結冰計算
關注創建者：laplacianFoam 創建時間：2019-07-16
結冰計算的視頻教程
FENSAP-ICE進階課程
FENSAP-ICE飛行結冰計算軟件是加拿大NTI公司研發的，專門計算飛機飛行時的結冰狀況，從而驗證飛機結 冰時的飛行安全性，為完善飛機的防冰系統提供技術依據。該系統適用于各種飛機、旋翼機、噴氣機、發動機吊 艙、探頭、探測器等。 本課程旨在幫助學員全面掌握結冰仿真技能，充分把握fluent與FENSAP-ICE聯合仿真技術要點，自主劃分FENSAP-ICE所需網格。
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FENSAP-ICE操作案例教學視頻(由于操作十分詳細，故采用了字幕講解的方式，無聲但并不影響質量)
課程涵蓋FENSAP-ICE軟件的前處理(生成高質量的翼型網格供FENSAP-ICE進行流場計算)、FENSAP-ICE流場計算設置及結果后處理、FENSAP-ICE水滴場計算設置及計算結果后處理、FENSAP-ICE結冰計算設置及后處理、FENSAP-ICE電熱防冰設置等內容，真正做到零基礎到進階培訓。
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結冰計算的實例教程
Spring-ICE系列前述兩篇文章：
1、飛機結冰的那些事
2、Spring-ICE 結冰算法述評-（1）水滴軌跡計算
今天要聊的內容，既常規又不常規。
說其常規，是因為水滴軌跡的計算是所有結冰計算的基礎算法，不可或缺，是必備技能。說其非常規是因為，盡管目前文獻對這個計算過程描述的已經足夠詳細，但是還有很多的技術細節，非實際操作而不可揣摩，正是這些具體的技術細節決定著計算的準確性、效率，甚至是整個結冰算法的設計邏輯。
我這段時間感悟，任何工程的東西，越涉及到基礎的和實踐的，自己必須要親自去試一試，做一做，且不能是簡單的感受下，而要做出效果，做出感悟。要一竿子插到底，摸到邊。
如果我做復材，我就要親自去做一做材料成型，研究試件加工，然后試驗測試，最后是結果處理。反復的想，整個過程和我仿真或者理論，哪些是對應的，哪些是不同的，這些不同會有什么影響，有些試驗現象的機理是什么，能不能從理論層面找到依據。
如果我們現在的身份不是一個學生，不是面向自己的課題。而是一個工程師面對一個項目，整個項目不是一個人能夠完成的，那么作為組織者，是不是給別人分個工，等著大家的結果就完事了？我想不是，即便沒有精力面面俱到，那么至少應該精通某一方面，然后瞄準項目的目標，搞清楚大家的工作和目標的聯系，然后對重點問題深入研究，要搞懂要把控。總而言之，必須實踐，必須講求細節。
1 水滴軌跡計算到底要干啥？
從結冰計算整個層面來說，所謂結冰就是水滴撞在機翼表面然后凍結的現象。水滴軌跡的計算，就是要搞清楚水滴會撞擊到機翼表面的哪些區域，每個區域水滴撞擊的量（即水滴收集量）是多少，為下一步的結冰物理計算提供輸入。
從算法的層面，水滴軌跡計算需要做以下工作：
（1）控制方程建立。說白了，水滴在流場中的運動，滿足什么方程。
（2）求解方程，計算軌跡。
展開 2D網格轉換為3D網格+fluent計算流場+fensap計算結冰全程視頻+全部文件
上回說到，水滴運動軌跡的計算。這一期就講，利用水滴軌跡的計算，得到翼面各區域一定時間內撞擊水量的計算，為下一步開展結冰熱力學算結冰量提供輸入。
最近這段時間一直在現場干體力活，這是我畢業兩年后再次長期干試驗。干的時候，腦子里經常閃現以前讀研天天泡在實驗室的場景，師兄弟們有說有笑，手里不停，嘴上不停。白天干累了，晚上喝喝酒，或者寫寫論文做做計算。畢業后的兩年，大部分時候都在辦公室，要么跑各種流程，要么畫網格傷眼睛，恍惚間已然忘記自己以前還是個干“手藝”活的。
年初疫情隔離期間就開始再次健身，就是怕胖（雖然沒胖過），畢竟快禿了，再一胖，自己都不認識自己了。這下好了，又回到了白天動身體，晚上動腦子的狀態，身上線條慢慢恢復，有一種勞資想干手藝就干手藝，想寫代碼就寫代碼的感覺，真好。
年齡這個東西真的很奇怪，我十六七歲的時候，拼命想練肌肉，那時候俯臥撐天天100，還是瘦的雞仔。10年過去，健壯了，也快禿了。
到目前唯一沒變的，還是對知識的熱愛吧，或許還有不知恥的自負。
1 水滴收集量怎么算
我們假定有一個水滴發射面，一齊向翼面上發射水滴，每個壁面單元（AB）必然在發射面上某兩個水滴發射位置覆蓋的范圍里（yi ~ yi+1），在這個范圍內的所有水滴都只能打到AB內，反之，亦然。
對于二維問題，（yi+1）-（yi）就是壁面單元AB的水滴收集量（當然還需要乘以軸向單位長度以及液態水含量還有時間，這里做簡化說明）。
為了便于統一比較，目前大家普遍引入水滴收集系數的概念，就是把[（yi+1）-（yi）]除以|AB|。
搞清了定義，其實計算大概思路基本就有了。只要搞清楚A、B兩點各自對應哪條水滴軌跡，水滴收集量就出來了。
展開 系列文章詳見：
飛機結冰的那些事（1）
飛機結冰的那些事（2） Spring-Ice結冰軟件介紹
Spring-ICE 結冰算法述評-（2）水滴軌跡計算
Spring-ICE 結冰算法述評-（3）水滴收集量計算
Spring-ICE 結冰算法述評-（4）番外：簡單面元法
最近看書不少，寫字很多。
心血來潮的看了一些古文，看了一些近現代文章。小時候其實學了不少好文章，只是當時難見它們的好處所在。但用現在的眼光再看，可謂別有風味。
比如蘇軾的文章，他評論賈誼和張良的兩篇策論，放在現在看就是標準的議論文模板。開篇點題，再正論反論的小論點輔之以舉例舉史，最后定調收官。思路非常清晰，加上作者超一流的文字水平，“方今天下，舍我其誰哉”，讀起來非常暢快。
順著《賈誼論》，又找來賈誼的《治安策》，這次看的是譯文。只看這個題目，就不是一般人敢寫的。治安策，治國安天下之策也。想想我寫個技術報告都顫顫巍巍。帶著好奇心就看看這個治國安天下的報告是怎么個寫法。看完以后不禁感嘆，這分明是一份調研分析報告啊。
文章細數了當時大漢的內外危機，特別是如何處理諸侯國尾大不掉的問題，這個時候還沒到漢武帝時期，賈誼就分析大漢開國以來歷次諸侯國叛亂的共性，得出一個結論，啥結論呢？越小的封國越不會造反。順著這個思路，怎么處理諸侯國問題的答案就很明顯了，不是一把擼掉各國，而是增加封國，越多越好，封地越小越好。這個思想不就是后來的“推恩令”嘛。作者的總結洞察能力真是太厲害了
想想后世的偉人寫的很多調研報告，核心都是調研，分析，總結共性和異性，得出結論。這種天才般的洞察力和研究方法，很值得學習。
《治安策》的精彩之處遠不止此，要知道這個文章是寫給皇帝的，里面有些和“陛下”交心的話，寫的很有意思。
展開 在之前的有一期說到，由于飛機機翼結冰計算的復雜性，工作室聯合航空院校及研究所，共同研發了基于Matlab的結冰計算軟件，本期就著重對該款軟件進行詳細介紹。不清楚之前機翼結冰相關背景知識的小伙伴可以看這個鏈接回顧一下：
http://www.yqgqt.org.cn/content/post/536720
1。軟件背景介紹
這款結冰程序命名為Spring-Ice，結冰程序基于目前公開發表的結冰預測理論編寫而成，同時參考冰風洞試驗數據對程序進行了修正。該程序旨在提供一種臨界性與準確性兼顧的冰形計算工具（冰形計算器），以期應用于民機適航取證工作，作為Lewice、Fensap軟件的補充和驗證工具。
Spring-Ice結冰程序從2017年12月開始正式的編寫工作，至2018年3月完成水滴軌跡計算。
2018年6月流場的計算由有限元法變更為面元法。
2019年7月完成結冰模型程序的編寫。
2019年8月份完成與冰風洞試驗的對比以及界面制作。
2. 原理
Spring-Ice結冰程序主要模塊與原理如下：
1） 流場計算。流場計算采用面元法，提高了流場計算效率以及后續水滴軌跡的計算效率；
2） 水滴軌跡計算。采用拉格朗日法，并基于二分法預測水滴收集系數。目前針對二分法計算效率低的問題，研發團隊已經提出了特征線插值法，準備用于下一版本的軟件升級。
3） 結冰模型。基于經典Messinger結冰模型預測結冰量。
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云圖
在整個機翼防冰布局方案設計過程中，團隊在全機網格生成、流場計算、水機撞擊特性計算、二維結冰計算、計算結果后處理、混合翼設計、結冰參數相似性轉換，冰形三維成型都全面掌握應用。
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比如像Fensap三維結冰軟件，計算完水滴撞擊后，如果你想在數模上畫出撞擊范圍，就需要自己后處理，取多個剖面的結果。Spring3D軟件則要根據設計研發需求，直接給出可用的結果，避免過多的人工后處理操作。
20年6月份啟動的研發，那時我仍在西北，搞飛機試飛，當月就采用三維面元法解決了流場計算問題。
系列文章詳見：
飛機結冰的那些事（1）
飛機結冰的那些事（2） Spring-Ice結冰軟件介紹
Spring-ICE 結冰算法述評-（2）水滴軌跡計算
Spring-ICE 結冰算法述評-（3）水滴收集量計算
Spring-ICE 結冰算法述評-（4）番外：簡單面元法
最近看書不少，寫字很多。
心血來潮的看了一些古文，看了一些近現代文章。小時候其實學了不少好文章
結冰計算，流場先行。我們前面幾期也提到了這些，為了準備三維結冰算法，我第一步就是要做個三維流場計算工具。參考我之前做二維的經驗，這次還是選擇面元法。
本期就介紹下二維簡單面元法的實現，以及主題：讀書。
1 參考啥文獻？
我在第一次搞面元法的時候，翻閱了很多文獻和書籍。最直接的感受是，越是近年的資料越不說“人話”。
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接著上一期聊。
上回說到，水滴運動軌跡的計算。這一期就講，利用水滴軌跡的計算，得到翼面各區域一定時間內撞擊水量的計算，為下一步開展結冰熱力學算結冰量提供輸入。
最近這段時間一直在現場干體力活，這是我畢業兩年后再次長期干試驗。干的時候，腦子里經常閃現以前讀研天天泡在實驗室的場景，師兄弟們有說有笑，手里不停，嘴上不停。白天干累了，晚上喝喝酒，或者寫寫論文做做計算。畢業后的兩年，大部分時候都在辦公室
從結冰計算整個層面來說，所謂結冰就是水滴撞在機翼表面然后凍結的現象。水滴軌跡的計算，就是要搞清楚水滴會撞擊到機翼表面的哪些區域，每個區域水滴撞擊的量（即水滴收集量）是多少，為下一步的結冰物理計算提供輸入。
從算法的層面，水滴軌跡計算需要做以下工作：
（1）控制方程建立。說白了，水滴在流場中的運動，滿足什么方程。
（2）求解方程，計算軌跡。
在之前的有一期說到，由于飛機機翼結冰計算的復雜性，工作室聯合航空院校及研究所，共同研發了基于Matlab的結冰計算軟件，本期就著重對該款軟件進行詳細介紹。不清楚之前機翼結冰相關背景知識的小伙伴可以看這個鏈接回顧一下：
http://www.yqgqt.org.cn/content/post/536720
1。
計算難
下面這個圖是AC20-73A 中給出的八種不同結冰計算程序得到冰形與試驗結果的對比。稍微看下圖中的結果就能得出一個結論：不同程序得到的冰形可謂千奇百怪，差別甚大。計算想要跟試驗對的上，是很難的。由于對結冰機理的認知程度不深，當前尚無法建立可靠的結冰預測模型。
試驗難
既然計算預測難，那么做冰風洞試驗總可以了吧？抱歉，試驗的限制更大。
FENSAP-ICE涉及了飛機結冰中主要的五個方面：流場氣動計算、水滴撞擊計算、結冰計算、氣動力衰減及防、除冰熱傳導載荷計算。
