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水素将来宇宙輸送機の研究開発

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: R23JDG10105

利用分野: 研究開発

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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: 小寺 正敏(kodera.masatoshi@jaxa.jp)
  • メンバ: 福井 正明, 藤尾 秩寛, 井上 拓, 小寺 正敏, 奈良 知璃, 小川 秀朗, 新本 みゆ, 高橋 正晴

事業概要

高速二地点間宇宙輸送システムが将来の民間宇宙ビジネスにおいて有望視されている. 本事業では, 極超音速水素エンジン技術, 特にターボジェットエンジンとスクラムジェットエンジンの複合サイクルエンジンに関する切替制御技術を完成させ, 民間事業者に技術移転することで, 上記宇宙輸送システムの実現に寄与する.

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

極超音速水素エンジンを宇宙輸送システムのエンジンとして使用するには, 加速上昇時における幅広い飛行速度範囲で作動を確認する必要がある. しかしながら地上試験設備ではすべての飛行条件を模擬することは不可能であり, CFDによる補完が必要である. また, エンジンサイクルの切り替えには, 個々のエンジン特性のみならず, システム全体の検討が必要である. それにはCFDデータベースを利用した最適化アルゴリズムの適用が効果的である. 以上の課題を効率的に取り組むには膨大な計算機リソースが必要となるため, JSSの利用が不可欠である.

今年度の成果

(1) JSS3を利用して, 商用CFDソルバーCFD++を用いてスクラムジェット燃焼器の数値計算を100ケース実施した. この計算結果を用いて, 設計変数から燃焼器性能(燃焼効率・推力・圧力比等)を予測する機械学習モデルを作成し, モデルベースの多目的設計最適化を実施した. (図1)

(2) スクラムジェットエンジン用に, 壁面設置型燃料噴射器の最適化を行うことを目的として, 噴射孔形状, 噴射圧, 噴射角度をランダムに変化させた1000ケースからなるCFDデータベースを作成した. (図2) また, 縦渦導入型燃料噴射器の最適化を行うことを目的として, ランプ角度, 噴射孔間隔, 当量比を変化させた430ケースからなるCFDデータベースを作成した.

Annual Reoprt Figures for 2023

図1: 2次元キャビティつきスクラムジェット燃焼器の多目的最適化結果

 

Annual Reoprt Figures for 2023

図2: 壁面設置型燃料噴射器のCFDデータベース例(左:噴射孔形状, 中央:対称面マッハ数分布, 右:燃焼器出口H2分布)

 

成果の公表

なし

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: 256 – 512
  • 1ケースあたりの経過時間: 12 時間

JSS3利用量

 

総資源に占める利用割合※1(%): 0.01

 

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 89644.31 0.00
TOKI-ST 345.78 0.00
TOKI-GP 0.00 0.00
TOKI-XM 0.00 0.00
TOKI-LM 54.01 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 112.02 0.09
/data及び/data2 2061.43 0.01
/ssd 0.00 0.00

 

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 4.13 0.01

※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) 432.31 0.20

※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)