衝撃波干渉を伴う飛翔体の超音速・極超音速空力特性
JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2019年4月～2020年3月)
報告書番号: R19JACA20
利用分野: JSS2大学共同利用
- 責任者: 北村圭一, 横浜国立大学
- 問い合せ先: 北村圭一(kitamura@ynu.ac.jp)
- メンバ: 北村 圭一, 瀧本 浩之, 長谷 尚央也, 八木沼 大翔
事業概要
衝撃波が発生する速度域では, 数値計算において様々な困難な点が存在するため, 得られていない知見が数多く存在する. この研究では, 衝撃波振動が発生する翼形状における高速バフェット条件, クラスタ化された低温プルームジェット干渉を含むロケット形状に対しての超音速一様流条件, 姿勢制御用サイドジェットを含む鈍頭形状物体に対しての極超音速一様流条件で数値計算を行う. これらを通して, 衝撃波が発生する広い速度域において流れ場の多角的な知見を得ることを目的とする.
参照URL
なし
JAXAスーパーコンピュータを使用する理由と利点
高速バフェットによる衝撃波振動の再現, 超音速流中の低温プルームジェット干渉の再現, 極超音速流/ジェット空力干渉による空力加熱率の再現は非常に不安定な計算であり, 時間的にも空間的にも高い解像度が要求され, 計算コストは膨大となる. 高精度な大規模計算を短時間で可能にする最新鋭のスパコンを用いることで, 研究速度を飛躍的に向上することができる.
今年度の成果
・Vortex Generatorによる高速バフェットの抑制
コード長c = 200 [mm]の遷音速2次元翼型NASA SC(2)-0518に対し, 一様流マッハ数M = 0.7, 翼弦長を代表長としたレイノルズ数Re = 5×10^6の条件でBlade型VGの各パラメータを変更し計算を行った(図1はVG位置Cv = 0.2 (= x/c), VG高さHv = 1.2 [mm], VG間隔Dv = 40 Hv (= 48 [mm]), VG長さLv = 4 Hv (= 4.8 [mm]), VG取り付け角Av = 20 [°]のケース). その結果, 垂直衝撃波とVGが干渉してるケースを基準とすると, Cvはより上流側に, Hvはより低く, Dvはより密に配置することで揚力が改善した. また, Lv, Avは流れ場には大きな影響を与えなかった.
・超音速流中の低温プルームジェット干渉
一様流マッハ数M=1.5の環境下における3次元飛翔体モデルのノズルから超音速ジェットを噴射し, このジェットと一様流の干渉の考察を行った. また本計算ではノズル個数を1, 2個と設定し, ジェット同士の相互作用にも着目した. その結果, 最もノズル間距離を大きくし, 一様流とノズルの側面が干渉するケース(図2参照)において, ジェットを付与した際に軸力が増加しないため, 推進性能の向上が見込まれる.
・ジェット空力干渉を伴う極超音速空力加熱計算
一様流マッハ数M=8.1の条件で, 全長L=120[mm], 曲率半径Rb=20[mm]の3次元鈍頭物体の後方に設置された2つのノズル(ノズル直径Dj=1.5[mm])から超音速ジェットを噴射し, ノズル間距離およびその配置を変更して数値計算を行った. その結果, 機体方軸向にノズルを配置した場合, ノズル間距離3.36Dj(計算ケースの中では最小)で熱流束ピーク値は最大となった. 図3は機体表面の熱流束コンターおよび表面流線を示している. なお, ノズル間距離によるジェット上流の流れ場に大きな影響はなかった.
図1: 圧力係数Cpで色付けされたQ値等高線図(Vortex Generatorによる高速バフェットの抑制)
図2: 最もノズル位置が離れたケースにおけるジェットを付与している際のマッハ数等値線図
図3: ノズル間距離3.36Djにおける機体表面熱流束コンターおよび表面流線(ジェット空力干渉を伴う極超音速空力加熱計算)
成果の公表
-口頭発表
長谷尚央也, 北村圭一, "サイドジェット空力干渉流れにおける極超音速空力加熱計算", 日本流体力学会 年会2019
JSS2利用状況
計算情報
- 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: 288 - 480
- 1ケースあたりの経過時間: 30 時間
利用量
総資源に占める利用割合※1(%): 0.33
内訳
JSS2のシステム構成や主要な仕様は、JSS2のシステム構成をご覧下さい。
| 計算システム名 | コア時間(コア・h) | 資源の利用割合※2(%) |
|---|---|---|
| SORA-MA | 2,498,744.81 | 0.30 |
| SORA-PP | 28,795.33 | 0.19 |
| SORA-LM | 12,351.37 | 5.16 |
| SORA-TPP | 0.00 | 0.00 |
| ファイルシステム名 | ストレージ割当量(GiB) | 資源の利用割合※2(%) |
|---|---|---|
| /home | 288.01 | 0.24 |
| /data | 9,670.26 | 0.17 |
| /ltmp | 2,343.75 | 0.20 |
| アーカイバシステム名 | 利用量(TiB) | 資源の利用割合※2(%) |
|---|---|---|
| J-SPACE | 2.97 | 0.07 |
※1 総資源に占める利用割合：3つの資源(計算, ファイルシステム, アーカイバ)の利用割合の加重平均.
※2 資源の利用割合：対象資源一年間の総利用量に対する利用割合.
JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2019年4月～2020年3月)