时IG系统 294

8.4.3 OpenGL实时纹理IG系统 296

8.4.4 OpenSceneGraph IG系统 297

8.5 视景数据库的管理 306

8.6 投影系统 310

8.7 视景系统中的问题 313

参考文献 315

第9章 教员控制台 316

9.1 教育、训练和教学 316

9.2 专项任务训练和基于计算机的训练 317

9.3 教员的职责 318

9.4 用户界面设计 319

9.4.1 人的因素 321

9.4.2 用户操作分类 321

9.4.3 用户接口结构 323

9.4.4 用户输入选择 325

9.4.5 教员命令 331

9.5 实时交互 336

9.6 地图显示 338

9.7 飞行数据记录 343

9.8 脚本 347

参考文献 354

第10章 运动系统 355

10.1 需要运动系统吗？ 355

10.2 运动生理学 357

10.3 驱动器结构 359

10.4 运动方程 362

10.5 运动系统的实现 365

10.6 液压执行机构 371

10.7 液压执行机构建模 374

10.8 运动系统的不足 376

10.9 未来的运动系统 379

参考文献 380

缩略词表 382