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: R16J0079

• 責任者: 沖田 耕一(研究開発部門 第四研究ユニット)
• 問い合わせ先: 小寺 正敏(kodera.masatoshi@jaxa.jp)
• メンバ: 高橋政浩,小寺正敏,植田修一,福井正明,宗像利彦,高橋正晴
• 利用分類: 宇宙分野(宇宙輸送)

概要

宇宙輸送システムの大幅な低コスト化のために,ロケットの再使用化が考えられている.しかしながら構造寿命を長くするために比較的低いエンジン出力で作動させる必要があり,打ち上げ能力の低下につながる.したがって,それを補う手段としてロケットと空気吸込み式エンジンの複合サイクル(RBCC)エンジンが有望視されている.大気中の空気を酸化剤として利用することにより高効率となり,再使用化でも打ち上げ能力の維持向上が期待できる.本事業では,RBCCエンジンの実用化に向け鍵となる技術の研究開発を行う.

目的

将来の宇宙輸送システムに求められる項目として低コスト化および高効率化が挙げられており,これらを満たす可能性のある推進エンジンとしてロケットと空気吸込み式エンジンであるラム・スクラムジェットの複合サイクル(RBCC)エンジンについて研究することを目的とする.

目標

最終目標はRBCCエンジンを用いた二段式宇宙輸送(TSTO)システムの実用化であるが,その前段階として地上実験および飛行実験による同エンジンの技術実証を当面の目標とする.

参照URL

なし

スパコンの用途

スパコンは,実験のみでは得られる情報が不十分であるため,エンジン設計に重要な内部流れ構造の詳細を解明するため及びエンジンの作動特性を調査するためのCFD実行に使用される.

スパコンの必要性

地上実験によるエンジン設計の問題点として,以下の点が挙げられる.1)離陸から超高速域までの様々な気流条件を再現するには限界がある.2)測定値が限られエンジン内部の複雑な3次元流れ構造を把握できない.3)時間・費用が限られるためエンジン流路形状を容易に変更できない.したがって設計ツールとして3次元CFDの活用が必要不可欠であり,数多くのCFDを効率良く実行するためにスパコンが必要となる.

今年度の成果

課題1

高分子炭化水素熱分解燃料の反応機構簡易化に関し,東北大学と共同研究を実施した.今年度はジェット燃料の熱分解故後のサロゲート燃料としてNASAが提案したメタン・エチレン混合気に関する簡易反応機構を数種類構築し,2次元超音速燃焼せん断流れを対象として詳細反応機構を用いたCFD結果との比較による検証を行った.

課題2

LS-FLOWソルバのスクラムジェット燃焼流解析への適用準備を進め,炭化水素燃料(エチレン)を用いたスクラムジェット燃焼器試験を対象とした検証計算に着手した.

Fig.1(課題1):簡易反応機構の検証結果:2次元超音速燃焼せん断流れのCFD

Fig.1(課題2): 燃焼器内温度の断面分布

Fig.2(課題2):燃焼生成されたH2Oの断面分布

成果の公表

なし

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: 32, 320
• プロセスあたりのスレッド数: 1
• 使用ノード数: 1, 10
• 1ケースあたりの経過時間(時間): 10, 250
• 実行ケース数: 2, 20

利用量

総仮想利用経費(円): 14,139,221

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)