13 基于CATIA二次开发的直升机机身外形参数化建模-苏涛勇(7).doc

第二十八届(2012)全国直升机年会论文基于CATIA二次开发的直升机机身外形参数化建模苏涛勇陆洋(南京航空航天大学旋翼动力学国家级重点实验室,南京,210016)摘要:为了研究直升机机身对旋翼的气动干扰,对直升机的机身外形进行优化设计,应用一种基于类别函数/形状函数变换的参数化建模方法,研究出一种直升机CAD模型的外形参数化方法。该方法可以用较少的参数完成了直升机的机身外形建模。应用VB环境下CATIA二次开发技术,开发了一个直升机机身三维外形快速生成的软件。实例表明,该软件能够快速地自动生成直升机的机身三维外形,实现了直升机的机身外形参数化建模。关键词:直升机外形设计;计算机辅助设计;参数化模型;CATIA;二次开发0引言直升机工作在十分复杂非定常流场中,在该流场中,旋翼产生的尾迹的影响占主导地位。旋翼的尾迹与机身之间会产生严重的气动干扰,这种干扰会直接影响到直升机的性能、飞行品质和振动特性等,因此在直升机设计过程中需要对直升机的机身外形进行优化[1]。如何用一组参数来描述直升机机身外形并快速生成直升机的机身三维外形模型是进行机身外形优化的前提条件。参数化建模为快速生成直升机的机身外形模型提供了一个有效的途径。所谓几何外形参数化建模,就是用一组参数来约束设计对象的结构形状。对于直升机这类复杂系统的多学科优化设计中,几何参数化建模具有举足轻重的地位,它有利于维护设计对象的几何结构上的完整性、相容性和一致性,并为其它学科如气动分析、结构分析提供支持[2]。飞行器外形复杂,目前主要采用NURBS的方法进行参数化建模[3-5],虽然NURBS的方法能较精确的飞行器的外形,但是由于所需的控制参数太多,不便于在优化设计中获得很好的应用。2006年,波音公司的Kulfan等人针对这些问题提出了一种基于形状函数/类别函数变化的参数化方法(shapefunction/classfunctiontransformation,CST)[6-8],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。在国内,南京航空航天大学余雄庆等人将CST方法运用于固定翼飞机外形参数化建模[9-10],取得较好效果。对于直升机,其机身外形相对于固定翼飞机更加复杂,本文尝试将CST参数化建模方法运用于直升机机身外形参数化建模。本文以机身气动布局优化设计为背景,针对直升机机身外形参数化CAD模型问题,运用CST的参数化方法,建立了直升机机身外形参数化数学模型,通过CATIA二次开发技术,开发了一个根据所输入的直升机机身外形参数能自动生成直升机外形CAD模型的软件,最后,以典型直升机机身外形设计作为应用算例,验证该方法的可行性与适应性。1CST参数化方法在CATIA中建立直升机机身的三维CAD模型通常是根据直升机机身的特征横截面及纵向的轮廓线通过多截面曲面功能得到的。直升机机身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直升机的特征横截面及纵向轮廓线。波音公司的Kulfan等人首先提出了一种翼型参数化建模的方法,即CST。随后又将这种方法推广到一般曲线、曲面的参数化建模。以下给出CST参数化建模方法。,c为翼型弦长,翼型厚度为2,上翼面后缘端点纵坐标为,下翼面后缘端点纵坐标为。图1典型翼型在直角坐