飞行器外形参数化方法研究与可视系统开发

摘要

通常在人类的日常生产活动中，我们所使用的外形拟合方法可以被分成两大类，第一种类型是：最终生成的外形包含全部给定型值点，例如双曲线、抛物线等等，这种类型的曲线对于插值放样的效果非常理想；第二种类型是：生成外形的最终位置通常不包含全部给定的型值点，但是这些给定的型值点通常又很接近生成的曲线或曲面，本文重点研究的CST参数化方法就属于第二种类型的拟合方法。因为在实际工程生产中，通常会考虑到视觉美观效果或气动力效果等等，会对外形进行多次的修改，所以在实际的外形设计（如火车、飞机、轮船等）中，我们往往使用的就是这样的曲线或曲面。　　CST参数化算法与其他方法相比具有设计变量少、可调节、精度高、设计空间广、可产生光滑的几何外形，以及较好的鲁棒性等优点而被广泛的应用在飞行器外形参数化的设计中。由于Bezier多项式对局部几何特性描述能力不足，有学者提出运用B样条基函数对CST算法中形函数进行替换改造，用以增强CST参数化方法对外形的局部描述能力，因为B样条方法在数据的拟合、平滑和插值等方面有良好的效果，所以在阶数较小的情况下，该方法确实起到了优化作用。由于B样条的基函数是分段函数，所以不能运用解析式进行统一表达，通常情况下被使用最多的就是迭代方法求值，该方法的一个缺点是会出现多次重复计算，随着阶数的增加，计算量也急剧增加。针对B样条在高阶数计算量大的缺点，本文提出运用基于向量扩展的B样条基函数来改造形状类别函数的方法，详细阐述使用向量扩展法代替deBoor-Cox递推定义法优化CST参数化方法中的Bezier多项式的计算过程，结果证明该方法不仅提高了翼型优化设计效率，而且还增强了对翼型参数化局部精确性的控制能力，也扩展了参数化方法的设计空间，同时使得k次B样条非零值的计算效率提高了2k+1倍。　　综上所述，虽然现在也存在一些比较优秀的外形参数化应用工具，但目前还没有针对用户进行实时在线可交互的公开的参数化工具，因此，本文运用前述成果建立了一个准确、高效、实时在线可交互的飞行器外形可视化系统。

目录

1 绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2外形参数化方法国内外发展历史及现状

1.2.1 Bezier曲线

1.2.2 B样条曲线

1.2.3 NURBS曲线

1.2.4 CST参数化算法

1.2.5其他参数化方法

1.3可视系统相关技术阐述

1.3.1 MVC模式

1.3.2 Spring框架

1.3.3 Spring Boot阐述

1.3.4 MyBatis框架阐述

1.3.5 Threejs引擎阐述

1.4论文主要内容与行文结构

2 外形参数化方法研究

2.1 CST算法阐述

2.1.1 CST参数化数学描述

2.1.2类函数变化展示

2.2 CST技术二维外形建模

2.3 CST技术三维扩展建模

2.4本章小结

3 外形参数化方法改进

3.1.1基函数定义阐述

3.1.2 B样条改进CST参数化方法建模

3.2.1算法弊端

3.2.2前期准备

3.2.3算法证明

3.2.4算法效率

3.2.5算法精度

3.3应用展示

3.2.1局部控制展示

3.2.2 B样条快速求值CST方法三维建模

3.4本章小结

4 可视系统设计与实现

4.1项目总体规划

4.2.1可视系统用例图

4.2.2业务逻辑需求分析

4.2.3系统主要功能

4.3.1总体结构

4.3.2用户管理模块

4.3.3上传数据模块

4.3.4外形展示及算法优化模块

4.3.5下载数据模块

4.3.6保存数据模块

4.4系统架构设计

4.5数据库设计

4.6业务具体实现

4.7系统功能展示

（1）登录界面展示

（2）项目总体界面展示

（3）控制面板展示

（3）外形可视化功能展示

（4）数据库操作

4.8本章小结

5 可视系统测试与分析

5.1软件测试目的

5.2软件测试原则

5.3软件测试环境

5.4软件系统测试

5.5软件测试结果

5.6本章小结

6 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果