0 引言

艦載機是航空母艦最主要的武器，其性能的好壞直接體現了航母的戰斗力。隨著我國第一艘航母——遼寧艦的下水，艦載機的研制任務也變得更加迫切。本文以此為背景，開展了某型號艦載機機翼骨架仿真模型的快速建模技術研究。

仿真是復雜機械系統研制必須的手段，所謂計算機仿真，一般是通過建立逼真的仿真模型來模擬真實系統內發生的過程，再進一步結合實驗來研究設計中的系統。傳統仿真軟件很難勝任機翼結構件的三維建模工作，因此，對一些零部件，如翼肋、翼梁、懸掛接頭等采用CAD系統建模的方法會比較便捷，但這種建模工作中會存在一些影響仿真效果或工作效率的因素。首先，不同操作者在手動建立三維模型過程中的表示方法、設計模式、參照標準往往會因個人知識背景或其他眾多不確定因素而導致數據模型有所差別，即模型的質量不能得到很好的保證，所以在向仿真分析系統內導入CAD模型的時候常會存在圖元丟失、不易劃分網格等問題；其次，機翼的打樣設計階段是一個伴隨有計算和分析、修改和優化的循環迭代過程，需要建立大量的仿真模型作為設計基礎。所以通過CAD系統手動建模的方法工作量繁重，耗費了設計人員寶貴的時間與精力。

本文以CATIAV5設計軟件為平臺，利用CAA作為二次開發工具，通過特征拼接的方法并結合有關的API函數接口，實現了機翼典型件模型的快速建模，為進一步的仿真計算奠定了基礎。

1 艦載機機翼結構分析

機翼作為一種復雜的受力結構，通常由展向（翼展方向）骨架，如：翼梁、長桁、前后墻和弦向（橫向）骨架，如：普通翼肋、加強翼肋以及表面蒙皮等共同組成，如圖1所示，下面就針對幾種典型的結構單元進行分析。

圖1 機翼結構

翼梁：是機翼在翼展方向最主要的受力單元，其根部通過對接接頭與機身固定。翼梁一般由腹板、上下緣條以及對接帶板組成，為保證梁的穩定性通常在其腹板兩側沿縱向布有加強立筋。

長桁：用于翼肋與蒙皮之間的連接，同時具有一定支撐作用，其各段剖面形狀基本相同，可以分為開截面桁條和閉截面桁條。為貼合壁板內表面同時方便連接，長桁通常在中段添加下陷，在末端加工出梯度連接端。

前后墻：也統稱為縱墻，與蒙皮相連接，多布置在機翼的前后邊緣處，其根部通過鉸鏈與機身固定?？v墻結構與翼梁相似，但其緣條較弱，腹板上也沒有減輕孔。

翼肋：外形和機翼輪廓大致吻合，可分為普通翼肋和加強翼肋，前者用于維持機翼的整體形狀，后者的作用則是將副翼和起落架等傳來的集中力分散傳遞給翼梁、縱墻和蒙皮等構件。翼肋的結構要素主要包括：腹板（網）、翻邊（表面肋）、長桁缺口（切口）以及彎邊減輕孔（肋孔）等特征。

2 機翼零件的參數化建模

實現機翼仿真模型自動建立的實質是通過編程控制，使建模者的數據按照指定的規則傳遞到CATIA V5系統，這需要訪問軟件系統的內部資源和數據，而利用CATIA V5的二次開發工具CAA能夠很好地實現這一過程。CAA是法國達索公司為CATIA系統提供的組件應用架構，有著豐富的命令函數，它是基于面向對象的程序設計，通過搭建對象模型和對象連接，結合嵌入技術來實現CATIA二次開發的。

在確定零件參數和建?；鶞实幕A上，使用程序驅動法編寫的機翼零件的快速建模程序可與CATIA建模軟件連接后編譯運行。該方法通過與用戶的交互完成設計工作，集成度高，能把設計中的參數關系、幾何約束和工程約束關系直接賦予程序中。這樣可以很大程度上方便機翼零件的快速設計，同時提高設計效率和準確性。

以機翼內應用最廣的翼肋件為例，將其主要幾何參數概括為：上下兩緣條分別距離上下翼面的偏置量m1和m2、兩側端頭的偏置量m3和m4、上下兩緣條的寬度Bl和B2兩側端頭的寬度B3和B4以及豁口的長度與深度即M和N等，如圖2所示。

圖2 翼肋參數

同時結合翼梁的自身形狀及其在機翼中的位置，將翼肋的建模基準概括為：梁軸線、上翼面、下翼面、肋軸線、端頭軸線和機翼弦平面等，如下頁圖3所示。

圖3 翼肋建?；鶞?/span>

在此基礎上可將該仿真模型的自動建模原理總結如下，如圖4所示。

圖4 建模原理圖

(1)通過交互式界面得到零件參數及建?；鶞剩?/span>

(2)利用CATIA命令函數將規范化的建模流程封裝在對應的模板內；

(3)調用模板，通過特征拼接，自動建立仿真模型。

3 機翼零件建模模板

3.1 模板的設計

模板是一組針對某類型零件預先編寫好的程序代碼，它可以模擬仿真模型在創建過程中的人機交互操作。所以在進行某類仿真模型建模時通過調用匹配的模板，結合要求做適當的設定即可通過程序驅動快速得到理想的三維模型。

艦載機的機翼結構由翼梁和翼肋等主要元件及多種接頭、角鋼等次要原件組成。因此，可將仿真建模的對象劃分為：普通機加件、鈑金件、結構機加件、型材和典型特征等5類零件。通過對CATIA二次開發定制出機翼典型零部件的參數化建模模板庫菜單，如圖5所示。

圖5 模板庫菜單

機翼仿真模型的快速建模模板包括：零件模板的選擇模塊（如圖6、建模基準的拾取模塊（如圖7）和模型參數的輸入模塊（如圖8），它們可引導操作者為零件的快速建模做正確的輸入以便后臺程序的順利驅動。

圖6 零件模板的選擇界面

圖7 建?；鶞蔬x擇界面

圖8 參數輸入界面

模板具體設計過程通常參考設計者手動建模時的操作順序進行設計，現以翼肋為例說明其模板的設計過程：

（1）定義鼠標拾取動作并拾取構件要素；

（2）判斷基準元素的選取順序及數量是否有誤；

（3）插入幾何圖形集，用于放置建模過程中產生的用于參考的點、線、面等幾何元素；

（4）創建翼肋的通用毛坯基體，具體包括創建定位草圖、繪制并約束草圖、拉伸凸臺、判斷設計者選擇翻邊的類型等過程；

（5）創建翻邊、減輕孔、切口等特征。

3.2 模板的程序封裝

通過CAA編程實現仿真模型的建立。首先需要結合有關的航空標準及后續分析仿真步驟的要求來分析該模型在CATIA中的建立步驟；再將建模步驟細分成若干節點，如定位草圖SeAxisData（）、繪制圖元CreateLine（）、約束草圖CreateConstraint（）、創建特征C reatePad（）和布爾運算CreateAdd（）等，通過CATIA的各API接口函數來實現這些功能節點；最后實現自動建模的目標。通過模板實現仿真模型自動建立的過程可以概括如下：

（1）在CATIA V5中打開整個機翼結構的仿真模型；

（2）為待建立的仿真模型選取最為匹配的設計模板；

（3）定義仿真模型的構型、建?；鶞始捌湓跈C翼布置處的定位基準；

（4）輸入設計參數，將數據傳遞給CATIA系統，完成整個仿真模型的建立。

4 仿真模型的快速建模實例

鈑金類零件在機翼中的應用最為廣泛，且往往具有厚度小、曲面多、形狀復雜、精度高和特征附帶約束繁多等特點，現以鈑金翼肋的仿真模型為典型實例，通過特征的有序疊加說明其快速建模的過程。

（1）通過調用CAA航空鈑金模塊的接口函數，首先將按需求自動設定鈑金參數，進而繪制腹板草圖，如圖9所示。

圖9 翼肋草圖輪廓

在此基礎上通過調用接口函數，進一步創建網和翻邊特征，得到三側翻邊鈑金肋基體，如圖10所示。

圖10 翼肋基體

（2）利用圖10箭頭指示的幾何元素作為下一個待拼接特征的建?；鶞剩M一步創建長桁切口和彎邊減輕孔特征，如圖11所示。通過觀察圖中左側CATIA特征樹上的建模過程及零件幾何體內的特征組成可以看出，使用這種自動建模方法得到的仿真模型具有高度的設計一致性。

圖11 特征拼接

圖12中是處在設計過程中機翼的部分結構，可見翼肋等零件在整個骨架內布置眾多，通過上述機翼仿真模型的自動建模技術，可以快速實現大量翼肋類零件的快速建模及布置工作，自動建模技術為實現系統仿真提供了有力的保障。

圖12 機翼部分結構

4 結束語

在艦載機機翼結構分析的基礎上，通過CATIA的二次開發建立了各類典型機翼零件的仿真模型自動建模模板。模板將建模流程進行了固化和封裝，有效地解決了仿真模型的統一性建模、重復性建模等問題。

實例表明，該建模方法能夠穩定高效地實現對機翼結構三維模型的快速建立，對機翼乃至整機系統的后續仿真研究有著積極意義。