了得網工業技術_飛行仿真原理

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飛行仿真原理
該商品所屬分類：工業技術 -> 航空/航天
【市場價】	761-1104元
【優惠價】	476-690元
【作者】	英阿勒頓
【所屬類別】	圖書工業技術航空/航天
【出版社】	電子工業出版社
【ISBN】	9787121189272
【折扣說明】	一次購物滿999元台幣免運費+贈品一次購物滿2000元台幣95折+免運費+贈品一次購物滿3000元台幣92折+免運費+贈品一次購物滿4000元台幣88折+免運費+贈品
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內容介紹

開本：16開

包裝：平裝

是否套裝：否

國際標準書號ISBN：9787121189272

作者：(英)阿勒頓

出版社：電子工業出版社

出版時間：2013年01月

內容簡介

本書是飛行仿真領域中一本重量級教科書，是作者在英國南安普頓大學、克蘭菲爾德大學和謝菲爾德大學近30年開展航空電子、飛行仿真教學和多年從事飛行仿真模擬器開發的基礎上編寫而成的。其內容涵蓋構成飛行仿真的三大支撐要素——建模、數學算法和軟件工具，包括飛行仿真的發展演變歷程、建模原理、飛行動力學、飛行控制繫統仿真、導航繫統仿真、飛機儀表顯示和視景繫統開發、運動平臺仿真等關鍵技術，列舉了工程設計中的關鍵問題，並給出了相應的解決辦法。本書注重理論與實踐的有機結合，針對具體問題給出了多個參考實例，特別是其中的代碼均來自作者參與開發的實際工程項目，具有很高的參考價值。

目錄
第1章緒論
1.1 歷史回顧
1.1.1 飛行史上的第一個40年（1905年~1945年）
1.1.2 模擬計算機年代（1945年~1965年）
1.1.3 數字計算機年代（1965年~1985年）
1.1.4 微電子技術革命時代（1985年至今）
1.2 仿真的應用案例
1.2.1 安全性
1.2.2 經濟效益
1.2.3 訓練遷移
1.2.4 工程飛行仿真
1.3 仿真角色的轉變
1.4 飛行模擬器構成目錄
第1章緒論
1.1 歷史回顧
1.1.1 飛行史上的第一個40年（1905年~1945年）
1.1.2 模擬計算機年代（1945年~1965年）
1.1.3 數字計算機年代（1965年~1985年）
1.1.4 微電子技術革命時代（1985年至今）
1.2 仿真的應用案例
1.2.1 安全性
1.2.2 經濟效益
1.2.3 訓練遷移
1.2.4 工程飛行仿真
1.3 仿真角色的轉變
1.4 飛行模擬器構成
1.4.1 運動學公式
1.4.2 空氣動力模型
1.4.3 發動機模型
1.4.4 數據采集
1.4.5 傳動模型
1.4.6 氣像模型
1.4.7 視景繫統
1.4.8 音效繫統
1.4.9 運動繫統
1.4.10 控制載荷
1.4.11 儀表顯示
1.4.12 導航繫統
1.4.13 繫統維護
1.5 實時仿真基本概念
1.6 飛行員感知
1.6.1 視覺感知
1.6.2 運動感知
1.7 訓練與仿真
1.8 仿真案例
1.8.1 商業飛行訓練
1.8.2 軍事飛行訓練
1.8.3 初級飛行訓練
1.8.4 陸地車輛模擬器
1.8.5 工程飛行模擬器
1.8.6 能力測試
1.8.7 基於計算機的訓練
1.8.8 維修培訓
參考文獻
第2章建模原理
2.1 建模的概念
2.2 牛頓力學
2.3 坐標繫
2.4 微分方程
2.5 數值積分
2.5.1 近似方法
2.5.2 一階方法
2.5.3 高階方法
2.6 實時計算
2.7 數據采集
2.7.1 數據轉化
2.7.2 數據采集
2.8 飛行數據
2.9 內插
2.10 分布式繫統
2.11 實時協議
2.12 建模中的問題
參考文獻
第3章飛機動力學
3.1 飛行建模原理
3.2 大氣
3.3 力
3.3.1 氣動升力
3.3.2 氣動側力
3.3.3 氣動阻力
3.3.4 推進力
3.3.5 重力
3.4 力矩
3.4.1 靜態穩定性
3.4.2 氣動力矩
3.4.3 氣動導數
3.5 坐標繫
3.5.1 機體繫
3.5.2 安穩坐標繫
3.5.3 風軸繫
3.5.4 慣性繫
3.5.5 坐標繫變換
3.5.6 地心固聯坐標繫
3.5.7 經緯度
3.數法
3.7 運動方程
3.8 推進繫統
3.8.1 活塞式發動機
3.8.2 噴氣式發動機
3.9 起落架
3.10 公式集
3.11 公式回顧——長距離導航
3.11.1 科裡奧利加速度
參考文獻
第4章飛行控制繫統仿真
4.1 拉普拉斯變換
4.2 仿真中的傳遞函數
4.3 PID控制繫統
4.4 配平
4.5 飛機飛行控制繫統
4.6 轉彎配位器和偏航阻尼器
4.7 自動油門
4.8 垂直速度管理
4.9 高度保持
4.10 航向保持
4.11 定位跟蹤
4.12 自動著陸繫統
4.13 飛行管理繫統
參考文獻
第5章飛機顯示繫統
5.1 顯示繫統原理
5.2 繪制線條
5.3 字符生成
5.4 二維圖形操作
5.5 紋理
5.6 OpenGL
5.7 飛機儀表仿真
5.8 EFIS顯示器仿真
5.8.1 姿態指示儀
5.8.2 高度計
5.8.3 空速指示器
5.8.4 羅盤卡
5.9 平視顯示器
參考文獻
第6章飛行導航繫統仿真
6.1 導航原理
6.2 導航計算
6.3 地圖投影
6.4 基本飛行信息
6.4.1 姿態指示儀
6.4.2 高度計
6.4.3 空速指示器
6.4.4 羅盤
6.4.5 垂直速度指示儀
6.4.6 轉彎指示儀
6.4.7 側滑球
6.5 自動定向儀（ADF）
6.6 甚高頻全向信標（VOR）
6.7 測距儀（DME）
6.8 儀表著陸繫統（ILS）
6.9 飛行指揮儀
6.10 慣性導航繫統
6.10.1 坐標繫
6.10.2 慣導繫統方程
6.10.3 慣導繫統誤差建模
6.10.4 慣導繫統模型確認
6.11 全球定位繫統
參考文獻
進一步閱讀材料
第7章模型校核
7.1 模擬器鋻定和驗收
7.2 模型校核方法
7.2.1 座艙幾何構造
7.2.2 靜態測試
7.2.3 開環測試
7.2.4 閉環測試
7.3 時延
7.4 性能分析
7.5 縱向動力特性
7.6 側向動力特性
7.7 正確的模型校核
參考文獻
第8章視景繫統
8.1 背景
8.2 視景繫統流水線
8.3 三維圖形運算
8.4 實時圖像生成
8.4.1 基本的實時線框IG繫統
8.4.2 OpenGL實時IG繫統
8.4.3 OpenGL實時紋理IG繫統
8.4.4 OpenSceneGraph IG繫統
8.5 視景數據庫的管理
8.6 投影繫統
8.7 視景繫統中的問題
參考文獻
第9章教員控制臺
9.1 教育、訓練和教學
9.2 專項任務訓練和基於計算機的訓練
9.3 教員的職責
9.4 用戶界面設計
9.4.1 人的因素
9.4.2 用戶操作分類
9.4.3 用戶接口結構
9.4.4 用戶輸入選擇
9.4.5 教員命令
9.5 實時交互
9.6 地圖顯示
9.7 飛行數據記錄
9.8 腳本
參考文獻
第10章運動繫統
10.1 需要運動繫統嗎？
10.2 運動生理學
10.3 驅動器結構
10.4 運動方程
10.5 運動繫統的實現
10.6 液壓執行機構
10.7 液壓執行機構建模
10.8 運動繫統的不足
10.9 未來的運動繫統
參考文獻
縮略詞表

前言

譯者序自萊特兄弟開啟載人動力飛行以來，人類在征服天空的進程中為自由翱翔的夢想付出了沉重的代價。有數據表明，第一次世界大戰時期因訓練手段匱乏，造成在訓練中犧牲的飛行員比實際空戰中還要多。自那時起，世界各國的航空工業先驅們便開始努力探尋利用安全可控的技術手段在非真實飛行條件下學習飛行操控技術的有效途徑。在強烈的應用需求牽引下，早在1910年，英國便率先推出了Sanders教練機，成為現代飛行仿真設備的萌芽。百餘年來，歷經兩次世界大戰的洗禮，在模擬技術、數字技術、微電子技術、多媒體顯示技術、自動控制技術的推動下，飛行仿真已經發展成為航空工業的一個重要分支，為促進航空工業發展發揮了不可替代的作用。作為現代飛行仿真技術的發源地，英美兩國長期以來一直是國際飛行仿真行業的引領者，已經建立起從基於計算機的桌面訓練繫統（CBT）到六自由度全任務飛行模擬器的完整技術體繫，形成了一個年產值達的龐大產業，其應用領域已經從最初的飛行訓練拓展到先進飛機輔助設計、新一代戰鬥機虛擬采辦等各個領域。鋻於飛行仿真的重要作用，從20世紀80年代開始，由英國民用航空管理局（CAA）和美國聯邦航空航天局（FAA）牽頭，聯合英國皇家航空協會組織了一繫列行業會議，制定並公布了多個飛行模擬器質量指南，構成了國際民用航空器組織（ICAO）9625號文件《飛行模擬器質量標準手冊》（MCQFS）的基本內容，建立起飛行訓練器標準和全任務飛行模擬器分級標準。如今，在民航領域，商用飛機飛行員在經主管機構鋻定的模擬器上完成的訓練時間已經可以替代相當一部分空中訓練。飛行模擬器作為一種不可或缺的訓練手段，正在降低運營成本、化解空中風險、提高訓練效益等方面發揮著日益突出的作用。 20世紀90年代以來，在吸收借鋻國外航空工業發展經驗的基礎上，國內逐步認識到飛行仿真對於飛行員培養、先進航空裝備發展建設的重要作用，投資引進或自行開發了多套飛行仿真繫統，培養了一支從事飛行仿真繫統設計、開發與應用的技術團隊。進入21世紀以來，隨著我國民用航空事業的蓬勃發展和人民空軍的二次創業，飛行仿真事業的發展迎來了有利契機，亟需建立一個與我國航空工業發展規模和水平相適應的飛行仿真產業，培養一大批具備復合型知識結構的飛行仿真專業人員。作為後來者，吸收借鋻英美等航空工業先進國家的成功經驗成為我們成長進步的一個必要環節。鋻於國內目前尚缺少同等水平的參考用書，希望這本譯著能夠為廣大從事飛行仿真繫統設計、研制、開發與應用的科研人員和有志於從事飛行仿真研究的在校學生提供有益參考。幾年來，我有幸能夠在國內最優秀的科研團隊中從事飛行仿真技術研究工作，在學識淵博、技術精湛的領導悉心培養下逐步成長為技術骨干，與身邊年輕的同事們共同開拓著軍用飛行仿真這片遼闊的沃土，在機遇與挑戰並存的工作中實現著我們強軍報國的理想。“九層之臺，始於壘土；千裡之行，始於足下”，相信通過我們這代人的不懈努力，一定能夠推動飛行仿真事業的蓬勃發展，盡快縮小與先進國家的技術差距，建成滿足應用需求的飛行仿真技術和管理體繫。感謝電子工業出版社馬嵐和餘義兩位編輯，他們嚴謹細致、一絲不苟的工作態度深深感染了我，感謝他們為本書的付梓所付出的辛勞。由於譯者的水平有限，盡管翻譯過程中付出了很大努力，但仍然可能會在譯文或其他方面存在不妥甚至謬誤之處，敬請同行專家和讀者給予批評指正。譯者 2012年初鼕於北京南苑前言我非常幸運自己能夠在20世紀60年代步入校園。在那個年代，我們都是自己動手修補自行車輪胎，並在不理解基本原理的情況下便開始學習如何駕駛摩托車。隨後的70年代，我一邊讀書，一邊開始在早期的計算機上開展工作。那個時代的計算機還都附帶電路圖，如果出現故障（其實經常如此），我們就需要將圖紙攤在凳子上進行修理。那是一個對原創開放的年代，我們自己設計操作繫統、創造自己的程序語言、搭建自己的編譯器。由於那時的計算機運算速度很慢，所以我們需要設計高效的算法，內存也非常緊張，因此高效的數據存儲同樣至關重要。正是因為有了這樣的經歷，早在20世紀80年代，當我們開發出微處理繫統、顯卡和隊列處理器之後，構建飛行模擬器便似乎成為一件水到渠成的事情。那時，我全部的航空學知識僅是飛行員坐在機艙前部，空乘人員坐在機艙後部。實際上，在與多位飛行員開展深入溝通後，即便是去確認這些假設，也像是一件荒謬的事情。然而，我卻開始致力於設計飛行模擬器。近20年來，我已經完成了五種型號的飛行模擬器的設計開發，編寫了超過25萬行軟件代碼，這些實踐經驗構成了本書的基礎。我從未後悔自己選擇擔任一名工程師。我認為工程學就是一門應用學科，研究對像就是通過學習理論知識，並將其應用於解決實際問題“我們必須學會做的事情就是從實踐中學習。”——亞裡士多德。飛行仿真需要數學、計算機科學、電子學、機械學和控制理論等多門學科的專業知識。換句話說，飛行仿真是繫統工程的具體應用，在這片富饒的土地上，各個層次的本科生和研究生都能夠提高理論認識，實踐來自各門基礎學科的專用技術。本書將重點關注軟件和算法，因為它們是支撐飛行仿真的基石。正如20世紀70年代計算機發展的早期，我們從來沒有畏懼使用機器碼編寫程序。同樣，21世紀的學生也不應被飛行模擬器所需軟件的復雜性和多樣性嚇倒。鋻於飛行仿真的學科特點，本書的涉及範圍較廣，因此不足的是本書無法對每個專題都進行足夠深入的論述。然而，本書將努力在深度和廣度之間做到平衡，較為全面地介紹構建一部飛行模擬器或者開發一個模擬器模塊所需的主要軟件工具。本書中所講的飛行模擬器將重點關注模塊設計，通過在分布式計算機網絡和軟件模塊層面展開論述，旨在構造一個模塊化繫統，各軟件模塊可以實現即插即用，如可以單獨開發飛機模型、顯示繫統或者飛行控制繫統。第1章概述了飛行模擬器的發展歷程，回顧了各種發展趨勢和概念，重點關注其在飛行訓練中的作用。第2章介紹了繫統建模的基本原理。第3章論述了飛行動力學的相關背景知識，列出了現代飛行模擬器所需的各種運動學公式。第4章從繫統角度進一步研究了現代飛機中提出的飛行控制繫統的設計方法。第5章重點關注了模擬器顯示繫統所采用的計算機圖形學，以及在實時圖形應用中使用的OpenGL技術。隨著航空電子繫統在民用和軍用飛機中的作用愈發突出，第6章主要介紹飛機導航繫統建模與仿真問題，特別是衛星導航和慣性導航繫統。模擬器開發中的一項主要工作就是模擬器校核與確認，而第7章主要介紹了模擬器鋻定過程中采用的各種方法。在第5章介紹了計算機圖形學的基礎上，第8章進一步介紹了模擬器圖像生成器中使用的三維實時圖形工具，講解如何運用OpenGL和OpenSceneGraph技術實現實時渲染。第9章重點關注了教員臺所需的用戶接口，介紹如何提供更加有效的訓練和評估方式。最後一章提出了現代運動平臺中涉及的公式和復現運動感所采用的算法，以及這些方法的內在約束。由於涉及範圍非常廣泛，本書不得不對某些內容進行了省略和簡化，如載荷控制、電氣驅動、人機接口和飛行訓練中的人的因素等問題在本書中都沒有涉及。盡管飛行仿真在大部分高等院校中尚未列為一門正式課程，但它能夠為飛行力學、飛行動力學、航空電子學等學科的教學提供素材，可以作為計算機圖形學、電子學、電氣工程和控制工程等應用教學的實際案例。本書將飛行仿真涉及的多個專業整合在一起，能夠作為仿真初學者或者飛行模擬器使用者的入門教材。它還能夠為大專院校建設自己的飛行模擬器提供有力支撐，支持相關項目開發，銜接本科和研究生階段教學。此外，仿真還廣泛地應用於其他工業領域，本書旨在為從事模擬器開發工作的技術人員提供相關基礎理論，針對具體問題開展論述並給出相關示例代碼。在本書中，介紹或講述的大部分軟件和示例都來自英國謝菲爾德大學正在使用的飛行模擬器，主要是基於我在過去數年間曾經開發的軟件。本書中的所有軟件都可以從www.wiley.com/go/allerton下載（密碼：aircraft）。登錄華信教育資源網(www.hxedu.com.cn)可注冊並獲得該文件。——編者注。我感到特別幸運的是能夠得到多位同事和學生的無私幫助。在南安普頓大學期間， Ed Zalsuka開發了遠比那個時代先進的硬件，組成了我們早期模擬器的基礎，在低成本仿真領域領先大概10年時間。如果沒有他的幫助和鼓勵，我可能還在為集成電路開發軟件。Dave White（現在是泰雷茲公司訓練和仿真事業部首席科學家）為我介紹了飛行動力學的基本理論。在克蘭菲爾德大學期間，Michael Rycroft 和John Stollery鼓勵我在飛行仿真領域開展研究工作，並提供了必要的設施。最後，還得到了由英國高等教育基金委員會提供的75萬英鎊研究設施開發經費。在謝菲爾德大學期間，David Owens支持我在工程模擬器領域開展進一步開發工作。過去數年間，多位學生曾對我提供了大力幫助，特別感謝Tony Clare在雷達建模和視景生成方面、Stefan Steffanson在OpenGL顯示方面、Huamin Jia在傳感器建模方面、Sebastien Delmon 和Patrick Fayard在空中飛行控制律方面所做的傑出工作。在本書寫作期間，我一直與Graham Spence進行著深入的探討，利用了他在Linux和網絡方面提供的幫助，以及他提供的數量眾多的圖形、圖片和示例。當我為具體問題所困惑時，他還不止一次地為我提供了軟件方面的幫

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