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航空機・将来宇宙輸送機への水素燃料の適用技術の研究

JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2023年2月~2024年1月)

報告書番号: R23JA2121

利用分野: 航空技術

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  • 責任者: 富岡定毅, 研究開発部門第四研究ユニット
  • 問い合せ先: 田口秀之(taguchi.hideyuki@jaxa.jp)
  • メンバ: 尾身 興一, 藤井 愛実, 桑原 宥希, 田中 凜太郎, 中山 浩太郎, 木内 渉太, 髙木 希望, 有吉 志満, 菊井 碧斗, 廣瀨 帆, 吉田 凌大, 高松 俊介, 成田 知史, 中谷 辰爾, 百瀬 雅文, 南部 太介, 岡村 直行, 大木 純一, 今村 俊介, 本郷 素行, 田口 秀之

事業概要

液体水素燃料を用いた極超音速予冷ターボジェットの推力制御方法と機体/推進統合制御方法を実証する. このため, 極超音速機と極超音速エンジンの相互干渉を加味した機体/推進統合制御技術の確立に向けて, 極超音速統合制御実験機の制御特性を取得する. また, 極超音速実用機の要求仕様を定義するとともに, 極超音速予冷ターボジェットの飛行実証を行うための極超音速実験機の設計仕様を提示する.

参照URL

https://www.ard.jaxa.jp/research/hydrogenfuel/hydrogenfuel.html 参照.

JAXAスーパーコンピュータを使用する理由と利点

極超音速実験機の全機空力性能をCFDで取得する場合, 計算負荷が大きく, 計算時間が長く必要となるため.

NOxを含む反応性流体の計算では, 化学種が多く通常の計算機での詳細な計算が困難であるため.

今年度の成果

極超音速統合制御実験(HIMICO)用ラムジェットエンジンの横滑り角特性を調査するため, CFD解析を実施した. (図1)

CFDを用いてエレボン及びラダーを変角させた操舵形態における極超音速統合制御実験機の空力特性の評価を行った(図2).

水素ラム燃焼器のNOxを含む化学反応場の解析を過濃条件と希薄条件の双方で実施した. (図3)

複合エンジン用インテークのインテーク切り替え時の性能評価を行うため, CFD解析を実施した. (図4)

Annual Reoprt Figures for 2023

図1: ラムジェットインテーク内部流(横滑り角付与, マッハ数分布)

 

Annual Reoprt Figures for 2023

図2: 極超音速統合制御実験機の周囲流(Mach 5)

 

Annual Reoprt Figures for 2023

図3: 水素希薄/水素過濃ラム燃焼器燃焼場(NO濃度分布, 温度分布)

 

Annual Reoprt Figures for 2023

図4: 複合エンジン用インテーク内部流(インテーク切り替え, マッハ数分布)

 

成果の公表

-口頭発表

成田知史, 藤井愛実, 桒原宥希, 田中凜太郎, 鈴木歩都, 有吉志満, 髙松俊介, 佐藤哲也, 髙橋英美, 田口秀之, 廣谷智成, 小島孝之, 極超音速ラムジェットインテークの非設計点における性能及び内部流れ構造に関する研究, 令和5年度 宇宙輸送シンポジウム, 2024

桒原宥希, 鈴木歩都, 成田知史, 田中凜太郎, 有吉志満, 髙松俊介, 佐藤哲也, 髙橋英美, 田口秀之, 極超音速統合制御実験(HIMICO)用ラムジェット用インテークの非設計点における内部衝撃波構造に関する実験的調査, 宇宙航行の力学シンポジウム, 2023

木内渉太, 廣谷智成, 髙橋英美, 田口秀之, 手塚亜聖, 「極超音速統合制御実験機(HIMICO)の舵効きに対する空力的相互干渉の影響」, 令和5年度宇宙航行の力学シンポジウム, 2023

中山浩太郎, 尾身興一, 廣瀬帆(東京大学), 田口秀之(JAXA), 瀧澤兼吾, 中谷辰爾, 津江光洋(東京大学), 「希薄および過濃条件下での水素ラム燃焼におけるNOx生成に関する研究」, 第63回航空原動機・宇宙推進講演会/北部支部2024年講演会/第5回再使用型宇宙輸送系シンポジウム,2024

田中凜太郎, 藤井愛実, 有吉志満, 髙松俊介, 佐藤哲也(早稲田大学), 髙橋英美, 廣谷智成, 田口秀之, 富岡定毅(JAXA), 「ターボラム/スクラム複合エンジン用インテークの空力設計と切り替え時の性能評価」, 第63回航空原動機・宇宙推進講演会/北部支部2024年講演会/第5回再使用型宇宙輸送系シンポジウム,2024

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: OpenMP
  • プロセス並列数: 1 – 2
  • 1ケースあたりの経過時間: 30 時間

JSS3利用量

 

総資源に占める利用割合※1(%): 1.52

 

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。

計算資源
計算システム名 CPU利用量(コア・時) 資源の利用割合※2(%)
TOKI-SORA 36820036.43 1.66
TOKI-ST 1109947.85 1.20
TOKI-GP 0.37 0.00
TOKI-XM 0.00 0.00
TOKI-LM 79.65 0.01
TOKI-TST 0.00 0.00
TOKI-TGP 0.00 0.00
TOKI-TLM 0.00 0.00

 

ファイルシステム資源
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 1485.79 1.23
/data及び/data2 426698.25 2.63
/ssd 9160.88 0.87

 

アーカイバ資源
アーカイバシステム名 利用量(TiB) 資源の利用割合※2(%)
J-SPACE 13.75 0.05

※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

ISVソフトウェア資源
利用量(時) 資源の利用割合※2(%)
ISVソフトウェア(合計) 4652.71 2.10

※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(2023年2月~2024年1月)