飞机在结冰气象条件下飞行时，云层中的过冷水滴撞击到飞机表面会产生结冰。结冰导致的飞行事故时有发生，需要对飞机的关键结冰区域（机翼前缘、发动机进气道唇口、驾驶舱风挡）进行防冰、除冰保护。由于航空设备的特殊性以及气象条件的复杂性，通过反复的试飞实验对飞机防冰系统进行系统的评估将耗费大量的人力和物力。传统的冰风洞实验除了成本因素外，对真实飞行工况的还原度也比较有限。这迫切需要搭建更方便和高效的虚拟验证环境，减少并蕞终代替传统的试飞实验，在飞行前对飞机防冰系统进行虚拟测试与验证。

 

技术难点：

   民机防冰性能分析系统需要包含流体、传热等多种物理模型，能够进行外部流场、水滴撞击、外部对流换热系数、溢流水、内部管道流、内部流场计算，以及实现内外热耦合计算，完成飞机防冰系统性能的数值模拟，完成与试验数据的比对分析，自动生成分析报告等功能。具体而言需要解决以下技术难点：

   1. 内外流场耦合计算，防冰计算需要综合考虑外流场、水滴撞击特性以及内流场、管路流动以及蒙皮传热，内外场结果需要在蒙皮内外表面耦合，实现内外流场的全耦合计算

   2. 求解效率，飞机整机模型内外流场全耦合计算运算量巨大，求解时间较长，需要优化数值求解算法，加速数值模型收敛时间，提高软件求解效率。

   3. 数模兼容性，民机防冰性能分析系统需要广泛兼容不同机型的机翼、短舱、风挡等多个部位的防冰计算需要，同时兼容热气防冰、电加热防冰的计算需求。软件接口兼容性，民机防冰性能分析系统同时需要兼容主流数模格式、以及需要提供与主流CAE软件的接口，实现数值结果的调用和数据传递。

 

解决方案：

   中仿科技具有丰富的网格插值处理技术。防冰计算平台将基于内外流场数据插值，构建多维空间的索引结构，实现网格节点的近邻查询和快速匹配。对内外流场节点，根据坐标值，划分数据结构，构建平衡二叉树，把整个空间划分为特定的几个部分。采用基于K邻近搜索（k-Nearest Neighbors Search）的反距离加权插值（Inverse Distance Weighted Interpolation）方法对界面数据进行插值映射。

   防冰仿真平台通过采取有效的流体计算技术和软件工程化技术，保证计算的精度和效率。采用温度场残差实时监测、计算步长、松弛因子智能调节的计算方法，提高耦合计算的精度，加快计算进程。

   民机防冰性能分析系统采用高效的矢量运算库数值计算软件编程技术，充分发挥系统的计算能力，把计算速度提高到蕞高，满足求解速度的高要求。基于MPI、OpenMPI、Intel TPP等并发编程方式引入多线程和多核计算能力，从而使求解器具有并行计算能力，能够利用多核CPU大幅提高计算效率。

   民机防冰性能分析系统预留广泛的接口，支持多机型数值模型的导入，对机翼、风挡和短舱内流场模型分别建模，保证系统平台的兼容性。民机防冰性能分析系统预留与主流CAE软件接口，支持外部模型以及数值结果导入和导出。打通数值交换通道。

 

中仿优势：

   欧盟认证标准的参数化几何建模，并完全拥有版权专利，完全兼容外部导入几何。

   欧盟认证标准的网格划分技术，并完全拥有版权专利，完全兼容外部导入网格；

   自主求解器开发，优化计算效率和精度；通用大数据接口，支持数据导入、绘制曲线、计算功能；先进的网格数据插值技术，插值速度提升10倍；高度集成的专业平台，同时提供代码开放与功能拓展；

实施效果：

   通过中仿的努力，顺利实施并完成了某飞机设计单位民机防冰性能分析系统的建设

   该平台正在发挥其强大的虚拟实验功能，实现了分级防冰性能综合评估验证的功能

   优化了测试手段，提高了测试效率及可靠性

 

某公司使用民机防冰性能分析系统对某型号的飞机进去了防冰仿真计算

       某公司经国务院批准成立，由国务院国有资产监督管理委员会以及其他国资单位共同出资组建，是由国家控股的有限责任公司。该公司于2008年5月11日在上海揭牌成立，总部设在上海。该公司是实施国家大型飞机重大专项中大型客机项目的主体，也是统筹干线飞机和支线飞机发展、实现我国民用飞机产业化的主要载体，主要从事民用飞机及相关产品的科研、生产、试验试飞，从事民用飞机销售及服务、租赁和运营等相关业务。该公司利用民机防冰性能分析系统对某型号的飞机进行了防冰的仿真计算，其中该型号飞机的机翼、进气道整流罩主要采用了气热防冰，驾驶舱以及水和厕所排泄系统采用了电热防冰，风挡采取了机械除冰以液体防冰。根据仿真的计算结果，该公司改进了此型号飞机的防冰系统，让其更好的在寒冷天气中运行，降低了由于结冰而造成的危害性。

图为：机翼防冰模拟内部热传递系数分布

图 为：防冰系统物理建模

图 为：机翼防冰模拟（Level-Set function φ at t = 420s）