CATIA已经成为世界飞机设计领域的通用技术标准，此外在汽车制造、造船及其他机械设计领域也得到了更加广泛的应用。对于航模设计而言，虽然没有真实飞机设计中许多复杂繁琐的要求，可能3DMAX就能基本满足一般用户的需要。但是，CATIA能够大大节省绘图的时间，特别是在模型细节修改调整中显著降低劳动量。因此，学习一下CATIA对于每一个喜欢航模设计的人来说，绝对是大有意义的。
相对于传统学习CATIA的书来说，我们这里更强调实用性，忽略掉一些在航模设计中很难遇到的东西，也不再一条一条学习软件中的每个命令。在绘制模型的每一个步骤中，我们用到哪儿学到哪儿。
由简入繁，我们先从设计一个兼具一点向真机性质的上单翼练习机开始做起。
螽斯A的设计
螽斯，又名“蝈蝈”，是一种善于鸣叫的昆虫。我们这架飞机起名为“螽斯”，主要是因为其略显肥胖的机身和“蝈蝈”十分相似。肥胖的机身虽然会在一定程度上增加飞机的阻力，但同时也带来了较大的舱容。因此，该机十分适于装载许多特殊设备进行飞行作业。
螽斯A飞机采用矩形机翼，翼展1.3m，翼面积0.24㎡，标准起飞重量在1.3kg左右。
准备工作：绘制飞机基本三面图和翼型
我们将这架原创的飞机命名为螽斯A，经过经验分析和设计计算，我们首先得到这架飞机的外形尺寸，并利用AUTOCAD软件绘制飞机基本的三面图或两面图。这张图的作用主要是在以后建模过程中作为参考，因此尺寸不需要十分准确，只要能够让自己大概掌握飞机的外形轮廓即可。在完成绘制后，将其导出为DXF文件保存。（000）当然，如果自己对新飞机的外形已经心有成竹，那么这一步完全可以跳过。
接下来使用Profili软件，导入需要的翼型，在本模型上使用的是CLARK Y。关于Profili的使用，不是我们这篇文章的重点，因此只简略叙述其过程。在Profili软件环境下点击左上角翼型图标，打开翼型库。（001）
在弹出的翼型库窗口中，找到“Filter By Name”按钮和其右侧的文本框，在文本框中输入“CLARK”，软件将自动过滤出名称中包含“CLARK”的所有翼型。从左侧选择框中找到“CLARK Y”，单击使其变蓝，选择Ribs-templates—>Begin printing a rib or template for the selected airfoil，打开翼型绘制对话框。（002）
翼型绘制对话框中，只在Draw chord line（绘制翼弦）前打钩，选择确定。（003）
在翼型模板生成后，从屏幕上方找到DXF导出按钮，将翼型导出为DXF文件。（004）
CATIA的初始准备
以上准备工作全部完成，下面开始进入我们的主要对象——CATIA软件的工作环境。相信绝大多数读者都是第一次使用，因此我们一步一步，从最开始的设置说起。
CATIA是一个随意性很大的软件，不仅在作图方面，就连其操作界面也是如此。每一个使用CATIA的设计人员都很可能拥有不同形式的设计界面，以便尽可能符合自己的绘图习惯。在第一次使用CATIA时，我们通常需要对CATIA的使用界面进行一些处理。目前使用最广泛的是CATIA V5版本，以后的全部操作，我们都将在CATIA V5 R17版本下进行。
由于程序需要进行很多初始化工作，因此在绝大多是电脑上，进入CATIA需要花上两到三分钟时间。在进入CATIA后，一般会自动生成一个product文件，现在我们暂时不用管它，直接将其关闭即可。（005）
在空白页面上，单击上部菜单栏最左边的开始，可以看到里面有许多内容，其中包含机械零件设计、曲面设计、数控加工等等，可见CATIA作为工业设计软件其功能的强大。这里，我们因为是设计航模，只会用到其中很少的一部分。现在开始—>形状—>创成式外形设计。（006）
然后会弹出一个对话框，让输入新建零部件号，直接点确定即可。下面即进入了创成式外形设计模块。我们一般利用这个模块绘制模型的外形曲面。（007）这是一个没有经过调整的标准界面——很多工具都隐藏起来了，图标布置得也很没规律，一般需要我们手动调整一下。
首先将鼠标移至任何一个图标附近，单击右键，可以看到所有能够显示的工具条。一般情况下可以打开图形属性工具条，关掉ENOVIA V5。（008）
仔细观察，可以看到工具条在屏幕右下角处显示一个很淡的“》”图标，这表示由于屏幕大小限制，有一部分图标无法显示。为了显示所有图标，我们还需要进一步改变工具条的位置。（009）
CATIA的工具条被许多小横线隔成数段。点击每一段前的横线，即可拖动改变工具条的位置。这样我们可以让所有隐藏的图标都显示出来。（010）
另外，注意到很多工具图标的右下角都有一个黑色的三角，这表示点击该图标可以进一步展开出多个操作按钮。通过拖拽展开后工具条上的横线部分，我们还可以把它也拖到方便的地方。比如，笔者个人很喜欢把视图工具条展开，并放置在屏幕上方。（011）
就这样，我们完成了CATIA创成式外形设计模块第一次使用时的界面设置。有的时候，当我们发现工具条位置由于某些原因发生了改变，导致我们无法找到需要的工具图标时，可以打开“工具—>定制”，单击工具栏选项卡，点击恢复位置按钮，就可以将所有工具条恢复至初始默认位置。
下面，我们就可以开始进入翼型的绘制过程。
利用草图工具绘制翼型
单击“文件—>打开”找到我们从Profili中导入的基本翼型数据文件。这时CATIA会自动进入工程图绘制模式，并打开指定的DXF文件。按下鼠标左键，拖出选择框选择整个翼型曲线，当全部曲线变成橙色显示时，则表示选择成功。按下键盘“Ctrl + C”快捷键，或者单击菜单“编辑—>复制”以将翼型存入剪贴板（012）
单击窗口，找到我们刚才创立的曲面文件，单击回到曲面造型界面。（013）
用鼠标左键单击左侧特征树下的“ZX平面”将其置于高亮，单击工具栏上草图绘制工具（014 ）
进入草图绘制模式后，照例先收拾一下工具栏，将其尽可能展开并放置在比较好看的位置上。这里有一个需要注意的地方，找到工具栏上“网络”和“点对齐”图标。其功能分别是显示背景网格和网格节点的捕捉，类似AUTOCAD下的栅格捕捉功能。一般我们用不到它，因此单击使其取消点亮状态。（015）
按下“Ctrl + V”快捷键或者点击菜单栏“编辑—>粘贴”就可以将刚才工程图模块中复制的翼型曲线复制过来。这时曲线会显示成黑色的。（016）
在粘贴的过程中，我们可能会遇到一个问题，按下粘贴键后，并没有看到翼型显示在屏幕中。不用着急，这时很可能需要进行一下屏幕的放大缩小操作。方法是：按紧鼠标中键（滚轮），单击右键（注意不是按住不放），这时上下拖动鼠标即能完成屏幕的方法和缩小操作。顺带在此再讲一下屏幕的旋转操纵，方法是：按紧鼠标中键，然后按紧右键，这时拖动鼠标即是屏幕显示的旋转操纵。需要平移屏幕时，按紧鼠标中键同时拖动鼠标即可。当我们需要回到草图的“法向”也就是从正上（下）方观察草图状态，单击工具栏上“法线视图”图标。（017）
这时，我们不需要对曲线进行任何处理，单击“退出工作台”图标完成基本翼型的导入。（018）
再次单击左侧特征树下的“ZX平面”，单击草图工具栏上“草图”图标。这时可以看到上一张草图已经成为了我们现在的背景。现在需要借用它一下，点击上一张草图中的曲线将其置于高亮，按下工具栏“投影三维元素”图标，这样可以把背景中的图线投影到当前草图中。如果投影成功，曲线会显示为黄色。（019）
选择翼型表面曲线和翼弦线，点击“构造/标准元素图标”图标，将其转化为虚线。虚线即“构造元素”，一旦退出当前草图，所有虚线将不再显示，就相当于我们作图时候辅助线的作用。对虚线再次点击“构造/标准元素图标”图标，又可以把它改变会标准元素。（020）
在上面一步操作中，如果之前的那张草图有些碍事，影响了对曲线的选择，那么可以右键单击特征树下的上一个草图，选择“隐藏/显示”即可暂时隐藏掉。再重复一遍这个操纵，又可以把它再显示出来。（021）
放大当前投影的翼型曲线，我们可以看到“CLARK-Y”翼型的后缘并不是尖的，为了相对作图准确，我们需要采用一定的辅助线方法。点击工具栏上“直线”工具，并移动鼠标到翼型后缘端点。这时鼠标箭头边会显示出端点捕捉的图标“ ”（022）
从后缘点处单击鼠标左键后向上移动鼠标，随着鼠标位置的变化系统会自动绘制出一条直线。移动鼠标至后缘点正上方处，直线会变成蓝色，表示捕捉到垂直方向。再次单击左键完成直线的创建。如果直线显示为粗实线，不要忘记点击“构造/标准元素”将其转化为虚线。（023）
这时，我们可以看到一条绿色的虚线，旁边有一个“V”子。绿色表示该直线约束完备，“V”表示这条直线与草图“竖直”方向平行。（024）
下面，选择工具栏上的“样条线”图标，在扑捉到前缘端点后，间隔一定距离依次扑捉曲线上各点绘制翼型上表面曲线。由于前缘部分曲率变化较大，因此需要适当将点的数量增加。越靠近后缘，翼型表面曲线越发接近直线，曲率变化较小需要的控制点数也就越少。因为我们制作的是一个尺寸较小的航模，在绘制翼型表面曲线的过程中，不需要将曲线的控制点取得太密，这样既节省时间，又可以提高软件运行的速度。另外需要注意的是，在样条线绘制过程中不能进行“构造/标准元素”的转化。（025）
在连接后缘点的时候，有两个方法：最简单的是直接利用捕捉，将鼠标端点移动至后缘处翼型曲线与绘制的竖直线相交点处，当图标显示捕捉信号，并且翼型曲线和直线都变为橙色时，点击鼠标左键就可以捕捉到合适的坐标点。然后连续两次按下键盘ESC键完成曲线绘制（026）。
另一种方法是，将鼠标移动至任意一点，双击鼠标完成曲线绘制。之后，单击选择曲线最后生成的端点，在按住键盘Ctrl键同时选择我们画的那条竖直线。接下来点击约束定义图标，在弹出的对话框中选择“相合”并单击确定。这时我们会发现，刚才选择的点自动移动到了直线上。同时，其旁边出现了一个“○”表示与另一元素具有相合约束。接下来，再次选择这一点和上一层投影下来的翼型曲线，创建一个相合约束。两种方法效果完全一样，在完成约束创建后可以发现，端点变成了绿色，表示该元素被完全约束了。（027）
按照上面方法同理可以完成翼型下表面曲线的绘制。只有一点需要注意的是，CATIA里面认为，如果一个点在某条线段的延长线上，即使该点没有落在线段内部，仍然认为改点与线段“相交”。也就是说，绘制下表面后缘点时，没必要再绘制一条向下的参考竖直线。只需利用之前那条即可。最后，利用一条直线连接上下曲线在后缘处的端点，单击退出草图图标，完成整个翼型的绘制。（028）
上面步骤完成后，我们可以看到描点得到的新翼型草图。为了后面使用过程中不至于搞混，我们将原始翼型草图隐藏起来。（028A）
可能会有细心的读者要问，为什么我们不直接利用导入粘贴过来的翼型，而非要在它上面“描”一个出来呢？原因是：直接导入的翼型在CATIA里面被认为是一条多段折线，因为它的控制点数很多，因此看上去接近于曲线。在它的上面用样条线描一遍，使其成为一条真正的光滑曲线。光滑曲线的控制点数量远少于多段折线，在生成后面的整体模型时运行速度能够快很多。
上面，我们完成了翼型的导入。下面将要开始进行机翼的绘制。
机翼曲面及结构的绘制
因为机翼的平面形状相对比较简单，我们一般不需要AUTOCAD中导出三面图支持就可以完成。
首先绘制的是机翼中段结构部分。中段机翼主要采用轻木和桐木两种材料，翼梁部分采用层板进行加强。机翼中段是全机在飞行过程中受载最大的部分，因此在其结构设计上必须充分考虑载荷传递的要求。下图中，蓝色部分为桐木，绿色部分为层板，橙色部分为轻木，黑色为碳销，蒙板处的轻木为了显示内部结构方便而设置为透明。中段机翼通过前缘处两个碳销和后缘处的两个螺栓与机身连接，向机身结构传递机翼扭矩和不对称升力产生的弯矩。内外翼之间的弯矩通过翼梁处的层板加强件（图中没有绘出）传递，扭矩通过蒙皮处和内外翼过渡加强肋之间的粘接部分撑剪传递。（029）
下面马上进入零件的绘制过程。为了给后面的零件的绘制提供一个基准，我们先绘制一个机翼中段结构的俯视图。选择左侧特征树最上面的XY平面，点击工具栏草图绘制图标进入草图绘制模式。先用直线或矩形工具绘制出机翼的平面形状。（030）
在没有利用捕捉的一般情况下，生成的所有支线一般都是白色的，表示没有约束充分。可以注意到，直线上的“H”图标表示该条直线与草图水平方向平行。“V”图标表示直线与草图竖直方向平行。这两种约束都是自动生成的。
下面创建其他必须的约束条件。首先，我们需要通过快速约束工具确定记忆中段的尺寸：先单击工具栏上的快速约束按钮，然后依次选择两条平行的直线。这时会生成一个活动的箭头，旁边附有两条线之间的距离。将其拖拽到合适的位置然后单击鼠标左键就可以完成距离约束的创建。
可以注意到在上面过程中，点击第一条直线时也会出现一个标注的箭头。此时产生的约束是一个长度约束。长度约束和距离约束在后面的使用中会略有不同，后面遇到的时候再详细说明。
完成标注后，双击箭头旁边的数字就可以在弹出的窗口中修改尺寸值（031）。
有可能会遇到这样的问题：如果使用直线工具绘制图形，在不小心的时候也许会画得四边形对边不平行。此时如果使用快速约束工具，系统默认是进行角度的标注。因此需要采用手动方式创建约束。
首先按住键盘Ctrl键，依次选择想要标注距离的两条直线。然后点击工具栏上的手动约束创建图表，在弹出的窗口中选择距离。软件会自动将原本不平行的直线改为平行，并标注两直线之间的距离。（032）
机翼中段展长为150mm，弦长200mm。在完成尺寸的标注后，直线仍然是白色的，说明约束仍然不完备。如果用鼠标拖动标注完的图形，可以发现图形的空间位置可以随意改变。因此，我们下一步将要创建图形的空间位置约束。
同时选择四边形最右侧的直边和草图的纵轴，然后点击手动创建约束图标，选择相合。这样完成了图形水平方向位置约束的创建。相合约束创建完成后，具有相合关系的两条直线旁会显示一个相合约束图标“○”。当与坐标轴设置相合约束时，坐标轴处的相合标志会自动隐藏。当鼠标移动至一个图形上的相合约束标志时，会自动高亮显示两个相合元素。选择一个元素旁的相合标志将使另外一个元素旁的相合标志也变为高亮显示。这在复杂的图形修改过程中是很有用的。（033）
我们的飞机机翼是对称的，因此我们还需要创建一个对称约束。对称约束的创建有着固定的点击顺序要求：依次选择机翼左右翼梢处的直线，然后选择草图中的水平轴线（图中红线标出），再通过手动约束按钮创建“对称”约束。直线选择的先后顺序将关系到哪条直线成为对称轴，因此需要特别注意。对称约束创建后，可以看到满足对称关系的两条直线上标有“?│?”样的图标。（034）
接下来，需要为后面的零件设计进行准备，我们先要绘制出表示各零件相对位置的草图。草图主要内容和说明见下图。零件沿草图的水平轴上下对称，两侧外伸出来的2mm板件为内外翼连接加强梁。由于存在上反角，这里外伸的80mm只是一个示意，为了保证零件之间严格的配合，其最终尺寸将在外翼段绘制完成后确定。需要特别注意的是，虽然我们打算切掉中央翼部分的后缘，但仍需要在草图中保留中央翼弦长的标注（红框中的200），后面我还还将用到它。（035）
在绘制上面的草图过程中，可能需要用到这样两个工具：修剪和快速修剪。两个工具都是用于对交叉的直线进行修剪，在没有展开时，两个工具会和断开、关闭和补充工具集中在同一个按钮上。图标会显示为这五个工具中上次使用的其中一个。这样用起来十分麻烦，我们可以通过点击图标右下角的小三角将其展开，并拖动到需要的位置。（036）
先说修剪工具。使用修剪的时候，会注意到工具栏上会显示出一个供选择的图标——“修剪所有元素”和“只修剪第一个元素”。从名称上就可以看出区别，这里就不再赘述。选择修剪工具后依次选择需要修建的两条直线，点击需要保留的那部分，就可以将直线交点之外的多余部分裁剪出去。需要特别说明的是，修剪除了剪去直线多余长度的功能外，还可以将直线延长，使之与另一条直线相交并进行修剪（延伸），这个功能用起来十分方便。（037）
快速修剪工具则是在选中工具后需要直接点击需要修建的部分。可选功能有：“断开并内部擦除”、“断开并外部擦除”、“断开并保留”。从三个功能的图标上就能够很清楚的明白选项的意思。（038）
在擦除的过程中，可能会遇到这样一个问题。如下图中，正打算擦除掉线段AC中的AB段时，弹出一个对话框说“无法修剪加长的元素，希望将长度转化为距离吗？”这是因为，线段AC在创建约束时使用的是长度约束，擦除操作将改变线段长度，因此与长度约束矛盾。这里只要选择是就会自动将线段长度约束转化为对线段AC两个端点之间距离的约束，并同时修剪掉线段AB。（38A）
当完成上面的擦除操作后，会发现如果用鼠标拖动点A，A点会随处乱跑，并不在过线段BC 的延长线上。这是因为刚才的操作只是将距离约束转化为了长度约束，并没有对A点的位置进行规定。这时如果需要保证擦除前的相对位置，只需要先后选择A点和线段BC，创建一个相合约束即可。（38B）
在完成了参考草图后，点击退出草图工作台按钮。接下来将我们画好的翼型移动到对应的参考位置上。点击平移工具，在弹出的对话框中选择向量定义（即移动方式）为“点至点”。然后依次从左侧特征树上选择描点得到的翼型草图（此处是草图2），或者直接选择描点得到的翼型曲线（图上标注的2A或2B），确定需要平移的元素。再选择草图上的前缘点作为起点，参考草图上最外侧的前缘点作为平移的终点，点击“隐藏/显示初始元素”，最后确定就可以完成平移操作。隐藏掉移动前元素的过程也可以在完成平移后在特征树上进行。有的时候，我们在选择了平移终点后发现平移起点不对，或是需要平移的元素不对。只需要单击将代表相应元素的文字框，然后重新选择元素即可。（039）
接下来，需要将翼型曲线缩放到需要的大小。首先选择缩放工具，元素选择刚刚移动到位的曲线。参考点，即缩放前后坐标不发生改变的点，选择翼型前缘点。缩放比率在这里我们有两种做法。为图简单，可以直接输入0.4，因为在初始导出的时候翼型弦长正好是500mm，这里弦长设计为200mm，相除正好是0.4。（040）
另外还有一种办法，让CATIA来替我们计算这个除法。在这里可能略显多余，但将来如果绘制梯形机翼则会用处很大。首先需要对028过程中描出的翼型曲线进行一下处理。从特征树中双击草图进入编辑状态。先后选择翼型前缘点和后缘点，直接创建一个距离约束。这时的约束是紫色的，表示该约束为“过约束”，即该约束与已有的约束存在赘余或是矛盾。双击这个约束，在弹出的约束定义对话框中将“参考”打上勾后，就可以发现该约束变成了绿色。（041）
然后选择缩放工具，在刚才的比率文字框中，单击右键，选择编辑公式。如果弹出菜单“您希望将新的关系附加到Current线性容器中去吗”（￥#@^%*&！？……估计没人看得懂这句话，CATIA虽然有中文版，但其实其中有很多翻译存在问题，所以不用管他了）这里选否。再公式编辑器菜单中，保持最左边选择框中选择的“参数”不变，在中间选择框中找到长度。在右侧选择框中找到当前机翼的弦长，在笔者这里是“零部件几何体\草图.3\偏移.217\Offset”（不同的作图顺序可能会造成编号的不同，后同）。在找这个尺寸时可以看到，每选择一个，相应在背景的窗口中都会显示该尺寸标注的位置，所以不难找。双击找到的这个尺寸，让它出现在从上往下数第二个文字框中。通过键盘在其文字框后面输入一个“/”表示除法关系，然后再找到刚刚标注的原始翼型弦长，这里是“零部件几何体\草图.2\偏移.22\Offset”，双击让它进入文字框中，单击确定。（042）
这个时候可以发现，原来比率一栏的文字框变成了灰色，右侧出现了一个写着“f（x）”的按钮。当我们需要修改对原来公式的定义时，直接点它就可以。如果需要取消公式，则在灰色的文字框处单击鼠标右键，选择“公式—>取消”即可。（043）
为了方便理解下面几步的具体操作，这里先讲一下它的用意。由于这架飞机的机翼外段存在一个3度的上反角。如果机翼内外段翼肋全部垂直于翼弦平面的话，将造成内外两段机翼翼肋存在一个很小差别。为了保证对接的准确性，中段翼肋应该是外段翼肋旋转3度后的一个投影。在上反角不大的情况下，为绘图方便可以省略掉这个几何关系。不过这里为了深入了解CATIA作图，就把它做的稍微准确一些。我们在这里将外翼段翼肋采用标准翼型，而在内翼段采用这个翼型的投影。（044）
