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旅客機機体騒音低減技術飛行実証(FQUROH-2)低騒音化設計研究

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: R23JDA101R21

利用分野: 航空技術

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  • 責任者: 青山剛史, 航空技術部門航空プログラムディレクタ
  • 問い合せ先: 高石 武久, 航空技術部門 航空プログラムディレクタ付 旅客機機体騒音低減技術飛行実証(FQUROH-2)部門内プロジェクトチーム(takaishi.takehisa@jaxa.jp)
  • メンバ: 高石 武久, 村山 光宏, 伊藤 靖, 石田 崇, 小島 良実, 山本 一臣, 田中 健太郎, 平井 亨, 中野 彦

事業概要

今後の航空旅客需要予測に対応して, 日本の空港国際競争力を強化し, 乗客の利便性を向上させるため, 主要空港では離発着回数を増やすことが検討されている. このような背景の中で, 空港周辺地域の騒音低減を実現するため, 航空機の高揚力装置及び降着装置から発生する機体騒音を低減する技術の成熟度を高める必要がある. 本プロジェクトでは, 国内空港へ就航する機体を数多く製造する海外機体メーカと旅客機機体騒音低減技術の実用化を目指す活動の一環として, 旅客機を用いた飛行実証計画の立案を行う. また, 国内メーカとも連携しながら機体騒音を低減するため, スパコン利用を前提に数値解析技術を用い, 実用的な低騒音化設計を旅客機に対し行う. 本事業コードでは, スパコンを用いて主にLarge/Detached Eddy Simulation (LES/DES) による先進的な大規模数値解析を実施し, 騒音発生源の詳細把握や騒音予測, 低騒音化デバイスの形状設計を行った.

参照URL

http://www.aero.jaxa.jp/research/ecat/fquroh/ 参照.

JAXAスーパーコンピュータを使用する理由と利点

機体騒音低騒音化という課題に対し, スパコン利用を前提として, 最新の数値解析技術を用いた低騒音化設計を積極的に活用することにより技術成熟を加速し, フィデリティの高い設計技術開発を飛行試験によりデモンストレーションすることを目的としている. スパコンを利用した大規模かつ高忠実度な数値解析により, 風洞試験のみでは困難な, 詳細な物理現象の把握を基礎にした低騒音化設計を行うことが可能となる.

今年度の成果

旅客機着陸進入時の主騒音源のひとつである主翼前縁のスラットに対し, 非定常CFD解析を行い, 騒音評価を実施した. 飛行実証機向けに低騒音化設計を行った低騒音化デバイスの評価を機体騒音予測ベンチマーク問題に用いられる30P30N翼型に対しても実施し, 翼型・スラット形状・配置の違い等による騒音低減量に対する影響を評価した (図1). また, 本プロジェクトでは, 開発した機体騒音低減技術を旅客機に適用して飛行実証することに加え, 同じ技術が一般的な機体形状に対しても有効であることを示すため, 最新の旅客機形状を模擬した離着陸形態の標準模型 (High-Lift Common Research Model – CRM-HL) に対して適用し, 騒音低減量を評価する事を計画している. CRM-HLでの非定常CFD解析と騒音評価では, これまでの直交格子上で格子ボルツマン法を用いた空力騒音解析に加えて, 階層型直交格子上でNavier–Stokes方程式を基にした解析手法の評価を進めており, その基礎検証を行った.

Annual Reoprt Figures for 2023

図1: 30P30Nスラットトラック周りでのヘリシティー等値面と表面圧力変動

 

成果の公表

-査読なし論文

Yamamoto, K., Tanaka, K., Hirai, T., and Murayama, M., “A Numerical Study on Noise Generation Caused by Slat Tracks,” AIAA Paper 2023-4478, AIAA AVIATION 2023 Forum, San Diego, CA, June 2023, DOI: 10.2514/6.2023-4478.

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: 192 – 256
  • 1ケースあたりの経過時間: 18 時間

JSS3利用量

 

総資源に占める利用割合※1(%): 0.13

 

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 20757198.76 0.94
TOKI-ST 252037.92 0.27
TOKI-GP 0.00 0.00
TOKI-XM 0.00 0.00
TOKI-LM 3783.36 0.29
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 55.94 0.05
/data及び/data2 18881.96 0.12
/ssd 669.34 0.06

 

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 714.27 2.57

※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) 403.51 0.18

※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)