關于CATIA二次開發的飛機外形參數化設計研究

蘇　江

（中航飛機西安飛機分公司，陜西西安 710089）

關于CATIA二次開發的飛機外形參數化設計研究

蘇江

（中航飛機西安飛機分公司，陜西西安 710089）

隨著數字化建模技術的發展，飛行器的參數化設計逐漸發揮出方便快捷和可靠的優點。在對飛行器的設計和優化中，按照參數化的模型對外觀進行細致的修改是一項重要的工作。計算機幾何造型軟件CATIA是一款強大的飛行器模型驅動模塊。利用本軟件和C++語言進行參數化模型的二次開發，目的是根據逆向工程的思想，把當前的飛行器實物通過一定的方法取得其結構化的數據，把獲取的精確數據使用CATIA軟件設計優化，達到快速開發和優化產品的效果。

建模 飛行器 二次開發

飛行器設計開發關系到一個國家的國計民生，是國際上普遍關注的重大問題。隨著我國航空事業的飛速發展，跟國外先進技術的差距越來越小，特別是國防事業中，多項技術已經達到國際一流的水準，戰機也已得到了外國的青睞，出口外國的數量在從無到有，從少到多。在大飛機設計和制造的過程中，我國當前的技術實力仍然有很大的欠缺，特別是在國際飛行事故多發的階段，飛機安全性的考量對飛行器設計和優化的要求也在不斷提高。

1　CATIA二次開發方法

在飛行器設計階段，參數的快速設計和精準生成是一個棘手的問題，而C++語言結合強大的CATIA軟件，根據獨立的幾何約速條件，把飛行器的外觀進行建模，可以迅速生成具有相似特征的3D圖形，對飛機的外觀模型建立提供了一種無可比擬的優選方案。在航空領域， 是一種擁有廣泛的CAD軟件，二次開發技術的使用在解決飛行器外觀參數建模上的通用型、易用性是其他類似軟件不可替代的。特別是CATAI的曲面計算和生成能力，幫助設計者減少了大量的計算時間和精力，避免了無意義的重復工作。在VC++的設計環境下，給予CATIA的二次開發，對飛行器的面積、體積等參數特征一次計算完成，從飛行器的三維掃描到數據處理，都能很快的完成。在飛行器外形的反求數據分析和數據反向建模的工程中，CATIA強大的數據處理和模型推倒能力無疑也是勝任的。

傳統的利用VC++和CATIA的方法是CATIA Component Application Architecture，它有自己獨特的優點和方便性，但是對于自動繪制圖形的支持negligence稍顯薄弱，而且對于VC++的兼容性也逐漸落后，現在逐漸被基于Component Object Model的CATIA Automation技術所替代，這種方法在二次開發飛行器方面更加簡單易用。一般的，根據開發需求，使用VC++和CATIA對計算機性能的要求并不是很高，但是為了方便和穩定，盡可能的使用高配置計算機和更新的Visual Studio開發環境。

2　飛行器三維模型重建技術

使用CATIA引入所有的接口資源文件后和創建項目后，就可以進行飛行器的外形參數設計了。三維重建技術是一種在飛行器設計、機械工業設計中廣泛使用的技術，它最先使用在虛擬現實、動畫制作等領域，后來因為在雙目視覺、地質勘探等領域表現出來的強大的生命力而引起各個行業的關注和研究。

2.1三維模型重建的特點

在飛行器設計領域，因為其數據量的巨大程度導致了傳統的人工計算耗時耗力和精度的低下，急切需要依靠軟件工具和三維重建技術的支持。當前，國內外飛行器的設計工作進入了數字化的新紀元，基本已經100%開展了數字化建模和無紙化設計的時代。飛行器的精密程度和巨大的體積使得其三維模型數據的獲取和生成工作十分繁瑣，一般建立飛行器的數字模型是通過提取照片或圖紙中飛行器的二維信息，對這些數據加以算法修正和合成，最終還原成可以實用的三維數字模型，這就是我們所說的飛行器外觀三維重建技術。

飛行器從二維圖像模型到數據的三維重建工作是在上個世紀七十年代就開始的，主要是對外觀的二維投影圖進行分析，從這些信息中找到飛行器外觀所包括的幾何信息和各個結構的拓撲信息等，對這些有意義的數據加工提煉，根據空間幾何的投射關系在CATIA軟件所提供的虛擬三維空間重新繪制出物體模型。而根據三維重建方法的不同，設計的過程也是不同的，主要包括派生法和創生法。

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雜的，需要考慮多方面的因素并對過程的精度加以嚴格控制，但是歸結起來，主要的步驟有三點:

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

（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。在CATIA和VC++結合的環境下，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、側視圖）并且選擇標記點輸入，或者在自己編寫的UI里面設置以三視圖或者軸測圖的方法提取飛行器特征點。

（3）生成飛行器的參數化模型: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，然后經過CATIA的計算，得到三維數據的模型。這一步要注意一些參數的選擇，在軟件菜單的“還原結果”中，分別設置比例、生成模型、生成參數和模型。調用CAA提供的便捷的內部模型參數化生成模塊，在動態鏈接庫dll文件的配合下生成模型，而生成參數和模型這兩個命令則需要外部調用可執行文件完成。

3　結語

飛行器的二維外觀數據到三維模型的還原，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雜精密的構造造成的計算發雜度的提升，以及大量的特殊形態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特征的還原，基于CATIA二次開發的標準化和程序化的使用，不僅減少了無謂的人工重復操作，提高工作效率，在很大程度上也避免了人工計算帶來的誤差和錯誤。

［1］譚清中.基于CATIA二次開發的噴管三維重構及優化技術［D］.長春理工大學，2012.

［2］王勇.基于CATIA的測點自動生成技術的研究［D］.沈陽航空航天大學，2013.

［3］王黎明.基于CATIA CAA的飛行器參數化三維外形設計及三維重建［D］.南京航空航天大學，2014.