低レイノルズ数・高マッハ数条件下での翼の流れ場, 及び空力特性の検討
JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2022年2月～2023年1月)
報告書番号: R22JACA18
利用分野: JSS大学共同利用
- 責任者: 森澤征一郎, 沖縄工業高等専門学校
- 問い合せ先: 森澤 征一郎(morizawa@okinawa-ct.ac.jp)
- メンバ: 森澤 征一郎, 松野 隆
事業概要
現在, 火星大気中や地球環境の成層圏のような高々度を飛行する無人航空機の研究が盛んに行われている. これらの環境では, 大気密度が地上付近と比べて非常に小さく, 大気温度も小さい. そのため, 流体力学的な流れ場は, 低レイノルズ数かつ高マッハ数となり, 既存の航空機の流れ場と大きく異なる. そのため, これらの航空機を設計するために必要な様々な空力データが必要とされる.
本研究の目的は, このような低レイノルズ数かつ高マッハ数条件下での空力特性と流れ場の関係を調べ, この条件下での特有の流体現象を明らかにする. さらには, 今後このような条件下で適した空力デバイスの設計を模索する.
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
CFDによる3次元形状に対するパラメトリックスタディは計算コストが非常に高い. そのため, スパコンのような大規模なメモリ及びCPUでの計算が不可欠であり, JSS3の利用は不可欠なものである.
今年度の成果
今年度は, 鳥類の形状を模倣し翼端を複数分岐させた隙間のある翼端デバイスwing_grid(図1)と同じスパン長さを有する矩形翼に関してマッハ数0.20(低亜音速・非圧縮性流れ)及び0.74(遷音速・圧縮性流れ)の計算を実施し, 両翼に関する空力特性の違いを考察した.
図2にwing_gridと矩形翼の空力係数の結果を示す. 図2(a)よりマッハ数0.74のwing_gridの揚力係数(CL)は, すべての迎角(AoA)で矩形翼のCLよりも小さく, 迎角が大きくなるにつれてこれらの翼のCL差は広がっている. 逆にマッハ数が0.20のときのwing_gridのCLは, すべての迎角でマッハ数0.74のときのこれらの翼のCL差は大きく, マッハ数0.20のときの迎角に対しても同様の傾向が観察された.
次に図2(b)よりマッハ数0.20と0.74のwing_gridの抗力係数(CD)は矩形翼のCDを上回り, マッハ数が0.20の両者のCD差はすべての迎角でほぼ同じであるが, マッハ数が0.74のそれは迎角が大きくなると小さくなり矩形翼のCDはwing_gridのそれに近くなっている. また, wing_gridのCDは迎角が大きくなるにつれて大きくなり, マッハ数0.74の矩形翼はマッハ数0.20の矩形翼より高くなる.
さらに図3にwing_grid有無の影響を評価するために, 迎角0°の正規した翼弦方向 (x/c) に対する圧力係数(Cp)の分布と迎角6°での正規化した垂直方向(z/t) のCp 分布を示す. その結果, 図3(a)よりwing_gridでは, 2段目以降のサクションループが欠落しているが, 第1段で大きな圧力差を生みだしている. 一方, 図3(b)より両翼で抗力ループのみが存在しており, 特にwing_gridのの各段での抗力ループが大きくなっている. 特に, wing_gridの第1, 第2段での抗力ループの面積が非常に大きいのが特徴的であった.
図1: 翼端デバイスwing_gridの計算格子
図2: wing_gridと矩形翼の空力係数
図3: 翼端付近での圧力係数の分布
成果の公表
-査読付き論文
Seiichiro Morizawa, and Shigeru Obayashi, "Investigation of a Planar Wing with Wing Grid using CRM.65.airfoil," Bulletin of National Institute of Technology, Okinawa College, No.16, pp. 61-72, 2022. ISSN:2345-2136.
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: 自動並列
- プロセス並列数: 1
- 1ケースあたりの経過時間: 300 分
JSS3利用量
総資源に占める利用割合※1(%): 0.00
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 | CPU利用量(コア・時) | 資源の利用割合※2(%) |
|---|---|---|
| TOKI-SORA | 58.67 | 0.00 |
| TOKI-ST | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-GP | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-XM | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-LM | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-TST | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-TGP | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-TLM | 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 | 169.17 | 0.15 |
| /data及び/data2 | 3438.33 | 0.03 |
| /ssd | 58.33 | 0.01 |
| アーカイバシステム名 | 利用量(TiB) | 資源の利用割合※2(%) | J-SPACE | 0.00 | 0.00 |
|---|
※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
| 利用量(時) | 資源の利用割合※2(%) | |
|---|---|---|
| ISVソフトウェア(合計) | 0.00 | 0.00 |
※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(2022年2月～2023年1月)