Principles of Flight Simulation pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Wiley

作者:David Allerton

出品人:

页数:492

译者:

出版时间:2009-11-16

价格:USD 115.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780470754368

丛书系列:

图书标签:

飞行模拟
航空
飞行器动力学
飞行控制
模拟技术
航空工程
数值计算
软件工程
建模仿真
航空航天

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具体描述

Principles of Flight Simulation is a comprehensive guide to flight simulator design, covering the modelling, algorithms and software which underpin flight simulation. The book covers the mathematical modelling and software which underpin flight simulation. The detailed equations of motion used to model aircraft dynamics are developed and then applied to the simulation of flight control systems and navigation systems. Real-time computer graphics algorithms are developed to implement aircraft displays and visual systems, covering OpenGL and OpenSceneGraph. The book also covers techniques used in motion platform development, the design of instructor stations and validation and qualification of simulator systems. An exceptional feature of Principles of Flight Simulation is access to a complete suite of software (www.wiley.com/go/allerton) to enable experienced engineers to develop their own flight simulator – something that should be well within the capability of many university engineering departments and research organisations. Based on C code modules from an actual flight simulator developed by the author, along with lecture material from lecture series given by the author at Cranfield University and the University of Sheffield Brings together mathematical modeling, computer graphics, real-time software, flight control systems, avionics and simulator validation into one of the faster growing application areas in engineering Features full colour plates of images and photographs. Principles of Flight Simulation will appeal to senior and postgraduate students of system dynamics, flight control systems, avionics and computer graphics, as well as engineers in related disciplines covering mechanical, electrical and computer systems engineering needing to develop simulation facilities.

飞行模拟原理：深入探索数字天空的奥秘《飞行模拟原理》并非一本关于如何进行飞行模拟操作的实用指南，也并非一份罗列市面上各种飞行模拟软件优劣的评测手册。相反，本书将带您踏上一段深入探究飞行模拟背后科学、技术与艺术的旅程，为您揭示那些构建出逼真且引人入胜的虚拟飞行体验的基石。它旨在为那些对飞行原理本身着迷，或是对如何用数字手段重现复杂物理现象感到好奇的读者提供一个清晰而全面的视角。本书的出发点，是理解“飞行”这一行为本身所蕴含的物理定律。我们将从空气动力学的基础开始，逐一剖析升力、阻力、推力和重力这四种基本力的产生机制。书中的内容将超越简单的概念介绍，深入到伯努利原理、牛顿第三定律在飞行中的具体应用，以及不同翼型设计对气流影响的细致分析。我们将探讨马赫数、雷诺数等关键参数如何影响飞行器的性能，以及跨音速和超音速飞行中出现的独特现象，例如激波的形成与传播。此外，关于飞机的稳定性和操控性，本书也会进行深入的讨论，解析副翼、升降舵、方向舵等控制面如何协同工作，实现精确的姿态控制，以及它们在不同飞行状态下的响应差异。在掌握了基础的飞行物理学之后，本书的重点将转向如何将这些抽象的物理概念转化为计算机能够理解并模拟的数学模型。我们将详细阐述计算流体动力学（CFD）在飞行模拟中的应用。这意味着我们将深入研究数值方法，例如有限差分法、有限体积法和有限元法，它们是如何被用来离散化纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes equations）等描述流体运动的基本方程。读者将了解到，如何在计算机中建立起一个虚拟的流场，并通过迭代计算来预测空气流经机翼、机身和其他部件时产生的压力分布和速度变化。本书不会回避这些计算的复杂性，而是通过清晰的数学推导和图示，让读者理解数值模拟的流程、精度与计算成本之间的权衡。除了流体动力学，飞行模拟还涉及到结构动力学。飞机在飞行过程中会承受各种载荷，这些载荷会导致机身的变形和振动。本书将探讨如何将有限元分析（FEA）方法应用于模拟飞机的结构响应。我们将了解，如何将复杂的飞机结构分解成离散的节点和单元，以及如何根据材料属性和受力情况计算出结构的应力、应变和模态。这对于模拟飞机的疲劳寿命、结构完整性以及在极端载荷下的行为至关重要。推进系统是飞行模拟的另一核心要素。我们将详细分析不同类型的发动机，如涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机以及活塞式发动机，它们的工作原理、性能参数以及如何将其数学模型整合到飞行模拟器中。推力的产生、燃油消耗率、推力与速度、高度和大气密度之间的关系，都将得到细致的讲解。对于火箭发动机，本书也会涉及其特殊的推进机制和在轨道力学中的应用。除了对飞机本身的模拟，对外部环境的精确描绘也是飞行模拟逼真度的关键。《飞行模拟原理》将深入探讨大气模型的构建。我们将学习国际标准大气（ISA）模型，以及如何模拟不同高度、温度、气压和湿度的变化。更重要的是，本书将详细阐述风、湍流、云、降水（雨、雪、冰雹）以及能见度等气象要素对飞行过程的实际影响。我们将了解，这些随机且复杂的现象是如何通过统计模型和随机过程来模拟的，以及它们如何影响飞机的气流、姿态和操纵性。本书还将触及天气雷达和探测系统的模拟原理，它们如何模拟探测到的气象信息，并将其反馈给飞行员。为了使飞行模拟器能够呈现出真实的视觉场景，本书将深入解析三维图形渲染的原理。我们将探讨计算机图形学中的核心概念，如顶点、多边形、纹理映射、光照模型（如漫反射、镜面反射、环境光）以及着色器（shaders）的使用。读者将了解到，如何将现实世界的地理信息、建筑模型、植被和天空等元素，通过复杂的算法转化为我们最终看到的逼真图像。本书还将涉及视点变换、投影变换以及相机模型，它们是如何模拟人类视觉感知，让虚拟世界在屏幕上呈现出深度和立体感。音频模拟在提升飞行体验方面也扮演着至关重要的角色。《飞行模拟原理》将探讨如何模拟真实的飞行声音，包括发动机的轰鸣、风切变的声音、起落架的伸缩声、以及各种警告音和指令音。我们将了解声源的定位、声音的传播模型以及混响效果的模拟，从而在虚拟空间中营造出沉浸式的听觉环境。当然，一个完整的飞行模拟器离不开输入/输出设备的设计与集成。本书将讨论操纵杆、油门、脚舵、仪表板、以及其他控制装置的传感器技术和数据采集方法。同时，也将探讨如何将模拟器计算出的飞行状态数据，通过图形用户界面（GUI）和音频系统呈现给用户，以及如何将用户的输入指令，准确地传递给模拟器的核心引擎。最后，《飞行模拟原理》还将触及飞行模拟器的验证与确认（V&V）过程。我们将了解，如何通过与真实飞行数据、风洞实验数据以及其他可靠来源进行对比，来评估模拟器的准确性和可靠性。本书将讨论误差分析、敏感性分析以及不确定性量化等方法，确保模拟结果能够真实地反映飞行行为，从而为飞行员培训、航空器设计、以及科学研究提供有价值的工具。总而言之，《飞行模拟原理》是一次对数字天空背后深层奥秘的探索。它是一门关于如何用科学和技术构建虚拟世界的学科，它融合了空气动力学、流体力学、结构动力学、计算机科学、图形学、声学以及气象学等多个领域的知识。本书的读者将获得对飞行模拟的原理性理解，这远比掌握任何一款模拟软件的使用技巧来得更为深刻和持久。它将激发您对飞行科学的敬畏之情，并为您打开一扇理解现代航空技术和数字模拟强大力量的大门。