基于CATIA的飞机座舱视界直线图绘制方法研究

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1、研制工程DEVELOPMENTENGINEERING基于CATIA的飞机座舱视界直线图绘制方法研究ResearchofAircraftCockpitHorizonLineDrawingMethodBasedonCATIA中航工业信息技术中心 杨金宝通过分析座舱视界直线图的绘制方法，对座舱非透明件边界上点的坐标定位的方法进行了研究，提出了等效视界球的概念，利用球面投影及旋转曲面曲线展开原理，可快速、高效地绘制座舱视界图。舱视界图是在绘图板上对座舱三视影及旋转曲面曲线展开原理，可快图应用几何制图方法绘图后量取角速、高效地绘制座舱视界图。杨金宝度进

2、行描点绘制，引入计算机辅助设中航工业信息技术中心（金航数码）计后，可以在三维设计软件平台中对视界图绘制方法航空集成研发事业部，主要研究方向为数字样机进行精确取点。然而对于首先绘制通过设计眼位与飞机飞行器总体设计、飞行器快速设计开发、航空集成研发、CATIA建模技术与二次飞机座舱这种大型且复杂的结构件水平垂直，且与飞机对称面呈一定夹开发。来说，非透明件不仅指除风挡玻璃、角的方位角平面与飞机外形（包括座舱盖玻璃以外的飞机结构类部件，还舱盖骨架及其他非透明件）相交的应考虑座舱内部各系统部件的遮挡，截面，再由设计眼位作该截面外形的[1]如平视显示器、

3、仪表板等部件。因切线，即得到在该方位角时的下视界[2]此绘制过程工作量大，容易造成人为角。良好的座舱视界能够提高飞机错误。根据上述定义通常采用的绘制起飞、着陆的安全性。飞机座舱视界本文通过分析座舱视界直线图方法是，以适当的角度间隔确定一系图能够直观地反映飞机座舱有效视的绘制方法，对座舱非透明件边界上列方位角（直线图中的水平轴），在飞界区域的大小，检验座舱视界是否满点的坐标定位的方法进行了研究，提机数字样机上通过几何作图的方法足标准要求和设计要求。传统的座出了等效视界球的概念，利用球面投先作出每个所需方位角截面，由设计2014年第18期·航空制

4、造技术79研制工程DEVELOPMENTENGINEERING眼位在方位角平面内作出截面外形非透明件边界在眼位点的边界切线，该切线与过设计眼位的非透明件边界球面上的投影水平面（与飞机水平基准面平行）的夹角即为该方位角的下视界角（直线图中的竖直轴）。按方位角的排列顺序形成一系列数据点，汇总所有的数据点后拟合曲线绘制视界图。图2非透明件边界在球面上的投影上述方法有明显的缺陷。首先，每个数据点都按上述方法做出方位按上述方法即可定义一个球面处非透明件的边界，通过几何建模方角和下视界角，需进行大量重复性工和球坐标系。对于边界上任意一点法得到统一的、分割

5、的球面，分割后作，效率低；其次，在座舱结构复杂、i，同样对应另一个球面，同样可以确的球面等效于整架飞机的视界，而后外形变化较大的位置，需减小方位角定一个球坐标系，可以取得球坐标值可以完全抛开复杂的飞机结构部件，间隔角度，增加方位角数量才能取得（ri，φi，θi）。只对视界球操作进行视界图的绘制，足够精确的数据点，以确保拟合曲线2球面和球坐标系的统一尤其对于复杂的飞机结构，更是可以精度，而大量的取点作图很容易造成座舱视界图只需要角度坐标值大量节省复杂繁琐的求边界点的过人为辨别错误。另外，由数据点生成（φ，θ），与半径r无关，因此可将边程，提高绘

6、制效率。的视界图曲线在非数据点处精度无界上任意一点i，按球面的法线方向等效视界球是飞机非透明件的法保证，所以有必要寻求一种效率投影到另一个球面上得到点i'。点简化结果，由上述方法得到等效视界高、精度高、工作量少的绘制方法满i'与点i具有相同的角度坐标值（φ，球，并不能由此得到视界直线图，还足飞机设计需要。θ），仅半径r值不同，因此可以把边需将球坐标系中的边界投影曲线以界上的所有点都投影到同一个球面某种规则展开至平面坐标系后得到等效视界球上，即将座舱非透明件边界曲线全部视界直线图曲线。1球面和球坐标系定义转化到同一个球面上，将所有球坐标4平面与

7、旋转曲面上曲线展开参照数学中球坐标系的一般定系进行统一。图2为某型飞机座舱球面是一个特殊的旋转曲面，在义，飞机座舱非透明件的边界上某点示例。旋转曲面上，u线与v线互相垂直，P所在的球面及球坐标可按如下方3等效视界球定义平面上的曲线可按某种规则在旋转式定义：以眼位点为球心作一个通将非透明件边界按球面的法线曲面上展开，反之亦然。平面曲线过点P的球面，眼位点与点P之间方向投影在同一个球面上，所得到的（黑色实线）上给定点P在旋转曲面的径向距离为r，眼位点到点P的连曲线将球面上透明部分（即飞行员可上的展开规则如图4所示（原点为O线与其在xy平面的投影线

8、之间的夹视区域）分割出去，得到一个被分割点）：将点P第一个坐标（直线l1的角为俯仰角θ，xy平面的投影线与正的球面，这个球面即为等效视界球，长度）映射为旋转曲面上的