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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 OpenGL185

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