フェアリング最適化・3Dモデリング支援プログラム (fairing-optimize-program)

本プロジェクトは、2Dの投影図（側面・正面のDXFファイル）からフェアリングの幾何学的特徴を抽出し、XFOILを用いた空力最適化および断面スムージングを行い、最終的にAutoCADで3Dモデルを自動生成するための支援ツール群です。

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ワークフローの全体像

本システムは以下の4つのPythonプログラムで構成されています。

graph TD
    A[側面/正面DXF図面] -->|program1.py| B(位置・寸法データ抽出)
    B -->|foil-place/*.txt| C(最適化プログラム)
    D[base-foil/*.dat] --> C
    E[restriction-hexagon/*.dxf] --> C
    F[xfoil.exe] -->|解析実行| C
    C -->|program3.py| G(最適化 & スムージング)
    G -->|optimized-foil/*.dat| H(最適化済み翼型)
    H -->|program4.py| I(AutoCADスクリプト .scr 生成)
    I -->|AutoCADで実行| J[AutoCAD上に3D翼型描画]
    
    K[検証ツール: program2.py] ---|六角形制約と翼型の重なり可視化| D

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必要システム・前提環境

1. 外部ソフトウェア / ツール

• Python 3.8以上
• XFOIL (xfoil.exe): 翼型解析用の外部ソルバー。program3.py の実行時にローカルの xfoil.exe のパスを指定する必要があります。
  • XFOIL 公式サイト 等からあらかじめダウンロードしておいてください。
• AutoCAD: 最終的な3Dスプライン曲線を描画するために使用します（.scr スクリプトの読み込みに対応しているバージョン）。

2. 必要なPythonライブラリ

以下のPythonパッケージを使用します。

• ezdxf: DXFファイルの読み込みとAutoCADデータの処理
• numpy: 数値計算・データ読み込み
• matplotlib: 形状および制約条件の可視化 (program2.py)
• scipy: savgol_filter による翼型パラメータの3Dスムージング処理 (program3.py)

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インストール方法

1. ライブラリのインストール

コマンドプロンプトやPowerShellで、以下のコマンドを実行して必要なライブラリをインストールしてください。

pip install numpy matplotlib scipy ezdxf

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各プログラムの使い方と詳細

Step 1: 投影図からの寸法・配置データ抽出 (program1.py)

側面投影図と正面投影図のDXFファイルから、高さ40mm刻みで翼弦長（コード長）、最大厚み、前縁位置（X座標オフセット）を算出します。

• 実行コマンド:

  python program1.py

• 入力:
  • 側面投影図DXFファイル名（side-look/ 内に配置、拡張子不要）
  • 正面投影図DXFファイル名（front-look/ 内に配置、拡張子不要）
• 出力:
  • chord-&-thickness/[フェアリング名]_chord_thick.txt
  • foil-place/[フェアリング名]_positions.txt（後続のプログラムで参照）

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検証ツール: 断面ごとの制約条件確認 (program2.py)

特定の高さにおいて、ベースとなる翼型（base-foil）が制約境界である六角形（restriction-hexagon）を完全に覆えているかを可視化・判定します。

• 実行コマンド:

  python program2.py

• 入力:
  • 調べたい制約の六角形DXF名（restriction-hexagon/ 内、拡張子不要）
  • 調べたい基礎翼型DAT名（base-foil/ 内、拡張子不要）
  • その断面での翼弦長 (mm)
• 機能:
  • 六角形が翼型の内側に完全に収まっているか判定し（PASS / FAIL）画面上にプロット表示します。

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Step 2: 翼型最適化・XFOIL解析・スムージング (program3.py)

本プロジェクトのコアとなるプログラムです。各断面（34箇所）において、内部の六角形制約をクリアしつつ、最も抵抗係数 $C_d$ が小さくなるように翼型の最大厚み位置（%）をシフト・最適化します。 さらに、最適化による形状の不連続を防ぐため、スパン（高さ）方向に対してパラメータのスムージング処理（Savitzky-Golayフィルタ）を適用した上で最終的な翼型を出力します。

• 実行コマンド:

  python program3.py

• 手順:
  1. ファイル選択ダイアログが表示されるので、PC内にある xfoil.exe を選択します。
  2. フェアリング名（例: fairing-1）を入力します。
  3. foil-place/ 内にある位置情報ファイル名（例: fairing-1_positions.txt）を入力します。
  4. 設計機体速度 (m/s) を入力します（レイノルズ数計算に使用）。
• 出力:
  • optimized-foil/ フォルダ以下に、断面ごとの最適化＆スムージング済み翼型ファイル ([フェアリング名]_optimized_[高さ].dat) が34個生成されます。

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Step 3: AutoCAD 3D描画用スクリプト生成 (program4.py)

最適化された翼型群（.dat）をAutoCAD上に実寸法・実配置で3Dスプライン曲線として描画するためのコマンドスクリプト（.scr）を生成します。

• 実行コマンド:

  python program4.py

• 入力:
  • フェアリング名
  • 参照する位置情報ファイル名
• 出力:
  • AutoCAD-command/[フェアリング名]_draw_wings.scr
• AutoCADでの実行方法:
  1. AutoCADを起動し、3D表示（等角投影など）に変更します。
  2. コマンドラインに SCRIPT と入力してEnterキーを押します。
  3. 生成された .scr ファイルを選択すると、自動で3D空間内に翼断面群が描画されます。

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ディレクトリ構成と役割

fairing-optimize-program/
├── program1.py               # 投影図から位置・寸法データを抽出
├── program2.py               # 断面制約（六角形）と翼型の干渉チェックツール
├── program3.py               # XFOILを用いた翼型最適化＆スムージング
├── program4.py               # AutoCAD用3Dスプライン描画スクリプト生成
├── .gitignore                # Git追跡対象外の設定ファイル
├── README.md                 # 本ドキュメント
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├── side-look/                # 側面投影図（DXF）の配置場所
├── front-look/               # 正面投影図（DXF）の配置場所
├── restriction-hexagon/      # 各断面の内部干渉制約（六角形DXF）の配置場所
├── base-foil/                # ベースとなる初期設計翼型（DAT）の配置場所
│
├── chord-&-thickness/        # program1.pyが出力する寸法データの保存先
├── foil-place/               # program1.pyが出力する位置・寸法データの保存先
├── optimized-foil/           # program3.pyが出力する最適化済み翼型の保存先
└── AutoCAD-command/          # program4.pyが出力するAutoCAD用スクリプトの保存先