基于CATIA的小型游艇造型参数化设计*

(中国舰船研究设计中心 武汉 430064)

基于CATIA的小型游艇造型参数化设计*

胡翩

(中国舰船研究设计中心 武汉 430064)

针对游艇造型设计缺乏创新等多种问题,分析小型游艇的造型特点,使用VB对CATIA软件进行二次开发,构建小型游艇参数化设计平台,实现在游艇设计初期快速生成外观造型的目的。

参数化设计;游艇;造型;二次开发

ClassNumberU66

1 引言

小型游艇的造型有其自身特点,这些特点不仅出于满足性能要求的需要,同时也满足美学要求和用户的个人喜好[1]。但针对小型游艇造型的设计,目前还没有有效的设计方法。在这种背景下,设计一款针对小型游艇外观造型的三维设计平台是有实际意义的。

2 小型游艇造型参数

通过对游艇图片的观察发现小型游艇主甲板上层建筑侧视图大多可以简化为一个上底窄而下底宽的梯形或类似梯形(如图1),游艇船体的侧视图可以简化为一个平行四边形,将以上两张图按不同比例拼接在一起就能基本呈现出小型游艇的造型效果。

从图1可以看出,改变图形的几个要素就能使整体造型的视觉效果发生改变[1]。例如改变梯形与平行四边形的纵向相对位置,整个造型的视觉重心后移,较之前的造型给人的稳定性增强;或者改变梯形的角度和平行四边行的角度,较之前的造型的视觉效果速度感增强,庄重感减弱[2]。

图1 外观造型变化

通过初步分析可以发现,游艇的造型与三个方面有关：船体的尺寸和形状;上层建筑的尺寸和形状;上层建筑与船体的相对位置。

综合考虑运动游艇造型几何参数与逻辑参数和船舶参数化设计中选择参数的原则,设计选择的如下参数：

1)游艇上层建筑形式;2)游艇总长;3)游艇最大宽度;4)游艇型深;5)上层建筑长度;6)上层建筑距船首距离;7)首柱前倾角;8)上层建筑前端壁与甲板夹角;9)游艇色彩。

3 参数化设计流程

小型游艇线型比较简单,可以用简单的数学模型进行表示。数学线型设计,就是根据设计者已选定的船舶主尺度和船型系数,用数学方法构成光顺的船体曲面[3]。研究水线族、横剖线族和纵剖线族所构成的网格,我们可以发现横剖线形状为简单的折线(如图2),可以用简单的数学模型进行表示,所以本研究采用网格法[4～5]进行小型游艇造型参数化设计,使用多项式表示船体曲线。

图2 横剖线

船体设计分为横剖线设计、纵剖线设计和甲板线设计。根据对型船的型线资料的观察,可以发现小型游艇船体的横剖线一般为折线型,可以简化为一个如图3所示的四边形。

图3 横剖线图

如图3所示,如果不考虑梁拱的话,小型游艇横剖线由三段直线所组成,主甲板横剖线与Y轴平行。船体横剖线的形状仅由Z1、Z2、Y1、Y2这四个参数就能表征清楚。使用Matlab对型船的型线数据进行统计回归,并使其无量纲化,采用多项式对这四个参数进行回归。横剖线参数的回归多项式结果如下：

Z1=[0.7608-0.0694(Li/Loa)

+1.0157(Li/Loa)2-5.6687(Li/Loa)3

+9.2531(Li/Loa)4-5.3021(Li/Loa)5]D

其他参数的计算方法与Z1相同。

4 参数化设计平台

参数化设计平台是对小型游艇的造型进行参数化设计,并通过对CATIA软件的二次开发,使造型结果三维呈现[6]。造型设计流程如图4所示。

图4 设计流程图

根据小型游艇的特点,小型游艇造型参数化设计平台可以实现如下功能：

1)输入游艇总长、游艇最大宽度、型深和首柱前倾角这四个参数就能够创建出满足设计意图的游艇主船体造型;

2)输入上层建筑形式、上层建筑长度、上层建筑前端壁倾角、上层建筑前端壁距船首距离这四个参数就能够建立满足需要的游艇上层建筑造型。

船体造型和上层建筑造型共同构成了小型游艇的造型模型。

建立游艇模型的过程如图5所示。

图5 catia建模流程图

为了验证程序的可行性和实用性,本文选择两组不同的参数来建立造型的模型,并对其效果进行比较。

选择A和B两组造型参数,并分别进行计算和造型,具体数值如表1所示。

表1 参数数值

使用本平台,对这两组数据分别造型,在程序的界面中分别输入这两组数据(如图6);单击“计算”按钮,程序会在后台计算各曲线参数,并将曲线坐标输入到指定的EXCEL表格中;点击“启动CATIA”按钮,平台将启动CATIA软件;点击“创建模型”,CATIA将会读取EXCEL表格中的数据,并在软件中船体和上层建筑曲线,并形成曲面[7～10]。A、B两组造型结果如图7和图8所示。

图6 参数输入

图7 A组参数>造型结果

图8 B组参数造型结果

A、B两组参数的各比例系数如表2所示。

表2 A、B两组参数比例系数

比较两组数据的造型结果,A、B两组数据的游艇总长都为13m,其他数据的差距,使得游艇的造型效果有很大的区别。B造型较A造型,游艇最大宽度变大、型深变小、首柱前倾角变大,从船体的效果来看,B方案的造型显得船体更短肥,修长度减小,速度感减弱;A方案的造型的上层建筑长度小于B方案,其前端壁距离船首的距离大于后者,从效果来看,A方案更具有现代感,B方案的庄重感较强。从上层建筑和船体的大小关系来看,B组数据的造型显得“头重脚轻”,协调性较差。

5 结语

从上述的实例比较可以看出,参数的变化,对游艇造型具有很大的影响,不同的数据组合会产生不同的造型效果。所以,如果能在游艇设计初期,通过几个参数即能快速生成小型游艇的三维造型,将给方案设计带来极大的便利,节省了很多循环往复的过程。由此可见,小型游艇造型的参数化设计平台具有一定的实用性。

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ParametricDesignofYacht’sShapeBasedonCATIA

HU Pian

(China Ship Development and Design Center,Wuhan 430064)

In allusion to the lack of innovation in yacht design and other issues,the shape characteristics of the minitype yacht are analyzed,VB is used to develop CATIA and build parametric designing platform of minitype yacht,to shape the model rapidly early in a yacht’s designing stage.

parametric design,yacht,shape,secondary development

2013年12月14日,

:2014年1月27日

胡翩,女,硕士,助理工程师,研究方向:舰船总体设计。

U66DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.06.042