手把手教你CATIA绘制模型飞机

手把手教你CATIA绘制模型飞机说起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。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。接下来使用Profili软件，导入需要的翼型，在本模型上使用的是CLARKY。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）在弹出的翼型库窗口中，找到“FilterByName”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“CLARKY”，单击使其变蓝，选择Ribs-templates—Beginprintingaribortemplatefortheselectedairfoil，打开翼型绘制对话框。（002）翼型绘制对话框中，只在Drawchordline（绘制翼弦）前打钩，选择确定。（003）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）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CATIAV5版本，以后的全部操作，我们都将在CATIAV5R17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）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）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。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ENOVIAV5。（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）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）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）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）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）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）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）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）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）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）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）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）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）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）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）————————————传说中的分隔线————————————————下面，选择工具栏上的“样条线”图标，在扑捉到前缘端点后，间隔一定距离依次扑捉曲线上各点绘制翼型上表面曲线。由于前缘部分曲率变化较大，因此需要适当将点的数量增加。越靠近后缘，翼型表面曲线越发接近直线，曲率变化较小需要的控制点数也就越少。因为我们制作的是一个尺寸较小的航模，在绘制翼型表面曲线的过程中，不需要将曲线的控制点取得太密，这样既节省时间，又可以提高软件运行的速度。另外需要注意的是，在样条线绘制过程中不能进行“构造/标准元素”的转化。（025）在连接后缘点的时候，有两个方法：最简单的是直接利用捕捉，将鼠标端点移动至后缘处翼型曲线与绘制的竖直线相交点处，当图标显示捕捉信号，并且翼型曲线和直线都变为橙色时，点击鼠标左键就可以捕捉到合适的坐标点。然后连续两次按下键盘ESC键完成曲线绘制（026）。另一种方法是，将鼠标移动至任意一点，双击鼠标完成曲线绘制。之后，单击选择曲线最后生成的端点，在按住键盘Ctrl键同时选择我们画的那条竖直线。接下来点击约束定义图标，在弹出的对话框中选择“相合”并单击确定。这时我们会发现，刚才选择的点自动移动到了直线上。同时，其旁边出现了一个“○”表示与另一元素具有相合约束。接下来，再次选择这一点和上一层投影下来的翼型曲线，创建一个相合约束。两种方法效果完全一样，在完成约束创建后可以发现，端点变成了绿色，表示该元素被完全约束了。（027）按照上面方法同理可以完成翼型下表面曲线的绘制。只有一点需要注意的是，CATIA里面认为，如果一个点在某条线段的延长线上，即使该点没有落在线段内部，仍然认为改点与线段“相交”。也就是说，绘制下表面后缘点时，没必要再绘制一条向下的参考竖直线。只需利用之前那条即可。最后，利用一条直线连接上下曲线在后缘处的端点，单击退出草图图标，完成整个翼型的绘制。（028）上面步骤完成后，我们可以看到描点得到的新翼型草图。为了后面使用过程中不至于搞混，我们将原始翼型草图隐藏起来。（028A）可能会有细心的读者要问，为什么我们不直接利用导入粘贴过来的翼型，而非要在它上面“描”一个出来呢？原因是：直接导入的翼型在CATIA里面被认为是一条多段折线，因为它的控制点数很多，因此看上去接近于曲线。在它的上面用样条线描一遍，使其成为一条真正的光滑曲线。光滑曲线的控制点数量远少于多段折线，在生成后面的整体模