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: R16J0046

• 責任者: 北村 圭一(横浜国立大学)
• 問い合わせ先: 青柿 拓也(aogaki-takuya-rf@ynu.jp)
• メンバ: 北村圭一, 青柿拓也, 山形龍介
• 利用分類: 宇宙分野(ロケット, 宇宙輸送)

概要

再使用ロケットを模擬した細長形状に対して数値解析を行った. 本研究により, 従来の実験からは得られなかった機体周りの詳細な流れ場の取得を行い, さらに空力特性との関係を明らかにすることができた. この結果をもとに空力デバイスや形状の検討を行い, より良い空力特性を得ることが今後の課題である.

目的

再使用ロケットなどの細長物体の周囲の流れ場が機体の空力特性に与える影響の解明と, より優れた形状の提案.

目標

現在提案されている形状について数値解析を行い, 機体周りの流れ場が空力特性に与える影響を定量的に考察する. その後, 空力デバイスの付加や形状変更などを行い, より良い空力特性が得られる機体形状を提案する.

参照URL

なし

スパコンの用途

過去の研究により, 本計算には少なくとも1000万要素を要することがわかっている. このような大規模な計算を行う上で計算時間を大幅に削減するためJSS2を利用した.

スパコンの必要性

大規模な計算を行う上で計算時間を大幅に削減することが必要であったため, JSS2を利用した.

今年度の成果

再使用ロケットを模擬した細長物体形状に対して数値計算を行い, 流れ場と空力係数の取得を行った. 図1に示すように, 各迎角におけるピッチングモーメント係数は実験値と良く一致した. 90°以下の迎角では図2に示すような2種類の渦が発生することを新たに発見した. ここで, これらの渦は同じ方向に回転しており, V2はV1の二次渦ではない. 図3は90°以上の迎角における可視化結果を示しており, 機体後流側で縦渦と剥離泡が発生していることがわかる. これらの剥離泡や縦渦が空力特性に大きな影響を及ぼしていることを解明した.

図1:ピッチングモーメント係数

図2:迎角40度

図3:速度勾配テンソルの第二不変量等値面

成果の公表

口頭発表

1) Aogaki, T., Kitamura, K., and Nonaka, S., ‘Computational Study of Aerodynamic Characteristics of Reusable Rocket at High-Angle-of-Attack,’ AIAA Paper 2017-1212, 55th AIAA Aerospace Sciences Meeting (AIAA SciTech 2017), Grapevine, TX, Jan. 2017.

2) 青柿拓也, 北村圭一, 野中聡, ‘再使用ロケットの大迎角飛行における数値解析, ‘平成28年度宇宙航行の力学シンポジウム, 2016.

3) 青柿拓也, 北村圭一, 野中聡, ‘再使用ロケットの大迎角飛行時の空力特性に関する数値解析, ‘第48回流体力学講演会/第34回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム(ANSS), 2016.

計算情報

• 並列化手法: プロセス並列
• プロセス並列手法: MPI
• スレッド並列手法: 非該当
• プロセス並列数: 1024
• プロセスあたりのスレッド数: 1
• 使用ノード数: 32
• 1ケースあたりの経過時間(時間): 30
• 実行ケース数: 50

利用量

総仮想利用経費(円): 4,080,125

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)