飞机结冰的那些事（2） Spring-Ice结冰软件介绍

    在之前的有一期说到，由于飞机机翼结冰计算的复杂性，工作室联合航空院校及研究所，共同研发了基于Matlab的结冰计算软件，本期就着重对该款软件进行详细介绍。不清楚之前机翼结冰相关背景知识的小伙伴可以看这个链接回顾一下：

http://www.jishulink.com/content/post/536720

1。软件背景介绍

这款结冰程序命名为Spring-Ice，结冰程序基于目前公开发表的结冰预测理论编写而成，同时参考冰风洞试验数据对程序进行了修正。该程序旨在提供一种临界性与准确性兼顾的冰形计算工具（冰形计算器），以期应用于民机适航取证工作，作为Lewice、Fensap软件的补充和验证工具。

Spring-Ice结冰程序从2017年12月开始正式的编写工作，至2018年3月完成水滴轨迹计算。

2018年6月流场的计算由有限元法变更为面元法。

2019年7月完成结冰模型程序的编写。

2019年8月份完成与冰风洞试验的对比以及界面制作。

2.   原理

Spring-Ice结冰程序主要模块与原理如下：

1）   流场计算。流场计算采用面元法，提高了流场计算效率以及后续水滴轨迹的计算效率；

2）   水滴轨迹计算。采用拉格朗日法，并基于二分法预测水滴收集系数。目前针对二分法计算效率低的问题，研发团队已经提出了特征线插值法，准备用于下一版本的软件升级。

3）   结冰模型。基于经典Messinger结冰模型预测结冰量。

程序界面如下图所示：

                                                                 图1 Spring-Ice界面

实际的程序除上述三大块原理部分还有必要的数据前后处理：

1）   前处理模块主要针对输入节点数目过多（高于150个点）数据进行简化处理以提高计算效率，同时对输入数据中的重复数据进行删除。

2）   后处理模块主要对产生冰形进行光顺处理。

3）   数据输出，根据输入工况名称输出冰形数据。

3.      特点

和现有结冰程序相比，Spring-Ice结冰程序的特点包括以下几个方面：

1）    计算模块和方法尽可能与Lewice保持一致。

2）    经过冰风洞试验的校准，该程序已内置合适的时间步，因此不需要设置时间步长等参数，只需输入工况参数即可给出合适的结果。

3）    单个冰形的计算时间在五分钟以内，计算效率较高。

4）    程序具有对大弦长翼型（超过1m）的准确结冰模拟能力，优于Lewice。

5）    程序具备下冰角的模拟能力。

4.      计算效果

对NACA0012、GLC-305、LTHS、NLF0414等翼型典型冰形进行计算，并与冰风洞试验结果进行对比。相应计算结果如图1-6所示。

（a）1-1	（b）1-2

                                                 图1  NCAC0012

 

（a）2-1	（b）2-2
图2  GLC-305
图3  LTHS
图4  NLF0414

最后，对这款软件有兴趣的企事业单位，欢迎与工作室管理员联系。

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