極超音速境界層の数値シミュレーション
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: R23JEG60100
利用分野: 研究開発
- 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: 八柳秀門(yatrsuyanagi.shuto@jaxa.jp)
- メンバ: 八柳 秀門
事業概要
大気圏再突入機の表面における乱流遷移は Thermal Protection System (TPS) 設計を左右する重要な問題である. 乱流境界層の熱伝達率は層流境界層のそれと比べて数倍高くなるため, 遷移位置は TPS の重要な設計パラメータとなる. 現状, 大気圏再突入機の乱流遷移プロセスは未解明であり, 実設計では全飛行経路において乱流境界層を仮定し, 過剰なTPS重量を許容している. 本事業の目的は, JSS3上での数値シミュレーションにより大気圏再突入機の乱流遷移プロセスを解明し, TPSの軽量化に資する知見を得ることである.
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
乱流遷移現象は気流中の微小擾乱の成長過程と深く関わっており, その数値計算には高い時空間解像度が求められる. 高次精度計算スキームはもとより, JSS3のような大規模計算リソースの利用が本事業には必要不可欠である.
今年度の成果
高温極超音速流における擾乱成長および乱流遷移過程のシミュレートを可能とする時空間高次精度計算手法を構築した(図1).
鈍頭物体上の擾乱成長過程における自由流擾乱の影響を評価した. Kelvin-Helmholtz (KH) 不安定性と考えられる2次元波が発達する様子が捉えられた(図2)ものの, 崩壊には至らず, 壁面熱流束に与える影響も小さかった(図3). 現在は, 壁面粗さが擾乱成長過程に及ぼす影響の評価および壁面粗さが誘起する擾乱と自由流擾乱とのカップリングに関する数値解析に取り組んでいる.
図1: Mach 7.7 条件におけるアポロカプセル模型周りの高温極超音速流れ
図2: 流体温度で色付けされた壁近傍のQ値等値面(Q =1e-4)
図3: アポロカプセル模型のヒートシールド側の熱流束分布
成果の公表
-口頭発表
1) 八柳秀門, 丹野英幸, “超軌道膨張波管 HEKーX の気流特性に関する研究,” 令和5年度宇宙航行の力学シンポジウム, (2023).
2) 八柳秀門, 丹野英幸, “鈍頭物体まわりの境界層遷移に関する数値シミュレーション,” 2023年度衝撃波シンポジウム, (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: 非該当
- プロセス並列数: 912 – 3264
- 1ケースあたりの経過時間: 72 時間
JSS3利用量
総資源に占める利用割合※1(%): 0.65
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 | 17699196.03 | 0.80 |
| 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 | 0.00 | 0.00 |
| /data及び/data2 | 15310.50 | 0.09 |
| /ssd | 0.00 | 0.00 |
| 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(2023年2月～2024年1月)