ARTICLE · 1200969
十二冰形来闯关:国产飞机结冰软件能算多准
关键词：飞机结冰，国产CAE，CFD，冰形，数据库，测试验证
在上一篇文章中，我们阐述一个观点：再牛的结冰软件也有算不好的工况。
所以放平心态，在能力范围内，能算成啥样算成啥样。
其实，就飞机结冰软件这个小众工业软件来说，要客观评价软件的水平并不难。
不需要找十几个专家评审，也不需要找大佬背书，更不需要看他们编制的测试报告。
把软件拿过来，找一个利益无关的计算流体力学方向的研究生，对照软件使用说明书，用12个工况的测试就可以看出真实的水平。
如果研究生看说明书，辅以一定的言语指导，他仍然无法掌握软件的使用，跑不通算例。
该软件直接Pass掉，垃圾滚粗。
如果12个算例，4小时的时间，从前处理到计算到后处理，没有做完。
该软件直接Pass掉，垃圾滚粗。
下面就以我们自己开发的Spring 2D结冰软件为例，开始测试，看看Spring 2D算的究竟准不准，和国外的软件的差距到底几何？
自研软件Spring 2D
1. 基础算例
为什么是12个算例呢？这是参考法国ONERA的测试方法：
(Description and assessment of the new ONERA 2D icing suite IGLOO2D.)
现在流传比较多的、有试验数据算例，其中一部分算例相对简单，不少结冰软件都能算的不错。
从这些简单的里面挑出6个典型的案例来，如果80%算的不错，就代表该软件具备结冰的基本模拟能力，达到合格水平。
还有一些公认的很难算准的明冰工况，再从里面挑出6个典型的。如果有一半算得不错，就是优秀。
下面这个就是ONERA挑出来的基础案例，其中IGLOO2D是他们新版求解器，ONICE2D是他们老板的求解器。
对于冰形准确性的评价，可以用冰角的高度和角度对比完成。更简单的方法是，对比冰角在升力方向上的投影高度（图中的箭头线）。
Case 1: NACA0012霜冰
第一个工况是NACA0012霜冰，这个工况是老演员了，几乎在90%的人的论文里出现过。
自研软件Spring 2D结果
法国ONERA结果
从结果看，我们的软件和法国ONERA的结果都可以和试验对的不错。
这一波，算平局。
Case 2: GLC305霜冰
第二个工况是GLC305霜冰，霜冰的模拟本身难度不高，大家都也能和试验对的上。
但是我们的软件结果，冰的长度更接近，这一波我们赢。
自研软件Spring 2D结果
法国ONERA结果
Case 3: NACA0012明冰
这个工况模拟的是NACA0012单羊角冰，也是各大论文里面的老演员。
从冰角高度、角度来说，我们的软件和试验吻合。
从冰形曲线与试验的贴合度来说，法国ONERA更好，所以这一波ONERA赢。
自研软件Spring 2D结果
法国ONERA结果
Case 4: NACA0012明冰
这个工况模拟的是NACA0012双羊角冰，从冰角高度、角度来说，无论是上冰角还是下冰角，我们的软件和试验吻合。
从冰形曲线与试验的贴合度来说，法国ONERA新版求解器更好。我们的结果比ONERA老版求解器强，但不如它的新版。
所以这一波ONERA赢。
自研软件Spring 2D结果
法国ONERA结果
Case 5: GLC305明冰
这个工况模拟的是GLC305双羊角冰，从冰角高度角度来说，无论是上冰角还是下冰角，我们的软件和试验吻合。
从冰形曲线与试验的贴合度来说，我们和法国ONERA结果差不多。
这一波平局。
自研软件Spring 2D结果
法国ONERA结果
Case 6: GLC305明冰
基础算例的最后一个工况是GLC305的单羊角冰。
我们的结果和法国ONERA的冰角高度都比试验低一些，但是整体还是对上了。
并且我们的结果更接近一些，所以这一局我们赢。
自研软件Spring 2D结果
法国ONERA结果
整体看，在基础算例部分，我们和试验对的还是不错的，软件达到合格水平。
在与法国ONERA软件的对比中：
平局2次，赢2次输2次。
整体打平！
2. 高阶算例
现在进入高阶算例，这里论文放了14个工况，实际展示了6个（划线部分）。
很多人都说NACA0012这种对称翼型，无论啥工况都好算。
实际上并不是这样，之所以有这种错觉，是前面基础案例中的两个老演员给大家的错觉。
因为每个人都用那两个算例做验证，都宣称对的很好。
对自己的算法比较自信的朋友，可以从下面的案例中找找不自信了。
Condition 3: NACA0012单羊角冰
工况3是NACA0012一个单羊角冰的工况。
先看试验吻合度：很明显我们的软件冰角、贴合度比LEWICE、法国ONERA都要好。
这一把我们赢。
这个工况很多代码之所以算的不好，是因为MVD使用了30，同时LWC来到了1.8。很多代码在MVD20+LWC0.5以内的组合里面混久了，导致这方面的验证不够。
自研软件Spring 2D结果
LEWICE(短虚线)、法国ONERA（中虚线、实线）结果
Condition 4: NACA0012双羊角冰
工况4是NACA0012一个双羊角冰的工况。
先看试验吻合度：很明显我们的软件冰角、贴合度比LEWICE、法国ONERA算的都要好。
这一把还是我们赢。
这个工况很多代码之所以算的不好，它是一个大弦长+高LWC+不算很低温的组合，不少代码在冰形识别的时候，会加一个经验组合公式判断冰形是偏霜冰还是偏明冰。当前这个组合很容易被误认为是偏明冰的组合，以致于算出个大羊角。
自研软件Spring 2D结果
LEWICE(短虚线)、法国ONERA（中虚线、实线）结果
Condition 7: GLC305双羊角冰
工况7是GLC305一个双羊角冰的工况。
也是最难的一个。
先看试验吻合度：我们的软件，能够对上下羊角，但是上羊角明显偏大。
LEWICE、法国ONERA则是上下都偏大。
这一把算我们赢。
我分析这个工况，大家算的不好，还是出在这个工况组合上，从温度看，容易误认成霜冰。
从弦长+LWC+充足的结冰时间看，又是个大明冰。但是试验做出来的冰角没那么大，可能是因为冰量大，冰角被吹断的原因。如果是这个原因，可能就要在模型中，考虑冰的强度问题。
自研软件Spring 2D结果
LEWICE(短虚线)、法国ONERA（中虚线、实线）结果
Condition 9: GLC305双羊角冰
工况9是GLC305一个双羊角冰的工况。
先看试验吻合度：各家软件都吻合的不错。
从冰形吻合度看，法国ONERA特调的50步（实线）结果吻合的最好，我们的软件其次。
这一波算ONERA赢。
自研软件Spring 2D结果
LEWICE(短虚线)、法国ONERA（中虚线、实线）结果
Condition 11: GLC305单羊角冰
工况11是GLC305一个单羊角冰的工况。
先看试验吻合度：很明显我们的软件最好
这一波我们赢。
自研软件Spring 2D结果
LEWICE(短虚线)、法国ONERA（中虚线、实线）结果
Condition 13: LTHS双羊角冰
最后出场的是重量级选手，LTHS翼型，公认的比较难算的翼型。该翼型的前缘对冰形非常敏感。
试验吻合度：很明显我们的软件最好
这一波我们赢。
自研软件Spring 2D结果
LEWICE(短虚线)、法国ONERA（中虚线、实线）结果
从高阶工况看，我们的软件赢5输1。
再结合基础算例的平局结果看，我们的软件在这12个算例的表现要明显强于法国ONERA和LEWICE。
3. 总结
以上评测仅限于12个工况的结果，后面我们会继续进行算例验证。
这就是我们软件开发了数据库的好处，所有算例都存入数据库，用户可以自己查看。
结果真实可复现，这一点很重要。
4. 欢迎咨询试用
试用途径：
1. 后台联系助理。
2. 填写试用申请表
3. 邮件接收软件包，按照步骤操作，和助理联系获取密钥。
最后，欢迎广大同仁就如下方向给我们投稿：
1） 力学；
2） 工业软件开发（CAE）；
3） 科研经历分享；
4） 工程经历分享；
5） 力学科普（名人事迹、技术科普）。
