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低コスト回転翼評価手法と火星探査ドローン向けブレードの空力最適設計

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: R23JACA59

利用分野: JSS大学共同利用

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  • 責任者: 金崎雅博, 東京都立大学
  • 問い合せ先: 金崎雅博(kana@tmu.ac.jp)
  • メンバ: 秦 力也, 長谷川 奈南, 金崎 雅博, 松野 隆, 西村 大生

事業概要

火星探査ヘリコプタや, 地上での可搬型無人ドローンなどでは, 収納性の制約から, 折り畳みが必要となる. 低コストなブレード評価法として, 翼素運動量理論に基づく手法があるが, 地上での高アスペクト比ブレードに対しては翼素の空力性能を75%スパン位置で代表させることで実用的な評価が可能とされてきた. その一方で, 火星環境でのブレードに対しては, 高Fidelityな数値流体力学と乖離した結果が観測されている. そこで, 本研究では代表断面の最適位置や, 翼素の空力係数を与えるための断面数を検証したうえで, 進化計算を用いた火星探査ドローン向けの最適設計を行った.

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

本研究では, 進化計算を用いた最適設計を実施する. 設計対象を断面翼型形状とするため, 翼素運動量理論に対し, 設計解ごとに2次元翼型評価が必要となる. 低コスト評価法であることによって, 進化計算の適用が可能となったものの, Navier-Stokes方程式を支配方程式とする数値計算であることから, JSS3の利用が必須である. 確認の計算のために, 重合格子法に基づく数値計算を実施する際にも, JSS3の能力が必要となる.

今年度の成果

展開収納を考え, 翼断面にCorrugated翼型(第1図)を用いることを検討した. Corrugated翼型の設計においては, ベイズ最適化であるEfficient Global Optimizationの援用を考えたが, ガウス課程回帰におけるover fittingなどの問題が観測され, 設計に利用できるカーネルの検討から行った. 具体的には, Matern kernelでユーザーが与えるパラメータである指数と獲得関数の探索パラメータを変化させ, 設計を試み, 良好と思われる組み合わせを見出した.

Annual Reoprt Figures for 2023

図1: Corrugated airfoilによる折り畳みを考慮したブレードと, 断面形状のCFD実施例.

 

Annual Reoprt Figures for 2023

図2: カーネルパラメータ選択のための検証

 

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: 32
  • 1ケースあたりの経過時間: 2 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 3772.69 0.00
TOKI-ST 52225.02 0.06
TOKI-GP 0.00 0.00
TOKI-XM 0.00 0.00
TOKI-LM 147.61 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 0.00 0.00
/data及び/data2 7485.00 0.05
/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 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

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) 67.37 0.03

※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)