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: R22JCWU07

利用分野: 連携大学院

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• 責任者: 沖田耕一, 研究開発部門第四研究ユニット
• 問い合せ先: 富岡定毅(研究開発部門第四研究ユニット)(tomioka.sadatake@jaxa.jp)
• メンバ: 富岡 定毅, 西口 拓伸, 久保崎 滉太, 伊藤 竜大, 八田 翔太

事業概要

完全再使用の宇宙輸送システムの実現によって輸送コストを劇的に引き下げ, 宇宙利用の拡大を図る. 完全再使用化で要求されるシステム重量余裕を, 飛行中の空気を吸い込むエアブリージングエンジンの搭載で実現する. エアブリージングエンジンのコアとなるスクラムジェットエンジン及びロケットエンジンと組み合わせた複合エンジンの性能予測をCFDで可能とするために, 特に剥離を伴う複雑な燃焼器内反応流れや反応を伴う再生冷却通路流れのCFDによる予測手法を確立する.

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

燃焼器においては超音速・亜音速の混在する複雑流れに燃焼反応が組み合わさっており, 冷却通路においては超臨界・亜臨海の混在する複雑流れに熱分解反応が組み合わさっている. いずれの流れもCFD計算には大きな計算資源が必要で, JAXAスパコンを利用することである程度の期間で計算解を得て, 更に計算手法の改良などを行える.

今年度の成果

・デュアルモード燃焼器において燃料を2段噴射した場合の燃料種が燃焼特性に与える影響評価を目的としてCRUNCH CFDを用いてRANS/LES ハイブリット法による非定常解析を行った.

その結果燃焼時の静温分布に違いが観察され, 燃料種による燃焼特性の変化が確認できた(図1).

・スクラムジェット空気取入口に起因する気流の不均一性が燃焼器内の燃焼状態に及ぼす影響を調べるためCFD++を利用したRANS定常解析を行い, 実験結果と併せて燃焼状態に影響を与える要因の考察を行った.

その結果, 境界層厚さの違いが燃焼器内での燃焼領域を変化させ, 圧力分布にも違いが生じることが示された. また, CFD解析結果は境界層の薄いケースではキャビティ前縁ランプから火炎が壁面に沿って上流へ遡り, キャビティ部の火炎形状が変化することを再現した.

図1: RANS/LES ハイブリット法による燃料2段噴射時におけるデュアルモード燃焼器の静温瞬時場 (1段目燃料:φ=0.4相当, 2段目燃料:φ=0.1相当)

成果の公表

-査読付き論文

Nishiguchi, H., et.al., 'Unsteady Numerical Analysis of a Dual-Mode Scramjet Combustor with Cavity,' Trans. JSASS (accepted).

-口頭発表

西口拓伸, 小寺正敏, 小林完, 富岡定毅, "2段噴射型デュアルモード燃焼器の燃料種と燃焼特性に関する研究, "日本航空宇宙学会北部支部2023年講演会ならびに第4回再使用型宇宙輸送系シンポジウム, 宮城, 2023年3月

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: 32 - 9600
• 1ケースあたりの経過時間: 60 時間

JSS3利用量

総資源に占める利用割合※1(%): 0.94

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(2022年2月～2023年1月)