e-works数字化企业网  »  文章频道  »  产品创新数字化(PLM)  »  CAD

大型客机概念设计的外形参数化CAD模型

2017/7/25    来源:互联网    作者:湛岚  余雄庆  沈琼      
关键字:飞机设计  计算机辅助设计  参数化模型  概念设计  客机  
为了加快飞机概念设计中外形造型的进程,应用一种基于形状函数/分类函数变换的参数化建模方法,研究出一种针对大型客机CAD模型的外形参数化方法。该方法可以用较少的参数来完成机身、机翼、短舱等飞机部件的外形建模。采用CATIA二次开发技术,开发了一个面向大型客机概念设计的参数化CAD模型快速生成的软件。精度测试表明,用该软件生成的机翼-机身组合体CAD模型完全能满足概念设计的精度需求,并为以后进一步实现客机多学科设计优化系统打下了基础。

    0 引 言

    在飞机概念设计中通常用一组参数来描述外形设计方案。所谓飞机概念设计中的外形参数化CAD模型就是基于这组描述设计方案的参数所生成的三维CAD 模型。飞机外形参数化CAD模型不仅为各种方案的比较提供了一种直观形象的表达方式,而且也是飞机总体多学科设计优化(MDO)的基础,它为各学科的分析和优化提供一个统一的几何模型。

    面向飞行器概念设计的CAD模型,近十几年来~直为飞行器设计人员所重视。波音公司的Vandenbrande等研究人员比较系统地研究了面向飞行器MDO的外形CAD模型的要求和建模方法,Manning等利用一种CAD软件编程接口(CAPRI)为NASA的天地往返飞行器多学科分析和优化设计环境开发了一个几何建模工具ComGcom,利用该工具可快速生成各种构型飞行器外形,并能为气动、热力学等学科生成表面网格数据。Rodrignez等应用Java编程语言为飞行器总体设计专门开发了一个快速几何引擎(RAGE) 。金海波等在AC1S几何造型平台上,基于NURBS建模方法,初步建立飞机外形的参数化设计模型,实现了在概念设计阶段能观察各部件的三维外形。Goudemans等应用面向对象的编程方法为飞机概念设计开发了一个快速几何建模软件,并可为质量估算、气动分析等学科提取相关的外形信息”。

    飞机外形复杂,如何用一组较少参数来比较精确地描述飞机外形是一个难点。在目前研究中多采用了样条方法(如NURBS)来描述飞机外形。虽然NURBS方法能较精确地描述飞机外形,但所需控制参数太多,且参数缺乏明确的物理意义,不便于在概念设计中获得有效的应用。最近,波音公司的Kulfan等针对这些问题提出了一种基于形状函数/分类函数变换的参数化方法(class function/shape function transformation,CST) ,这种方法的优点是参数具有明确的几何含义,所需控制参数较少,适用性强,建模精度较好。

    本文以大型客机总体设计平台开发课题为背景,针对外形参数化CAD模型问题,基于CST的参数化方法,建立面向大型客机概念设计的外形参数化数学模型;应用CATIA二次开发技术,开发了一个可根据概念设计参数能自动生成外形CAD模型的软件;并对所生成的CAD模型的精度以及在气动分析和优化中可应用性进行了验证。

    1 基于CST的参数化建模

    在飞机概念设计中,通常根据特征剖面和纵向(或展向)轮廓线,通过放样来生成三维外形。因此,飞机外形参数化模型关键问题是如何用一组较少的参数来描述特征剖面和纵向轮廓线。CST方法是Kulfan提出的一种飞机翼型参数化建模方法 ,后又将该方法推广一般剖面和曲线的建模。以下首先介绍基于CST翼型参数化建模方法,然后阐述一般形状剖面或曲线的参数化建模方法。

    1.1 翼型建模

    1

    在分类函数中,七为系数,主要用于描述分类函数表示图形的比例;N1和N2为控制分类函数形状的参数, 对于不同的N1、N2值,所表示的分类函数形状是不同的,如图2所示。

    2

    图2 不同NI、N2数值所描述的曲线形状

    对于形状函数,用伯恩斯坦多项式来定义,其数学表达为

    3

    4

    1.2 机身类形状剖面建模

    通过选择适当的分类函数,可将CST方法推广到一般流线型曲线的描述,不仅可用于机身和短舱剖面形状的描述,也可用于机身和短舱纵向轮廓曲线的表述。

    例如,将一个闭合的剖面分为上下两部分,如图3所示是上半部的形状。根据CST方法,表述该外形的数学表达式为

    5

    如果形状函数保持不变,当分类函数的系数发生变化时,剖面的形状也会发生相应的变化,类似于图2,不同的Nu,N1的取值,可以描述不同的曲线形状。因此,应用CST方法,通过设置适当的分类函数中系数Nu和NL以及形状函数,可以描述各种机身(或短舱)剖面外形。

责任编辑:张纯子
本文来源于互联网,e-works本着传播知识、有益学习和研究的目的进行的转载,为网友免费提供,并以尽力标明作者与出处,如有著作权人或出版方提出异议,本站将立即删除。如果您对文章转载有任何疑问请告之我们,以便我们及时纠正。联系方式:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐