舰载机机翼模型的快速建模技术

0 引言

    舰载机是航空母舰最主要的武器，其性能的好坏直接体现了航母的战斗力。随着我国第一艘航母——辽宁舰的下水，舰载机的研制任务也变得更加迫切。本文以此为背景，开展了某型号舰载机机翼骨架仿真模型的快速建模技术研究。

    仿真是复杂机械系统研制必须的手段，所谓计算机仿真，一般是通过建立逼真的仿真模型来模拟真实系统内发生的过程，再进一步结合实验来研究设计中的系统。传统仿真软件很难胜任机翼结构件的三维建模工作，因此，对一些零部件，如翼肋、翼梁、悬挂接头等采用CAD系统建模的方法会比较便捷，但这种建模工作中会存在一些影响仿真效果或工作效率的因素。首先，不同操作者在手动建立三维模型过程中的表示方法、设计模式、参照标准往往会因个人知识背景或其他众多不确定因素而导致数据模型有所差别，即模型的质量不能得到很好的保证，所以在向仿真分析系统内导入CAD模型的时候常会存在图元丢失、不易划分网格等问题；其次，机翼的打样设计阶段是一个伴随有计算和分析、修改和优化的循环迭代过程，需要建立大量的仿真模型作为设计基础。所以通过CAD系统手动建模的方法工作量繁重，耗费了设计人员宝贵的时间与精力。

    本文以CATIAV5设计软件为平台，利用CAA作为二次开发工具，通过特征拼接的方法并结合有关的API函数接口，实现了机翼典型件模型的快速建模，为进一步的仿真计算奠定了基础。

1 舰载机机翼结构分析

    机翼作为一种复杂的受力结构，通常由展向（翼展方向）骨架，如：翼梁、长桁、前后墙和弦向（横向）骨架，如：普通翼肋、加强翼肋以及表面蒙皮等共同组成，如图1所示，下面就针对几种典型的结构单元进行分析。

图1 机翼结构

    翼梁：是机翼在翼展方向最主要的受力单元，其根部通过对接接头与机身固定。翼梁一般由腹板、上下缘条以及对接带板组成，为保证梁的稳定性通常在其腹板两侧沿纵向布有加强立筋。

    长桁：用于翼肋与蒙皮之间的连接，同时具有一定支撑作用，其各段剖面形状基本相同，可以分为开截面桁条和闭截面桁条。为贴合壁板内表面同时方便连接，长桁通常在中段添加下陷，在末端加工出梯度连接端。

    前后墙：也统称为纵墙，与蒙皮相连接，多布置在机翼的前后边缘处，其根部通过铰链与机身固定。纵墙结构与翼梁相似，但其缘条较弱，腹板上也没有减轻孔。

    翼肋：外形和机翼轮廓大致吻合，可分为普通翼肋和加强翼肋，前者用于维持机翼的整体形状，后者的作用则是将副翼和起落架等传来的集中力分散传递给翼梁、纵墙和蒙皮等构件。翼肋的结构要素主要包括：腹板（网）、翻边（表面肋）、长桁缺口（切口）以及弯边减轻孔（肋孔）等特征。

2 机翼零件的参数化建模

    实现机翼仿真模型自动建立的实质是通过编程控制，使建模者的数据按照指定的规则传递到CATIA V5系统，这需要访问软件系统的内部资源和数据，而利用CATIA V5的二次开发工具CAA能够很好地实现这一过程。CAA是法国达索公司为CATIA系统提供的组件应用架构，有着丰富的命令函数，它是基于面向对象的程序设计，通过搭建对象模型和对象连接，结合嵌入技术来实现CATIA二次开发的。

    在确定零件参数和建模基准的基础上，使用程序驱动法编写的机翼零件的快速建模程序可与CATIA建模软件连接后编译运行。该方法通过与用户的交互完成设计工作，集成度高，能把设计中的参数关系、几何约束和工程约束关系直接赋予程序中。这样可以很大程度上方便机翼零件的快速设计，同时提高设计效率和准确性。

    以机翼内应用最广的翼肋件为例，将其主要几何参数概括为：上下两缘条分别距离上下翼面的偏置量m1和m2、两侧端头的偏置量m3和m4、上下两缘条的宽度Bl和B2两侧端头的宽度B3和B4以及豁口的长度与深度即M和N等，如图2所示。

图2 翼肋参数

    同时结合翼梁的自身形状及其在机翼中的位置，将翼肋的建模基准概括为：梁轴线、上翼面、下翼面、肋轴线、端头轴线和机翼弦平面等，如下页图3所示。

图3 翼肋建模基准