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手把手教你CATIA绘制模型飞机(5)完结版


CATIA 的优点除了我们之前谈到的参数化设计外,强大的曲面设计功能使其能够适应 包括航空航天在内的各种工业产品建模要求。 通过下面机身的外形设计过程, 可以从中感受 到 CATIA 在曲面建模方面的独特魅力。 下面,开始机身部分的建模工作。首先需要进行的工作是把 CAD 下的俯视图和侧视图 导入,作为机身建模的参考。 通过菜单 “文件>打开” 找到之前在 CAD 下面完成

的三面图。 按下鼠标拖动矩形选框, 选择飞机的侧视图。选中后,线条会以高亮度显示。单击右键选择复制。 (105)

利用“窗口”菜单回到建模中的 CATIA 文件。参照之前绘制机翼时的步骤,以 Part 为父对象创建几何图形集,将其命名为机身。选择“ZX 平面”并点击草图工具进入草图绘 制模式。选择菜单“编辑>粘贴”或直接按 Ctrl+V 将飞机的侧视图粘贴过来。这时如果找不 到粘贴结果,可以工具栏上的“适合全部” (106)图标。

按下鼠标左键,利用矩形选择框选择粘贴过来的侧视图后,在图上任意一点按下左键 可以对其位置进行拖动。 参考现有机翼的位置将其拖动到位。 这个步骤只用来作为下面建模 时候的参考,因此不用追求位置的绝对准确。 (107)按照同样的方法,以“XY 平面”为基 准绘制草图,将飞机的俯视图也复制过来。

再次以“XY 平面”为基准绘制草图,参照刚才复制过来的俯视图完成准确的机身俯视 草图绘制。 尺寸的设置可以参考 108。 在绘制机身俯视草图的过程中, 需要使用样条线工具。 图 108 中的粗线均为样条线, 细线为直线。 设置样条线与直线之间平滑过渡的方法可以参考 前面翼尖的绘制过程。

接下来参考从 AUTOCAD 复制过来的侧视图,以 ZX 平面为基准绘制草图,将其作为 飞机的侧视图。 在侧视图的绘制过程中, 注意要将上一步俯视图中飞机最前端一点和最后端 一点分别通过投影工具投影到当前草图中。 通过与投影下来的这两个点设置相合约束, 使飞 机侧视图上的前后限与俯视图相同。此外,为了保证飞机相对光顺的曲面外形,在测试图的 绘制过程中需要注意一下与机翼衔接部分的过渡。 通过相交工具获得机翼上下表面与当前草 图的交线(图中黄线) ,并将其作为侧视图外形轮廓线的一个组成部分。 (109)

下面开始绘制飞机的每一个截面外形。利用绘制完成的俯视图和侧视图作为参考,按 照生成参考平面(平行通过点方式或偏移平面方式)>做草图的方法完成飞机的每一个剖面

图。剖面图绘制过程中,利用相交工具与俯视图和侧视图分别取与当前平面的焦点,得到每 一个剖面的上下限和外侧极限位置。为了绘图方便,这里可以直画出半个剖面就可以了,将 来再用对称工具完成另外半边的绘制。另外,每一个剖面处的圆角过渡,可以用样条线工具 完成绘制。这样可以很方便的画出“椭圆形”的倒角。 (110 为完成效果,111~116 为从后至 前的每一个剖面)

为了通过放样命令获得飞机的外形曲面,还需要绘制几条放样的导引线,其具体方法

如下:首先选择工具栏上的多重提取工具

。在弹出的“多重提取定义”窗口中,将

“拓展类型”选择为“无拓展” 。然后将图中所示的几段曲线 (直线)选为高亮并单击确定, 然后将生成的特征通过属性窗口命名为“上边界曲线” 。 (118)按照同样方法,再提取如下 两条直线: 侧视图中下表面曲线和俯视图上的机身左边线。 分别命名为 “下边界曲线” 和 “外 边界曲线” 。 (119 中红线)

下面继续画出几条放样需要的引导线。首先以 XZ 平面为基准作草图,利用投影工具 获得 117 图中红圈标出点在草图平面上的投影。 再分别以两条样条线 (样条线中需要增加点) 和一条直线连接获得第一条引导线的侧视图。 (120)

接下来选择工具栏上的“混合”工具

(121) ,在“混合定义”窗口中,将“混合

曲线类型”选择为“法线” ,曲线 1 和曲线 2 分别选择上一步完成的草图和“外边界曲线” , “近接解法” 是否选择均可, 之后单击确定。 这样, 就分别以两条直线作为俯视图和侧视图, 混合投影获得了又一条引导线。 (122)

按照上述方法,分别作出图 123 中的三条引导曲线。其中,曲线 1 需要在 XY 平面做 草图,然后与“上边界曲线”混合;曲线 2 需要在 ZX 平面做草图,然后与“外边界曲线” 混合;曲线 3 需要在 XY 平面做草图,然后与“下边界曲线”混合。 (123)在这三条曲线的 创建过程中需要特别注意的是: 其草图绘制时, 曲线必须依次通过每一个现有截面与当前草 图平面的交点(交线) ,这样才能保证在混合后得到的曲线与每一个截面均有交点,这是放 样过程中引导线需要满足的必要条件。 建议在绘制草图过程中直接投影相应剖面曲线中圆角 的端点以保证满足上述要求。 (124 曲线 2 的草图绘制)

下面将是激动人心的一步操作,飞机曲面外形将就此生成。选择工具栏上多截面曲面 工具 (125) ,然后以从前往后或从后往前的顺序依次选择每一个截面,确保每一个截

面都被编号并记录在“多截面曲面定义”窗口中的第一个文本框中。另外还要注意观察,注 意背景上的每一个截面边缘处,箭头指向是否一致。如果其中有不一致的箭头,用鼠标单击 它一下就能自动改为相反方向。 (126)

完成上述操作后单击“多截面曲面定义”窗口第二个文本框中的“?”以选择引导曲 线。引导曲线的选择没有顺序关系,只要保证点击了之前通过“多重提取”和“混合”工具 生成的每一条引导曲线即可。确认一下,引导曲线的数目应该是 6 条。 (127 为了使图片清 晰,只选择了引导曲线而没有选择各个截面)

单击确定后,就能够得到机身的半个外形曲面。选择工具栏上“对称”工具,将上一

步获得的多截面曲面参考“ZX 平面”进行对称镜像操作,由此就得到了整架飞机的完整外 形曲面。结合机翼一起看一下,是不是很有成就感?(128)

平垂尾采用 8mm 桐木制作,使用平板翼型。由于没有曲面使得平垂尾的建模过程相对 而言就更加简单了。首先利用平面工具确定平垂尾的安装平面,然后参考 AUTOCAD 中复 制过来的俯视图或侧视图确定安定面的外形和桁架结构。 然后再次以参考平面做草图, 投影 每一个桁架的边缘线, 修剪为闭合曲线后退出草图, 选择包络体拉伸即可依次生成桁架结构 的每一根杆。舵面的生成方法也完全相同。垂尾效果见 129,尺寸可参考图 130。平尾效果 见 131,尺寸草考图 132(半翼展) 。

在完成了平垂尾结构设计后,下面开始进入结构设计的最后一个部分——机身结构设 计。之前我们已经通过“放样”方式获得了机身的外形曲面,相当于完成了飞机的蒙皮,接 下来就借助之前生成好的蒙皮作为参考绘制机身内部的隔框。 为了便于机身内电子设备的维护和制作方便,整个机身共分为机头罩、中机身和后机 身三个部分。三个部分虽然在结构细节上不尽相同,但从设计绘图角度而言都大同小异。因 此, 这里我们对机头罩的设计建模方法详细介绍、 中机身和后机身相对简化一些只提其中的 关键内容。 下面进入正题。首先在特征树 Part 级别下创建命名为“机头罩”的有序几何图形集。 考虑到之前生成的曲面只相当于机身蒙皮的外表面, 在设计其内部结构时还需注意到蒙皮的 厚度。为了给后面的结构骨架设计提供参考,现需要生成蒙皮的内表面曲面。 选择曲面偏移工具 (133) ,在“偏移曲面定义窗口中” ,将“曲面”选择为已经生

成的机身外曲面(多截面曲面) , “偏移”后的文本框中填入偏移距离:1.5mm——这正好是

蒙皮的厚度。单击预览,检查一下生成偏移曲面的方向是否正确。如果不对则点击“反转方 向”按钮以改变偏移方向。 (134)照此方法可以生成左右两侧蒙皮的内表面,为便于识别将 其颜色改为浅绿色。 (135)

接下来开始设计机身的第一个隔框。在生成第一个隔框的参考平面时需要先搞清楚一 个问题:如果将原始的机身外表面蒙皮设置为透明,那么从放大后的侧视图上看,偏移后的 获得的蒙皮内表面边缘“陷”在了外表面曲面边缘内侧,而且形状并不是那么规则。这是为 什么呢? (136)这是因为 CATIA 的偏移算法是将原始曲面上的每一个点沿其法向偏移一个 指定距离而生成新曲面,由于机身蒙皮的外曲面边缘处的法向量并不在 YZ 平面内,因此偏 移后获得的曲面边缘与原始曲面边缘在侧视图上不重合。 如果觉得上面的这个解释过于复杂, 那么可以先不去理会它,直接进行下面的工作。

使用平面工具,选择偏移平面方式以 YZ 平面为参考平面,向机头方向偏移 202mm 生

成机头罩第一个隔框的参考平面。之所以距离设置为 202mm 是为保证其与机身蒙皮内表面 能够相交形成一个闭合的曲线框作为隔框外边界。 以该平面为基准做草图, 通过使用相交工 具获得机身蒙皮内表面曲面和当前草图平面的交线, 并以此为基准完成第一个隔框的草图绘 制。隔框外侧的 13 个矩形榫槽用来和纵向的桁条连接,中心圆孔用于通过电机轴,两侧倒 角矩形框为冷却进气口。 (137)在草图绘制过程中,如果发现某些曲线无法使用“快速修剪

” 工具进行修剪时, 可以试试带有曲线延伸及修剪功能的 “修剪

” 工具 (138) 。

在完成草图后, 使用包络体拉伸工具生成隔框实体, 该隔框厚度为 2mm (其他隔框均相同) 。 将该包络体颜色修改为绿色,以表示其材料为层板。

接下来以 35mm 为隔框间距绘制第二(139)和第三隔框(140) ,方法与第一隔框完全 相同。 注意在隔框四周的矩形榫槽绘制过程中, 其两个侧边需要和前一个隔框的相应榫槽侧 边共线。在第三隔框上周围还需要几个矩形槽,用来通过连接机头罩与中机身之间的接耳。

接下来绘制机头罩上的桁条。以位于机身下表面对称面上的桁条为例。以第一隔框上 该桁条对应的榫槽侧面为基准做草图 (141) 。 在草图中使用相交工具获得与机身蒙皮内表面 的交线, 并使用投影工具获得与三个隔框榫槽处连接的交线。 使用偏移工具获得桁条的内侧 边线,最后再使用直线工具并扶助修剪,完成桁条完成的外形轮廓草图。 (142)最后使用包 络体拉伸完成桁条实体的创建。

在绘制完一侧的桁条后,可以使用对称工具直接生成另一侧的桁条。最后还剩下蒙皮 的实体。首先使用加厚曲面工具,将机身蒙皮外表面向内侧加厚 1.5mm。然后使用平面工 具并选择偏移平面方式, 选择第三隔框的后表面作为参考平面, 偏移距离设置为 0 生成一个 参考平面。选择分割工具将加厚得到的蒙皮进行“切割” ,除去刚刚生成平面之后的部分和 第一个隔框参考面之前的部分。 (143) 将蒙皮不透明度设置为 50%以方便观察其内部结构。

完成后的机头罩见 144 与 145。

中机身主要结构见 146、147(图中为了表达清晰省去了蒙皮,后机身处相同) ,其纵向 有 4 号~7 号四个整框和 8A 号半框共计五个隔框组成。 结构形式上与机头罩并没有明显差异。 机身与机翼的连接点均在中机身范围内:7 号框上的两个孔与机翼内段前缘处的碳销插接。 隔板 C 为双层结构,上层为桐木,下层为层板。机翼后缘通过从上至下穿透的螺钉与隔板 C 下的反抓螺接。隔板 A 和隔板 B 分别为舵机的安装位置和起落架支柱的安装位置。

由于安装电机和和前起落架支座的需要, 4 号框需要进行一定程度的加强。 其后方通过 榫头与隔框本体相连的三横两竖加强条能够有效提高隔框承受弯曲的刚度和强度。

后机身结构形式仍然没有变化,共有从 8 号框~14 号框共 7 个隔框。由于该段外形相 对简单,因此桁条数量可以相应减少。 (150)出于安装平尾的需要,14 号框分为上下两半, 13 号框和 14 号框之间需搭接桁梁以传递平尾处的载荷。 (151) 最后还有一点需要注意的是, 由于垂尾通过胶接直接固定在蒙皮表面, 因此固定垂尾区域的蒙皮应改为 2mm 桐木。 (152)

完成所有内部结构设计后, 可以根据需要绘制机体的起落架。 全机完成后的状态见 153。

激光切割图纸的生成 在完成全机的建模工作后, 就需要生成用于激光切割用的加工图纸, 其方法十分简单。 我们就以一个翼肋为例, 介绍生成加工图纸的做法。 首先在当前模型下选择需要生成图纸的

零件,单击右键选择复制。 (154)然后再将其独立复制到一个 CATPart 文件当中,方法是选 择菜单“文件>新建” ,在类型列表里选择“Part”项,单击确定,在弹出“新建零部件”对 话框后输入新零部件的名称,如“RIB1” ,然后点确定。

在新建的 Part 文件中插入一个有序的几何图形集,然后在特征树上右键点击该几何图 形集,选择特殊粘贴。在“特殊粘贴”对话框中选择“作为使用链接的结果” ,单击确定。 这样就完成了一个零部件从整体文件中独立开来。 (155)

选择菜单“文件>新建” ,在类型列表中选择“Drawing”单击确定后弹出“新建绘图” 对话框。不用修改设置再次单击确定,系统自动进入工程制图状态。 (156)单击“正视图” 工具 (157) 。

这时不要进行其他操作,直接使用“窗口”菜单回到之前命名为“RIB1”的独立翼肋 模型文件中。将鼠标移动到翼肋的侧面上时,可以发现屏幕右下角自动出现了一个“定向预 览窗口” 。 (158)

此时单击左键,窗口会自动切换回“工程制图”页面。此时可以通过绘图区右上角的 罗盘调整翼肋角度(159) 。当完成角度调整后,在空白区域单击左键进行确定,软件会自动 生成翼肋的投影。 (160)

在删除掉没有必要的注释性文字后, 选择菜单 “文件>另存为” , 在保存类型里选择 “dxf” 后输入文件名,然后点击确定。文件就被保存为了激光切割机软件能够识别的 dxf 格式。该 格式文件也可以在 AUTOCAD 中进行修改和排版。 以上便是 CATIA 环境下进行航模设计的全过程介绍。利用 CATIA 可以在短时间内设 计完成外形十分复杂的航模结构, 图 XX 便是国外航模爱好者利用该软件自行设计的三翼面 布局喷气机模型。俗话说“工欲善其事,必先利其器” ,有了 CATIA 这个强大的工具,相信 在每一个爱好者都能更加方便快捷地完成自己心目中理想爱机的设计工作。

补充:可能遇到的一些问题 1.使用鼠标进行放大缩小或移动操作, 模型不动而左侧的特征树却在随拖动改变大小和 位置。 这时由于当前进入了特征树操作状态造成的。进入/退出特征树操作状态的方法是鼠标 左键单击特征树上表示特征之间从属关系的连线。 当进入特征树操作状态时, 模型会以暗色 显示,此时进行的放大缩小或是移动操作都只对特征树有效。当完成对特征树的操作过后, 再次单击连线,模型就会恢复正常颜色显示,从而退出特征树操作状态。 (161)

2.当打开之前保存的模型时,模型的一部分特征变成了红色。 造成这样的原因比较复杂,简而言之就是更新不完全造成的。解决它的方法很简单,

找到工具栏上的全部更新按钮单击一下即可。 则应该根据其中内容修改模型后再次尝试更新。

(162)当然, 如果弹出提示错误的窗口,

3.当某次打开模型时,左侧特征树是完整的,但模型所有的特征却都不见了。 造成这种情况可能有两个原因。首先是可能在上次保存操作时将一部分特征隐藏了。 最直接的解决办法是从特征树上选择希望显示的特征,然后单击右键选择隐藏/显示。或者 通过菜单“工具>显示” ,选择“所有曲面” 、 “所有包络体”或其他。这样可以将相应的特 征全部显示出来。另外还可能有一种原因,是选择了用于控制仅显示当前几何体的按钮。单

击它一下就可以恢复回来。

(163)

4.显示的背景变成了淡绿色,显示的都是本来隐藏的线条、曲面。而找不到需要显示的 曲面等特征 这可能是因为不小心点击了交换可视空间按钮,将所有的特征隐藏 /显示特性对调了。

(164) 5.工具栏不小心弄乱了,找不到需要的工具按钮。 选择菜单“工具>定制” ,在“定制”窗口下选择“工具栏”选项卡,点击“恢复位置”

按钮就可以将所有工具栏恢复至默认位置。(165)

6.关于保存方法的一点建议。 使用菜单“文件>保存”或是工具栏上的保存按钮都可以对当前模型进行保存。但为了 保存更加可靠,特别是在同时打开了很多模型时,可以通过菜单“文件>全部保存”进行操 作。这样可以保证将所有文件都保存到位。另外,通过菜单“工具>选项”打开“选项”窗 口,在“常规”项目中有“自动备份频率”设置,可以根据需要进行调整。 (166)


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