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: R21JTET10

利用分野: 技術習得方式

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• 責任者: 青山剛史, 航空技術部門航空機ライフサイクルイノベーションハブ
• 問い合せ先: 藤井愛実(m-fujii@moegi.waseda.jp)
• メンバ: 藤井 愛実

事業概要

現在, 大学/JAXA共同で, 極超音速旅客機実現に向けた研究が進められている. この計画の第一段階として, 実飛行環境下における機体/推進統合制御技術の実証を目的とし, 飛行実証実験HIMICO(High Mach Integrated Control Experiment)が計画されている. 超音速インテークは, 背圧を上昇させることで性能が向上することが知られているが, 過度な静圧上昇はバズと呼ばれる衝撃波の自励振動現象を誘起する. そのため, 超音速/極超音速旅客機の実現に向けてバズの抑制が必須である. そこで本研究では, バズの特性把握を目的とし, HIMICO用インテークを対象にバズの解析を行った.

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

インテーク内部の流れは複雑であり計算コストが大きいが, JAXAスーパーコンピュータの使用により複数条件での非定常解析が可能になった.

今年度の成果

HIMICO用インテークで発生するバズ現象の特性解明を目的に, 数値解析を行った. 今年度は, 乱流モデルを変更して解析を行い, 実験結果との一致を図った. DDES(SST-2003sust) , RANS(SST-2003)で解析を行った結果, バズの周波数はDDESでは62.1 Hz , RANSでは92.6 Hzとなり, DDESの解析結果が実験結果(66.8 Hz)とよく一致した. 図1にバズ発生中のエンジン内静圧の時間変化を示す. 図1から, RANSで解析を行った結果バズ周波数が増加した要因は, 静圧上昇期間が短くなることだと分かる. これは, 図2から分かるように, RANSではランプ表面に剥離が発生し, インテーク内部のマッハ数分布が大きく変化するためであった. このように, バズとは剥離が支配的な現象であり, 解析手法の選定が重要になることが分かった.

図1: バズ発生中のインテーク内静圧の時間変化

図2: インテーク内マッハ数分布(0.0025 s)

成果の公表

-口頭発表

1) Fujii, M., Hoshiya, Y., Fujimori, Y., Sato, T., Hashimoto, A., Takahashi, T., and Taguchi, H., Effect of the Turbulence Model on the Buzz Characteristics Occurring on the Air Intake for High-Mach Integrated Control Experiment (HIMICO), AIAA ASCEND, online, AIAA-2021-4164, Nov. 2021.

2) 藤井愛実, 佐藤哲也, 橋本敦, 田口秀之, 極超音速統合制御実験(HIMICO)用インテークの機体迎角特性に関する数値的研究, 第61回航空原動機・宇宙推進講演会, 米子, 3A07, 2022年3月(発表予定).

JSS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: 非該当
• プロセス並列数: 512 - 1024
• 1ケースあたりの経過時間: 90 時間

JSS3利用量

総資源に占める利用割合※1(%): 0.66

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)