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本书共分5章，第1章简要介绍仿真技术；第2章系统论述了坦克装甲车辆、航空航天、船舶等不同行业领域在论证、设计与研制不同阶段过程中通用的仿真专项技术；第3章针对坦克装甲车辆自身领域的特殊性，系统讲述仿真技术在坦克装甲车辆机动性、防护性、火力性能、信息性能以及人机功效五大性能中的应用；第4章列举了不同仿真方向在设计中的经典应用实例，尤其是多学科联合仿真技术越来越多地应用到设计之中，主要包括机电液联合仿真、流固耦合仿真、刚柔耦合仿真等；第5章主要介绍保证坦克装甲车辆模型仿真置信度的关键技术VV&A。 本书可作为车辆工程、人机工程和控制类相关专业的本科生或研究生教材，也可供工程技术人员参考。

第 1 章 仿真技术概述 …………………………………………………………… 001

1. 1 仿真技术的产生和发展 ……………………………………………… 002

1. 1. 1 仿真技术的分类 ……………………………………………… 003

1. 1. 2 车辆仿真技术发展和分类 …………………………………… 005

1. 1. 3 车辆仿真技术研究内容 ……………………………………… 008

1. 2 系统、 模型和仿真 …………………………………………………… 010

1. 2. 1 系统建模基本概念 …………………………………………… 010

1. 2. 2 系统建模方法 ………………………………………………… 011

1. 2. 3 建模要考虑的因素 …………………………………………… 012

1. 2. 4 建模方法 ……………………………………………………… 012

1. 2. 5 系统建模仿真的基本步骤 …………………………………… 013

1. 2. 6 初始条件、 驱动信号及终止条件 …………………………… 014

1. 2. 7 车辆动力仿真建模 …………………………………………… 015

1. 3 离散事件系统仿真 …………………………………………………… 017

1. 3. 1 到达模型 ……………………………………………………… 018

1. 3. 2 服务模型 ……………………………………………………… 018

1. 3. 3 排队模型 ……………………………………………………… 019

1. 3. 4 运行程序 ……………………………………………………… 019

1. 4 仿真的一般步骤 ……………………………………………………… 019

第 2 章 仿真专项技术 …………………………………………………………… 021

2. 1 结构分析与疲劳仿真 ………………………………………………… 022

2. 1. 1 结构仿真技术概述 …………………………………………… 022

2. 1. 2 结构仿真技术的理论基础 …………………………………… 022

2. 1. 3 结构仿真技术的通用流程及应用软件……………………… 032

2. 2 动力学仿真技术 ……………………………………………………… 037

2. 2. 1 动力学仿真技术概述 ………………………………………… 037

2. 2. 2 动力学仿真技术的理论基础 ………………………………… 038

2. 2. 3 动力学仿真技术的通用流程及应用软件…………………… 040

2. 2. 4 坦克装甲车辆动力学仿真技术的展望……………………… 041

2. 3 流场仿真技术 ………………………………………………………… 042

2. 3. 1 流场仿真技术概述 …………………………………………… 042

2. 3. 2 流场仿真技术的理论基础 …………………………………… 045

2. 3. 3 流场仿真技术的通用流程和应用软件……………………… 051

2. 3. 4 流场仿真案例 ………………………………………………… 061

2. 4 控制系统仿真技术 …………………………………………………… 069

2. 4. 1 控制系统仿真技术概述 ……………………………………… 069

2. 4. 2 控制系统仿真理论基础 ……………………………………… 070

2. 4. 3 控制系统仿真通用流程和应用软件 ………………………… 083

2. 5 作战对抗仿真技术 …………………………………………………… 090

2. 5. 1 作战对抗仿真技术概述 ……………………………………… 090

2. 5. 2 作战对抗仿真理论基础 ……………………………………… 097

2. 5. 3 作战对抗仿真通用流程与主要内容 ………………………… 098

2. 5. 4 作战效能评估分析方法 ……………………………………… 101

2. 6 虚拟现实仿真技术 …………………………………………………… 103

2. 6. 1 虚拟现实概述 ………………………………………………… 103

2. 6. 2 虚拟现实 / 增强现实仿真的通用流程和应用软件 ………… 116

2. 6. 3 基于虚拟现实的坦克装甲车辆设计 ………………………… 124

2. 7 半实物仿真技术 ……………………………………………………… 164

2. 7. 1 半实物仿真和半实物仿真系统 ……………………………… 164

2. 7. 2 半实物仿真技术 ……………………………………………… 167

2. 7. 3 装甲车辆信息系统半实物仿真集成 ………………………… 172

第 3 章 车辆性能仿真技术 ……………………………………………………… 181

3. 1 机动性能仿真 ………………………………………………………… 182

3. 1. 1 整车机动性能仿真概述 ……………………………………… 183

3. 1. 2 整车通过性能仿真 …………………………………………… 187

3. 1. 3 整车平顺性能仿真 …………………………………………… 188

3. 1. 4 过垂直墙计算 ………………………………………………… 192

3. 1. 5 爬纵坡计算 …………………………………………………… 194

3. 1. 6 过侧倾坡计算 ………………………………………………… 196

3. 1. 7 转向仿真分析 ………………………………………………… 196

3. 2 火力性能仿真 ………………………………………………………… 200

3. 2. 1 概述 …………………………………………………………… 200

3. 2. 2 首发命中概率 ………………………………………………… 201

3. 2. 3 密集度仿真 …………………………………………………… 206

3. 2. 4 射击反应时间 ………………………………………………… 210

3. 3 防护性能仿真 ………………………………………………………… 213

3. 3. 1 防护性能仿真概述 …………………………………………… 213

3. 3. 2 爆炸冲击防护性能仿真 ………………………………… 213

3. 4 信息性能仿真 ………………………………………………………… 237

3. 4. 1 信息性能仿真概述 …………………………………………… 237

3. 4. 2 信息系统的仿真模型 ………………………………………… 239

3. 4. 3 自动装弹信息流仿真 ………………………………………… 246

3. 5 人机工效仿真 ………………………………………………………… 252

3. 5. 1 人机工效仿真概述 …………………………………………… 252

3. 5. 2 人机系统建模 ………………………………………………… 252

3. 5. 3 人机系统仿真与评估 ………………………………………… 263

第 4 章 多学科联合仿真技术 …………………………………………………… 267

4. 1 机电液联合仿真 ( 系统仿真) 技术 ………………………………… 268

4. 2 联合仿真的主要方式 ………………………………………………… 270

4. 3 动力学模型与控制系统模型联合仿真案例分析…………………… 272

4. 3. 1 整车模型的组成 ……………………………………………… 272

4. 3. 2 路面激励与履带车辆模型 …………………………………… 272

4. 3. 3 炮控系统模型 ………………………………………………… 275

4. 3. 4 协同仿真方法及计算结果 …………………………………… 275

4. 4 刚柔联合仿真技术案例分析 ………………………………………… 278

4. 4. 1 车体三维几何模型的建立 …………………………………… 278

4. 4. 2 车体有限元模型的建立及其振动特性分析 ……………… 280

4. 4. 3 刚柔混合模型的建立 ………………………………………… 295

4. 4. 4 仿真分析 ……………………………………………………… 301

第 5 章 VV& A …………………………………………………………………… 307

5. 1 VV&A 理论与方法 …………………………………………………… 308

5. 1. 1 VV&A 概念及定义 …………………………………………… 308

5. 1. 2 校核、 验证与确认的区别与联系 …………………………… 309

5. 1. 3 VV&A 与 M&S 的关系 ………………………………………… 310

5. 1. 4 VV&A 过程模型 ……………………………………………… 310

5. 2 VV&A 与可信度评估 ………………………………………………… 312

5. 2. 1 仿真可信度评估 ……………………………………………… 312

5. 2. 2 VV&A 与可信度评估的关系 ………………………………… 313

5. 3 装甲车辆建模与仿真的 VV&A 应用 ………………………………… 313

5. 3. 1 VV&A 应用模式 ……………………………………………… 313

5. 3. 2 VV&A 应用流程 ……………………………………………… 314

5. 3. 3 VV&A 应用内容及方法 ……………………………………… 314

参考文献 …………………………………………………………………………… 317

索引 ………………………………………………………………………………… 328

兰小平，研究员。曾任中国北方车辆研究所总体技术部副主任、资深管理专家、所数字化副总师，现任兵器工业信息中心智能制造与数字化部部长，主要从事坦克装甲车辆武器系统设计、数字化设计技术、仿真分析、虚拟设计与验证技术等方向的研究工作。多年来，围绕坦克装甲车辆武器系统设计、多学科设计优化理论与方法、车辆建模与仿真、虚拟现实与增强现实技术等开展理论与工程应用研究。主持、参加国家和部级重大和重点科研项目多项。研究成果先后获得部级科技进步奖二等奖3项、三等奖6项，发表学术论文数20余篇，出版专著一项。 王超，男，1984年6月4日生，中国北方车辆研究所副研究员。就职于中国北方车辆研究所总体技术部。主要从事复杂装备体系结构设计、对抗仿真与效能评估、坦克装甲车辆总体设计、数字化仿真分析、虚拟设计与验证技术等方向的研究和科研工作。多年来，围绕突击装备体系设计、坦克装甲车辆总体设计、多学科设计建模与仿真、虚拟现实与增强现实技术等开展理论与工程应用研究。主持和参加国家和部级重点科研项目多项。研究成果先后获得部级科技进步奖三等奖1项，发表学术论文数十篇，申请国防专利10余项。 郑思涓，中国北方车辆研究所副研究员，主要从事坦克装甲车辆人机环境总体技术研究，完成了多项人机交互设计、仿真评价、人机工效及乘员负荷等项目研究工作。发表8篇学术论文，获得部级科学进步奖二等奖1项、三等奖1项，获得软件著作权2项。

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