基于虚拟仿真研究的未来飞行器开发设计

科研园地I ©
基于虚拟仿真研究的未来飞行器开发设计
◎蔡学静
【提要】将虚拟仿真理念引入到未来飞行器产品设计 中，并探索未来飞行器产品的发展方向。

具体而明确地指出
将虚拟仿真理念应用于产品设计的研究思路、研究方法、技
术路线和实施步骤等整个产品设计过程，为未来飞行器产品 设计提供新思路和新方法。

【关键词】虚拟仿真 未来飞行器 开发设计
一、 虚拟仿真研究的目标和内容
1. 研究目标。

利用计算机辅助三维建模课程和产品
动态展示课程开发设计一套利用RHINO 三维建模软件和
KEYSHOT 动态演示的产品虚拟仿真展示平台，利用展示平
台使学生可实时查询产品各零部件的组成关系和产品的动态
使用过程，让学生对产品使用体验设计和结构设计有更进 一步的指导作用。

同时降低学校的产品购置、维护和管理成
本，提高教学效果，管理员（教师）用户可以通过软件对数 据进行更新维护。

2. 研究内容。

通过人机交互，使用RHINO 和KEYSHOT
软件制作未来智能飞行器的三维模型和动态演示流程，同
时创建出飞行器的结构部件，取代实物模型或产品的实际拆 装。

使学生不受任何传统三维模型制作工具的限制，直观地
了解产品的结构组成和使用过程，从而更加高效地设计出相 关产品。

3. 研究价值。

将产品的三维建模和动态仿真技术结合
做成产品基本结构分解和运动仿真视频，用于产品开发、产
品结构设计等课程教学中，让学生从理论知识转变为实践操 作，真正达到“应用为主”的教育宗旨。

二、 虚拟仿真研究的方法和步骤
1. 研究方法和技术路线。

产品动态虚拟仿真设计主要 由两大部分组成：产品建模视频和产品动态仿真视频，产品
建模视频由产品三维建模和产品渲染视频组成，产品动态仿 真视频由产品结构分解和运动仿真视频组成。

仿真数据由管 理员（教师）进行维护和根据课程需要添加视频数据，用户
（学生）可以自由选取所需视频数据。

2. 实施步骤。

①市场调研总结分析一括交通工具相
关市场的调研分析，主要内容有调研目标的确定、制定设计
计划、调研及资料整理、调研报告的编写。

②产品设计理念
和定位分析——通过收集资料总结分析文件，确定产品的设 计理念和设计定位：包括使用环境定位、研究内容定位等；
构思：设计理念，解决问题的方法。

③概念创意与方案设 计——草图绘制、计算机三维效果图虚拟仿真制作。

④方案
评价与优化一深入设计：产品功能、结构设计等计算机三
维效果图虚拟仿真制作。

⑤设计实施一制作产品虚拟仿真
动态展示设计。

三、 未来飞行器的特征
随着交通工具的增加，路面交通变得越来越拥挤，城市
飞行器是针对城市和跨城市的交通飞行方式，与未来城市完
美结合，既不影响人类生活方式，还能缓解交通压力。

在错综复杂的未来城市，飞行器可以自行飞行，但是为
了提高速度，可利用磁悬浮技术建立轨道，减轻能源消耗 等。

未来城市飞行器将添加自动导航系统，与配套的轨道和 航站楼使用。

航站楼与居民楼相结合，将楼分为三部分， 最里面为飞行器透明电梯，中间部分为盘绕阶梯（梯上放有
长途飞行模块组和充能设备），外部为居住区。

用户仅需下 单，飞行器既可到指定地点接人并送到目的地等，采用氢气
作为能源，为未来飞行器解决了动力问题，而且还可以循环
利用，不浪费，具有可行性。

用户可以规定路线（轨道行驶），有效缓解交通压力，
实现“三行”（海陆空）。

分为短途和长途两种模式，解决出 行距离，让距离变得简单，还可以自动驾驶，释放双手。

驾
驶舱中的座椅可根据用户坐姿、背部曲线以及对座椅的压力 来自动调节表面的弯曲度、软度和曲率。

四、 基于虚拟仿真下的未来飞行器设计探索
首先，通过调查资料确定飞行器的外观采用仿生设计， 驾驶舱整体采用海豚脊背的流线型设计，减小风阻和摩擦
力，长途模块组仿生于鸟类翅膀，同样减小风阻和摩擦力； 然后确定飞行器的组成部分，并创建三维模型和结构连接
图；最后，制作产品的演示动画。

近年来，高校都根据自身科研和教学的需求研制了相 关的虚拟仿真课程，但各种虚拟仿真软件的专用性非常强，
大部分不能适用于产品开发和展示设计课程的认知和学习，
针对工业设计专业设计课程的虚拟仿真非常少，不能满足学
生对产品展示设计的认知实践要求。

因此，建立一套以三维
造型技术和产品动态展示设计为基础，将理论与实践紧密结
合，贯穿理论学习、产品外观和展示分解、运动仿真的虚拟
仿真视频，才能真正将产品开发和展示设计的认知从传统的
理论学习中解放出来，达到良好的应用效果。

［项目基金：本文为2018年校青年骨干教师科研基金项 目（课题编号QN201813 ）研究成果。

】
（作者单位 辽宁省沈阳工学院）
（本栏责任编辑刘艳军）
2020年第06期椒节魯巧。