JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2016年4月～2017年3月)

報告書番号: R16J0027

• 責任者: 山本 一臣(航空技術部門 FQUROHプロジェクトチーム)
• 問い合わせ先: 伊藤 靖(ito.yasushi@jaxa.jp)
• メンバ: 山本一臣, 伊藤靖, 高石武久, 村山光宏, 坂井玲太郎, 平井亨, 田中健太郎, 雨宮和久, 中野彦, 石田崇
• 利用分類: 航空分野(航空機, 機体音響)

概要

現在, 高揚力装置及び降着装置に対する低騒音化技術は空港周辺地域の騒音低減を実現するために国際的にも注目されているが, FQUROHプロジェクトでは, その技術成熟度を, 将来の旅客機開発ならびに装備品開発に適用可能な段階にまで高めることを目的としている. これにより, 国内航空産業界における国際競争力強化に貢献するとともに, 空港周辺地域社会における騒音被害, エアラインの運航コスト (着陸料) の軽減に貢献する. FQUROHプロジェクトの目的の一つは, スパコン利用を前提に, 数値解析技術を用いて実用的な低騒音化コンセプトを探り, 低騒音化設計を行い, 実機で実証することである.

目的

「FQUROH（機体騒音低減技術の飛行実証）プロジェクト | 航空環境技術の研究開発プログラム（ECAT） | JAXA航空技術部門」参照。

目標

「FQUROH（機体騒音低減技術の飛行実証）プロジェクト | 航空環境技術の研究開発プログラム（ECAT） | JAXA航空技術部門」参照。

参照URL

「FQUROH（機体騒音低減技術の飛行実証）プロジェクト | 航空環境技術の研究開発プログラム（ECAT） | JAXA航空技術部門」参照。

スパコンの用途

本解析では風洞試験におけるReynolds数効果を確認し, また実験機の飛行特性に影響を与えない低騒音化デバイスを選別し, 想定されている飛行エンベロープ内で問題ないことを示すために実施した.

スパコンの必要性

スパコンを利用することで, 空力的に重要な部分は細部まで模擬した実機形状でのReynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) 解析を, 想定されている飛行エンベロープ内 (複数の迎角, 横滑り角を考慮する必要性) で, 想定されている複数の飛行形態 (フラップ舵角の設定の違い, 脚位置の違いなど) にて実施可能となった. 風洞試験のみでは困難な, 低騒音化デバイスの空力的な影響を事前に十分に評価し, 確認できた.

今年度の成果

2017年度に予定されているJAXAジェット飛行実験機「飛翔」を用いた2回目の飛行実証試験に向け, CFD解析結果を基に, フラップや主脚に低騒音化デバイスを装着した際に飛行性能や機体構造に大きな影響を及ぼさないものを選別した. フラップ舵角や脚位置 (展開状態または収納状態) を変えた実機を詳細に模擬した複数の機体形態に対し, 最大揚力係数が得られる迎角付近まで迎角を変化させた際, さらに迎角は固定し横滑り角を変化させた際の空力特性の変化を見積もるためのRANS解析を十分行うことができた. CFD解析結果を用いて飛行特性・飛行性能解析を実施し, 低騒音化デバイス搭載有無での空力特性変化が定量的にも十分小さいことを確認した. また, フラップ低騒音化デバイス有無での, 騒音発生に大きくかかわるフラップ端渦形成の違いや, 流れの剥離状況についても確認した.

Fig.1:低騒音化デバイスなし「飛翔」脚下げ, フラップ舵角35°形態 (迎角0°, 横滑り角10°, 風速175 kt): (a) 全圧等値面; (b) 表面流線とフラップ周りでの渦度x成分分布; (c) bの風下側内舷フラップ部分拡大図

Fig.2:2017年度飛行試験に向けたフラップ及び脚低騒音化デバイスあり「飛翔」脚下げ, フラップ舵角35°形態 (迎角0°, 横滑り角10°, 風速175 kt): (a) 全圧等値面; (b) 表面流線とフラップ周りでの渦度x成分分布; (c) bの風下側内舷フラップ部分拡大図

成果の公表

口頭発表

1) 山本一臣, 伊藤靖, 村山光宏, 坂井玲太郎, '機体騒音低減技術の飛行実証プロジェクトFQUROHにおけるCFD,' 第48回流体力学講演会/第34回数値シミュレーション技術シンポジウム, 石川県金沢市, 1C05 (JSASS-2016-2030-A), 2016年7月.

2) 伊藤靖, 村山光宏, 坂井玲太郎, 山本一臣, 田中健太郎, 平井亨, 'FQUROH予備実証に向けたCFD,' 第54回飛行機シンポジウム, 富山県富山市, 3G11 (JSASS-2016-5157), 2016年10月.

3) 坂井玲太郎, 高石武久, 横川譲, 伊藤靖, 村山光宏, 有薗仁, 山本一臣, 'FQUROH予備実証に向けた飛行性能への影響解析,' 第54回飛行機シンポジウム, 富山県富山市, 3G13 (JSASS-2016-5159), 2016年10月.

計算情報

• 並列化手法: ハイブリッド並列
• プロセス並列手法: MPI
• スレッド並列手法: OpenMP
• プロセス並列数: 108-432
• プロセスあたりのスレッド数: 8
• 使用ノード数: 14-54
• 1ケースあたりの経過時間(時間): 10-30
• 実行ケース数: 320

利用量

総仮想利用経費(円): 47,781,418

内訳

注記: 仮想利用経費=2016年度設備貸付費用の単価を用いて算出した場合の経費

JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2016年4月～2017年3月)