JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2021年2月～2022年1月)

報告書番号: R21JA3304

利用分野: 航空技術

PDFはここからダウンロード

• 責任者: 牧野好和, 航空技術部門航空プログラムディレクタ付
• 問い合せ先: 杉浦 正彦(sugiura.masahiko@jaxa.jp)
• メンバ: 杉浦 正彦, 木村 桂大, 菅原 瑛明, 田辺 安忠, 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, 乱流モデルによる抗力係数の変化例を示す. 遷移モデルの適用により, 実験値の抵抗値に近づく傾向が確認できた.

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.

図1: 計算格子の様子

図2: 圧力分布計算例

図3: 乱流モデルによる抵抗係数値例

成果の公表

-口頭発表

「高速複合ヘリコプター用ロータブレードの翼端空力特性に関する実験および数値的検討」, 木村桂大, 杉浦正彦, 田辺安忠, 小曳昇(JAXA), 安田英将, 古本拓也(KHI), 第59回飛行機シンポジウム(オンライン), 2021年12月2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

JSS3利用量

総資源に占める利用割合※1(%): 0.59

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。

※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.

ISV利用量

※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(2021年2月～2022年1月)