基于CATIA的飛機數字建模研究

摘要： 本文以EADS公司的ATR42-500飛機為對象，在CATIA環境下結合飛機的三視圖尺寸數據，進行掃掠并建立三維模型，主要內容包括飛機機身，機翼，螺旋槳發動機，尾翼以及起落架。對飛機內部座艙地板以及座椅進行了簡化模擬，完成了整機定量的基本三維模型仿真，對航空院校實現三維模型教學和民航虛擬維修提供一定的準備和支持。

關鍵詞： 數字建模，三維模型，整機，仿真

1. 引言

現代民用飛機的虛擬維修技術[1]已經逐漸成為民航企事業單位比較關注的焦點問題，三維模型的建立有助于更為直觀地認識飛機及其結構件的實際組成，也可為將來虛擬維修平臺的開發提供基礎。本文根據ATR42-500飛機的相關尺寸數據，借助CATIA平臺進行實體數字模型建立的研究。研究結果可以指導航空器概念設計，也可為三維技術[2]在民航領域的應用提供技術支持。

2. 建模流程

2.1. 模型尺寸數據

ATR42-500飛機載客量為44～50人，最大起飛重量為18，600 kg，其主要尺寸數據如表1所示。

2.2. 模型建立

在飛機三視圖的基礎上，采用CATIA中草圖匯入的功能將三視圖導入建模界面中，如圖1所示。關于飛機機身的設計，先截取各截面處機身剖面并繪制出剖面形狀，再進行整體掃掠，然后在此基礎上繪制駕駛艙窗戶，而對于機翼同樣可以采取類似的方法建立模型。

根據《飛機設計手冊》[3]要求，機身整流罩的外形設計必須滿足功能要求，故整流罩是一個中心線為曲線的細長流線體，整流罩中部界面形狀即整流罩最大截面積處的形狀，其建立同以上機身和機翼的建模方法。此外，還完成了發動機和飛機尾翼的模型仿真，加入模擬的座艙地板，以陣列的方式完成座椅排布，生成最后的機身半剖效果圖如圖2所示。

3. 模型優化

在以上模型的基礎上，對于起落架的部分，由于其結構形式的不同，則單獨進行簡化模型建立。完成起落架部分和飛機機體之間的裝配，對飛機的各個部分分別添加顏色，結合飛機實體，對機體內部駕駛艙以及結構件過渡的部分進行了一定程度的分析處理并加以優化，最終得到優化后的ATR42-500飛機在CATIA中的三維數字模型，如圖3所示。

4 .結論

通過在CATIA環境下對以ATR42-500飛機為例進行數字建模研究發現，三視圖的直接導入可大大節省建模時間，提高建模效率，是一種快捷而有效的選型設計方法。最終得到的三維數字模型有助于對飛機上各個部件形成更直觀的認識，本文的研究內容可為三維技術在民航中的應用提供參考。

參考文獻

[1] 侯安生.虛擬維修在航空裝備維修領域的應用.中國航空報，2013.

[2] 田承根，朱天文，劉新宇.全三維技術在飛機設計中的應用.航空制造技術，2011.

[3] 飛機設計手冊第5冊氣動設計[M].北京：航空工業出版社，2002.