本文以某民用航空器滑油系统的建模为例，阐述了某民用航空器建模的技术难点、建模工具的选择、综合建模策略及利用CATIA软件综合建模的过程，探讨了航空器维修培训演示模型的快速建立方法，对提高维修培训效率有很大实用价值。
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一、引言
随着计算机技术的发展，航空器计算机建模技术已成为航空器设计、制造、维修培训及试验测试的基础。《民用航空器维修培训机构合格审定规定》（CCA R-147）对培训机构资质有严格的规定，如何提高民用航空器维修培训质量是摆在航空器维修培训机构面前的一个严峻的课题。为提高学员的素质能力，使其尽快掌握民用航空器维修基本知识，熟练地进行功能测试、操作检查，计算机数字演示模型以其形象、直观、栩栩如生的特点在辅助民用航空器维修培训教学、提升教学效果中被大量采用。然而，如何快速建立高质量的民用航空器维修培训计算机数字演示模型，提高建模效率就成为实施维修培训前的迫切需求。
综合建模策略高屋建瓴，灵活采用多种建模方法，实不失为民用航空器维修培训演示建模的良策。采用综合建模策略建立的计算机三维演示数模能逼真地虚拟现实，以立体、有光、有色的生动画面表达产品的实体特征，在民用航空器维修培训中较之于传统的文字及二维图说教更易于学员接受。三维数字模型的建立对于民用航空器维修培训有非常重要的作用，在没有民用航空器实物模型时，建立民用航空器三维数字演示模型更是取代民用航空器维修实物培训教学的不二选择。
二、某民用航空器三维建模的技术难点
航空器结构复杂，主要涉及飞机电子及机械两大块，由多个系统所集成，包括机身、机翼、动力装置、燃油系统、操纵系统、滑油系统、起落装置、灭火防冰加温及通风系统、冷气系统、内饰和设备、电源系统、照明系统、无线电通讯系统、仪表系统及无线电导航系统等，有的机型还加装有农业设备、物探设备和摄影设备。
作为系统工程的产物，航空器结构制造涉及多种工艺。航空器不同系统零部件具有不同的特点，制造工艺也各不相同。有的零件通过钣金成形工艺制造，如发动机罩；有的零件通过冲压成形，如油箱；有的零件通过焊接成形，如发动机架。同样，不同零件不同的生产工艺特点决定其具有不同的三维特征造型方法。
另外，某民用机型型号老旧，图样均为参照苏联原型机图样手工绘制改型，虽然经过很多次的修改，但仍存在尺寸精确度低或缺失等各种问题。由于某民用航空器许多零件形状很不规则，即不是圆、椭圆形状，也不能很好地符合某种特定曲线，仍然沿袭着传统的借助模胎手工钣金成形的模式，设计图样和最终零件之间信息传递多以模拟量传递，传递尺寸缺乏精确性，且形位误差大。
综上各种情况，使某民用航空器三维建模困难重重。
如何解决这些困难便成为摆在建模者面前的一个严峻问题。三、某民用航空器建模三维工具选择由二维设计到三维建模是设计方法质的飞跃，是当今设计技术发展的必然选择。三维造型技术已从最初的三维CAD设计发展到目前基于特征造型的三维软件。常用的基于特征造型的三维软件有SolidWorks、Solid Edge、Pro/ENGINEER等。尽管这些3D造型软件的界面元素、形式安排、操作方法及某些功能有所不同，但是总的实现造型的设计思路却基本一致，遵循了人对几何形体特征的认识规律。
CATIA大量用于航空航天、汽车及摩托车、机械、电子、家电与3C产业及NC加工等各方面。特别是在航空航天领域，CATIA一直居于统治地位。法国达索航空公司的幻影2000系列战斗机、阵风（Rafale）战斗机以及加拿大Bombardier飞机公司的GlobalExpress公务机、美国Boeing飞机公司的Boeing777和Boeing737都是使用CATIA开发虚拟原型机。在国内，几乎所有的航空工厂都在使用CATIA，如商飞公司设计的ARJ21及C919飞机，哈尔滨飞机制造公司设计的EC120直升机、特飞所设计的海鸥300和蛟龙600飞机等。
CATIA产品本身的研发也非常迅速，覆盖了产品开发的整个周期，保持着其技术上的领先优势。鉴于CATIA软件强大的功能和在航空企业的广泛应用，某民用航空器三维建模选用达索公司的CATIA V5 R19软件。
四、某民用航空器建模策略
任何问题的圆满解决都有赖于处理问题的良好策略。处理问题的良好策略来源于深厚的知识和长期经验积累。没有知识和经验就像“墙头芦苇，头重脚轻根底浅，山间竹笋，嘴尖皮厚腹中空”，处理问题时就会盲目和茫然，导致判断失误、处理失当。对于从事技术的人员来说，任何的失误和失当无疑会造成损失。某民用航空器的三维建模问题也一样，建模者要有深厚的三维建模知识和经验积淀，要有良好的建模策略。
良好的建模策略来源于基于深厚三维建模知识和经验基础上的科学分析。针对某民用航空器建模的技术难点，某民用航空器建模可采用综合建模策略，即不同的构件可采用不同的建模方式，充分发挥CATIA各个模块的专长，把由不同建模方式建立的三维模型进行综合和组装，生成最终的系统数字模型。
某民用航空器三维建模目的是维修培训参考，并非车间制造数据传递数模，不要求十分精确，给其建模带来一定的灵活性。油箱等按照模胎样板制造的零件可以采用较为灵活的CATIA自适应造型工具建模，充分利用自由造型工具灵活方便的特点，使油箱建模达到形象逼真。钣金零件可通过CATIA钣金模块进行建模，机加规则零件可通过CATIA实体零件进行建模，焊接零件通过CATIA焊接模块进行建模，系统管路连接可利用CATIA管路模块进行建模等，在建模过程中各种建模手段还可以穿插使用。三维零件模型建成后，进行系统集成和装配。
综合建模策略看似简单，但却蕴含着对软件各个模块的熟悉和灵活运用，要求建模者对CATIA软件各个模块的运用能够融会贯通。
五、某民用航空器建模过程 CATIA 3D软件是基于特征的实体造型，与传统二维图投影理论不同，三维造型主要采用构造实体（Constructive Solid Geometry-CSG）及型体几何特征形成分析理论，对实体的整体形成进行分析。思维造型具有演绎性、推理性。作为几何特征集合的计算机实体造型也具有先后顺序，其顺序安排应使生成零件既简单又方便。可以按模块化的方法理念，对造型体进行体素分解。从反映形体主要特征的明显程度、占总体积的大小及其主要功能等方面，将造型的实体分为基本体、辅助体、附加体。如有必要可进一步细分。
基本体体现了系统的主要形体特征和主要功能，并且所占体积比例相对较大，可再根据主次进一步划分出若干个单一的实体。划分出来的最主要的第一个实体应为构形的基础体。辅助体附加在基本体上，功能上不起主要作用，例如肋板、凸台等结构。辅助体内也可再划分出单独的体。附加体具有不能独立存在、必须附加于上述二种实体之内的特征，如孔、空腔、槽等，属于挖切即差集。上述各种实体可用CATIA的各种模块建立，然后再集成或装配成大的部件。
由于某民用航空器结构的组成系统较多，各部分又较相对独立，故这里仅以其一个子系统――滑油系统的三维建模来介绍某民用航空器的综合建模策略。
某民用航空器滑油系统的主要任务是把数量足够、粘度适当的滑油循环不断地输送到各摩擦面上，减小发动机的摩擦功率，从而提高发动机的有效功率，保证发动机正常工作。按照模块化的理念，某民用航空器滑油系统主要可模块化分解为滑油箱、滑油箱支架、滑油散热器以及各种开关接头和滑油导管等模块，如图1。下面阐述各个主要部件的建模方法。
1.滑油箱壳体造型
滑油箱基本体为滑油箱壳体，其上有供加油的滑油箱口盖，如图2所示。滑油箱壳体按理论图及样板制造，按照三维构型基本方法，无法用基于草图的建模方法或基于规则曲线或规则曲面的方法生成。考虑到培训数模不要求特别准确，可以用CATIA自适应外形设计模块（Imagine & Shape）进行设计，如图3。
CATIA自适应外形设计工具专门用于轻松而快速地生成对象原型，并可自由修改基本体外形。用CATIA自适应外形设计时，可配合草图追踪，使思维模型快速转换为CATIA虚拟现实模拟模型，且虚拟模型结果可用于其他模块进一步加工。在用该工具进行滑油箱壳体设计时，先用“Closed Primitives Sub-toolbar”工具栏的“Sphere”建立圆球基本体（图4），再用“Styling Surfaces Toolbar”工具栏的“Extrusion”挤出，如图5所示。最后用Modification Toolbar工具栏的“Modification”修改成型，用“dimension”显示并修改尺寸，如图6、图7所示。
滑油箱基本壳体修改成型后，转入“Wireframeand Surface”，用“multi-section surface”命令生成滑油箱口，加厚成实体，如图8、图9所示。
2.滑油箱托架建模
滑油箱托架主体结构用铝材L Y12-M钣金成型，故可用CATIA钣金设计专用模块“Generative Sheetmetal Design”建模。先以“Wall”建立左托架基础隔板，如图10；然后再分别用“Wall on Edge”和“Flange”命令建立基础隔板的翻边，分别如图11和图12；最后建模完成的左托架数模如图13。类似用钣金命令建立托架的其他组成零件，建成后与滑油箱壳体组装效果如图14。
3.滑油箱固定带的建模
滑油箱固定带固定时具有一定的挠性，适合用线面造型工具“Wireframe and Surface”造型，并进行材料加厚生成实体，如图15、图16。建模过程不再多述，最后和滑油箱及托架装配后的效果如图17。
4.管接头建模
各种管接头多为铸造后机加件，尺寸较为完整详尽，用最为常用的零件设计“Part Design”建模，可收到较好的建模效果，如滑油箱放油开关的数模结果如图18。零件设计为大多数CATIA使用者所熟悉，故这里亦不再多述。装上各种管接头后的滑油箱效果如图19所示。
5.管路连接
滑油系统各种输油管为柔性件，CATIA管路设计模块“Piping design”是专门用于流体管道设计的，因此滑油输油管可用此模块设计。进行管路设计时，先建立管路走线的三维曲线中心，然后用管路设计模块的“Routefrom Spline”命令生成输油管道，如图20、图21所示。所有输油管连接后，经渲染整体效果如图22所示。
至此，某民用航空器的滑油系统建模已基本完成。
六、注意事项
综合建模策略基于对CATIA各个模块的综合运用，在建模时应注意以下几点。
（1）要注意对建模的系统零部件型体特征的综合分析。只有对系统零部件型体特征分析透彻，才能从整体上把握系统建模的关键节点，并选择最适宜的建模工具和方案。
（2）要注意CATIA建模模块的选择。只有选择了最适宜造型的模块工具，才能收到事半功倍的效果。
（3）要注意各个CATIA建模模块综合运用。如在滑油管线建模中，要交叉运用线面设计工具和管路设计工具。
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