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用CATIA绘制飞机模型建模教程

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上善若水 发表于 2020-2-7 12:12:00 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
 
说起CATIA的名字,对于很多模友来讲可能有些陌生。但如果提起法国达索公司,所有爱好飞机的人一定会觉得如雷贯耳。达索公司不仅因为其“幻影”系列战斗机和“隼”系列公务机在航空业界叱咤风云,其开发的CATIA工业设计软件更是成为目前风靡世界飞机设计软件领域的绝对老大。从波音新一代737(A01)到洛克希德马丁的F-35,以及中国国产的歼10、枭龙,都是在其平台上完成的图纸绘制工作。与传统CAD软件相比,其具有参数化设计功能,设计人员的每一步操作都会被记录下来。当对设计产品的某一个尺寸进行改动时,可以直接通过修改设计过程中的参数而得到。不需要再将所有步骤推倒重来。与其他三维设计软件相比,CATIA绝对领先的曲面设计功能,在一个熟练的设计人员手里,能够绘制出任何“你能想象得到”的曲面外形。不同于3DMAX等美术软件的曲面功能,CATIA能够绘制出完全解析的外形曲面——也就是说,CATIA生成的曲面可以经过无数倍的放大,而仍然保持表面的绝对光滑。
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CATIA已经成为世界飞机设计领域的通用技术标准,此外在汽车制造、造船及其他机械设计领域也得到了更加广泛的应用。对于航模设计而言,虽然没有真实飞机设计中许多复杂繁琐的要求,可能3DMAX就能基本满足一般用户的需要。但是,CATIA能够大大节省绘图的时间,特别是在模型细节修改调整中显著降低劳动量。因此,学习一下CATIA对于每一个喜欢航模设计的人来说,绝对是大有意义的。
相对于传统学习CATIA的书来说,我们这里更强调实用性,忽略掉一些在航模设计中很难遇到的东西,也不再一条一条学习软件中的每个命令。在绘制模型的每一个步骤中,我们用到哪儿学到哪儿。
由简入繁,我们先从设计一个兼具一点向真机性质的上单翼练习机开始做起。
螽斯A的设计
螽斯,又名“蝈蝈”,是一种善于鸣叫的昆虫。我们这架飞机起名为“螽斯”,主要是因为其略显肥胖的机身和“蝈蝈”十分相似。肥胖的机身虽然会在一定程度上增加飞机的阻力,但同时也带来了较大的舱容。因此,该机十分适于装载许多特殊设备进行飞行作业。
螽斯A飞机采用矩形机翼,翼展1.3m,翼面积0.24㎡,标准起飞重量在1.3kg左右。
准备工作:绘制飞机基本三面图和翼型
我们将这架原创的飞机命名为螽斯A,经过经验分析和设计计算,我们首先得到这架飞机的外形尺寸,并利用AUTOCAD软件绘制飞机基本的三面图或两面图。这张图的作用主要是在以后建模过程中作为参考,因此尺寸不需要十分准确,只要能够让自己大概掌握飞机的外形轮廓即可。在完成绘制后,将其导出为DXF文件保存。(000)当然,如果自己对新飞机的外形已经心有成竹,那么这一步完全可以跳过。
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接下来使用Profili软件,导入需要的翼型,在本模型上使用的是CLARK Y。关于Profili的使用,不是我们这篇文章的重点,因此只简略叙述其过程。在Profili软件环境下点击左上角翼型图标,打开翼型库。(001)
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在弹出的翼型库窗口中,找到“Filter By Name”按钮和其右侧的文本框,在文本框中输入“CLARK”,软件将自动过滤出名称中包含“CLARK”的所有翼型。从左侧选择框中找到“CLARK Y”,单击使其变蓝,选择Ribs-templates—>Begin printing a rib or template for the selected airfoil,打开翼型绘制对话框。(002)
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翼型绘制对话框中,只在Draw chord line(绘制翼弦)前打钩,选择确定。(003)
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在翼型模板生成后,从屏幕上方找到DXF导出按钮,将翼型导出为DXF文件。(004)
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CATIA的初始准备
以上准备工作全部完成,下面开始进入我们的主要对象——CATIA软件的工作环境。相信绝大多数读者都是第一次使用,因此我们一步一步,从最开始的设置说起。
CATIA是一个随意性很大的软件,不仅在作图方面,就连其操作界面也是如此。每一个使用CATIA的设计人员都很可能拥有不同形式的设计界面,以便尽可能符合自己的绘图习惯。在第一次使用CATIA时,我们通常需要对CATIA的使用界面进行一些处理。目前使用最广泛的是CATIA V5版本,以后的全部操作,我们都将在CATIA V5 R17版本下进行。
由于程序需要进行很多初始化工作,因此在绝大多是电脑上,进入CATIA需要花上两到三分钟时间。在进入CATIA后,一般会自动生成一个product文件,现在我们暂时不用管它,直接将其关闭即可。(005)
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在空白页面上,单击上部菜单栏最左边的开始,可以看到里面有许多内容,其中包含机械零件设计、曲面设计、数控加工等等,可见CATIA作为工业设计软件其功能的强大。这里,我们因为是设计航模,只会用到其中很少的一部分。现在开始—>形状—>创成式外形设计。(006)
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然后会弹出一个对话框,让输入新建零部件号,直接点确定即可。下面即进入了创成式外形设计模块。我们一般利用这个模块绘制模型的外形曲面。(007)这是一个没有经过调整的标准界面——很多工具都隐藏起来了,图标布置得也很没规律,一般需要我们手动调整一下。
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首先将鼠标移至任何一个图标附近,单击右键,可以看到所有能够显示的工具条。一般情况下可以打开图形属性工具条,关掉ENOVIA V5。(008)
仔细观察,可以看到工具条在屏幕右下角处显示一个很淡的“》”图标,这表示由于屏幕大小限制,有一部分图标无法显示。为了显示所有图标,我们还需要进一步改变工具条的位置。(009)
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CATIA的工具条被许多小横线隔成数段。点击每一段前的横线,即可拖动改变工具条的位置。这样我们可以让所有隐藏的图标都显示出来。(010)
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另外,注意到很多工具图标的右下角都有一个黑色的三角,这表示点击该图标可以进一步展开出多个操作按钮。通过拖拽展开后工具条上的横线部分,我们还可以把它也拖到方便的地方。比如,笔者个人很喜欢把视图工具条展开,并放置在屏幕上方。(011)
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就这样,我们完成了CATIA创成式外形设计模块第一次使用时的界面设置。有的时候,当我们发现工具条位置由于某些原因发生了改变,导致我们无法找到需要的工具图标时,可以打开“工具—>定制”,单击工具栏选项卡,点击恢复位置按钮,就可以将所有工具条恢复至初始默认位置。
下面,我们就可以开始进入翼型的绘制过程。
利用草图工具绘制翼型
单击“文件—>打开”找到我们从Profili中导入的基本翼型数据文件。这时CATIA会自动进入工程图绘制模式,并打开指定的DXF文件。按下鼠标左键,拖出选择框选择整个翼型曲线,当全部曲线变成橙色显示时,则表示选择成功。按下键盘“Ctrl + C”快捷键,或者单击菜单“编辑—>复制”以将翼型存入剪贴板(012)
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单击窗口,找到我们刚才创立的曲面文件,单击回到曲面造型界面。(013)
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用鼠标左键单击左侧特征树下的“ZX平面”将其置于高亮,单击工具栏上草图绘制工具(014)
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进入草图绘制模式后,照例先收拾一下工具栏,将其尽可能展开并放置在比较好看的位置上。这里有一个需要注意的地方,找到工具栏上“网络”和“点对齐”图标。其功能分别是显示背景网格和网格节点的捕捉,类似AUTOCAD下的栅格捕捉功能。一般我们用不到它,因此单击使其取消点亮状态。(015)
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按下“Ctrl + V”快捷键或者点击菜单栏“编辑—>粘贴”就可以将刚才工程图模块中复制的翼型曲线复制过来。这时曲线会显示成黑色的。(016)
在粘贴的过程中,我们可能会遇到一个问题,按下粘贴键后,并没有看到翼型显示在屏幕中。不用着急,这时很可能需要进行一下屏幕的放大缩小操作。方法是:按紧鼠标中键(滚轮),单击右键(注意不是按住不放),这时上下拖动鼠标即能完成屏幕的方法和缩小操作。顺带在此再讲一下屏幕的旋转操纵,方法是:按紧鼠标中键,然后按紧右键,这时拖动鼠标即是屏幕显示的旋转操纵。需要平移屏幕时,按紧鼠标中键同时拖动鼠标即可。当我们需要回到草图的“法向”也就是从正上(下)方观察草图状态,单击工具栏上“法线视图”图标。(017)
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这时,我们不需要对曲线进行任何处理,单击“退出工作台”图标完成基本翼型的导入。(018)
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再次单击左侧特征树下的“ZX平面”,单击草图工具栏上“草图”图标。这时可以看到上一张草图已经成为了我们现在的背景。现在需要借用它一下,点击上一张草图中的曲线将其置于高亮,按下工具栏“投影三维元素”图标,这样可以把背景中的图线投影到当前草图中。如果投影成功,曲线会显示为黄色。(019)
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选择翼型表面曲线和翼弦线,点击“构造/标准元素图标”图标,将其转化为虚线。虚线即“构造元素”,一旦退出当前草图,所有虚线将不再显示,就相当于我们作图时候辅助线的作用。对虚线再次点击“构造/标准元素图标”图标,又可以把它改变会标准元素。(020)
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在上面一步操作中,如果之前的那张草图有些碍事,影响了对曲线的选择,那么可以右键单击特征树下的上一个草图,选择“隐藏/显示”即可暂时隐藏掉。再重复一遍这个操纵,又可以把它再显示出来。(021)
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放大当前投影的翼型曲线,我们可以看到“CLARK-Y”翼型的后缘并不是尖的,为了相对作图准确,我们需要采用一定的辅助线方法。点击工具栏上“直线”工具,并移动鼠标到翼型后缘端点。这时鼠标箭头边会显示出端点捕捉的图标“”(022)
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从后缘点处单击鼠标左键后向上移动鼠标,随着鼠标位置的变化系统会自动绘制出一条直线。移动鼠标至后缘点正上方处,直线会变成蓝色,表示捕捉到垂直方向。再次单击左键完成直线的创建。如果直线显示为粗实线,不要忘记点击“构造/标准元素”将其转化为虚线。(023)
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这时,我们可以看到一条绿色的虚线,旁边有一个“V”子。绿色表示该直线约束完备,“V”表示这条直线与草图“竖直”方向平行。(024)
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