载人航天器外形CAD模型的快速生成.pdf

第卷第期
181载人航天Vol.18No.1
2012年1月MannedSpaceflight83

载人航天器外形CAD模型的快速生成

胡添元，史士臣
（中国空间技术研究院载人航天总体部，北京100094）

摘要快速生成载人航天器三维外形模型是载人航天器数字化设计手段应用中的一个
重要问题。以一个构型类似星辰号服务舱的载人航天器作为研究对象，研究了一种载人航天
器外形参数化模型，包括总体轮廓参数化模型和剖面形状参数化模型。基于该模型，应用
CATIA二次开发技术，编制了能自动生成载人航天器三维外形的CAD模型程序。应用算例
表明，提出的参数化模型和所开发的程序能快速生成各种不同的载人航天器三维外形模型。

关键词载人航天器；外形设计；CAD模型；CATIA二次开发
中图分类号：V423.5文献标识码：A文章编号：1674-5825（2012）01-0083-03

典型载人航天器外形设计作为应用例子，验证该方
1引言
法的适应性。
随着科学技术的发展，航天器已经逐渐成为人
2载人航天器外形参数化模型
们对宇宙空间探索的有力工具。载人航天器作为航
天器的一种，它能保障航天员在太空生活与工作以由于载人航天器内部活动区都为密封结构，承
执行航天任务并返回地面[1]。受内压，所以各舱段均采用回转体构型，即主要由圆
建立三维CAD模型是载人航天器总体设计中柱体、圆锥体和球体组成。
的一个重要环节。虽然这个阶段的外形CAD模型并典型载人航天器（如“星辰”号服务舱[5]）外形按
不需要在每个细节上都非常精确，但也应具有足够功能特点可分为对接舱、服务舱和推进舱三部分，如
的精度，因为它为各学科设计提供了一个统一的外形图1所示。对接舱位于最前端，为密封结构，呈球状
模型，是各学科设计工作的基础。由于在总体设计阶体，满足对接和停泊要求。服务舱位于中段，为密封
段需要开展多方案比较，载人航天器外形经常需要结构，呈大、小圆锥体和圆柱体，满足乘员长期驻留
修改，为减少重复性的建模，提高工作效率，如何将要求。推进舱位于后端，为非密封结构，呈圆锥体，满
数字化技术有效的应用于载人航天器总体设计[2-4]，足发动机、推进剂储箱、压气机、管路阀门等推进系
快速生成外形参数化CAD模型成为一个重要的研统设备的安装要求[6]。
究问题。为了建立载人航天器外形参数化模型，可将外
本文以载人航天器作为研究对象，以CATIA的形参数分为以下两类：
二次开发作为工具，研究了一种可快速生成载人航（1）总体轮廓参数：这些参数用于描述载人航天
天器外形CAD模型的方法。首先提出一种载人航天器平面外形特征以及太阳翼尺寸。
器三维外形参数化模型；然后基于CATIA二次开发（2）主剖面参数：这些参数用于描述载人航天器
的方法，介绍了三维外形参数化建模的途径；最后用主要剖面外形特征，其它剖面形状可由这些主剖面

收稿日期：2011－06－23；修回日期：2011－08－18
作者简介：胡添元（1981-），男，博士研究生，研究方向为飞行器多学科优化设计。E-mail：[e-mail]
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形状拟合而成。例如，图1中服务舱前圆柱段和后圆物线，则服务舱球底曲线方程为：
柱段的剖面就可作为主剖面描述这些主剖面形状2
。2-8hx-4hx
y=-4hx+0x+H-0（1）
的参数就称为主剖面参数。222
f3f3f3

其中，H=y+h+1L+L+L+L+L。
0212345

3载人航天器三维外形CAD模型

根据上述外形参数化模型，应用CATIA二次开
发技术就可在CATIA环境下快速生成载人航天器
三维外形CAD模型。目前，我国航天器三维建模软
件广泛采用Pro/E[7-8]，之所以采用CATIA实现载人
航天器外形的CAD建模，原因之一是CATIA在管路
设计方面具有其自身独特的优势，并且已经开始逐
渐应用于新型航天器（如卫星）的设计；其次，CATIA
提供了丰富的三维造型功能，能准确生成载人航天
器的三维外形；另外应用CATIA还可计算出复杂外
形表面面积和体积等几何特性[9]。
CATIA二次开发是指通过编程来访问CATIA
对象的方法。对于其它程序来说，CATIA只是一个
OLE（ObjectLinkingandEmbedding）自动化对象服
务器。任何能访问COM对象的程序或脚本都能访问
CATIA的对象并对其进行操作。CATIA二次开发的
方法包括两种：进程内访问和进程外访问。
进程内访问指脚本和CATIA在同一进程内运
图1载人航天器外形平面形状行。简单的说，是由CATIA的脚本引擎来解析执
行宏脚本命令。进程外访问指脚本运行不由CA－
2.1总体轮廓参数
TIA来调用，CATIA作为一个OLE自动化服务器，
图1