基于CATIA的小型游艇造型參數化設計*

(中國艦船研究設計中心 武漢 430064)

基于CATIA的小型游艇造型參數化設計*

胡翩

(中國艦船研究設計中心 武漢 430064)

針對游艇造型設計缺乏創新等多種問題,分析小型游艇的造型特點,使用VB對CATIA軟件進行二次開發,構建小型游艇參數化設計平臺,實現在游艇設計初期快速生成外觀造型的目的。

參數化設計;游艇;造型;二次開發

ClassNumberU66

1 引言

小型游艇的造型有其自身特點,這些特點不僅出于滿足性能要求的需要,同時也滿足美學要求和用戶的個人喜好[1]。但針對小型游艇造型的設計,目前還沒有有效的設計方法。在這種背景下,設計一款針對小型游艇外觀造型的三維設計平臺是有實際意義的。

2 小型游艇造型參數

通過對游艇圖片的觀察發現小型游艇主甲板上層建筑側視圖大多可以簡化為一個上底窄而下底寬的梯形或類似梯形(如圖1),游艇船體的側視圖可以簡化為一個平行四邊形,將以上兩張圖按不同比例拼接在一起就能基本呈現出小型游艇的造型效果。

從圖1可以看出,改變圖形的幾個要素就能使整體造型的視覺效果發生改變[1]。例如改變梯形與平行四邊形的縱向相對位置,整個造型的視覺重心后移,較之前的造型給人的穩定性增強;或者改變梯形的角度和平行四邊行的角度,較之前的造型的視覺效果速度感增強,莊重感減弱[2]。

圖1 外觀造型變化

通過初步分析可以發現,游艇的造型與三個方面有關：船體的尺寸和形狀;上層建筑的尺寸和形狀;上層建筑與船體的相對位置。

綜合考慮運動游艇造型幾何參數與邏輯參數和船舶參數化設計中選擇參數的原則,設計選擇的如下參數：

1)游艇上層建筑形式;2)游艇總長;3)游艇最大寬度;4)游艇型深;5)上層建筑長度;6)上層建筑距船首距離;7)首柱前傾角;8)上層建筑前端壁與甲板夾角;9)游艇色彩。

3 參數化設計流程

小型游艇線型比較簡單,可以用簡單的數學模型進行表示。數學線型設計,就是根據設計者已選定的船舶主尺度和船型系數,用數學方法構成光順的船體曲面[3]。研究水線族、橫剖線族和縱剖線族所構成的網格,我們可以發現橫剖線形狀為簡單的折線(如圖2),可以用簡單的數學模型進行表示,所以本研究采用網格法[4～5]進行小型游艇造型參數化設計,使用多項式表示船體曲線。

圖2 橫剖線

船體設計分為橫剖線設計、縱剖線設計和甲板線設計。根據對型船的型線資料的觀察,可以發現小型游艇船體的橫剖線一般為折線型,可以簡化為一個如圖3所示的四邊形。

圖3 橫剖線圖

如圖3所示,如果不考慮梁拱的話,小型游艇橫剖線由三段直線所組成,主甲板橫剖線與Y軸平行。船體橫剖線的形狀僅由Z1、Z2、Y1、Y2這四個參數就能表征清楚。使用Matlab對型船的型線數據進行統計回歸,并使其無量綱化,采用多項式對這四個參數進行回歸。橫剖線參數的回歸多項式結果如下：

Z1=[0.7608-0.0694(Li/Loa)

+1.0157(Li/Loa)2-5.6687(Li/Loa)3

+9.2531(Li/Loa)4-5.3021(Li/Loa)5]D

其他參數的計算方法與Z1相同。

4 參數化設計平臺

參數化設計平臺是對小型游艇的造型進行參數化設計,并通過對CATIA軟件的二次開發,使造型結果三維呈現[6]。造型設計流程如圖4所示。

圖4 設計流程圖

根據小型游艇的特點,小型游艇造型參數化設計平臺可以實現如下功能：

1)輸入游艇總長、游艇最大寬度、型深和首柱前傾角這四個參數就能夠創建出滿足設計意圖的游艇主船體造型;

2)輸入上層建筑形式、上層建筑長度、上層建筑前端壁傾角、上層建筑前端壁距船首距離這四個參數就能夠建立滿足需要的游艇上層建筑造型。

船體造型和上層建筑造型共同構成了小型游艇的造型模型。

建立游艇模型的過程如圖5所示。

圖5 catia建模流程圖

為了驗證程序的可行性和實用性,本文選擇兩組不同的參數來建立造型的模型,并對其效果進行比較。

選擇A和B兩組造型參數,并分別進行計算和造型,具體數值如表1所示。

表1 參數數值

使用本平臺,對這兩組數據分別造型,在程序的界面中分別輸入這兩組數據(如圖6);單擊“計算”按鈕,程序會在后臺計算各曲線參數,并將曲線坐標輸入到指定的EXCEL表格中;點擊“啟動CATIA”按鈕,平臺將啟動CATIA軟件;點擊“創建模型”,CATIA將會讀取EXCEL表格中的數據,并在軟件中船體和上層建筑曲線,并形成曲面[7～10]。A、B兩組造型結果如圖7和圖8所示。

圖6 參數輸入

圖7 A組參數>造型結果

圖8 B組參數造型結果

A、B兩組參數的各比例系數如表2所示。

表2 A、B兩組參數比例系數

比較兩組數據的造型結果,A、B兩組數據的游艇總長都為13m,其他數據的差距,使得游艇的造型效果有很大的區別。B造型較A造型,游艇最大寬度變大、型深變小、首柱前傾角變大,從船體的效果來看,B方案的造型顯得船體更短肥,修長度減小,速度感減弱;A方案的造型的上層建筑長度小于B方案,其前端壁距離船首的距離大于后者,從效果來看,A方案更具有現代感,B方案的莊重感較強。從上層建筑和船體的大小關系來看,B組數據的造型顯得“頭重腳輕”,協調性較差。

5 結語

從上述的實例比較可以看出,參數的變化,對游艇造型具有很大的影響,不同的數據組合會產生不同的造型效果。所以,如果能在游艇設計初期,通過幾個參數即能快速生成小型游艇的三維造型,將給方案設計帶來極大的便利,節省了很多循環往復的過程。由此可見,小型游艇造型的參數化設計平臺具有一定的實用性。

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ParametricDesignofYacht’sShapeBasedonCATIA

HU Pian

(China Ship Development and Design Center,Wuhan 430064)

In allusion to the lack of innovation in yacht design and other issues,the shape characteristics of the minitype yacht are analyzed,VB is used to develop CATIA and build parametric designing platform of minitype yacht,to shape the model rapidly early in a yacht’s designing stage.

parametric design,yacht,shape,secondary development

2013年12月14日,

:2014年1月27日

胡翩,女,碩士,助理工程師,研究方向:艦船總體設計。

U66DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.06.042