基于CATIA的飛機(jī)數(shù)字建模研究

摘要： 本文以EADS公司的ATR42-500飛機(jī)為對(duì)象，在CATIA環(huán)境下結(jié)合飛機(jī)的三視圖尺寸數(shù)據(jù)，進(jìn)行掃掠并建立三維模型，主要內(nèi)容包括飛機(jī)機(jī)身，機(jī)翼，螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，尾翼以及起落架。對(duì)飛機(jī)內(nèi)部座艙地板以及座椅進(jìn)行了簡(jiǎn)化模擬，完成了整機(jī)定量的基本三維模型仿真，對(duì)航空院校實(shí)現(xiàn)三維模型教學(xué)和民航虛擬維修提供一定的準(zhǔn)備和支持。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字建模，三維模型，整機(jī)，仿真

1. 引言

現(xiàn)代民用飛機(jī)的虛擬維修技術(shù)[1]已經(jīng)逐漸成為民航企事業(yè)單位比較關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，三維模型的建立有助于更為直觀地認(rèn)識(shí)飛機(jī)及其結(jié)構(gòu)件的實(shí)際組成，也可為將來(lái)虛擬維修平臺(tái)的開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)。本文根據(jù)ATR42-500飛機(jī)的相關(guān)尺寸數(shù)據(jù)，借助CATIA平臺(tái)進(jìn)行實(shí)體數(shù)字模型建立的研究。研究結(jié)果可以指導(dǎo)航空器概念設(shè)計(jì)，也可為三維技術(shù)[2]在民航領(lǐng)域的應(yīng)用提供技術(shù)支持。

2. 建模流程

2.1. 模型尺寸數(shù)據(jù)

ATR42-500飛機(jī)載客量為44～50人，最大起飛重量為18，600 kg，其主要尺寸數(shù)據(jù)如表1所示。

2.2. 模型建立

在飛機(jī)三視圖的基礎(chǔ)上，采用CATIA中草圖匯入的功能將三視圖導(dǎo)入建模界面中，如圖1所示。關(guān)于飛機(jī)機(jī)身的設(shè)計(jì)，先截取各截面處機(jī)身剖面并繪制出剖面形狀，再進(jìn)行整體掃掠，然后在此基礎(chǔ)上繪制駕駛艙窗戶，而對(duì)于機(jī)翼同樣可以采取類似的方法建立模型。

根據(jù)《飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》[3]要求，機(jī)身整流罩的外形設(shè)計(jì)必須滿足功能要求，故整流罩是一個(gè)中心線為曲線的細(xì)長(zhǎng)流線體，整流罩中部界面形狀即整流罩最大截面積處的形狀，其建立同以上機(jī)身和機(jī)翼的建模方法。此外，還完成了發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)尾翼的模型仿真，加入模擬的座艙地板，以陣列的方式完成座椅排布，生成最后的機(jī)身半剖效果圖如圖2所示。

3. 模型優(yōu)化

在以上模型的基礎(chǔ)上，對(duì)于起落架的部分，由于其結(jié)構(gòu)形式的不同，則單獨(dú)進(jìn)行簡(jiǎn)化模型建立。完成起落架部分和飛機(jī)機(jī)體之間的裝配，對(duì)飛機(jī)的各個(gè)部分分別添加顏色，結(jié)合飛機(jī)實(shí)體，對(duì)機(jī)體內(nèi)部駕駛艙以及結(jié)構(gòu)件過(guò)渡的部分進(jìn)行了一定程度的分析處理并加以優(yōu)化，最終得到優(yōu)化后的ATR42-500飛機(jī)在CATIA中的三維數(shù)字模型，如圖3所示。

4 .結(jié)論

通過(guò)在CATIA環(huán)境下對(duì)以ATR42-500飛機(jī)為例進(jìn)行數(shù)字建模研究發(fā)現(xiàn)，三視圖的直接導(dǎo)入可大大節(jié)省建模時(shí)間，提高建模效率，是一種快捷而有效的選型設(shè)計(jì)方法。最終得到的三維數(shù)字模型有助于對(duì)飛機(jī)上各個(gè)部件形成更直觀的認(rèn)識(shí)，本文的研究?jī)?nèi)容可為三維技術(shù)在民航中的應(yīng)用提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 侯安生.虛擬維修在航空裝備維修領(lǐng)域的應(yīng)用.中國(guó)航空?qǐng)?bào)，2013.

[2] 田承根，朱天文，劉新宇.全三維技術(shù)在飛機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.航空制造技術(shù)，2011.

[3] 飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)第5冊(cè)氣動(dòng)設(shè)計(jì)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2002.