基于matlab的Spring-ICE 结冰算法述评-翼型前处理

1 Spring-ICE结冰软件简介

之前在往期的文章里，简单介绍过。此处再提下。

这款软件的功能是要完成翼型在特定飞行工况、气象工况下的结冰冰型的预测。

1)要完成冰型的预测，就必须先计算流场，拿到速度分布的数据。

2)其后，我们假定翼型前方有大量过悬浮小水滴，在流场的推动下，水滴往翼面上撞击，从而确定出，翼型哪些地方被水撞到了，撞到了多少。

3)最后，根据热平衡，计算这些水冻结多少，流到翼面其他地方多少。

4) 水冻成冰以后，翼面的边界上长出冰了，这时候，流场发生变化，再重复上述的步骤，继续结冰。

这里面主要的大块，是流场计算、水滴撞击的计算、热平衡的分析。要想把这个过程成功的实施并衔接得当，还要完成诸如翼型几何的处理、冰型的生长更新等多个零散的细节难点。

再进一步，你还希望别人拿过来就能很快用起来这个软件，那么就需要便捷的操作，越简单越好。这就意味着，算法的鲁棒性、强大的前后处理都要非常完备。

再再进一步，你还想要它算的足够准，那就需要足够的试验数据来校准算法。

Spring-ICE基本上走完了上面的步骤。今天就先介绍下它的翼型前处理算法。

Spring-ICE LOGO

pring-ICE 操作界面

2 翼型前处理—过密点的稀疏化处理

Spring-ICE首先加了对过密点的稀疏化处理模块。之所以做这个处理，是为了防止过密点影响计算效率。经过测试，100—150个点左右，足够保证计算精度。Spring-ICE没有对过少的点做加密处理，是因为大部分的从业者，在做网格时，都有着网格不能太粗的常识。

稀疏化的处理方法如下：

1)   定义一个参考长度，这个相当于是一个衡量是否过密的标尺，如果你希望整个翼型节点在150左右，那么这个参考长度就可以定为翼型总弧长的1/150。

2)   从尾缘点开始，逐个进行如下步骤：

n  固定住当前点，向下搜索，逐个确定处于参考长度内的点。

n  消除参考长度内的点。

3)   更新翼型点。进入下个循环

参考标尺示意

稀疏化后的结果

3 翼型前处理—前缘区域的加密

稀疏化处理后，可能会面临前缘点布置不够精密的问题。为此对前缘点进行适当加密。这个加密不是说在两个点直接加一个中点。我们知道，节点连在一起是折线，直接在折线上加点，意义不大。所以需要通过样条曲线，完成加密。

思路如下：

1)   搜索出前缘加密区的点，你可以定义前5%或者10%作为加密区。Spring-ICE定义的是5%。

2)   建立加密区样条；

3)   根据样条函数，通过极坐标方式完成新的点排布。

4)   用新的加密点替换原来翼型的加密区。

加密后的结果

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