第２９卷第１４期Ｖ０１．２９Ｎｏ．１４计算机工程与设计２００８年７月ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＤｅｓｉｇｌｌＪｕｌｙ２００８基于ＣＡＴＩＡ二次开发的飞机外形参数化设计谢岳峰，余雄庆（南京航空航天大学航空宇航学院，江苏南京２１００１６）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ｃ肌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。关键词：计算机辅助设计；参数化模型；飞机外形；ｃＡＴＩＡ；二次开发中图法分类号：ＴＰ３９１．７２文献标识码：Ａ文章编号：１０００．７０２４（２００８）１４．３７９２．０３Ｐ聪吼ｅｔｒｉｃｄｅｓｉｇｎｏｆａｎｒａＲｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｕｓｉｎｇＡＰＩｉｎＣＡＴＩＡＸＩＥＹｕｅ－ｆｅｎｇ，ＹＵＸｉｏｎｇ—ｑｉｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡ盯ｏｓｐａｃｅａｔＥｎｇｉｎｅ嘶ｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉＶｅｒｓ时ｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎａｎｄＡｓ们ｎ枷ｃｓ，Ｎ删ｉｎｇ２１００１６，ＣｈｉＩＩａ）ａｒｅ锕ｏｋｅｙｉｓｓｕ∞ｓｈａｐｅｏｆａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｅｄｔ０ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｍｅａｐｐｆｏａｃｈｆ研ｔｈｅｐ咖ｅｔｒｉｃｄｅｓｉｇｎｏｆａｉｒｃｍｆｔｃｍＩｆｉｇｍｔｉｏｎ．Ｔｂｔｈｉｓ∞ｄ，ｔｈｅｒｅｂｅｓｏｌｖｅｄ：Ｆｉｒｓｔ＇ｐ壮锄ｅｔｒｉｃｎｌｅａｉｒｃｍｆｔａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｂａｓｅｄｔｈｅａｐ舢ｅｔｒｉｃｒ印ｒｅｓｅｎｔａｌｉｏｎｏｆｔｈｅａｉｒｃｒａｆｔｃｏｎｆｉｇ嘲ｉｏｎ，ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓ既；ｏｎｄ，ｈｏｗｔｏｇ％ｅｍｔｅｍｒｃｅ—ｄｉｍ伽ｉｏｎａｌｐａｍｍ吲ｃｔｅｓｔｅｘ锄ｐｌｅｆ．０ｒｔｈｅ印ｐｒｏａｃｈ．Ｔｈｅｓｈｏｗｓｍａｔｐａｒ锄∞ｔｒｉｃｒ印ｒｅｓｅｍａｔｉｏｎｏｆ也ｅ砒Ｄｃｒａｆｔ池ｒａＲｃｏｎｆｉｇｍｔｉ∞ｉｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｂｙｍａｋｉｎｇｕ∞ｏｆｔｌｌｅＡＰＩｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｔｌ圮ＣＡＤｓｏｆ时ａｒｅ，ｎ锄ｅｌｙａｕｔｏｍａｔｉｏｎｉｎｃＡｌｌＡ．Ｔｈｅ删ｅｘ姗ｐｌｅｏｆｔｌｌｅｃｏｎｆｉ舭ｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｍｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉ伽ｏｆａｇｅｎｅｒｉｃｉｓａｈ硼ｉｓｕ∞ｄ鹪ｏｆｔｈｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｃｄ．Ｔｈｅｐ撇ｍｅ仃ｉｃｄｅｓｉｇｎｔｈｅ印ｐｒｏａｃｈｐｒｅｓｅｎ锨“ｓａｂｌｅｔｏｇ∞ｅｍｔｅａｐ砒狮鲥ｃｄｅｓｉｇｎｏｆａ曲僦ｃｏｎｆｉｇ咐ｔｉｏｎ．ｔｌｌｒｅｅｄｉＩｎ饥ｓｉｏｎａｌｓｈａｐｅｏｆｔｌｌｅａｉｒｃｍｆｔａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ柚ｄｍｅｅｔｍｅｎｅｅｄＫｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＡＤ；ｐａｒａｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇ；ａｉｒｃｒａｆｔｃ∞ｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ；０引言的曲面生成功能，可以避免重复的曲面生成编程工作；③应用Ｃ朋Ａ还可以计算出面积、体积等几何特性，这些信息在飞机总体设计中非常重要。以下文章中首先介绍在Ｖｃ＋＋环境下ＣＡＴＩＡ二次开发的步骤，然后讨论飞机参数化描述，最后以一个简化的飞机外形飞机三维外形设计是飞机总体设计中的～个重要组成部分。由于在总体设计阶段飞机外形经常需要修改，因此如何快速地生成飞机三维外形模型是一个必须解决的问题。参数化设计为快速地生成飞机三维外形模型提供了一种有效的途径“１。参数化设计是指系统通过尺寸驱动的方式，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同或相似几何特征的二维或三维图形的一种设计方法。从编程角度来看，实现参数化设计的途径主要有两种：①基于图形库∽１，如ｏｐ蜘ＧＬ；②基于已有的ｃＡＤ软件进行二次开发叫。基于图形库的方法实现飞机ｉ维外形建模相对复杂些；而基于ＣＡＤ软件的方法则可以省略图形软件的开发，同时可以利用已有ＣＡＤ系统的强大功能和通用性。本文研究如何应用Ｖｃ＋＋编程语言和ｃＡＴＩＡ的二次开发技术实现飞机外形的参数化设计。之所以基于ｃＡＴＩＡ软件，原因如下：①航空工业界广泛应用ｃＡＴ队软件，因此生成的三维ｃＡＤ模型能为各种设计部门直接使用；②ＣＡＴｌＡ具有很强收稿日期：２００７．０７．１６为例，证明了基于Ｃ肌二次开发实现飞机外形参数化设计的可行性。ｌ在Ｖｃ＋＋环境下的ＣＡＴ执二次开发在ＶＣ＋＋环境下的ＣＡＴｌＡ二次开发有两种方法旧：一是ＣＡＴ队ＣＡＡ（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｒｃｈ妇ｃｔＩｌｌ．ｅ）。此方法较复杂，同时也不适用于自动绘图，而且此方法只能应用于ＶＣ＋＋６．Ｏ；另一种是ＣＡｌｌＡＡ嘶加ａｔｉｏｎ。该方法基于ＣＯＭ“１（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｂｊｅｃｔｍｏｄｅｌ）的ｏＬＥ（ｏｂｊｅｃｔｌｉｋｉｎｇ且其应用就是自动绘图。本文采用第２种方法，下面以开发环境为ＶｉｓｕａｌＳｔｌｌｍｏ．ＮＥＴ２００５中的Ｃ＋＋为例，介绍应用ｃＡＴ队Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ技术的主要步骤。ａｎｄ啪ｂｅｄｄｉｎｇ），相对简单，并Ｅ哪ａｉｌ：印ｒｉｌ＿ｓｋｙ．ｎｕ雅＠１６３．ｃｏｍ余雄庆（１９６５一），男，重庆人，博作者简介：谢岳峰（１９８２一），男，湖南株洲人，硕士研究生，研究方向为飞机总体设计、计算机辅助设计；士，教授，研究方向为飞机总体设计和多学科设计优化。一３７９２—万方数据 １．１接口（ｃ胍类库）的引入使用“ｉＩｎｐｏ扩命令引入“．ｔｌｂ”文件，如：翔ｎｐｏｒｔ“…、Ｂｌ嘶ｎ－ｔｅｌａ、ｃｏｄｅ＼ｂｉｎ认ＥＣＲ聊ｅ“ｂ．ｔｌｂ”崩ｌ锄ｅｎ锄豁ｐａｏｅ（“Ｃ从”）。结果在Ｄｅｂｕｇ文件夹下会对应生成两个文件“∞ｃｎｙｐｅｌｉｂ．ｔｌｈ”和“ａｅｌｃｎｙｐｃｌｉｂ．Ｕ，；或者仅有一个“．ｔｍ”文件。以Ｖ５Ｒ１４为例，共有９２个接口文件。在引入所有的接口文件后，使用命令“璐ｉｎｇ∞ｍｅｓｐ∽ｅ（ＣＡＡ广。１．２资源文件的添加将以上生成的“．ｔｍ”和“．ｎｉ，，文件添加为项目的资源文件，这样就能在对象浏览器中看到引入的接口类。做好这些工作后，就可以使用ｃ肌提供的接口类了。必须注意的是：引入的接口类在类名后要加“Ｐ矿，例如，样条曲线类“ＨｙｂｒｉｄＳｈ印ｅ—Ｓｐｌ沁”必须写成“ＨｙｂｒｉｄＳｈａｐｅｓｐｌｉｌｌｅＰｔｒ＂。１．３关键程序段在Ｃ＋＋中启动ＣＡＴｎ或捕获已经在运行的ＣＡＴＩＡ程序，然后新建一个“Ｐａ∥。使用以下程序段：：：ＣｏＩｎｉｔｉａｌｉｚｅ（ＮＵＬＬ）；∥初始化ＣＯＭ环境Ａｐｐｌｉｃａｔｉ咖Ｐ仃ＣＡＴ认；ＨＲＥＳＵ【ＴＲ鹤ｕｌｔ＝ＮｏＥＲＲＯＲ：ＣＬＳＩＤＡｐｐＣｌｓｉｄ；ＩＵｎｋｎｄｗｎＲｅｓＩｎｔ＝：：ＣＬＳｌＤＦ“ＨｎＰ“＇ｇＩＤ（Ｌ”ＣＡ：Ｉ’ＩＡ．Ａｐｐｌｉｃａ虹∞”，占柳４ｐＡｐｐＵｎｌ【＝Ｍ儿Ｌ；Ｃｌｓｉｄ）；Ｒ器ｕｌｔ＝：：Ｇｅ‰ｔｉｖｅＯｂｊｅ烈ＡｐｐＣｌｓ地ＮＵＬＬ，＆ｐＡｐｐｕ心；∥获取已运行的ＣＡＴ队进程ｉｆ（ＦＡＩＬＥＤ（Ｒｅｓｕｌｔ））｛ｉｆ【（ＣｏＣｒｅａｔｃＩＩｌｓｔａｎｃｅ（ＡｐｐＣｌｓｉｄ，ＮＵＬＬ，ＣＬＳＣ’Ｉ？ＬＳＥＲＶＥＲＩＩＤｎ『ｎｌｍｏｗｎ，（ｖｏｉｄ¨）＆ｐ√咖Ｕｎｌ【））Ｉ＿Ｓ－＿ｏＫ）／／启动ＣＡＴｌＡ软件Ｅｘ砸Ｏ）：｝Ｒ－ｅｓｕｎ＝ｐＡｐｐＵＩ她＞ＩＱＩｌｃｒｙＩｎｔｅ晌ｃｅ（－川ｄｏｆ【ｃＡ：ｒ认），（ｖｏｉｄ·‘）＆ＣＡｎＡ）：”ｐｐｕｎｋ》Ｒｅｌｅ私ｅｏ；ｐＡｐｐＵｎｋ＝ＭＩＩ，Ｉ一；Ｃ—汀ＩＡ．Ｇｅｔｂｔｅ：ｒ‰ｅｎＤ：Ｃ肌》ＰｕｔＶｉｓｉｂｌｅ（ＴＲＵＥ）：∥此处若设置为队ＬＳＥ则运行时Ｃ栅Ａ不显示，只能在电脑中看到ＣＡＴ认进程，而看不到图形界面／／建立”Ｐａｒｔ”￡＇０ｃ啪ｅｎｔｓＰ虹ｄｏｃｕｎｌｅｎｔｓ：ｄｏｃｕｍ％ｔｓ＝ＣＡＴ认－×≥ｅｔＤｏｃ啪∞ｔｓ（）：ＢＳＴＲＡｄｄＰａｒｔ＝』ｎ１』ｌ：：Ｃ伽ＶｅｒｔＳ仃啦ＴｏＢＳＴＲ（”Ｐ弧”）；ＰａｒｔＤｏｃ砌即ｔＰ廿ｐ盯妣岫ｅｎｔ；ｐ｛ｔｒｔｄｏｃ啪舶ｔ＝ｄｏｃ啪％ｔｓ－＞Ａｄｄ（＆ＡｄｄＩ’ａｎ）；：：ＣｏＵＩｌｉｎｉｔｉａｌ让叙）；／／释放ｃＯＭ环境分，也是必不可少的。它实现了自动启动Ｃ舭和新建零部以上程序段是Ｃ＋＋环境下的Ｃ脓二次开发最基本的部件的基本步骤。２飞机外形参数化描述飞机部件主要包括机翼、机身、平尾、垂尾、发动机短舱万 方数据等，其中机翼、平尾、垂尾可统称为翼面。以下依据文献【７】分别定义这些部件外形参数。２．１机翼外形参数机翼外形参数可分为总体轮廓参数和剖面参数。一般地，机翼外形轮廓可分为二段：内翼和外翼，如图ｌ所示。图ｌ两段机翼（右半翼）总体图轮廓参数主要包括：①机翼面积卜整个机翼的参考面积；②展弦比彳一机翼展长与平均几何弦长之比；③展长比只厂·内翼段半展长与全机翼半展长之比（ｍ：＆≤１）；④安装角一机翼根弦与机体坐标系ｘＹ平面的夹角；⑤梢根比Ａ－一内翼段翼尖长度与翼根长度之比（０≤九≤１）；⑥内翼段后掠角４，一内翼段１／４弦线与机翼对称面垂线的夹角，后掠为正，前掠为负；⑦扭转角矗一内翼段翼尖相对于自身翼根的安装角之差，翼尖上翘为正，下偏为负；⑨上反角几一内翼段扭转轴与ｘ轴所形成的平面和ＸＹ平面之间的夹角，上反为正，下反为负；⑨外翼段梢根比卜外翼段翼尖长度与其自身翼根长度之比（ｏ≤如≤１）；⑩外翼段后掠角彳：一外翼段ｌ／４弦线与机翼对称面垂线的夹角，后掠为正，前掠为负；⑧扭转角ｆ２一外翼段翼尖相对于自身翼根的安装角之差，翼尖上翘为正，下偏为负；⑥上反角ｎ一外翼段扭转轴与Ｘ轴所形成的平面和ＸＹ平面之间的夹角。剖面形状由所选的翼型确定，在翼尖、翼根和内外段连接处选择３个翼型，可以相同，也可以不同。平尾和垂尾外形参数与机翼类似，但通常不分内外段，只有一段，比机翼简单，不再赘述。２．２机身外形参数一般来讲，机身外形比较复杂。本文以一个简化的机身外形为例，如图２所示。图２机身纵剖面机身外形的参数化采用已有截面模型加上重要参数的方法，也就是预先做好机身各个截面的轮廓形状（以点的坐标给出），以及各截面在机身纵向的相对位置，保存成数据文件，而参数化自动绘图时只要给出重要的参数就可以生成。为简化起见，重要参数只取两个：机身长度工和机身最大截面处直径Ｄ。短舱外形参数与机身类似，不再重复。３实例以上述飞机外形参数化为基础，通过ＣＡＴ队Ａｕｔｏｍａｔｉ∞一３７９３—编写生成飞机外形的ＣＡＴ队驱动器，就可以在ＶＣ＋＋环境下驱动ｃＡＴｎ自动生成飞机的外形三维图。以生成翼根翼型和位置为例，程序段如下：ＨｙｂｒｉｄＳｈａｐｅＰｏｉｎｔＣｏｏｒｃｕＰ仃ｈｙｂｒｉｄｓｈ印ｅＰｏｉｎｔＣ００ｒｄ；／／定义Ｃ肌中的点ＨｙｂｒｉｄＳｈａｐｅＳｐｌｉｎｅＰ仃ｈｙｂｒｉｄＳｈａｐｅＳｐｌｉｎｅ；／／定义Ｃ肌中的样条曲线，此为根弦翼型曲线ｈｙ嘶ｄＳｈａｐｅＳｐＩｉｎｅ＝ｈｙ晰ｄＳｈａｐｅＦａｃｔｏ妒＞Ａｄ烈ｃｗＳｐｌｉｎｅＯ；ｈｙｂｒｉｄｓｈａｐｅｓｐｌｉｎｅ－＞ｓｅｔｓｐｌｉｎｅ’Ｉ州Ｏ）；ｈｙｂｒｉｄｓｈａｐｅｓｐｌｉｎｅ一＞ｓｅｔＣｌｏｓｉｎｇ（Ｏ）；，／样条曲线的添加和参数设置锄ｇｌｅ＝－Ｉｎｃｉｄ朋ｃｅ＋ＰＩ／１８０；肌ｎｃｉｄｅｎｃｅ为安装角ｆｏｒ（ｉ＝ｏ；！ｉｎｆｉＩｅ【ｉ】．ｅｏ的；ｉ＋＋）／／直到翼型文件结束终止｛ｉｎｆｉＩｅ［订＞：强≯＞ｚ：ｘｃ＝Ｃ一（ｘ‘ｃｏｓ（锄ｇｌｅ）－ｚ‘ｓｉｎ（姐ｇｋ））；ｙｃ＝Ｏ；／／Ｃｒ为弦长ｚｃ＝Ｃｒ‘（ｘ＋ｓｉｎ（锄ｇｌｅ）＋ｚ‘ｃｏｓ（锄ｇｌｅ））；／／（ｘ，ｚ）为读入的翼型点坐标，（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）为根弦点坐标ｈｙｂｒｉｄＳｈａｐｅＰｏｉｎｔＣｏｏｒｄ＝ｈｙｂｒｉｄＳｈａｐｅＦａｃｔｏｒｙ一＞Ａ“ＮｅｗＰｏ缸Ｃｏｏｒｄ（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）；／／在ＣＡＴ认中添加点ｈｙｂｒｉｄｓｈａｐｅＳｐＩ如》ＡｄｄＰｏｍ（ｈｙ晰ｄＳｈａｐｅＰｏｉｌｌｔＣｏｏｒｄ）；／／将点添加到样条曲线｝此段程序定义了安装角这个参数，改变这个参数，在绘图时机翼的安装角就会发生变化。对于其它部件形状，可编写类似的ＶＣ＋＋程序。以某飞机外形为例。表ｌ列出了该飞机的机翼的外形参数，表２为平尾和垂尾的外形参数。机身的长度为３０ｍ，直径为３ｍ。运行所编Ｃ＋＋程序，就可以自动生成飞机的外形三维图。图３为依据该组参数在ＣＡＴ队中自动生成的三维图。表ｌ机翼外形参数参数值机翼面积双Ⅲ·Ⅲ）７９．９６展弦幽９．３展长比忌Ｏ．３８安装角（衄）３．Ｏ内段梢根比＾。Ｏ．５２３内段后掠角４－（出曲２７．５４内段扭转角ｆ．（出ｇ）．２．９内段上反角＾（蛔）５．Ｏ外段梢根比＾：Ｏ．４１４２外段后掠角４“啦）２７．５４外段扭转角“咖）．２．２外段上反角几（啦）３．Ｏ翼根翼型ＮＡＣＡ６３－４１２连接处翼型ＮＡＣＡ６３．２１０翼尖翼型ＮＡＣＡ２４１２—３７９４一万 方数据表２平尾和垂尾外形参数参数平尾垂尾面积双Ⅲ’Ⅲ）３０．０１５．０展弦比彳５．Ｏ５．０梢根吼０．４Ｏ．４后掠角／ｌ（出ｇ）３０．Ｏ４５．０扭转角ｒ（衄）５．Ｏ０．Ｏ翼根翼型ＮＡＣＡ００１２ＮＡＣＡ００１２翼尖翼型ＮＡＣＡ００１２ＮＡＣＡ００１２图３生成的飞机外形４结束语由于ＣＡｌ７队提供的用于Ａｍ眦砒ｉｏｎ的二次开发接口非常丰富，几乎覆盖了ＣＡＴ认的所有模块的基本功能，特别是几何建模方面具有很强的曲面生成功能，加上面向对象的Ｃ＋＋编程语言的强大的自由编程功能。所以几乎在ＣＡＴ认中手工能实现的功能，用次二次开发技术都能实现。从以上算例也可以看出基于Ｃ肌二次开发的飞机外形参数化设计是完全可行的。一旦建立好参数化模型，就可以实现飞机外形的自动生成，省去了重复的手工操作，缩短了飞机设计周期。参考文献：【１】孟祥旭，徐延宁．参数化设计研究【Ｊ】．计算机辅助设计与图形学学报，２００２，１４（１１）：１０８６．１０９０．【２】金海波，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，２００３，３５（５）：５４０．５４４．［３】ＲＤｄｒｉｇＩｌｅｚＤＬ，ＳｔＩＪｒｄｚａＰ．Ａｍｐｉｄｇｅｏｍｅｎｙｅｎｇｉｎｅｆｏｒｐ佗ｌｉｍｉ－ｎａｒｙａ№ｍｆｔｄｅｓｉ鳃［Ｃ】．Ｒ肋ｏ，Ｎｅｖａｄａ，ＵＳＡ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ４４ｔｈＡＩＡＡＡｅｍｓｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅｓＭｅｅｔｉｌｌｇ蛆ｄＥ）ｄｌｉｂｉｔ，２００１６．【４】范辉，李为吉．ＣＡＤ系统的二次开发在飞机构型优化中的应用【Ｊ】．计算机工程与设计，２００６，２７（１３）：２３ｌ９－２３２１．［５】Ｄａ豁跏ｎＳｙｓｔｅｍｓ．Ｃ枷ＡＶ５Ｉ眇ｕｓｄｓｄｏｃ啪％切ｌｉｏｎ【ｚ】．Ｄ船．ｓ肌ＩｔＳｙｓ自嘲，２００２．［６】龙峰，樊留群．ｃＡＴｎＶ５二次开发技术探讨【Ｊ】．淮阴工学院学报，２００５，１４（５）：２１’２７．【７】ＲａｙｍｃｒＤＰ．Ａｉｒｃｆｍｄｃｓｉ印：Ａｃ∞ｃｃｐｔｕａｌａｐｐｒｏ孔ｈ【Ｍ】．ＡＩＡＡＥｄｕｃａｔｉｏｎＳｅ画％．１９９９．［８】杜天飞，张应中，罗晓芳．基于ｃＯＭ的ＣＡＤ软件二次开发平台的构建【Ｊ】．计算机工程与设计’２００４，２５（１２）：２３４９．２３５１．基于CATIA二次开发的飞机外形参数化设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
谢岳峰， 余雄庆， XIE Yue-feng， YU Xiong-qing南京航空航天大学航空宇航学院,江苏南京,210016计算机工程与设计
COMPUTER ENGINEERING AND DESIGN2008,29(14)3次
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