【航空工业行业标准(HB)】 基于CATIA建模要求 第3部分:飞机外形

中华人民共和国航空行业标准
FL 0112
2005-12-26发布
HB 7756.3-2005
基于CATIA建模要求
第3部分：飞机外形
CATIA modeling requirements-Part 3:Aircraft contour
2006-05-01实施
国防科学技术工业委员会发布
1范围·
2规范性引用文件…·
3术语、定义和缩略语…
3.1术语和定义
缩略语·
一般要求
外形数模的分类·
曲面建立与分割原则
结构轴线/基准平面的确定
模型长度·
坐标系·
单位·
详细要求
MDS构成·
基准与结构轴线/基准平面的分类.MDS与基准的索引标识…
曲线与曲面的质量控制…
5.5MDS的使用
结构轴线/基准平面的管理.·
模型文件的命名
5.8外形数模的发布…
模型检查
曲线的品质分析检查
曲面的品质分析检查
HB7756.3-2005
HB7756.3-2005
HB7756《基于CATIA建模要求》分为十四个部分：第1部分：通用要求；
一第2部分：坐标系；
第3部分：飞机外形；
-第4部分：机体结构件；
一第5部分：机加件；
-第6部分：锻铸件；
第7部分：钣金件；
第8部分：复合材料结构件；
第9部分：夹层结构件；
第10部分：地板件；
第11部分：内装饰件；
第12部分：绝缘件；
一第13部分：管路；
第14部分：线束敷设。
本部分为HB7756《基于CATIA建模要求》的第3部分，是对应用CATIA软件进行飞机外形建模提出的专用要求。
本部分由中国航空工业第一集团公司提出。本部分由中国航空综合技术研究所归口。本部分起草单位：中国航空综合技术研究所、中国航空工业第六O一研究所、中国航空工业第一集团公司第一飞机设计研究院。
本部分主要起草人：杨士富、郑朔、李媛娜、王勇。I
1范围
基于CATIA建模要求
第3部分：飞机外形
本部分规定了使用CATIA软件进行飞机外形建模的基本要求。本部分适用于飞机外形CATIA模型的建立。2规范性引用文件
HB7756.3-2005
下列文件中的条款通过本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包含勘误的内容或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。GJB629-1988飞机机型代码的编制HB7729-2003航空产品CAD文件管理规定HB7755-2005CATIA文件命名
HB7756.1-2005基于CATIA建模要求第1部分：通用要求HB7756.2-2005基于CATIA建模要求第2部分：坐标系HB7795-2005CATIA模型检查规定3术语、定义和缩略语
3.1术语和定义
HB7756.1一2005确立的以及下列术语和定义适用于本部分。3.1.1
外形数模lofting/shapedigitalmodel飞机外形的数字化描述，表达了飞机外形设计所有的信息，作为气动、结构、工装等设计的依据。3.1.2
结构轴线
structuralaxis
机身上需要在外形数模中进行表示的主要的受力件结构轴线(长桁、梁等)的统称。3.1.3
结构基准平面structuraldatumplane飞机上的结构轴线一般均用平面内曲线来表示，将曲线所在的平面定义为结构基准平面。3.1.4
非实体元素集openbody
CATIAV5结构树上用于存放非实体几何元素的集合。3.1.5
曲线curve
数学点的集合，它是在实线（R1)连通子集上定义的一个连续函数在2维或3维空间中的图像，但不是一个简单的点。
曲面surface
数学点的集合，它是在平面(R2)的一个连通子集上定义的连续函数的图像。1
HB7756.3-2005
自相交self-intersect
如果在曲线或曲面域中的一个数学点是在该对象参数范围内至少两个点的图像，且这两个点的一个位于参数范围的内部，则该曲线或曲面是自相交的。对于顶点、边或面的自相交定义同上。注：如果曲线或曲面是封闭的，则它们不被认为是自相交的。3.2缩略语
下列缩略语适用于本部分。
MDSMasterDimensionSurface，理论外形曲面（主尺寸表面）。4一般要求
4.1外形数模的分类
外形数模按用途分为三类：
a）全机模型：构成全机外形的所有曲面的集合；b）部件模型：构成部件外形的曲面的集合，例如：前机身、后机身、进气道、机翼、平尾、垂尾等的外形，每个部分可由若干张曲面组合构成，主要用于飞机零部件的设计；c）曲面模型：用于构造MDS的基本曲面。4.2曲面建立与分割原则
4.2.1曲面建立原则
曲面建立原则应按下列要求：
a）曲面的阶数：用能够满足工程设计和制造所需的曲面精度和光滑度要求且阶数最低的多项式来定义曲面。对于制造来说，曲面在U、V方向上的阶数最好不超过5，并尽可能地用直纹曲面；曲面片的数量：用最少的曲面片(patch)来生成曲面，以满足工程设计和制造对曲面的准确性b)
和光滑性的要求，不要为了减少每个曲面中的曲面片的数量而分割曲面；控制曲线：对非直纹曲面，用低阶数的曲线来生成曲面的控制曲线。当控制曲线由多段曲线组c)
成时，则多段曲线间应满足连续性要求，即满足位置、斜率和曲率的限制要求。在发出CATIA模型前，应尽可能地删除控制曲线。4.2.2曲面分割原则
曲面分割原则应按下列要求：
a）用尽可能少的曲面构造外形；b）尽可能不生成三角曲面片，避免在曲面片尖点处发生法矢倒转；外形曲面片的划分应便于加工和成形；c)
d）设计分离面、工艺分离面与曲面片的边缘线要尽量错开；避免将曲率完全不同的域组合到一张曲面中，应分割曲率差别较大的曲面。e）
4.3结构轴线/基准平面的确定
结构轴线/基准平面的确定按下列要求：结构轴线/基准平面是在总体布置、结构布置、强度要求的共同协调下确定的；a）
b）为保证外形数模的完整性，外形数模上要精确表示出结构设计所用到的结构轴线及基准平面结构轴线能清楚表达三维信息的，可只给出结构轴线而不给出基准平面，例如机身长桁轴线，c）
可只给出长桁轴线，不用再给出长桁所在的结构平面；结构轴线不能准确表达三维信息的，在给出结构轴线的基础上需给出基准平面，如机翼的肋轴d)
线、墙轴线等。
模型长度
保持模型长度在100m以内，使得MDS在允许的容差之内。如果模型长度超过100m，应将模型分2
成二个或更多的模型。
4.5坐标系
坐标系的选择和要求应符合HB7756.2-2005。4.6单位
如无特殊要求，尺寸单位为毫米。5详细要求
5.1MDS构成
5.1.1基于CATIAV5中的MDS构成
HB7756.3-2005
在使用CATIAV5时，建立的MDS包含CATIA基本曲面，以及在基本曲面上生成的裁剪曲面及裁剪曲面拼接起来的复合裁剪曲面。5.1.2基于CATIAV4中的MDS构成
在使用CATIAV4时，建立的MDS包含CATIA复合裁剪曲面（CATIASKIN）、裁剪曲面（FACE）、数学曲面（SURFACE）。
由于飞机外形曲面的复杂性，在大多数情况下，个MDS不可能仅由一张曲面定义，而是由许多张曲面经过裁剪拼接而成。在使用CATIAV4建立MDS曲面模型时，其定义过程如下：首先根据有关理论数据用CATIA数学曲面(SURFACE)完成所需的局部曲面的定义，此时的曲面应大于所需的飞机外形曲面；然后将上述曲面进行裁剪，形成CATIA裁剪曲面（FACE)；最后用CATIA的复合裁剪曲面方式(SKIN)，将定义各个局部的裁剪曲面拼接起来，形成最终的MDS。见图1。SURFACEI
设计零件
MDS=SKIN=FACE1+FACE2
SURFACE1=P1+P2+P3+P4
SURFACE2=P5+P6+P7+P8+P9+P10
(P=PATCH)
图1MDS的构成
5.2基准与结构轴线/基准平面的分类5.2.1基准的分类
SURFACE2
HB7756.3-2005
基准包括以下三类：
a）外形数据(MDS);
b）基准面；
c）轴线。
5.2.2结构轴线/基准平面分类
5.2.2.1翼面类结构轴线/基准平面分类翼面类结构轴线/基准平面按以下类别划分：a)
梁轴线/梁平面；
肋轴线/肋平面；
隔板轴线/隔板平面；
墙轴线/墙平面；
长桁轴线/长桁平面；
悬挂支臂轴线；
转动轴线；
弦平面。
5.2.2.2机身类结构轴线/基准平面分类机身类结构轴线/基准平面按以下类别划分：a)框轴线/框平面；
b）长桁轴线/长桁平面：
c）重要的工艺分离线/工艺分离面。5.3MDS与基准的索引标识
5.3.1索引标识的组成
每个MDS与基准均要有索引标识，索引号由不超过17位字符串构成，包含6个字段，彼此之间用“_”分开，具体构成见表1所示(括号内是该字段的最多字符数)：表1MIDS与基准索引标识字符串的结构和内容字段名
字符位数
示例：
飞机型号
飞机型号
区段划分号
区段划分号
顺序号
5.3.2索引标识的编号规则
5.3.2.1飞机型号
顺序号
机型派生型号
Y7-5310-001-200S-AA
飞机型号应按GJB629-1988进行编号。5.3.2.2区段划分号
基准类型识别号
基准类型识别号
机型生型号
区段划分号应与HB7729-2003规定内容协调一致，相当于部组件代号。5.3.2.3顺序号
顺序号原则上由前至后、由上至下、由左至右顺序排列，从1至999。4
5.3.2.4机型派生型号
HB7756.3-2005
机型派生型号应同时表示构型与方案上的差异，例201表示200型第一方案，可有99种演变。飞机构型的变化为100、200、…………递进，方案的变化则为101、102、…、199。5.3.2.5基准类型识别号
基准类型识别号中S表示曲面、Z表示轴线、K表示框、Q表示墙、L表示梁、P表示基准面。5.3.2.6版次
版次应按HB7729-2003的规定。
5.4曲线与曲面的质量控制
5.4.1曲线的质量控制
5.4.1.1连续性
在曲线段或曲线间的连接处应尽可能满足高的连续性要求，如位置连续(GO)、切矢连续(G1)和曲率连续（G2)。
5.4.1.2多项式次数
曲线应该避免使用高次多项式(阶数大于9的多项式)表达，次数最好小于或等于5次。高次的曲线最好根据曲率来分割，使每一段曲线的次数较低。5.4.1.3平面曲线的波动
波动，即自由曲线的曲率符号多次改变，这会对后续操作，比如做等距线等造成影响。曲线一但出现波动，应分析曲线的切失和起点条件，调整或重新生成曲线。并同时分析产生曲线的相交面，如有必要应修改。平面曲线的波动示例见图2。符号改变
图2平面曲线的波动示例
5.4.1.4自相交免费标准下载网bzxz
自相交（一条曲线自身具有一个以上交点)会给后续操作(例如生成等距线、等距面或NC程序等）带来各种问题。应避免由于等距线生成(距离大于原曲线凹向半径)或投影(三维曲线在平面上投影)造成的自相交。一但出现自相交曲线，应重新生成正确的曲线。曲线自相交示例见图3。图3曲线自相交示例
5.4.2曲面的质量控制
5.4.2.1微小曲面片
HB7756.3-2005
应避免出现微小曲面片，通常情况下，两个相邻曲面片的边的相对长度（在一个曲面的一个参数方向上)不应小于1:100，可通过增大相邻元素和改变分割来消除微小曲面片。微小曲面片示例见图4。曲面片1
曲面片2(微小曲面片）
曲面片2与曲面片1在U向的相对长度小于1:100图4微小曲面片示例
5.4.2.2重复元素
应避免出现重复(或相同的)元素，例如一个元素完全位于另一个大的元素之内。应删除重复元素，保留需要的元素。
5.4.2.3曲面多项式次数
表达曲面的多项式应尽可能避免使用高次多项式(阶数大于9的多项式)，避免不必要的复杂曲面，多项式次数最好小于或等于5次。可合理地根据曲率变化划分曲面，使之能用多张低次曲面来表示。5.4.2.4曲面波动
应减少非必要的曲面波动，可修改或通过设定合适的基本条件（如次数、曲线边界或起始点等)重新生成曲面。曲面的波动示例见图5。图5曲面的波动示例
5.4.2.5曲面拼接
曲面拼接时应满足如下要求：
a）间隙：曲面间所允许的最大间隙是0.001mm；b）重叠：曲面间所允许的最大重叠值是0.001mm；相切：曲面间的相切度在0.23°之内；c）
d）等参线：尽可能地使相邻曲面的等参线方向一致。5.5MDS的使用
5.5.1直接应用
MDS直接应用有但不限于下列方式：a）般用曲面构成零件的非平面表面；HB7756.3-2005
b）用于建立实体元素，如用一个曲面与其它曲面或平面相交建立零件的边缘线：用曲面和线架建立非倒圆：
用曲面和线架建立倒圆的相交区域模型；d)
若必须分割带曲面的模型，在分割开的任一模型中尽可能保留完整的曲面。e）
5.5.1.1偏置使用
MDS偏置使用有但不限于下列方式：使用MDS直接做曲面偏置（OFFSET)；a）
b）对MDS进行裁剪后，再做曲面偏置（OFFSET)：c）在满足规定的容差条件下，用直纹面或低次曲面做逼近的曲面偏置（OFFSET）。5.5.1.2特殊情况的处理办法
对三角曲面的处理，可以在曲面片的-个尖点处用小段曲线来代替尖点，使其成为一个四边曲面片。用半径0.005mm的曲线代替尖点，且曲线长度应大于0.001mm。也可选择生成一个具有正确法矢方向的三边有界曲面。
5.6结构轴线/基准平面的管理
5.6.1管理原则
结构轴线/基准平面的管理应符合以下原则：）一个部件的同类型轴线/基准平面，集中放在一个非实体元素集（Open_body）下，并将该非实体a
元素集用标识说明：
b）一个非实体元素集(Open_body)下的同类结构轴线元素不宜过多，否则不利于模型的使用及元素查找，一般以不超过50个为宜：）-个部件的同类元素过多，可在一个非实体元素集（Open_body)下，挂几个子非实体元素集，并对所有的非实体元素集用标识说明。注：结构轴线/基准平面的管理只针对基于CATIAV5系统进行的外形设计。5.6.2翼面类结构轴线/基准平面的管理翼面类结构轴线/基准平面的管理应按下列要求：应在弦平面内给出梁轴线、肋轴线、隔板轴线、墙轴线、长桁轴线、悬挂支臂轴线等结构轴线，a）
并给出相应的基准平面，在结构树上对应位置进行明确标识；外形数模中应给出必要的转动轴线及转动中心，并在结构树上对应位置进行明确标识；b）
）一些必要的特征点，如某些重要的交点，也应在外形数模中反映出来，并在结构树上进行标识说明。
5.6.3机身结构轴线/基准平面的管理5.6.3.1框轴线/平面
框轴线/平面的管理应按下列要求：在飞机对称面内给出框轴线，并将过框轴线与Z轴的平面定义为框平面，框轴线（平面应进a)
行编号，编号从前往后，以“1”编起，依此类推；注：也可用站位编号。
在框的编号已经为下游广泛使用的情况下，如果需增加新的框号，则以前一个框的编号为基准，b
加上“a”以示区别，如在7框后增加一个框，该框的编号为“7a”；7
HB7756.3-2005
c）应在结构树上对所有的框轴线/平面进行标识。5.6.3.2长桁轴线
长桁轴线的管理应按下列要求：a）长桁轴线尽量采用平面曲线（CRV)来表达，该平面尽量处在机身曲面的法平面内；b）长桁轴线应进行编号，并在结构树上进行标识说明；c）长桁轴线一般只给出左侧机身，右侧机身有与左侧不对称的长桁轴线，应在右侧单独给出并进行编号，并在结构树上进行标识说明；d）长轴线应严格限定边界，要与长桁真实尺寸一致。5.7模型文件的命名
模型文件的命名应符合HB7755-2005。5.8外形数模的发布
5.8.1发布的内容
外形数模发布的内容应按下列要求：a）定位基准面（线)，对外形数模中三个最基本的定位基准面，即飞机对称面、飞机水平基准面、0站位基准面需要进行发布，对水平基准线也要进行发布：曲面元素，包括对曲面进行各种操作(如裁剪、合并、平移等)后得到的曲面：b)
结构基准平面，主要包括翼面类部件中的弦平面、各种需要在外形数模中表示的结构基准平面；结构轴线，主要包括各种结构件轴线、活动舵面转动轴线等；d)
e）其他下游用户需要参考使用的外形元素。5.8.2发布原则
外形数模的发布应符合以下原则：发布的元素推荐用带中间过程的可修改的元素，如果元素不带历史关系，一旦发布，则该元素a)
不可更改、替换、删除；
曲面发布时，原则上只发布最终的设计结果，不发布设计过程中派生的曲面元素，如果需要使b
用个别中间派生元素，可提出要求，再另行发布；c）在进行外形数模发布时，不要有遗漏、重复发布现象。5.8.3发布的外形元素使用原则
发布的外形元素使用原则按下列要求：a）外形数模中没有发布的元素不可使用；b）外形数据源应唯一，即各用户只能直接使用数据库中唯一的外形数据。注：本节只针对基于CATIAV5系统进行外形数模的发放而提出，对于采用CATIAV4系统的用户，如果有必要进行外形元素的发布，可进行数据转换后，在CATIAV5系统上按本节的要求进行发布。6模型检查
6.1曲线的品质分析检查
应对曲线进行以下内容的分析检查：a）曲线的连续性：应检查每条曲线的曲线段之间的几何位置、斜率及曲率的连续性；b）曲线多项式次数：检查曲线的多项式次数是否超过了5次；c）·曲线的波动：使用CATIA提供的工具，检查曲线的曲率符号的变化次数，控制曲线的波动；d）自相交：检查曲线是否发生自相交。6.2曲面的品质分析检查
除按HB7795-2005的要求检查曲面的间隙和重叠，以及两相切曲面的夹角的大小外，还应做如下检查：
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