JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2024年2月～2025年1月)

報告書番号: R24JDU10308

利用分野: 宇宙科学

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• 責任者: 澤井秀次郎, 宇宙科学研究所宇宙飛翔工学研究系
• 問い合せ先: 丸祐介(maru.yusuke@jaxa.jp)
• メンバ: 丸 祐介, 宮崎 翼, 松山 新吾, 三木 佑真, 大野 匠海, 渡辺 大貴, 渡部 翼

事業概要

地球大気を積極的に有効利用する宇宙輸送システムの実現に必要な技術研究を実施する. 具体的には, 空気吸い込み式エンジンのためのエアインテークの設計研究を実施している.

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

JAXAの解析ツール（FaSTAR, CHARIOT）をJSS上で実行し, インテークの流ればの解明を行っている. FaSTARは, 条件を様々に変えて行う流路の設計研究に用いている, 一方, CHARIOTは, 流れ場の物理現象の丁寧な解明に用いている. どちらも, 大規模な計算となるため, スパコンの利用が必須となっている.

今年度の成果

(1)Busemannの方法により, 理論的に導出した形状に対し, 軸対象境界層積分方程式に基づいて境界層厚さを推算し, その分だけ補正を行った. この補正によるインテーク始動性に対する効果を, FaSTARを用いて検証した. また, スロートより下流の亜音速ディフューザー部の形状設計は, FaSTARにより試行錯誤で行った（図1）

(2)Busemannインテークを, 軸対称ロケット形状に搭載するため, アーチ型の断面を持つBusemannインテークを設計し, 機体搭載状態での流れ場の特性を評価した（図2）

(3)FaSTARによる風洞実験条件での流れ解析は, 圧力分布で風洞実験結果と比較した場合, 大きな傾向はよく再現できている一方で, 特にインテーク入口付近の圧力分布は, 定性的にも定量的にも不一致が大きかった. この要因を探るため, より高忠実なLES解析をCHARIOTを用いて実施した.

図1: 風洞実験模型を対象とした, 境界層補正等の形状設計の効果

図2: 軸対象ロケット形状に搭載した, アーチ型インテーク周りの流れば解析

図3: 高忠実なLES解析の結果の一例

成果の公表

-口頭発表

1) Yuma Miki, Tasuku Miyazaki, Kiyoshi Kinefuchi, Yusuke Maru, Hiroaki Kobayashi, Shinichiro Tokudome and Tetsuya Sato, "Mass Capture Ratio Evaluation of Supersonic Busemann Intake for ATRIUM Combined Cycle Engine," 16th International Space Conference of Pacific-basin Societies (ISCOPS), Obihiro, Japan, November 2024.

2) Yusuke Maru, Tetsuya Sato, Katsuyoshi Fukiba, Kiyoshi Kinefuchi, Shingo Matsuyama, Study of Three-dimensional Air Inlet Ingesting Boundary Layer for Vertical Take-off and Landing Reusable Rocket, 16th International Space Conference of Pacific-basin Societies (ISCOPS), Obihiro, Japan, November 2024.

3) Yusuke MARU, Kazuma MATSUMOTO, Daiki WATANABE, Tetsuya SATO, A three-dimensional streamline-traced air inlet for the reusable sounding rocket with the air turbo rocket engine, 26th ISABE conference, ISABE-2024-125, October 2024, Toulouse.

4) 杵淵紀世志, 三木佑真, 宮崎翼, 丸祐介, 小林弘明, 徳留真一郎, 佐藤哲也「ATRIUMエンジン超音速Busemannインテークのスケール効果と流量捕獲率評価」第68回宇宙科学技術連合講演会, 姫路, 2024年11月.

5) 宮崎翼, 三木佑真, 杵淵紀世志, 丸祐介, 小林弘明, 徳留真一郎, 佐藤哲也「超音速Busemannインテークの高精度吸込流量評価」第22回日本流体力学会中部支部講演会, 岐阜, 2024年10月.

6) 渡辺 大貴, 丸 祐介, 佐藤 哲也, 松本 和真, 宇都宮 大地, 大野 匠海, ATRIUMエンジン用Busemannインテークの境界層補正による性能改善, 第68回宇宙科学技術連合講演会, 1J14, 2024年11月, 姫路

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
• 1ケースあたりの経過時間: 8.3 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。

※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

※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(2024年2月～2025年1月)