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: R16J0121

• 責任者: 五味 淳(有人宇宙技術部門 事業推進部)
• 問い合わせ先: 藤本 圭一郎(fujimoto.keiichiro@jaxa.jp)
• メンバ: 伊藤孝行,藤本圭一郎,王丸哲文
• 利用分類: 宇宙分野(ロケット,宇宙輸送)

概要

HTV搭載型小型回収カプセルのRCSスラスタと主流との干渉による局所的な熱流束について評価をおこなう.広範囲の気流条件下での各RCSスラスタ位置における熱流束分布を評価する.

目的

高忠実な数値シミュレーション技術に基づく空力・熱流束・伝熱・軌道解析の連成解析により,新しいロケット上段や衛星のミッション終了後のリエントリ安全評価やロケット上昇時の飛行安全評価法を獲得し,スペースデブリ問題などの宇宙開発における安全性の確保と性能の両立を実現させることを目的とする.

目標

高忠実な数値シミュレーションの解析ターンアラウンド時間を半減させ安全性評価において実用化させることで,新しい安全性評価法を構築するとともに,安全制約の緩和を実現することに貢献する.

参照URL

http://stage.tksc.jaxa.jp/jedi/index.html 参照。

スパコンの用途

数百ケースレベルの広範囲な気流条件下での空力・熱流束解析を実施する.

スパコンの必要性

定量的な安全性評価では広範囲なオフノミナル条件での複雑な物理現象を高精度に解析することが求められ,かつ安全性評価法やその結果は重要な機微情報であり,ハイスペックな独自のスーパーコンピュータが必須である.

今年度の成果

近年JAXAではHTV搭載型小型回収カプセルの技術実証プロジェクトや,先導研究における再使用型ロケットの研究など,次世代の宇宙輸送機や往還機に関する研究開発が盛んに行われている.

そのような研究開発では,広範囲にわたる気流条件での空力・熱流束評価が必須であり,特に流体解析は計算コストが高い代表例である.従って,本研究ではリエントリ安全性評価向けに開発してきた解析ターンアラウンド時間の短いCFDツール(LS-FLOW)を用いた設計検討支援を行っている.

とくに本事業では,HTV搭載型小型回収カプセルについて,RCSジェットと主流との干渉による局所熱流束の発生について,その大きさや表面分布をCFD解析し設計の前提条件データを取得した.本解析ではとくに予備解析段階として,Fig.1に示す複数のマッハ数条件下における極超音速カプセル周り流れ場の解析と,それをベースとしたFig.2に示す主流とRCSジェットとの干渉による熱流束評価を行った.

Fig.1:HTV搭載型小型回収カプセルの極超音速カプセル周り流れの解析

Fig.2:HTV搭載型小型回収カプセルのRCSジェット干渉による熱流束評価

成果の公表

査読なし論文

1) An analysis of illumination conditions by altitude for a landing site near the Lunar north pole, 48th Lunar and Planetary Science Conference (LPSC XLVIII)

http://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2017/pdf/1377.pdf

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: 234
• プロセスあたりのスレッド数: 4
• 使用ノード数: 30
• 1ケースあたりの経過時間(時間): 240
• 実行ケース数: 78

利用量

総仮想利用経費(円): 426,939

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)