基于CPACS的飞机外形参数化设计程序开发开题报告

1. 研究目的与意义

随着飞机方案设计阶段的技术工作越来越精细，设计手段不断提高，对飞机参数的选取优化、飞机部件选型的大量估算分析工作越来越繁杂，传统的几何外形建模方式和简陋的参数化建模已经难以适应方案阶段飞机参数优化和部件选型对几何外形的要求。因此，根据某种飞机构型开展全机外形参数化和相适应的参数化建模技术研究就显得尤为迫切。通过全机参数化研究建立一套物理几何意义明确、以飞机外形参数驱动的全参数化建模系统，可以满足飞机越来越精细的方案设计对飞机外形的需求。同时，随着飞机总体多学科设计优化和一体化设计的不断深入，飞机外形全参数模型不仅为各种方案比较和多种气动特性的研究提供了直观形象的表达方式，而且为各学科的分析和优化提供一个高精度高质量的几何模型。对于飞机制造，数字化设计/制造技术取代基于模拟量的标准样件/模线样板

飞机外形研制手段已成为一个必然趋势。由于飞机外形在飞机设计/制造全过程中，被广泛使用，这就对飞机外形数学模型提出了越来越多、越来越高的要求。如何建立满足全机数字化设计/制造要求的飞机外形数学模型，已成为一个亟待解决的问题。而基于特征的参数化造型设计就是建立在实体造型特征和参数化设计基础之上并将它们有机结合起来的一种方法,这种方法更适合计算机集成制造系

统的产品设计。同时，参数化设计技术和特征技术作为当前技术的研究热点,将二者有机结合起来形 成的基于特征的参数化造型技术族更是在目前集成系统发展中的重要手段,对其进行深入研究并应用于飞机外形设计可以大大提高我国飞机制造业的自动化程度及产品竞争力。近年来，在型号研制任务中,如何能适应现代飞机设计发展，使建立的飞机外形数学模型能适应全机数字化设计/制造要求，这已成为摆在面前的问题。飞机外形设计的主要任务是利用各种知识和方法确定飞机的外表面的几何形

2. 研究内容和预期目标

2.1 研究目标

根据飞机各部件的外形特点选取相适应的几何建模方法，尽可能精确清晰地反应飞机外形参数，同时易于操作，通过参数的设置可以及时捕捉设计意图。这也同步适应了越来越复杂的飞机设计手段，越来越重要飞机方案设计阶段的技术工作和越来越精细的飞机参数的选取优化、飞机部件选型的大量估算分析工作。建立了支持飞机外形特征参数化设计知识模板，对蕴含在模型中的知识信息进行封装，包括各种设计经验，设计规则，设计检查等等。这使知识能够被及时检索并以适当的形式重用，同时支持人机协同设计，大大提高了设计的效率。同时，对设计表和配置行的集成和关联，开展了飞机外形的系列化开发设计。

2.2 研究内容

3. 研究的方法与步骤

本课题将给予CPACS数据格式，通过python程序开发，实现飞机外形几何模型的参数化建模。1.基于CPACS数据格式，构造客机几何外形的参数化模型；2.飞机外形构造的计算机可视化；3.飞机标准化参数模型导出（XML格式文档）。解决如何实现飞机外形参数化设计这个问题有二个要点，第一飞机外形的参数化描述，第二根据这些参数通过何种编程方式自动生成飞机三维外形图。以一个简化的飞机外形为例，在研究了飞机外形的参数化描述基础上，应用环境下二次开发的自动化技术，实现了飞机外形参数化设计。实例表明，所提出的方法利用python编程能够快速地自动生成飞机三维外形，可以实现飞机外形参数化设计。根据飞机各部分外形特点，建立更完善，更准确，更易于理解和操作的参数化模型，尝试将参数化设计和特征造型设计的结合应用在飞机外形设计上。将飞机外形特征解构同数学模型相结合，实现飞机外形参数化设计从方案阶段延伸到工艺制造领域。通过在飞机外形特征中植入飞机设计知识，及时提供设计支持，因此开辟了一条飞机设计知识引导推送新方法新途径。通过一些规则和检查的集成封装实现人机协同设计。通过单个部件的设计参数配置行和多个部件参数库的组合，实现飞机外形系列化设计。

4. 参考文献

[1].jungo, a., etal., benchmarking new ceasiom with cpacs adoption for aerodynamic analysis andflight simulation. aircraft engineering and aerospace technology, 2018. 90(4): p. 613-626.

[2].schwinn, d., etal., a parametrical transport aircraft fuselage model for preliminary sizingand beyond. 2015: deutsche gesellschaft für luft-undraumfahrt-lilienthal-oberth ev.

[3].walther, j.-n.and p. ciampa, knowledge-based automatic airframe design using cpacs.transportation research procedia, 2018. 29:p. 427-439.

5. 计划与进度安排

2022.3.16-2022.3.25 撰写开题报告，完成开题工作

2022.3.26-2022.4.10学习cpacs标准格式及python程序设计

2022.4.11-2022.4.30确定客机外形几何模型的cpacs标准化参数