高速回転翼機技術研究
JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2020年4月~2021年3月)
報告書番号: R20JA3304
利用分野: 航空技術
- 責任者: 牧野好和, 航空技術部門航空システム研究ユニット
- 問い合せ先: 田辺 安忠(tan@chofu.jaxa.jp)
- メンバ: 田辺 安忠, 菅原 瑛明, 杉浦 正彦, 木村 桂大, 竹川 国之
事業概要
高速回転翼機の機体コンセプトの一つとしてコンパウンド・ヘリコプタがある. 高速飛行を行うコンパウンド・ヘリコプタでは, ブレード前進側の圧縮性を考慮して, 通常よりも遅くロータを回転させる. その際, ブレード後退側では, 逆流域と呼ばれるブレード後縁側からの主流となる領域が広がる. このような通常とは異なる流れ場でも, ホバリング性能と高速性能を両立できるブレード形状が求められている. 本事業では, JAXAで最適化したロータの空力性能を数値シミュレーションで確認することを目的としている.
参照URL
https://www.aero.jaxa.jp/research/star/rotary/ 参照.
JAXAスーパーコンピュータを使用する理由と利点
【理由】多くのシミュレーションケースがあり, 効率的に結果を得るために必要.
【利点・便益】メモリを多く必要とする大規模シミュレーションが行え, 結果が効率的に得られる.
今年度の成果
最適化したロータ(ハイミューロータ)の翼端形状について数値シミュレーションを行った. 数値シミュレーションはJAXAで開発している回転翼CFDツールrFlow3Dを用いた. 計算格子は移動重合格子法を用いている. 図1にシミュレーションに用いた格子の様子を示す. 重合格子はブレード格子, 内側/外側背景格子で構成されている.
空力特性を把握するために, ハイミューロータ3種類(ベースライン, 後退角あり, 前進角あり)と既存のヘリコプタロータの翼端部の性能計算を行った. ロータのトリム条件を考慮し, 翼端部でのマッハ数と迎角を変化させた. 図2に実験値と比較した計算例を示す. 圧力分布を非常に精度よく計算できていることがわかる. また, 図3には, 表面の流れを可視化した例を示す. 表面には剥離に伴う渦が形成されているが, 実験でも同様の現象を確認できた.
本数値シミュレーションにより, 総合的に空力性能を比較した結果, 後退角を有するハイミューロータが最も性能が高いことがわかった.
成果の公表
-口頭発表
「高速複合ヘリコプタ用最適ロータブレードの翼端空力特性」, 杉浦正彦, 小曳昇, 田辺安忠, 菅原瑛明, 木村桂大(JAXA), 竹川国之(菱友システムズ), 第58回飛行機シンポジウム(オンライン), 2020年11月27日
JSS利用状況
計算情報
- プロセス並列手法: 非該当
- スレッド並列手法: OpenMP
- プロセス並列数: 1
- 1ケースあたりの経過時間: 140 時間
JSS2利用量
総資源に占める利用割合※1(%): 0.29
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 | 101,553.56 | 0.02 |
SORA-PP | 324,001.02 | 2.54 |
SORA-LM | 65.83 | 0.04 |
SORA-TPP | 59,698.71 | 5.63 |
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 | 3,603.33 | 3.30 |
/data | 6,886.43 | 0.13 |
/ltmp | 955.59 | 0.08 |
アーカイバシステム名 | 利用量(TiB) | 資源の利用割合※2(%) | J-SPACE | 6.24 | 0.21 |
---|
※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.
JSS3利用量
総資源に占める利用割合※1(%): 0.42
内訳
JSS3のシステム構成や主要な仕様は、JSS3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(%) |
---|---|---|
TOKI-SORA | 132,577.81 | 0.03 |
TOKI-RURI | 545,759.93 | 3.12 |
TOKI-TRURI | 154,024.03 | 12.41 |
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 | 4,602.21 | 3.15 |
/data | 12,181.43 | 0.20 |
/ssd | 1,082.17 | 0.57 |
アーカイバシステム名 | 利用量(TiB) | 資源の利用割合※2(%) | J-SPACE | 6.24 | 0.21 |
---|
※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(2020年4月~2021年3月)