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术语1

缩略词表1

第1章 概述1

1.1虚拟工程1

1.2飞行动力学建模4

1.3航空航天飞行器仿真7

参考文献12

第1部分 飞行动力学建模15

第2章 建模中的数学概念15

2.1经典力学15

2.1.1经典力学原理15

2.1.2经典力学公理16

2.1.3物质无差异性公理17

2.1.4物质建模模块18

2.1.5符号19

2.2张量元素21

2.2.1坐标系21

2.2.2笛卡儿张量24

2.2.3张量代数27

2.2.4点积27

2.2.5矢量积28

2.2.6并矢积31

2.3几何建模32

2.3.1点的位移33

2.3.2直线33

2.3.3平面34

2.3.4法线式平面36

2.3.5平面投影张量37

2.3.6映象张量38

2.4小结39

参考文献40

习题40

第3章 参考系和坐标系45

3.1参考系45

3.1.1参考系定位45

3.1.2参考系46

3.2坐标系50

3.2.1坐标转换矩阵51

3.2.2坐标系及其变换56

参考文献67

习题67

第4章 平动与转动运动学70

4.1旋转张量70

4.1.1旋转张量的性能70

4.1.2特殊旋转73

4.1.3旋转轴与旋转角77

4.1.4小旋转80

4.2时间变化运动学82

4.2.1转动时间导数83

4.2.2线性速度与加速度85

4.2.3角速度86

4.2.4欧拉变换88

4.3姿态确定93

4.3.1旋转张量微分方程94

4.3.2欧拉角微分方程95

4.3.3四元数微分方程97

参考文献103

习题103

第5章 平动动力学111

5.1动量111

5.2牛顿动力学113

5.2.1牛顿第二定律114

5.3变换120

5.3.1科里奥利（Coriolis）变换120

5.3.2格鲁宾（Grubin）变换122

5.4仿真实现123

5.4.1三自由度仿真124

5.4.2五自由度仿真125

5.4.3六自由度仿真126

参考文献128

习题129

第6章 姿态动力学132

6.1惯量张量133

6.1.1惯量矩张量的定义133

6.1.2位移定理134

6.1.3惯量椭球136

6.2角动量138

6.2.1角动量的定义138

6.2.2刚体的角动量139

6.2.3物体各组成部分的角动量140

6.3欧拉定律144

6.3.1两种途径144

6.3.2自由飞行146

6.3.3陀螺151

6.3.4多体152

6.4陀螺动力学157

6.4.1进动和章动模式158

6.4.2动能160

6.4.3运动积分162

6.5小结165

参考文献166

习题166

第7章 扰动方程174

7.1扰动法174

7.2平动和转动方程176

7.2.1稳定基准飞行178

7.2.2非定常基准飞行179

7.3气动力和力矩181

7.3.1飞行器和导弹等对称体的气动力182

7.4稳定飞行的扰动方程189

7.4.1滚转传递函数190

7.4.2俯仰动力学方程191

7.4.3航迹角状态方程193

7.5非定常飞行的扰动方程194

7.5.1飞机在铅垂面内的机动194

7.5.2敏捷导弹的扰动方程200

参考文献206

习题206

第2部分 航空航天飞行器的仿真211

第8章 三自由度仿真211

8.1运动方程式212

8.1.1笛卡儿方程212

8.1.2极坐标方程213

8.2分系统模型215

8.2.1大气215

8.2.2地球引力216

8.2.3阻力极曲线218

8.2.4推力221

8.3仿真224

8.3.1 GHAME3 ：高超声速航空航天飞行器的仿真224

8.3.2火箭3：三级火箭仿真230

参考文献231

习题232

第9章 五自由度仿真234

9.1准五自由度运动方程235

9.1.1准五自由度方程的推导236

9.1.2坐标转换矩阵和角速率236

9.1.3多运动学239

9.1.4基于圆形旋转地球的运动方程240

9.1.5基于扁平地球的运动方程240

9.2子系统模型243

9.2.1配平空气动力学244

9.2.2推进力247

9.2.3自动控制装置248

9.2.4制导256

9.2.5传感器263

9.3仿真276

9.3.1 AIM5空中拦截导弹277

9.3.2 SRAAM5——短程空空导弹286

9.3.3 CRUISE5——巡航导弹288

参考文献295

习题296

第10章 六自由度仿真299

10.1六自由度运动方程300

10.1.1扁平地球运动方程300

10.1.2椭球形地球314

10.2子系统建模326

10.2.1空气动力学327

10.2.2自动驾驶仪335

10.2.3作动器345

10.2.4惯性导航系统350

10.2.5导航360

10.2.6红外导引头367

10.3蒙特卡罗法分析374

10.3.1精度分析375

10.3.2风381

10.3.3湍流382

10.3.4应用385

10.4仿真388

10.4.1“猎鹰”6飞机388

10.4.2 GHAME6389

10.4.3 SRAAM6390

参考文献393

习题395

第11章 实时应用399

11.1飞行模拟器399

11.1.1工作站模拟器401

11.1.2驾驶舱模拟器402

11.1.3战斗模拟器的导弹集成404

11.2硬件回路（HIL）仿真设备413

11.3模拟对抗赛414

11.3.1构建模拟对抗赛415

11.3.2进行一场模拟对抗赛417

11.3.3评定一个模拟对抗赛418

11.3.4结束语419

参考文献419

附录A矩阵420

附录B CADAC_ FTN入门424

附录C C++++中的航空航天模拟434

附录D飞行动力学张量基础441

附录E CADAC++++软件架构453