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: R16J0057

• 責任者: 水書 稔治(東海大学工学部)
• 問い合わせ先: 水書 稔治(mizukaki@keyaki.cc.u-tokai.ac.jp)
• メンバ: 水書稔治, 小田切太郎, 比護悠介, 田中進夢, 久保田崇由, 加藤明里, 名取翔太
• 利用分類: 基礎分野(数値解析)

概要

火星など大気を有する惑星への探査機の着陸時に利用する超音速パラシュート周囲では衝撃波の非定常振動が発生する場合があり, 時として, 大振動によりパラシュートの機能不全を引き起こす. 本研究では, このような衝撃波の大振動の発生メカニズムを解明する実験結果を考察するための数値解析手法の確立と, 大振動に至らせないためのパラシュート設計に貢献することを目標としています. 現象の理解のために, 単純化したパラシュート形状での解析手法を確立し, 実際の形状への適用に発展させる.

目的

超音速流中の前向き空洞周囲での衝撃波振動は, 航空宇宙分野において, 様々な場面で発生する. 本研究は, これら極めて非定常な流れ場が作り出す現象を数値的に解析し, 実験結果の定量的考察を補完するとともに, 実験困難な条件での結果予測に用いる解析手法を確立する.

目標

惑星探査機用空力減速装置としての超音速パラシュート周囲での衝撃波振動の発生プロセスを解明し, 衝撃波振動を回避可能なパラシュート設計に寄与する.

参照URL

「東海大学 水書研究室ホームページ」参照。

スパコンの用途

貴機構開発の流体解析ツールFaSTARを利用するにあたり, JSS2上での実行が当方の利用形態にもっとも適合したものであると判断した.

スパコンの必要性

貴機構開発の流体解析ツールFaSTARを効率的に利用するには, 一般のパーソナルコンピュータ上で利用することは適切ではないこと. また, 本研究が解析対象とする流れ場は, 非定常3次元解析が必要となるため, 計算資源を多く必要とするため, 並列化と大規模記憶装置が利用可能なスパコンでの実行が必要とされる.

今年度の成果

FaSTAR利用のためのアカウントが, 2016年10月からであったこと, 本年度から新規利用であったことなどから, JSS2の基本的操作の理解・習得, 計算環境の確立などに手間取り, 実質的な解析作業を始めることができていない. そのため, HOME-Madeプログラム(非並列)による流体計算を実行し, 結果を得ることで, JSS2システムの利用方法に習熟した.

今後のFaSTARによる流れ場解析として, 超音速流中の前向きキャビティ(空隙)前方に発生する離脱衝撃波の不安定振動に関する3次元解析を実施する. これは, 惑星探査機の空力減速装置として歴史的に利用されている超音速パラシュート周囲で発生する衝撃波振動を解析する基礎研究の一環として実施する. これにより得られた結果は, 離脱衝撃波背後の音響擾乱が, 衝撃波挙動に与える影響を解明することに寄与できる.

Fig.1:Mach2の超音速機流中に設置したスパイクを有する前向き凹型物体周囲での衝撃波振動. 前向き凹型物体は, 直径D, 深さLの円形断面である. L/Dをパラメータとして0.2, 0.5, および1.0の場合の解析結果. コマ間隔は, 100μs.

成果の公表

口頭発表

1) Mizukaki, T., Yamada, K.: Characteristics of Self-Sustained-Shock Pulsation around a Forward-facing Concave with Spike, 55th Aerospace Science Meeting. AIAA-2017-0090, 2017

計算情報

• 並列化手法: 非並列
• プロセス並列手法: 非該当
• スレッド並列手法: 非該当
• プロセス並列数: 1
• プロセスあたりのスレッド数: 1
• 使用ノード数: 1
• 1ケースあたりの経過時間(時間): 20
• 実行ケース数: 16

利用量

総仮想利用経費(円): 132,817

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)