民用飞机外形全参数化设计研究
民用飞机机身截面设计方案研究
两 种主 流机 身截 面进 行受 力分析 ，阐述两 种 不 同的 机身 截面 设计思 路 ，供 民用飞 机设 计 人 员在 型号 设计 初期加 以 考虑 ，避 免后期 更 改导致 的进 度延 误或结 构 增重 。
Ｄｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ａ ｄ ｓｇ ｏ ｃ ｍｍｅ ｃ＆ ｎ ｈ ｏ ｃ ｐ ｕ ｌ ｅ ｉｎ ｆ ｏ ｒ ｆ】 ｒ
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民用飞机机身截面设计方案研究
邹 新 煌 上 海 飞机 设 计 研 究院 强度 设 计 研 究部
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大型客机概念设计的外形参数化CAD模型
1 = 0.5， 2 = 1
1 = 0.5， 2 = 0.5
1 = 0.75， 2 = 0.75
1 = 0.75， 2 = 0.25
图 2 不同 1 、 2数值所描述的曲线形状
对于形状函数，用伯恩斯坦多项式来定义，其数学表达为
=
,1
(4)
=0
式中：的变化范围为[0，1]； , ——系数因子，由下式给出
本 文 以 大 型 客 机 总 体 设 计 平 台 开 发 课 题 为 背 景 ，针 对 外 形参数化 CAD 模型问题，基于 CST 的参数化方法，建立面向 大型客机概念设计的外形参数化数学模型；应用 CATIA 二次
收稿日期：2008-12-29；修订日期：2009-02-13。 作者简介：湛岚 (1985－)，女，江苏南京人，硕士研究生，研究方向为多学科优化设计、飞机外形参数化设计； 余雄庆 (1965－)，男，重庆 人，博士，教授，研究方向为飞机总体设计和多学科优化设计； 沈琼 (1985－)，男，河北秦皇岛人，硕士研究生，研究方向为飞行器总体设计。 E-mail：lealanchine@
面向飞行器概念设计的 CAD 模型，近十几年来一直为飞 行器设计人员所重视。波音公司的 Vandenbrande 等研究人员比 较系统地研究了面向飞行器 MDO 的外形 CAD 模型的要求和 建模方法[2]，Manning 等利用一种 CAD 软件编程接口(CAPRI[3])为 NASA 的天地往返飞行器多学科分析和优化设计环境开发了 一个几何建模工具 ComGeom [4]，利用该工具可快速生成各种 构型飞行器外形，并能为气动、热力学等学科生成表面网格数 据。Rodriguez 等应用 Java 编程语言为飞行器总体设计专门开 发了一个快速几何引擎 (RAGE) 。 [5] 金海波等在 ACIS 几何造
飞机机身结构设计模型研究
飞机机身结构设计模型研究一、引言随着航空工业的快速发展，飞机机身的结构设计越来越受到关注。
在飞机设计过程中，机身是最重要的部件之一，其设计直接关系到飞机的安全性、舒适性、经济性和使用寿命。
因此，本文将探讨飞机机身结构设计模型的研究。
二、飞机机身结构设计模型的发展历程飞机机身结构设计模型的发展可以追溯到20世纪50年代，当时航空制造业已经发展到一定的水平。
当时使用的结构设计模型是基于工程设计理念和经验，没有计算机辅助设计的支持，设计者仅依靠手头的图纸和试验数据进行设计。
到了60年代，计算机技术的普及和发展使得飞机机身结构设计模型取得了很大的进展。
开始应用有限元分析技术和计算机辅助设计软件，实现了高精度和高效率的设计。
大量的设计数据和实验数据，通过计算机模拟的方式被收集、整理、分析，从而为设计者提供了更多的依据和支持。
在21世纪，飞机机身结构设计模型得到了更加深入的研究和发展。
计算机科学、力学学科、材料技术的不断创新和发展为飞机机身结构的设计提供了巨大的支持。
自适应、优化等方法的运用，使得机身结构的设计在效率、安全、经济性等方面取得了不断的突破。
三、飞机机身结构设计模型的基本原理及方法飞机机身的结构设计非常复杂，需要结合多种科技和技术手段进行。
当前，主要的设计原理和方法如下：1.材料选择：在飞机机身结构设计时，应该根据机身结构要求、空气动力特性、重量、刚度和强度等因素，选择具有优异特性特性的材料。
2.计算机辅助设计：通过计算机程序的支持，进行数字化设计和分析。
可以利用有限元分析等工具进行机身结构分析、应力分析和疲劳寿命分析等。
3.结构优化设计：结合材料性能和飞行特征等多个要素对飞机机身进行优化设计，从而达到最优的结构表现。
4.虚拟设计：虚拟设计是指利用虚拟样机、虚拟试验和虚拟模拟等技术对机身进行测试。
这种方法能够较为准确地模拟机身结构的机械性能和强度，从而提升飞行安全性。
四、实例分析为了深入了解飞机机身结构设计模型的研究，并实现一些有意义的应用，本文基于一架民航飞机，提出了以下的实例探索：首先，对飞机的载荷进行计算，包括飞行重量、气动力和风载荷等，以获取机身的力学特性；其次，确定合适的材料，并对机身使用的材料进行一系列的计算、试验，以验证材料力学性质；然后，从机身气动学角度出发，构建有限元分析模型，并进行指定载荷作用下的力学分析，以验证机身结构的合理性，并优化设计；最后，采用虚拟试验技术，对机身结构进行模拟分析，探究机身结构在不同载荷作用下工作的机械特性。
民用飞机外形全参数化设计研究
民用飞机外形全参数化设计研究【摘要】作为飞机概念设计的重要工具，飞机外形的参数化模型由于参数多，结构复杂，一直是人们研究的重点。
本文根据飞机外形设计的具体要求，深入分析飞机部件外形特征，提取几何定位参数，对飞机外形的数学模型用二次曲线、样条曲线和基于形状函数/分类函数变换等几何建模方法和物理意义明确的参数在CATIA平台上建立了一套结构层次清晰的飞机外形全参数化设计模型。
建立的民用飞机总体外形全参数化模型可以把原来飞机外形复杂的画图过程转化为以飞机参数驱动的几何外形自动化设计过程，从而提高飞机外形设计的可设计性和可计算性并为以后进一步实现民用飞机多学科设计优化系统打下基础。
【关键词】飞机外形全参数化;CATIA造型;几何建模方法;自动化设计引言飞机概念设计在飞机设计中处于先锋和核心地位，而外形设计又是概念设计中的核心。
无论技术要求分析论证，还是总体各主要参数的分析和优化，以及后续的结构设计，装备设施布置，无不落实到飞机的机体构形和机体各部分的几何外形尺寸定义及它们之间的相对位置关系的确定上。
因此，找到一个崭新的方法，快速生成方案阶段所需的总体外形，直接关系到设计周期的长短和设计质量的保证。
[1]因此在概念设计阶段进行飞机外形全参数化设计，无论是从气动分析的角度还是从提高效率和精度的角度出发，都具有非常重要的现实意义。
1、参数化几何建模方法飞机外形全参数化设计是对外形设计输入条件、要求及与外形相关的标准、规范进行分析和转化，然后提炼出能反映总体设计思想并能决定飞机外形的几何参数，通过修改这些几何参数中的一个或多个，自动完成飞机外形相关部分的改动[2]。
由于飞机各个部件的外形复杂程度和对曲面的要求需采用不同的数学模型，不同的建模方法来描述。
[3]文献[4,5]中曾建立过简单的飞机外形参数化模型，但未考虑各部件的外形特点，应用范围受到限制。
本文将综合考虑各种关系，建模时综合运用二次曲线方法、样条方法、基于形状函数/分类函数变换(Class function/Shape function Transformation，简称CST)的方法进行几何建模。
飞机外形参数化设计的应用探索
Ｃ Ｉ Ｖ５ 有完 善的 系统 参 ＡＴ Ａ 具
数 自动 提 取 动 能 ， 它 能 在 草 图 设 计 中 ，将 设 计 人 员输 入 的 尺寸 约 束作 为
准模 型库 。这 样 ，飞机 的外形 设计是 否 可 以理解 为标 准几何 模型 的堆 积 ，形 象 Ｅ ｃｌ ｘ ｅ 格式 的 图标文 件 。设计者 仅需 将 特征 参 数制 成文 本 型或 Ｅ ｃ ｌ 表格 ， 地 说 就是 搭 积木 。 ｘｅ型 （）研究不 规则体 中各规 则体之 间 ４ 通过 Ｃ Ｉ Ｖ５本身 自带 的工具 一 ＡＴ Ａ Ｄｅ ｉ ｎ Ｔａ ｌ ｓｇ ｂ ｅ对表 格的 各条记 录进 的参 数 变化 关 系
３飞机外形参数 化设计方案
（ ）普 及 航 空 专 业 知 识 ， 提 升 １ 外 形设 计 人 员综 合 素 质
飞 机 的 外 形 设 计 必 须 满 足 飞 机 总
Ｃ ＡＴＩ Ｖ５ Ａ 的尺 寸 约束 的特 点是 将 形 状 和 尺 寸 联 合起 来 考 虑 ， 通 过 尺 寸
约 束 来 实 现 对 几 何形 状 的控 制 。 设 计 时 必 须 以 完 整 的 尺 寸 参 数 为 出 发 点 （ 约 束 ）， 不 能 漏 注 尺 寸 （ 约 全 欠
到 最 直 接 的 参 数 驱 动 建 模 的 目的 。 尺 寸 驱 动 是 参 数 驱动 的 基 础 ，尺 寸 约 束是 实 现 尺 寸 驱 动 的 前提 。
对 三维模 型的特征 进行控制 和检 查 ， 需要通过 编程来 实现 。
搭 积 木 ，那 么 ，一 个标 准 体 的参 数 变 化 必 然 引起 相 关 的其 他几 何 体 的变 化 。 外 形设计 中还 需要探 索和 研究这 些变化 规 律 和 规 则 ， 确定 它们 之 间 的变 化 关
《基于MBD的飞机典型零件参数化设计建模技术研究》
《基于MBD的飞机典型零件参数化设计建模技术研究》一、引言随着航空工业的快速发展，飞机零件的设计与制造技术日益成为研究的热点。
模型基础定义（MBD）技术以其独特的数据集成和表达方式，为飞机典型零件的参数化设计建模提供了新的思路。
本文旨在探讨基于MBD的飞机典型零件参数化设计建模技术的相关研究，以提升设计效率及零件制造的准确性。
二、MBD技术概述模型基础定义（MBD）技术是一种以三维模型为基础，集成了产品定义、制造及检验等多方面信息的数据表达和交换技术。
通过MBD技术，可以在同一三维模型中集成几何、工艺及检验等多种信息，从而实现设计、制造及检验的无缝衔接。
三、飞机典型零件参数化设计建模的必要性飞机零件种类繁多，结构复杂，传统的设计方法往往需要大量的时间和人力。
参数化设计建模技术可以有效地解决这一问题，通过参数化建模，可以快速生成多种设计方案，提高设计效率。
同时，参数化模型可以更好地适应产品设计的变更，提高设计的灵活性。
四、基于MBD的飞机典型零件参数化设计建模技术1. 参数化建模技术参数化建模技术是通过设定一定的参数来控制模型的结构和形状。
在飞机典型零件的设计中，可以通过设定材料、尺寸、形状等参数，快速生成符合要求的零件模型。
此外，参数化建模还可以实现零件模型的自动优化，提高设计的精确度和效率。
2. MBD技术在参数化设计建模中的应用在参数化设计建模中，MBD技术可以有效地集成几何、工艺及检验等多种信息。
通过在同一个三维模型中集成这些信息，可以实现设计、制造及检验的无缝衔接。
同时，MBD技术还可以提高零件制造的透明度，方便制造过程中的质量监控和追溯。
五、研究方法与实验结果本研究采用理论分析和实验验证相结合的方法。
首先，通过理论分析，探讨MBD技术在飞机典型零件参数化设计建模中的应用方法和优势。
然后，通过实验验证，对比传统设计方法和基于MBD的参数化设计建模方法的效率和准确性。
实验结果表明，基于MBD的参数化设计建模方法在提高设计效率和制造准确性方面具有显著优势。
民用飞机外形参数化技术研究
民用飞机外形参数化技术研究乔朝俊（第一飞机设计研究院西安 710089）摘要：本文通过对民用飞机各部件外形特征的分析，根据民机设计参数及各部件的外形设计特点，对翼吊布局民机的主要部件进行了参数化外形成型研究，提出了民机外形参数化设计方法和思路，为民机方案设计阶段外形快速设计提供基础。
关键词：参数化快速成型民机1 引言随着飞机设计手段的不断提高，飞机方案设计阶段的技术工作越来越详细，对飞机参数的选取优化、飞机部件选型的大量估算分析工作的主要输入条件之一就是飞机的几何外形。
传统的几何外形建模方式应经难以适应方案阶段飞机参数优化和部件选型对几何外形的要求，因此，开展外形参数化和参数化建模技术研究就显得尤为迫切。
通过该项技术的研究建立一套以飞机参数驱动的几何外形参数化建模系统，满足飞机方案设计对飞机外形的需求。
参数化成型的基础是几何参数的提取和三维外形的全参数化，本文就是根据上述需求，以民用飞机的主要设计参数为基础，提出了民机部件外形参数化的初步技术设想，为民用飞机参数化快速几何成型提供理论支持。
2 民用外形特征分析民用飞机的主要用于旅客和货物的运输、周转，它要求在相同的最大起飞重量基础上尽量增大飞机的载客（货）量，以获得最大的经济效益。
目前投入航线运营的喷气式民用飞机其布局形式主要有两种：发动机安装在机翼下方的翼吊布局和发动机安装在机身后部的尾吊布局。
除这两种形式外，还有翼吊和尾吊混合形式布局，还有各种特殊布局。
本文主要针对翼吊和尾吊两种典型布局民机进行分析研究。
对于翼吊和尾吊布局民机而言，可将其划分为机身、机翼、平尾、垂尾、发动机短舱、短舱挂架、翼身整流包、操纵面、襟翼滑轨/支臂整流罩等部件。
这些部件中，各部件外形特征如下：1) 机身和发动机短舱外形类似于圆柱，其剖面形状可以用多段圆弧或二次曲线来描述，但发动机短舱唇口和机头外形特征完全不同，机头上由于布置有驾驶舱风档而使该处外形成形非常复杂，短舱唇口由于气动力要求较高，其外形也较复杂。
3 基于CATIA二次开发的直升机机身外形参数化建模苏涛勇(7)
第二十八届<2018）全国直升机年会论文基于CATIA二次开发的直升机机身外形参数化建模苏涛勇陆洋<南京航空航天大学旋翼动力学国家级重点实验室，南京，210016）摘要：为了研究直升机机身对旋翼的气动干扰，对直升机的机身外形进行优化设计，应用一种基于类别函数/形状函数变换的参数化建模方法，研究出一种直升机CAD模型的外形参数化方法。
该方法可以用较少的参数完成了直升机的机身外形建模。
应用VB环境下CATIA 二次开发技术，开发了一个直升机机身三维外形快速生成的软件。
实例表明，该软件能够快速地自动生成直升机的机身三维外形，实现了直升机的机身外形参数化建模。
关键词：直升机外形设计。
计算机辅助设计。
参数化模型。
CATIA。
二次开发0 引言直升机工作在十分复杂非定常流场中，在该流场中，旋翼产生的尾迹的影响占主导地位。
旋翼的尾迹与机身之间会产生严重的气动干扰，这种干扰会直接影响到直升机的性能、飞行品质和振动特性等，因此在直升机设计过程中需要对直升机的机身外形进行优化[1]。
如何用一组参数来描述直升机机身外形并快速生成直升机的机身三维外形模型是进行机身外形优化的前提条件。
参数化建模为快速生成直升机的机身外形模型提供了一个有效的途径。
所谓几何外形参数化建模，就是用一组参数来约束设计对象的结构形状。
对于直升机这类复杂系统的多学科优化设计中，几何参数化建模具有举足轻重的地位，它有利于维护设计对象的几何结构上的完整性、相容性和一致性，并为其它学科如气动分析、结构分析提供支持[2]。
飞行器外形复杂，目前主要采用NURBS的方法进行参数化建模[3-5]，虽然NURBS的方法能较精确的飞行器的外形，但是由于所需的控制参数太多，不便于在优化设计中获得很好的应用。
2006年，波音公司的Kulfan等人针对这些问题提出了一种基于形状函数/类别函数变化的参数化方法<shape function/class function transformation，CST）[6-8]，这种方法的优点是参数具有明确的几何含义，所需控制参数较少，适用性强，建模精度较好。
民用飞机研究报告
民用飞机研究报告
民用飞机研究报告是指对民用飞机进行详细研究及分析的报告。
该报告通常涵盖以下内容：
1. 民用飞机的设计及结构：研究飞机的外形设计、机体结构、机翼形状等方面，包括对飞机的载荷、速度、气动力学等特性的分析和研究。
2. 动力系统：研究飞机的发动机设计及性能，包括推力、燃料效率、噪音等方面的分析和研究。
3. 航电系统：研究飞机的航电系统设计，包括飞行控制系统、导航系统、通信系统等方面的分析和研究。
4. 安全性能：研究飞机的安全性能，包括飞机的飞行稳定性、安全控制系统、事故逃生系统等方面的分析和研究。
5. 环境保护性能：研究飞机的环保性能，包括减少噪音、减少颗粒物排放等方面的分析和研究。
民用飞机研究报告的目的是为了提高飞机的安全性、经济性和环保性，以满足人们对空中交通的需求。
同时，该报告也为飞机制造商和航空公司提供技术支持和指导，促进民用飞机产业的发展。
关于CATIA二次开发的飞机外形参数化设计研究
关于Ｃ Ａ Ｔ Ｉ Ａ 次开发的飞机外形参数化设计研究
苏 江 （ 中航 飞 机 西 安 飞机 分 公 司 ， 陕西西安 ７ １ ０ ０ ８ ９ ）
【 摘
要ｌ随着数字化建模技术的发展， 飞行器的参数化设计逐渐发挥出方便快捷和可靠的优点。 在对飞行器的设计和优化中， 按照参数化的模
型对 外观进行 细致 的修 改是 一项重要 的 工作 。 计 算机 几何造 型软 件Ｃ Ａ Ｔ Ｉ Ａ 是一 款强 大的 飞行 器模 型驱 动模 块 。 利用本 软件和ｃ＋ ＋ 语 言进行参 数化 模型 的二 次开发 ， 目的是根据 逆 向工程 的思想， 把 当前 的飞行 器 实物通过 一定的方 法取得其 结构化的数据， 把 获取的精确数 据使 用ｃ Ａ Ｔ 软件设计优 化，
１ Ｃ Ａ Ｔ ｌ Ａ 二 次 开发 方法
方面 的因素并对 过程 的精度 加以严格 控制 ， 但是归结起来 ， 主要的 问题 ， 而Ｃ ＋ ＋ 语言结合强大的Ｃ ＡＴ Ｉ Ａ 软件 ， 根 据独立 的几何约速条 步 骤 有 三 点 ： 件， 把飞行器的外观进行建模 ， 可 以迅 速 生 成 具 有 相 似 特 征 的 ３ Ｄ图 （ １ ） 飞行器外观 的模型参数化二维数据建立 ： 使用激光扫描技术 形， 对飞机 的外观模 型建 立提 供了一种无可 比拟的优选方案 。 在航 以及高精度点采集将飞行器外观的二维信息进行 采集 ， 确 定不遗漏
在 飞 行 器 设 计 阶段 ， 参数 的快 速 设 计 和 精准 生 成 是 一个 棘 手 的
具体 的飞行器三维重建过程是十分繁琐和复杂 的， 需要考虑多
民机翼身组合体参数化研究
民机翼身组合体参数化研究左志成,段卓毅,陈迎春(中航第一飞机研究院 气动设计研究室,西安 710089)摘要:飞机方案设计阶段,迫切需要一个能够快速评估、计算不同参数组合的翼身组合体基本气动力特性的分析平台。
为满足这一实际工程设计需要,本文提出运输类飞机参数化概念和具体研究方法,开发了快速分析计算翼身组合体气动力特性分析平台,结合具体算例验证了方法的可行性和工程实用价值。
关键词:数值计算;参数化;气动计算模型;欧拉方程;附面层修正I nvesti ga ti on of Param eter i zed W i n g-Body Co m b i n a ti on ofTran sport a ti on A i rcraftZuo Zhicheng,Duan Zhuoyi,Chen Yingchun(Aer odyna m ics Depart m ent,The First A ircraft I nstitute of AV I C-I,Xi’an710089,China)Abstract:A quick designing window that can quickly evaluate and compute basic aer odyna m ic characteristics of wing-body combinati ons with different para meters in the concep tual design phase of trans portati on aircrafts1I n order t o satisfy the need of p ractice engineering,para meterizati on concep t and an investigating methodol ogy were p r oposed in the paper1An analysis window has been p r ovided for quickly analysing and computing basic aer odyna m ic characteristic of wing-body combinati ons1A t the sa me ti m e,feasibility and engineering value of the para meterizati on concep t and investigating meth2 odol ogy were validated in a case study1Key words:numerical calculati on;para meterizati on concep t;aer odyna m ics model;Euler equa2 ti on;Boundary layer correcti on 在民机方案的初步设计阶段,常规的方法是根据以往的经验或者国外的设计经验,把各种参数的变化规律融合在一起,画出“地毯图”进行分析,并最后确定机翼、机身的总体参数。
基于CATIA二次开发的飞机外形参数化设计
基于CATIA二次开发的飞机外形参数化设计
谢岳峰;余雄庆
【期刊名称】《计算机工程与设计》
【年(卷),期】2008(29)14
【摘要】解决如何实现飞机外形参数化设计这个问题有二个要点,第一飞机外形的参数化描述,第二根据这些参数通过何种编程方式自动生成飞机三维外形图.以一个简化的飞机外形为例,在研究了飞机外形的参数化描述基础上,应用VC++环境下CATIA二次开发的自动化技术,实现了飞机外形参数化设计.实例表明,所提出的方法能快速地自动生成飞机三维外形,可以实现飞机外形参数化设计.
【总页数】3页(P3792-3794)
【作者】谢岳峰;余雄庆
【作者单位】南京航空航天大学航空宇航学院,江苏南京210016;南京航空航天大学航空宇航学院,江苏南京210016
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.72
【相关文献】
1.关于CATIA二次开发的飞机外形参数化设计研究 [J], 苏江
2.基于catia二次开发的机翼外形快速设计 [J], 李峰
3.一种基于CATIA二次开发的船体外形建模方法 [J], 刘勇杰;胡勇;郑绍春
4.基于CATIA二次开发的发动机喷管外形参数化设计 [J], 高运奎;李召华;吕勤云
5.基于CATIA二次开发的飞翼外形参数化建模 [J], 胡添元;余雄庆
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浅析民用飞机研制总体参数优化
常规布局飞机概念外形参数化建模研究
ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.２０９５－５０９Ｘ.２０１９.１１.００２常规布局飞机概念外形参数化建模研究吕㊀韵ꎬ周㊀进ꎬ童明波(南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室ꎬ江苏南京㊀２１００１６)摘要:针对常规布局飞机概念设计阶段存在的外形建模成本高㊁耗时长等问题ꎬ建立了常规布局飞机外形参数化设计模型ꎮ根据常规布局飞机外形设计的具体要求ꎬ将飞机外形分为若干模块ꎬ提取飞机设计参数和几何定位信息ꎬ基于ＣＡＴＩＡ软件强大的曲线和曲面建模能力ꎬ在ＶＢ环境下开发了一个面向常规布局飞机概念设计的参数化ＣＡＤ模型快速生成的通用软件ꎬ从而提高飞机概念阶段的可设计性和快速性ꎬ为研发常规布局飞机多学科设计优化系统提供了基础ꎮ关键词:飞机设计ꎻ计算机辅助设计ꎻ参数化建模ꎻＣＡＴＩＡ二次开发中图分类号:Ｖ２２４㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:２０９５－５０９Ｘ(２０１９)１１－０００７－０４㊀㊀在常规布局飞机概念设计阶段ꎬ飞机的外形参数需要反复修改ꎮ传统的几何外形建模中几何元素和其属性之间没有相互关联的关系ꎬ几何模型必须重新绘制ꎬ因而耗时长㊁建模效率低下ꎮ而参数化建模技术为快速生成飞机几何外形提供了一种有效的解决方法ꎮ飞机外形参数化建模是指能用一组参数描述飞机外形的数学模型ꎬ通过尺寸驱动的方式ꎬ以独立的几何约束条件按既定的几何参数生成一系列具有相似几何特征的飞机外形的建模方法ꎬ它是实现飞机概念阶段快速设计和多学科优化设计的基础[１]ꎮ随着计算机辅助工程技术的发展ꎬ飞行器设计师对飞行器概念设计阶段的参数化建模方法的研究日益深入ꎮ目前飞行器参数化几何建模有两种方式:１)采用编程语言和计算机图形库自主开发ＣＡＤ生成软件ꎮ例如Ｇｌｏｕｄｅｍａｎｓ等[２]应用面向对象编程方法为飞机概念设计开发了一个快速几何建模软件ꎻＲｏｄｒｉｇｕｅｚ等[３]采用Ｊａｖａ语言为飞行器总体设计编写了一个快速几何建模软件(ＲＡＧＥ)ꎻＶａｎｄｅｎｂｒａｎｄｅ等[４]开发了一个通用几何生成软件(ＧＧＧ)ꎻＨｗａｎｇ等[５]运用Ｐｙｔｈｏｎ语言开发了一个飞机几何建模工具(ＧｅｏＭＡＣＨ)ꎮ２)基于现有的ＣＡＤ软件及其接口进行二次开发ꎮ例如Ｃｒａｗｆｏｒｄ等[６]基于Ｐｒｏ/Ｅｎｇｉｎｎｅｒ软件开发了一种ＣＡＤ应用程序接口(ＣＡＰＲＩ)ꎻＭａｎｎｉｎｇ等[７]利用文献[３]中的ＣＡＤ软件编程接口为ＮＡＳＡ开发了一个几何建模工具(ＣｏｍＧｅｏｍ)ꎻ金海波等[８]在ＡＣＩＳ几何造型平台上ꎬ基于ＮＵＲＢＳ建模方法ꎬ建立了飞机外形的参数化设计模型ꎻ余雄庆课题组[９－１２]基于ＣＡＴ￣ＩＡ软件进行二次开发ꎬ实现了各类飞行器的外形参数化设计ꎻ李治宇等[１３]基于ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ软件ꎬ应用ＶＢ语言进行二次开发ꎬ完成了类Ｃｌｉｐｐｅｒ返回舱的参数化建模与初步优化工作ꎮ在飞行器概念设计阶段ꎬ需要对飞机外形进行反复优化㊁调整ꎬ传统方法耗时长㊁效率低ꎬ故对飞机外形快速建模方法一直有着迫切的需求ꎮ且由于飞机建模参数的复杂多样ꎬ通常方法不能全面地对飞机进行高精度建模ꎮ而ＣＡＴＩＡ软件拥有强大的曲面生成功能ꎬ满足复杂外形高精度建模要求ꎬ故在ＶＢ环境下应用ＣＡＴＩＡ二次开发技术ꎬ建立几何外形参数化模型ꎬ可以很好地实现概念阶段飞机外形快速建模ꎬ且能为自动化网格和自动布局优化设计等研究领域提供良好的基础ꎮ１ 飞机外形构造与参数描述在概念设计阶段ꎬ飞机的外形主要由前机身㊁中机身㊁后机身㊁中央翼㊁外翼㊁发动机短舱㊁平尾和垂尾组成ꎬ如图１所示ꎮ通常飞机的外形由特征点㊁特征剖面和轮廓线通过放样得到ꎬ参数化建模就是采用尽量少的参数来描述组成飞机外形的特征点㊁曲线和曲面ꎬ其基本思路为:根据特征参数建收稿日期:２０１８－０３－１２作者简介:吕韵(１９９５ )ꎬ男ꎬ硕士研究生ꎬ主要研究方向为飞行器设计ꎬｌｙｌｐｌ＠ｆｏｘｍａｉｌ.ｃｏｍ.通讯作者:童明波ꎬｔｏｎｇｗ＠ｎｕａａ.ｅｄｕ.ｃｎ.７ ２０１９年１１月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀机械设计与制造工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｎｏｖ.２０１９第４８卷第１１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＭａｃｈｉｎｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.４８Ｎｏ.１１立各部件的外形ꎬ通过部件间的位置参数得到全机的几何外形ꎮ下面将介绍飞机外形各部件的参数化描述方法ꎮ图１㊀飞机概念外形构成１.１㊀机身参数化模型通常在飞机结构中ꎬ机身是结构最复杂的一个部件ꎬ在选择几何参数㊁确定机身外形时ꎬ必须满足３个要求:内部容积足够大㊁气动阻力最小㊁有利于结构布置ꎮ为了方便参数选择和分析问题ꎬ一般将机身分为前机身㊁中机身和后机身三段ꎬ可根据用途和使用速度范围确定机身截面形状ꎮ本文机身的截面选为圆形ꎬ中机身为等截面的柱状体ꎬ前机身和后机身则根据中机身截面和机头与机尾半径由Ｂ样条纵向轮廓线放样得到ꎬ参数选择为三段机身的长度㊁中机身长细比㊁机头雷达罩直径㊁机尾ＡＰＵ(ａｕｘｉｌｉａｒｙｐｏｗｅｒｕｎｉｔ)直径ꎬ如图２所示ꎮ图２㊀机身外形几何参数１.２㊀机翼参数化模型机翼与飞机的飞行性能直接相关ꎬ对飞机的结构布置也有较大影响ꎬ因此在确定机翼外形时需要全面考虑参数选择问题ꎬ重点是其剖面形状即翼型和平面形状几何参数的选择ꎮ通常ꎬ翼型从翼型手册等相关文献资料获得ꎬ或者设计和修改新的翼型ꎬ而机翼的平面形状则根据飞机类型和使用要求进行确定ꎮ根据常规布局飞机的几何特点和概念设计阶段的需求ꎬ选择ＮＡＣＡ翼型库中的翼型ꎬ机翼平面几何形状参数为机翼面积㊁展弦比㊁翼根弦长㊁展长㊁跟梢比㊁后掠角㊁上反角㊁安装角㊁扭转角ꎬ以及翼根前缘点相对机身的安装位置参数ꎬ并忽略增升装置和副翼的设计ꎬ如图３ꎬ４所示ꎮ其中ꎬ后掠角为机翼１/４弦连线与机翼对称面法线的夹角ꎬ安装角为翼弦与体轴的夹角ꎬ扭转角为翼根与翼尖安装角之差ꎬ上反角为翼面扭转轴与水平面的夹角ꎮ图３㊀机翼平面形状几何参数图４㊀机翼安装角与扭转角示意图１.３㊀尾翼参数化模型尾翼是与飞机稳定性和操纵性相关的翼面ꎬ其设计参数的选择往往按照飞机的操稳特性要求进行ꎮ本文尾翼的参数选择与机翼类似ꎬ且忽略方向舵与水平舵等舵面的设计ꎮ１.４㊀发动机短舱参数化模型发动机作为飞机动力装置的核心ꎬ其功用就是为飞机提供足够的推力ꎮ从飞机设计的角度出发ꎬ发动机短舱应保证内部容积足够容纳发动机及其附件ꎬ并尽量减小外形尺寸ꎮ本文中短舱简化为旋成体ꎬ几何参数为唇口直径㊁最大截面直径㊁涵道直径㊁喷口直径㊁短舱长度和喷口长度(如图５所示)ꎬ以及短舱数量和相对机身的位置参数ꎮ图５㊀发动机短舱外形几何参数２㊀ＶＢ环境下的ＣＡＴＩＡ二次开发ＣＡＴＩＡ二次开发主要有两种方法:进程内访问和进程外访问ꎮ进程内访问指脚本和ＣＡＴＩＡ在同一进程内运行ꎬ由ＣＡＴＩＡ的脚本引擎来执行宏脚本命令ꎮ进程外访问指脚本运行不由ＣＡＴＩＡ来调用ꎬ而是将ＣＡＴＩＡ作为一个ＯＬＥ自动化服务器ꎬ外部程序通过ＣＯＭ接口来访问ＣＡＴＩＡ内部对象ꎮ进程外访问中ꎬ由于用户可以自己编写外部应用程８２０１９年第４８卷㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀机械设计与制造工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀序ꎬ故更能满足用户的二次开发需要ꎮ在ＶＢ环境下编写的宏脚本在ＣＡＴＩＡ软件中运行效率更高ꎬ其具有的窗体和各类控件可以设计出方便㊁快捷的用户界面ꎮ故本文使用ＶＢ环境进行进程外访问ꎬ具有良好的通用性ꎬ其主要步骤为:１)导入各种类型库文件ꎻ２)创建或获取ＣＡＴＩＡ.Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎꎻ３)获取Ｐａｒｔｄｏｃｕｍｅｎｔ和ＨｙｂｒｉｄＢｏｄｙ对象ꎬ以此实现分部件管理模型的功能ꎻ４)根据参数要求声明各部件所需的对象ꎬ绘制各部件外形ꎬ按照位置参数进行组装ꎬ得到全机模型ꎻ５)更新ＰａｒｔＤｏｃｕｍｅｎｔꎬ保存几何文件ꎬ关闭Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎꎮ主要使用的库和对象如图６所示ꎮ为了提高程序交互性ꎬ设计了修改形状参数和位置参数的用户界面ꎬ最终实现了根据设计要求自动创建三维全机ＣＡＤ模型的功能ꎮ图６㊀二次开发调用的库和对象３㊀飞机参数化建模实例分别选取四发翼吊下单翼平尾㊁双发尾吊下单翼Ｔ尾和四发翼吊上单翼Ｔ尾３种典型的常规飞机布局方案作为测试算例ꎬ如图７所示ꎬ以此验证本文的建模方法和程序的合理性ꎮ４㊀结束语本文针对常规布局飞机概念设计阶段外形建模问题ꎬ在ＶＢ环境下应用进程外ＣＡＴＩＡ二次开发技术ꎬ建立了几何外形参数化模型ꎬ编写了三维全机ＣＡＤ模型自动建模软件ꎬ以简化重复的人工建图７㊀３种典型常规布局飞机方案模操作ꎮ结果表明ꎬ该方法可以提高设计效率ꎬ且参数多㊁功能全㊁精度高㊁适用性广ꎬ具有良好的通用性ꎻ缩短了设计周期ꎬ实现了飞机外形快速建模ꎬ为飞机的选型设计以及后续的ＣＦＤ计算和多学科优化设计提供了基础ꎮ参考文献:[１]㊀余雄庆.飞机总体多学科设计优化的现状与发展方向[Ｊ].南京航空航天大学学报ꎬ２００８ꎬ４０(４):４１７－４２６. [２]㊀ＧＬＯＵＤＥＭＡＮＳＪꎬＤＡＶＩＳＰꎬＧＥＬＨＡＵＳＥＮＰ.Ａｒａｐｉｄｇｅｏｍｅｔｒｙｍｏｄｅｌｅｒｆｏｒｃｏｎｃｅｐｔｕａｌａｉｒｃｒａｆｔ[Ｃ/ＯＬ].(１９９６－０１－１８)[２０１８－０３－１０].ｈｔｔｐｓ://ｄｏｉ.ｏｒｇ/１０.２５１４/６.１９９６－５２. [３]㊀ＲＯＤＲＩＧＵＥＺＤꎬＳＴＵＲＤＺＡＰ.Ａｒａｐｉｄｇｅｏｍｅｔｒｙｅｎｇｉｎｅｆｏｒｐｒｅ￣ｌｉｍｉｎａｒｙａｉｒｃｒａｆｔｄｅｓｉｇｎ[Ｃ/ＯＬ].(２００６－０１－１２)[２０１８－０３－１０].ｈｔｔｐｓ://ｄｏｉ.ｏｒｇ/１０.２５１４/６.２００６－９２９. [４]㊀ＶＡＮＤＥＮＢＲＡＮＤＥＪꎬＧＲＡＮＤＩＮＥＴꎬＨＯＧＡＮＴ.Ｔｈｅｓｅａｒｃｈｆｏｒｔｈｅｐｅｒｆｅｃｔｂｏｄｙ:ｓｈａｐｅｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｍｕｌｔｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙｄｅｓｉｇｎｏｐｔｉ￣ｍｉｚａｔｉｏｎ[Ｃ/ＯＬ].(２００６－０１－１２)[２０１８－０３－１０].ｈｔ￣ｔｐｓ://ｄｏｉ.ｏｒｇ/１０.２５１４/６.２００６－９２８.[５]㊀ＨＷＡＮＧＪꎬＭＡＲＴＩＮＳＪ.Ｇｅｏｍａｃｈ:ｇｅｏｍｅｔｒｙ－ｃｅｎｔｒｉｃＭＤＡＯｏｆａｉｒｃｒａｆｔｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓｗｉｔｈｈｉｇｈｆｉｄｅｌｉｔｙ[Ｃ/ＯＬ].(２０１２－０９－１９)[２０１８－０３－１０].ｈｔｔｐｓ://ｄｏｉ.ｏｒｇ/１０.２５１４/６.２０１２－５６０５.９２０１９年第１１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀吕韵:常规布局飞机概念外形参数化建模研究[６]㊀ＣＲＡＷＦＯＲＤＣꎬＨＡＩＭＥＳＲ.ＳｙｎｔｈｅｓｉｚｉｎｇａｎＭＤＯａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｉｎＣＡＤ[Ｃ/ＯＬ].(２００４－０１－０８)[２０１８－０３－１０].ｈｔｔｐｓ://ｄｏｉ.ｏｒｇ/１０.２５１４/６.２００４－２８１.[７]㊀ＭＡＮＮＩＮＧＴꎬＧＡＧＥＰꎬＮＧＵＹＥＮＪꎬｅｔａｌ.ＣｏｍＧｅｏｍ２:ａｇｅｏｍｅ￣ｔｒｙｔｏｏｌｆｏｒｍｕｌｔｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｄａｔａｓｈａｒｉｎｇ[Ｃ/ＯＬ].(２００４－０９－０１)[２０１８－０３－１０].ｈｔｔｐｓ://ｄｏｉ.ｏｒｇ/１０.２５１４/６.２００４－４３０３.[８]㊀金海波ꎬ丁运亮.飞机概念设计中的外形参数化模型的研究[Ｊ].南京航空航天大学学报ꎬ２００３ꎬ３５(５):５４０－５４４. [９]㊀谢岳峰ꎬ余雄庆.基于ＣＡＴＩＡ二次开发的飞机外形参数化设计[Ｊ].计算机工程与设计ꎬ２００８(１４):３７９２－３７９４. [１０]湛岚ꎬ余雄庆ꎬ沈琼.大型客机概念设计的外形参数化ＣＡＤ模型[Ｊ].计算机工程与设计ꎬ２００９(１６):３８８７－３８９０. [１１]有连兴ꎬ余雄庆ꎬ欧阳星.高马赫数无人机概念设计的外形参数化建模[Ｊ].南京航空航天大学报ꎬ２０１４(３):４２５－４３２. [１２]邓海强ꎬ余雄庆ꎬ尹海莲ꎬ等.翼身融合无人机参数化建模与气动特性分析[Ｊ].航空计算技术ꎬ２０１６(６):５１－５５. [１３]李治宇ꎬ杨彦广ꎬ袁先旭ꎬ等.返回舱模型参数化方法研究[Ｊ].计算机仿真ꎬ２０１３(１):１０４－１０９.ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｐａｒａｍｅｔｒｉｃｄｅｓｉｇｎｏｆｃｏｎｃｅｐｔａｉｒｃｒａｆｔｓｈａｐｅＬｖＹｕｎꎬＺｈｏｕＪｉｎꎬＴｏｎｇＭｉｎｇｂｏ(ＭｉｎｉｓｔｅｒｉａｌＫｅｙＤｉｓｃｉｐｌｉｎｅＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＤｅｓｉｇｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＡｉｒｃｒａｆｔꎬＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆ＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓꎬＪｉａｎｇｓｕＮａｎｊｉｎｇꎬ２１００１６ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｔｈｅｖｉｅｗｏｆｈｉｇｈｃｏｓｔａｎｄｔｉｍｅ－ｃｏｎｓｕｍｉｎｇｏｆｓｈａｐｅｍｏｄｅｌｉｎｇｉｎｃｏｎｃｅｐｔｕａｌｄｅｓｉｇｎｐｈａｓｅｏｆｃｏｎｖｅｎ￣ｔｉｏｎａｌｌａｙｏｕｔａｉｒｃｒａｆｔꎬａｄｅｓｉｇｎｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ.Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｌａｙｏｕｔｏｆｔｈｅａｉｒｃｒａｆｔｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎꎬｔｈｅａｉｒｃｒａｆｔｐｒｏｆｉｌｅｉｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｓｅｖｅｒａｌｍｏｄｕｌｅｓｔｏｅｘｔｒａｃｔａｉｒｃｒａｆｔｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅ￣ｔｅｒｓａｎｄｇｅｏｍｅｔｒｉｃｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ.ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｔｒｏｎｇａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｕｒｖｅａｎｄｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆＣＡＴＩＡꎬａｇｅｎｅｒａｌｓｏｆｔｗａｒｅｆｏｒｒａｐｉｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｐａｒａｍｅｔｒｉｃＣＡＤｍｏｄｅｌａｎｄｇｅｎｅｒａｌｌａｙｏｕｔａｉｒｃｒａｆｔｃｏｎｃｅｐｔｕａｌｄｅｓｉｇｎｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎＶＢｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ.Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｂｉｌｉｔｙａｎｄｒａｐｉｄｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｕａｌｐｈａｓｅｏｆａｉｒｃｒａｆｔａｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄꎬｗｈｉｃｈｌａｙｓｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｍｕｌｔｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙｄｅｓｉｇｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｌａｙｏｕｔａｉｒｃｒａｆｔ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ａｉｒｃｒａｆｔｄｅｓｉｇｎꎻｃｏｍｐｕｔｅｒａｉｄｅｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎻｐａｒａｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇꎻｓｅｃｏｎｄａｒｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣＡＴＩＡ０１２０１９年第４８卷㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀机械设计与制造工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀。
民用客机后机身外形设计研究
１ ＣＣ 一 ２ ０ ０ 飞机 总体技术参数
Ｃ Ｃ 一 ２ ０ ０ 飞机 是英 国克 莱 菲尔德 大 学 团队设 计 项 目预 研 的一 款 单通 道 ，典 型２ 级舱 位 ，１ ８ ２ 人 布 局 的 民用 客机 。它定 位 于 中 国及 东 南 亚 市场 ，可 以覆 盖 东 南 亚 主要 城 市航 线 ， 目标 是 取代 现 有 市
７ ０ １ １ 中的方法进行 阻力增量的计算 、评估 。计算表 明 ，在 机身迎角一定的情况下 ，后机身 阻力增量 随着上掠角
的增 大 而 增 大 。
关键词 ：后机身 ；外形 ；阻力增量 ；上掠角 ；迎角
中 图分 类 号 ：Ｖ ２ ２ ３ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ Ａｆ ｔ Ｆｕ ｓ ｅ ｌ ａ ｇ ｅ Ｅｘ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｌ Ｓ ｈ ａ ｐ ｅ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｃｉ ｖ ｉ ｌ Ａｉ ｒ ｐ ｌ ａ ｎ ｅ
ＣＨＥＮ Ｊ ｉ ａ ｎ， ＹＵ Ｊ ｉ ｎ－ ｈ ａ ｉ
（ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ａｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ２ ３ ２ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ）
程 。该 设 计 理念 与 波 音 公 司 的亚 声 速超 绿 色 概 念 飞机 Ｓ ＵＧ Ａ Ｒ Ｖ ｏ ｌ ｔ 类 似 ，以提高 燃 油经 济 性 和旅 客 舒适 性 为 主 要 目标 。依 据 以上 总 体 技 术参 数 ，绘
制Ｃ Ｃ 一 ２ ０ ０ 飞机 的三视 图 ，如 图 １ 所示 。
第３ ４ 卷 第 ２ 期
２ ０１ ４ 正
大型客机概念设计的外形参数化CAD模型
大型客机概念设计的外形参数化CAD模型
湛岚;余雄庆;沈琼
【期刊名称】《计算机工程与设计》
【年(卷),期】2009(030)016
【摘要】为了加快飞机概念设计中外形造型的进程,应用一种基于形状函教/分类函数变换的参数化建模方法,研究出一种针对大型客机CAD模型的外形参数化方法.该方法可以用较少的参数来完成机身,机翼、短舱等飞机部件的外形建模.采用CATIA二次开发技术,开发了一个面向大型客机概念设计的参数化CAD模型快速生成的软件.精度测试表明,用该软件生成的机翼-机身组合体CAD模型完全能满足概念设计的精度需求,并为以后进一步实现客机多学科设计优化系统打下了基础.【总页数】4页(P3887-3890)
【作者】湛岚;余雄庆;沈琼
【作者单位】南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室,江苏南京210016;南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室,江苏南京210016;南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室,江苏南京210016
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.72
【相关文献】
1.高马赫数无人机概念设计的外形参数化建模 [J], 有连兴;余雄庆;欧阳星
2.飞机概念设计中的外形参数化模型的研究 [J], 金海波;丁运亮
3.概念设计模型和基于该模型的ICAD系统 [J], 杨国为;陈国江
4.概念设计模型和基于该模型的ICAD系统 [J], 杨国为;陈国江
5.在Auto CAD中玻璃模具口模、成模外形的参数化自动绘图 [J], 范汇祥
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民用飞机机头外形设计与研究
民用飞机机头外形设计与研究作者：邹运佳来源：《科技传播》2014年第15期摘要本文结合机头外形设计的相关约束条件，分析了机头外形定义的关键参数，提出了一种流线型机头外形设计的方法和思路。
关键词参数化建模；机头外形；民用飞机中图分类号V22 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）119-0104-021 概述飞机机头外形为飞机等直段之前部分的外形，包括驾驶舱视窗（主风挡、侧窗）、前起落架舱门、雷达罩和前登机门等部件的外形。
机头外形设计其主要目的是为驾驶员提供足够的工作空间，保证驾驶员有良好的视野，满足机载设备的安装空间要求，在满足使用要求的情况下使气动性能最优。
2 机头外形设计相关约束机头外形设计需要面对多方面的约束，是在矛盾中寻求一种平衡的过程，以下内容对相关约束条件进行了研究。
2.1 内部布置约束内部布置要求的约束，包括雷达天线的包络面，侧显区域，侧壁区域，平显区域、顶部空间等。
与驾驶舱内部布置密切相关的主要有两个因素，即设计眼位和座椅参考点。
设计眼位（Design Eye Position）是当驾驶员处于正常驾驶状态，两眼之间连线的中点所在位置，是飞机承制方用于确定驾驶舱内部和外部视野以及驾驶舱几何尺寸而选择的一个设计基点，该点坐标为：（XE，YE，ZE）。
座椅参考点（Seat Reference Point）是当座椅受到一个第50百分位数的人体载荷，其坐垫和背垫成压缩状态时，坐垫表面的一条切线与背垫表面的一条切线之间的交点，该点与眼位点位于同一展向站位平面内并通过Les、Hes两个参数确定，地板到座椅参考点的距离由Hsf参数确定。
设计眼位处的上、下视线分别由Au，Ad两个参数确定，设计眼位到风挡的距离由Lwe参数确定，风挡的倾斜角度由Aw参数确定，风挡的长度则由风挡与上下视线的交点确定。
如图1所示：《民用飞机驾驶舱视野要求》（HB 7496-97）：标准左驾驶员视野如图2所示，右驾驶员视野对称。
基于Python语言的机翼外形参数化建模方法研究
基于Python语言的机翼外形参数化建模方法研究发表时间：2019-07-25T11:17:12.173Z 来源：《科技新时代》2019年5期作者：赵富荣钟浩浩[导读] 由可能产生故障的设备模块由近及远，先软件后硬件，先查大块再查小块的思路逐一查找设备故障，做到快速排除故障。
（中航通飞研究院有限公司，珠海519040）摘要：Python是一种开源的面相对向编程语言，CATIA是航空产业应用非常的三维建模软件。
本文主要研究在Python语言环境中使用CATIA软件平台快速建立飞机机翼外形参数化数模的方法。
关键词：Python CATIA 机翼参数化Python语言是一种功能强大的具有解释性、交互性和面向对象的第四代计算机编程语言。
它是由荷兰人Guido van Ros?sum在八十年代末和九十年代初设计出来的，Guido van Rossum 于2005年加入Google，领导并从事Python语言每一个版本的设计和开发工作[1]。
本文主要研究在Python语言环境中实现CATIA平台上的飞机机翼外形参数化建模方法，可以减少概念设计阶段机翼参数选择或者气动外形优化时大量重复的建模工作，提高设计效率，缩短研制周期。
1 Python库Python语言有标准库和第三方库两类，标准库随Python安装包一起发布，用户可以随时使用，第三方库需要安装后才能使用。
强大的标准库奠定了Python发展的基石，丰富的第三方库是Python不断发展的保证，随着Python的不断发展，一些稳定的第三库被加入到了标准库里面。
在本文的研究中，主要使用了pywin32、NumPy和pycatia三个第三方库。
其中，pywin32直接包装了几乎所有的Windows API，可以方便地从Python直接调用，也可以用来通过Python进行COM编程；Numpy(Numerical Python) 是 Python 语言的一个扩展程序库，支持大量的维度数组与矩阵运算，此外也针对数组运算提供大量的数学函数库，主要用于数组计算；pycatia库主要用来访问CATIA API接口，这种方法不再需要VB或者CATIA宏。
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民用飞机外形全参数化设计研究【摘要】作为飞机概念设计的重要工具，飞机外形的参数化模型由于参数多，结构复杂，一直是人们研究的重点。
本文根据飞机外形设计的具体要求，深入分析飞机部件外形特征，提取几何定位参数，对飞机外形的数学模型用二次曲线、样条曲线和基于形状函数/分类函数变换等几何建模方法和物理意义明确的参数在CATIA平台上建立了一套结构层次清晰的飞机外形全参数化设计模型。
建立的民用飞机总体外形全参数化模型可以把原来飞机外形复杂的画图过程转化为以飞机参数驱动的几何外形自动化设计过程，从而提高飞机外形设计的可设计性和可计算性并为以后进一步实现民用飞机多学科设计优化系统打下基础。
【关键词】飞机外形全参数化;CATIA造型;几何建模方法;自动化设计引言飞机概念设计在飞机设计中处于先锋和核心地位，而外形设计又是概念设计中的核心。
无论技术要求分析论证，还是总体各主要参数的分析和优化，以及后续的结构设计，装备设施布置，无不落实到飞机的机体构形和机体各部分的几何外形尺寸定义及它们之间的相对位置关系的确定上。
因此，找到一个崭新的方法，快速生成方案阶段所需的总体外形，直接关系到设计周期的长短和设计质量的保证。
[1]因此在概念设计阶段进行飞机外形全参数化设计，无论是从气动分析的角度还是从提高效率和精度的角度出发，都具有非常重要的现实意义。
1、参数化几何建模方法飞机外形全参数化设计是对外形设计输入条件、要求及与外形相关的标准、规范进行分析和转化，然后提炼出能反映总体设计思想并能决定飞机外形的几何参数，通过修改这些几何参数中的一个或多个，自动完成飞机外形相关部分的改动[2]。
由于飞机各个部件的外形复杂程度和对曲面的要求需采用不同的数学模型，不同的建模方法来描述。
[3]文献[4,5]中曾建立过简单的飞机外形参数化模型，但未考虑各部件的外形特点，应用范围受到限制。
本文将综合考虑各种关系，建模时综合运用二次曲线方法、样条方法、基于形状函数/分类函数变换(Class function/Shape function Transformation，简称CST)的方法进行几何建模。
1.1二次曲线方法二次曲线的隐式方程是：从隐式方程中可以看出，给定五个已知条件即可唯一确定一条二次曲线。
在CATIA平台上，二次曲线可通过先确定首、末端点，首、末端点切矢，最后由变形因子f来控制，符合隐式方程的要求；在实用上以这种定义方式最为方便，只需通过修改变形因子f等少量设计变量，即可实现对曲线的控制。
1.2样条方法与Bezier方法相比，样条方法兼具了Bezier方法的一切优点，且克服其由于整体表示带来不具有局部性质的缺点，具备表示与设计自由型曲线、曲面的功能。
[6]在CATIA平台上，使用非均匀有理B样条方法(NURBS)数学模型来创建样条曲线，有两种绘制样条曲线的方法，一种是3D曲线通过多义控制方式去绘制的曲线，另一种是直接在草绘通过多点绘制。
这两者效果都是一样的，都可以调制。
但第二种通过在草绘平面进行尺寸关联，对型值点实行控制，因此更容易实现参数化，这也是本文使用的方法。
机翼与机身过渡段如图2所示，采用样条曲线构成的其大鼓包控制截面曲线，截面由7个控制点(A，B，C，D，F，G)，采用样条控制点方法创建。
调节线段比例参数（CD/CE、FE/FI等）的大小可改变控制点的位置，即改变控制多边形的形状，进而改变控制截面的外形。
1.3基于CST的参数化方法波音公司的Kulfan等提出了一种基于CST的参数化方法，这种方法的优点是参数具有明确的几何含义，所需控制参数较少，适用性强，建模精度较好，能产生连续光滑的几何外形。
几乎可快速近似任何翼型。
CST方法可以通过控制形状函数的参数来描述比较特殊的翼型形状，从而可以将该方法推广到流线型曲线的描述，比如飞机短舱的外型线和唇口型线等。
根据相关文献阐述的CST方法，可用x0.5(1-x)为类型函数，用后两项系数为零的伯恩斯坦多项式0.05(1-x)5+0.25x(1-x)4+0.5x2(1-x)3+0.25x3(1-x)2为形状函数在CATIA平台中提供的“规则”和“平行线”功能生成一个NACA基本翼型。
在此基础上，上翼面厚度放大系数选15，下翼面厚度放大系数选-500。
因为x 为翼型在x轴方向的无因次坐标，y为翼型在y轴方向的无因次坐标，是相对弦长的比值。
而上翼面和下翼面放大系数的不同则是由于下翼面增加了一个伯恩斯坦多项式，使得下翼面y轴方向上的量更小了，因此需要更大的放大系数。
则可得到翼型控制规则：上翼面：y=15x0.5(1-x)下翼面：y=-500x0.5(1-x)[0.05(1-x)5+0.25x(1-x)4+0.5x2(1-x)3+0.25x3(1-x)2]得到翼型如图3所示。
2、飞机外形特征分析对于翼下吊挂发动机布局民机而言，可将其划分为机身、机翼、机翼机身过渡段、翼梢小翼、尾翼、发动机短舱及挂架、操纵面、襟翼滑轨/支臂整流罩等部件。
1）机身外形类似于圆柱，机身外形设计的目标之一是使机身外形曲面保凸。
所以尽量采用保凸特性好的二次曲线和多段圆弧设计机身剖面形状及纵向控制曲线。
机身外形主要有4个截面和2条纵向引导曲线组成，机头的驾驶舱和起落架布置舱和机尾的后翘外形由二次曲线控制其变形，中机身截面由上半段的圆弧和下半段的二次曲线组成。
2)机翼采用拟合精度较好的CST方法对其进行参数化设计，并在机翼展向上布置5个翼型剖面加上一定角度参数的扭转，同时机翼平面构型加上前缘拐折和后缘拐折。
而且在拐折点附近布置两个剖面控制机翼前后缘平缓过渡。
3)翼身过渡段分为大鼓包段和小鼓包段，其中大鼓包段分为4个截面控制，采用样条曲线参数化建模，小鼓包段直接与机翼进行桥接，采用CST方法进行参数化建模可以使气流过渡更加均匀平稳。
4）翼梢小翼是一种减小飞机诱导阻力的有效手段，它可以获得与单纯机翼延伸相当的气动收益的同时付出更少的结构特性损失。
[7]小翼翼型与机翼类似，由CST方法来控制其变形。
同时，本文综合了波音公司采用的大展弦比融合式小翼（blended winglet）和具有较大展长的后掠式小翼（raked tip）并结合文献，发展出具有后缘修型的融合式小翼。
这使得其表示范围更广，细部控制更加精确，实用性更强。
5)尾翼参照机翼采用CST方法进行参数化设计。
同时，严格严格引用各参数，参照公式进行尾力臂的计算，从而进行平尾和垂尾的定位。
6)短舱进气唇口引导线分为四段进行参数控制的二次曲线来描述。
而短舱的设计关键就在于截面形状的设计。
截面形状的设计可分解为唇口型线的设计和短舱外型线的设计，可以采用CST方法对短舱唇口型线及短舱外型线进行参数化建模。
发动机挂架剖面形式类似于翼剖面，平面形状类似于简单的带后掠机翼。
其中又可以分为带弯度挂架和对称挂架，带弯度的挂架可以采用带后缘厚度的翼型（CST）来描述。
挂架曲面由前缘线、后缘线及挂架控制剖面确定。
7)操纵面主要包括前缘缝翼、后缘襟翼、副翼、升降舵、方向舵、扰流板/减速板，而且副翼、升降舵、方向舵上还分布有调整片，这些部件平面形状较为简单。
除后缘襟翼上翼面采用CST方法进行定义外，其余均截自机翼或尾翼翼型。
如此，可以最大限度地保证翼型的完整性，以确保其气动特性。
同时，前缘缝翼和后缘襟翼缝道形状对机翼的气动特性有着重大影响，在此采用各剖面连接曲线的张度参数进行控制其变形。
8)滑轨/支臂整流罩的外形需要符合曲面光顺要求，沿气流方向要求达到“二阶光顺”。
[8]其最大截面形状主要采用4段二次曲线进行参数化控制，纵向引导线是由4个参数化控制点表示的样条曲线。
如图6所示。
3、整机全参数化建模在CATIA平台上进行飞机总体全参数化设计时，由于飞机各个部件之间，参数之间，约束之间存在关联，修改一个参数可能会牵动总体外形的修改，以致得不出良好的飞机总体外形。
因此，应充分考虑部件参数化建模后可能出现的干涉，尽可能少的建模步骤达到希望的参数化外形。
可以先参考经验取值对各个部件进行初步定位。
飞机各部件参数建模流程图如图7所示：按照上述定位参数定义的民机全参数化模型如图8所示4、总结语本文通过研究民用飞机各个部件外形特征及多种几何建模方法，在CATIA 造型平台下用参数化设计的方法构造出飞机外形全参数化的实体模型。
研究结果表明（1）针对不同的飞机部件外形，采用不同的数学模型，不同的建模方法，能够以最少的参数正确表达气动外形的几何形状，且满足曲面质量要求。
（2）运用CATIA强大的参数化设计功能可以将设计过程中出现的每一个数据明确定义并作为后续设计的参数严格加以引用，达到了设计的统一性和简便性，保证对全局参数进行修改时模型数据可以自动更新。
（3）该全参数化模型表达范围广，可满足多种布局的飞机外形设计，可重用性强。
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