(中國艦船研究設(shè)計(jì)中心 武漢 430064)

基于CATIA的小型游艇造型參數(shù)化設(shè)計(jì)*

胡翩

(中國艦船研究設(shè)計(jì)中心 武漢 430064)

針對游艇造型設(shè)計(jì)缺乏創(chuàng)新等多種問題,分析小型游艇的造型特點(diǎn),使用VB對CATIA軟件進(jìn)行二次開發(fā),構(gòu)建小型游艇參數(shù)化設(shè)計(jì)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)在游艇設(shè)計(jì)初期快速生成外觀造型的目的。

參數(shù)化設(shè)計(jì);游艇;造型;二次開發(fā)

ClassNumberU66

1 引言

小型游艇的造型有其自身特點(diǎn),這些特點(diǎn)不僅出于滿足性能要求的需要,同時(shí)也滿足美學(xué)要求和用戶的個(gè)人喜好[1]。但針對小型游艇造型的設(shè)計(jì),目前還沒有有效的設(shè)計(jì)方法。在這種背景下,設(shè)計(jì)一款針對小型游艇外觀造型的三維設(shè)計(jì)平臺(tái)是有實(shí)際意義的。

2 小型游艇造型參數(shù)

通過對游艇圖片的觀察發(fā)現(xiàn)小型游艇主甲板上層建筑側(cè)視圖大多可以簡化為一個(gè)上底窄而下底寬的梯形或類似梯形(如圖1),游艇船體的側(cè)視圖可以簡化為一個(gè)平行四邊形,將以上兩張圖按不同比例拼接在一起就能基本呈現(xiàn)出小型游艇的造型效果。

從圖1可以看出,改變圖形的幾個(gè)要素就能使整體造型的視覺效果發(fā)生改變[1]。例如改變梯形與平行四邊形的縱向相對位置,整個(gè)造型的視覺重心后移,較之前的造型給人的穩(wěn)定性增強(qiáng);或者改變梯形的角度和平行四邊行的角度,較之前的造型的視覺效果速度感增強(qiáng),莊重感減弱[2]。

圖1 外觀造型變化

通過初步分析可以發(fā)現(xiàn),游艇的造型與三個(gè)方面有關(guān)：船體的尺寸和形狀;上層建筑的尺寸和形狀;上層建筑與船體的相對位置。

綜合考慮運(yùn)動(dòng)游艇造型幾何參數(shù)與邏輯參數(shù)和船舶參數(shù)化設(shè)計(jì)中選擇參數(shù)的原則,設(shè)計(jì)選擇的如下參數(shù)：

1)游艇上層建筑形式;2)游艇總長;3)游艇最大寬度;4)游艇型深;5)上層建筑長度;6)上層建筑距船首距離;7)首柱前傾角;8)上層建筑前端壁與甲板夾角;9)游艇色彩。

3 參數(shù)化設(shè)計(jì)流程

小型游艇線型比較簡單,可以用簡單的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行表示。數(shù)學(xué)線型設(shè)計(jì),就是根據(jù)設(shè)計(jì)者已選定的船舶主尺度和船型系數(shù),用數(shù)學(xué)方法構(gòu)成光順的船體曲面[3]。研究水線族、橫剖線族和縱剖線族所構(gòu)成的網(wǎng)格,我們可以發(fā)現(xiàn)橫剖線形狀為簡單的折線(如圖2),可以用簡單的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行表示,所以本研究采用網(wǎng)格法[4～5]進(jìn)行小型游艇造型參數(shù)化設(shè)計(jì),使用多項(xiàng)式表示船體曲線。

圖2 橫剖線

船體設(shè)計(jì)分為橫剖線設(shè)計(jì)、縱剖線設(shè)計(jì)和甲板線設(shè)計(jì)。根據(jù)對型船的型線資料的觀察,可以發(fā)現(xiàn)小型游艇船體的橫剖線一般為折線型,可以簡化為一個(gè)如圖3所示的四邊形。

圖3 橫剖線圖

如圖3所示,如果不考慮梁拱的話,小型游艇橫剖線由三段直線所組成,主甲板橫剖線與Y軸平行。船體橫剖線的形狀僅由Z1、Z2、Y1、Y2這四個(gè)參數(shù)就能表征清楚。使用Matlab對型船的型線數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸,并使其無量綱化,采用多項(xiàng)式對這四個(gè)參數(shù)進(jìn)行回歸。橫剖線參數(shù)的回歸多項(xiàng)式結(jié)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

其他參數(shù)的計(jì)算方法與Z1相同。

4 參數(shù)化設(shè)計(jì)平臺(tái)

參數(shù)化設(shè)計(jì)平臺(tái)是對小型游艇的造型進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì),并通過對CATIA軟件的二次開發(fā),使造型結(jié)果三維呈現(xiàn)[6]。造型設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

圖4 設(shè)計(jì)流程圖

根據(jù)小型游艇的特點(diǎn),小型游艇造型參數(shù)化設(shè)計(jì)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)如下功能：

1)輸入游艇總長、游艇最大寬度、型深和首柱前傾角這四個(gè)參數(shù)就能夠創(chuàng)建出滿足設(shè)計(jì)意圖的游艇主船體造型;

2)輸入上層建筑形式、上層建筑長度、上層建筑前端壁傾角、上層建筑前端壁距船首距離這四個(gè)參數(shù)就能夠建立滿足需要的游艇上層建筑造型。

船體造型和上層建筑造型共同構(gòu)成了小型游艇的造型模型。

建立游艇模型的過程如圖5所示。

圖5 catia建模流程圖

為了驗(yàn)證程序的可行性和實(shí)用性,本文選擇兩組不同的參數(shù)來建立造型的模型,并對其效果進(jìn)行比較。

選擇A和B兩組造型參數(shù),并分別進(jìn)行計(jì)算和造型,具體數(shù)值如表1所示。

表1 參數(shù)數(shù)值

使用本平臺(tái),對這兩組數(shù)據(jù)分別造型,在程序的界面中分別輸入這兩組數(shù)據(jù)(如圖6);單擊“計(jì)算”按鈕,程序會(huì)在后臺(tái)計(jì)算各曲線參數(shù),并將曲線坐標(biāo)輸入到指定的EXCEL表格中;點(diǎn)擊“啟動(dòng)CATIA”按鈕,平臺(tái)將啟動(dòng)CATIA軟件;點(diǎn)擊“創(chuàng)建模型”,CATIA將會(huì)讀取EXCEL表格中的數(shù)據(jù),并在軟件中船體和上層建筑曲線,并形成曲面[7～10]。A、B兩組造型結(jié)果如圖7和圖8所示。

圖6 參數(shù)輸入

圖7 A組參數(shù)>造型結(jié)果

圖8 B組參數(shù)造型結(jié)果

A、B兩組參數(shù)的各比例系數(shù)如表2所示。

表2 A、B兩組參數(shù)比例系數(shù)

比較兩組數(shù)據(jù)的造型結(jié)果,A、B兩組數(shù)據(jù)的游艇總長都為13m,其他數(shù)據(jù)的差距,使得游艇的造型效果有很大的區(qū)別。B造型較A造型,游艇最大寬度變大、型深變小、首柱前傾角變大,從船體的效果來看,B方案的造型顯得船體更短肥,修長度減小,速度感減弱;A方案的造型的上層建筑長度小于B方案,其前端壁距離船首的距離大于后者,從效果來看,A方案更具有現(xiàn)代感,B方案的莊重感較強(qiáng)。從上層建筑和船體的大小關(guān)系來看,B組數(shù)據(jù)的造型顯得“頭重腳輕”,協(xié)調(diào)性較差。

5 結(jié)語

從上述的實(shí)例比較可以看出,參數(shù)的變化,對游艇造型具有很大的影響,不同的數(shù)據(jù)組合會(huì)產(chǎn)生不同的造型效果。所以,如果能在游艇設(shè)計(jì)初期,通過幾個(gè)參數(shù)即能快速生成小型游艇的三維造型,將給方案設(shè)計(jì)帶來極大的便利,節(jié)省了很多循環(huán)往復(fù)的過程。由此可見,小型游艇造型的參數(shù)化設(shè)計(jì)平臺(tái)具有一定的實(shí)用性。

[1]夏琦.運(yùn)動(dòng)游艇造型參數(shù)化設(shè)計(jì)[D].武漢:武漢理工大學(xué),2009.

[2]龔昌奇,傅德生.船舶造型[M].北京：人民交通出版社,1999.

[3]周超駿.計(jì)算機(jī)輔助船體線型設(shè)計(jì)[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,1992.

[4]陸叢紅,林焰,紀(jì)卓尚.船舶設(shè)計(jì)中的三維參數(shù)化技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2007.

[5]金建國,周明華,鄔學(xué)軍.參數(shù)化設(shè)計(jì)綜述[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2003,39(7):16-18.

[6]徐俊路.球首參數(shù)化設(shè)計(jì)方法及程序?qū)崿F(xiàn)[D].武漢:武漢理工大學(xué),2009.

[7]張萍,朱德祥,何術(shù)龍.參數(shù)化的船型設(shè)計(jì)方法[J].中國造船,2008,49(4):26-35.

[8]彭勇,劉衛(wèi)斌.CATIA在游艇設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國水運(yùn),2007,7(2):51-52.

[9]李自勝,朱瑩,向中凡.基于CATIA軟件的二次開發(fā)技術(shù)[J].四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2003,22(1):16-18.

[10]Lars Larsson,Rolf E Eliasson.Principles of Yacht Design[J].Marine Technology and SNAME News,2001,38(4):11-16.

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,碩士,助理工程師,研究方向:艦船總體設(shè)計(jì)。

U66DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.06.042