關(guān)于CATIA二次開發(fā)的飛機(jī)外形參數(shù)化設(shè)計(jì)研究

蘇　江

（中航飛機(jī)西安飛機(jī)分公司，陜西西安 710089）

關(guān)于CATIA二次開發(fā)的飛機(jī)外形參數(shù)化設(shè)計(jì)研究

蘇江

（中航飛機(jī)西安飛機(jī)分公司，陜西西安 710089）

隨著數(shù)字化建模技術(shù)的發(fā)展，飛行器的參數(shù)化設(shè)計(jì)逐漸發(fā)揮出方便快捷和可靠的優(yōu)點(diǎn)。在對飛行器的設(shè)計(jì)和優(yōu)化中，按照參數(shù)化的模型對外觀進(jìn)行細(xì)致的修改是一項(xiàng)重要的工作。計(jì)算機(jī)幾何造型軟件CATIA是一款強(qiáng)大的飛行器模型驅(qū)動(dòng)模塊。利用本軟件和C++語言進(jìn)行參數(shù)化模型的二次開發(fā)，目的是根據(jù)逆向工程的思想，把當(dāng)前的飛行器實(shí)物通過一定的方法取得其結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，把獲取的精確數(shù)據(jù)使用CATIA軟件設(shè)計(jì)優(yōu)化，達(dá)到快速開發(fā)和優(yōu)化產(chǎn)品的效果。

建模 飛行器 二次開發(fā)

飛行器設(shè)計(jì)開發(fā)關(guān)系到一個(gè)國家的國計(jì)民生，是國際上普遍關(guān)注的重大問題。隨著我國航空事業(yè)的飛速發(fā)展，跟國外先進(jìn)技術(shù)的差距越來越小，特別是國防事業(yè)中，多項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國際一流的水準(zhǔn)，戰(zhàn)機(jī)也已得到了外國的青睞，出口外國的數(shù)量在從無到有，從少到多。在大飛機(jī)設(shè)計(jì)和制造的過程中，我國當(dāng)前的技術(shù)實(shí)力仍然有很大的欠缺，特別是在國際飛行事故多發(fā)的階段，飛機(jī)安全性的考量對飛行器設(shè)計(jì)和優(yōu)化的要求也在不斷提高。

1　CATIA二次開發(fā)方法

在飛行器設(shè)計(jì)階段，參數(shù)的快速設(shè)計(jì)和精準(zhǔn)生成是一個(gè)棘手的問題，而C++語言結(jié)合強(qiáng)大的CATIA軟件，根據(jù)獨(dú)立的幾何約速條件，把飛行器的外觀進(jìn)行建模，可以迅速生成具有相似特征的3D圖形，對飛機(jī)的外觀模型建立提供了一種無可比擬的優(yōu)選方案。在航空領(lǐng)域， 是一種擁有廣泛的CAD軟件，二次開發(fā)技術(shù)的使用在解決飛行器外觀參數(shù)建模上的通用型、易用性是其他類似軟件不可替代的。特別是CATAI的曲面計(jì)算和生成能力，幫助設(shè)計(jì)者減少了大量的計(jì)算時(shí)間和精力，避免了無意義的重復(fù)工作。在VC++的設(shè)計(jì)環(huán)境下，給予CATIA的二次開發(fā)，對飛行器的面積、體積等參數(shù)特征一次計(jì)算完成，從飛行器的三維掃描到數(shù)據(jù)處理，都能很快的完成。在飛行器外形的反求數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)反向建模的工程中，CATIA強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和模型推倒能力無疑也是勝任的。

傳統(tǒng)的利用VC++和CATIA的方法是CATIA Component Application Architecture，它有自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和方便性，但是對于自動(dòng)繪制圖形的支持negligence稍顯薄弱，而且對于VC++的兼容性也逐漸落后，現(xiàn)在逐漸被基于Component Object Model的CATIA Automation技術(shù)所替代，這種方法在二次開發(fā)飛行器方面更加簡單易用。一般的，根據(jù)開發(fā)需求，使用VC++和CATIA對計(jì)算機(jī)性能的要求并不是很高，但是為了方便和穩(wěn)定，盡可能的使用高配置計(jì)算機(jī)和更新的Visual Studio開發(fā)環(huán)境。

2　飛行器三維模型重建技術(shù)

使用CATIA引入所有的接口資源文件后和創(chuàng)建項(xiàng)目后，就可以進(jìn)行飛行器的外形參數(shù)設(shè)計(jì)了。三維重建技術(shù)是一種在飛行器設(shè)計(jì)、機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)中廣泛使用的技術(shù)，它最先使用在虛擬現(xiàn)實(shí)、動(dòng)畫制作等領(lǐng)域，后來因?yàn)樵陔p目視覺、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域表現(xiàn)出來的強(qiáng)大的生命力而引起各個(gè)行業(yè)的關(guān)注和研究。

2.1三維模型重建的特點(diǎn)

在飛行器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，因?yàn)槠鋽?shù)據(jù)量的巨大程度導(dǎo)致了傳統(tǒng)的人工計(jì)算耗時(shí)耗力和精度的低下，急切需要依靠軟件工具和三維重建技術(shù)的支持。當(dāng)前，國內(nèi)外飛行器的設(shè)計(jì)工作進(jìn)入了數(shù)字化的新紀(jì)元，基本已經(jīng)100%開展了數(shù)字化建模和無紙化設(shè)計(jì)的時(shí)代。飛行器的精密程度和巨大的體積使得其三維模型數(shù)據(jù)的獲取和生成工作十分繁瑣，一般建立飛行器的數(shù)字模型是通過提取照片或圖紙中飛行器的二維信息，對這些數(shù)據(jù)加以算法修正和合成，最終還原成可以實(shí)用的三維數(shù)字模型，這就是我們所說的飛行器外觀三維重建技術(shù)。

飛行器從二維圖像模型到數(shù)據(jù)的三維重建工作是在上個(gè)世紀(jì)七十年代就開始的，主要是對外觀的二維投影圖進(jìn)行分析，從這些信息中找到飛行器外觀所包括的幾何信息和各個(gè)結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫畔⒌?，對這些有意義的數(shù)據(jù)加工提煉，根據(jù)空間幾何的投射關(guān)系在CATIA軟件所提供的虛擬三維空間重新繪制出物體模型。而根據(jù)三維重建方法的不同，設(shè)計(jì)的過程也是不同的，主要包括派生法和創(chuàng)生法。

2.2飛行器三維重建的過程

具體的飛行器三維重建過程是十分繁瑣和復(fù)雜的，需要考慮多方面的因素并對過程的精度加以嚴(yán)格控制，但是歸結(jié)起來，主要的步驟有三點(diǎn):

（1）飛行器外觀的模型參數(shù)化二維數(shù)據(jù)建立:使用激光掃描技術(shù)以及高精度點(diǎn)采集將飛行器外觀的二維信息進(jìn)行采集，確定不遺漏包含特征點(diǎn)的所有外觀界面，把握好對二維圖像數(shù)據(jù)的完整性。

（2）飛行器二維視圖的信息提取:主要是使用三視圖和軸測圖的方法來提取飛行器的特征點(diǎn)。在CATIA和VC++結(jié)合的環(huán)境下，可以直接在界面的投影視圖中選擇軸測圖/三視圖（正視圖、俯視圖、側(cè)視圖）并且選擇標(biāo)記點(diǎn)輸入，或者在自己編寫的UI里面設(shè)置以三視圖或者軸測圖的方法提取飛行器特征點(diǎn)。

（3）生成飛行器的參數(shù)化模型:不管最終選擇哪一種重建的方法，都必須完整提取到飛行器的外觀幾何特征點(diǎn)，然后經(jīng)過CATIA的計(jì)算，得到三維數(shù)據(jù)的模型。這一步要注意一些參數(shù)的選擇，在軟件菜單的“還原結(jié)果”中，分別設(shè)置比例、生成模型、生成參數(shù)和模型。調(diào)用CAA提供的便捷的內(nèi)部模型參數(shù)化生成模塊，在動(dòng)態(tài)鏈接庫dll文件的配合下生成模型，而生成參數(shù)和模型這兩個(gè)命令則需要外部調(diào)用可執(zhí)行文件完成。

3　結(jié)語

飛行器的二維外觀數(shù)據(jù)到三維模型的還原，不管是用哪一種軟件工具或者是使用哪一類的重建方法，最終都無法避免解決由于飛行器本身復(fù)雜精密的構(gòu)造造成的計(jì)算發(fā)雜度的提升，以及大量的特殊形態(tài)的曲面帶來的建模的難度。三維重建在一定程度上大大簡化了飛行器外觀參數(shù)特征的還原，基于CATIA二次開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化和程序化的使用，不僅減少了無謂的人工重復(fù)操作，提高工作效率，在很大程度上也避免了人工計(jì)算帶來的誤差和錯(cuò)誤。

［1］譚清中.基于CATIA二次開發(fā)的噴管三維重構(gòu)及優(yōu)化技術(shù)［D］.長春理工大學(xué)，2012.

［2］王勇.基于CATIA的測點(diǎn)自動(dòng)生成技術(shù)的研究［D］.沈陽航空航天大學(xué)，2013.

［3］王黎明.基于CATIA CAA的飛行器參數(shù)化三維外形設(shè)計(jì)及三維重建［D］.南京航空航天大學(xué)，2014.