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: R24JACA60

利用分野: JSS大学共同利用

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• 責任者: 宮路幸二, 横浜国立大学
• 問い合せ先: 宮路 幸二(miyaji@ynu.ac.jp)
• メンバ: 兵頭 和希, 宮路 幸二, 髙柳 賢一郎

事業概要

CFDを用いて, 高速飛翔体の静的・動的な姿勢安定性を評価する. 特に, JAXAを中心に複数の大学で共同研究開発が進められている極超音速統合制御実験機（High-Mach Integrated Control experiment, HIMICO）を解析対象とする. 汎用的で高い精度が期待できるが計算負荷の大きなCFD解析と, CFDの表面格子を利用した簡易的な極超音速Newton流れ解析を比較する. 軌道計算, 姿勢制御において必要な動安定微係数を取得するために, 精度と効率を両立する計算手法を調べる.

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

複雑な形状の高速飛翔体まわりの定常・非定常なCFD空力解析のために, 高速なスパコンが必要である. JSS3では自主開発コードだけでなく, JAXAから利用提供を受ける解析ツールの実行も可能である.

今年度の成果

(図1)に機体形状（エレボン舵角-30°）と計算格子を示す. (図2)に, 飛行マッハ数5において迎角αを変化させた場合の, 揚力係数CL, 抗力係数CD, 重心まわりピッチングモーメント係数Cmの変化を示す. 中実のシンボルがCFDの解析結果である. また, 中空のシンボルと実線で示すより多くの解析結果が, 極超音速Newton流れ近似によるものである. Newton流れでは表面格子のみが必要であり, 通常は粗い格子が用いられるが, CFD用の密な表面格子をそのまま用いた. 幅広い迎角で, 両手法の空力係数の一致は概ね妥当であるが, 迎角0付近の静安定性（Cmの傾き）に差異が見られる. また, ここに示さないが, マッハ数3程度では, 両者の不一致が拡大する.

(図3)は, 舵角無し, エレボン舵角を左右逆に（機体ロール制御）, またラダー舵角も組み合わせた場合など, 6つの舵面形状において, 迎角変化に対するピッチ動安定微係数の変化を示すものである. 計算負荷の小さいNewton流れ近似は多数ケースの結果を示し, CFDは迎角20°の結果のみ示す. CFDにおけるピッチ動安定微係数は, 重心まわりにピッチ方向定常回転運動を行なった場合のピッチングモーメントより求める. 異なる回転角速度qに対するCmの変化量より, 有限差分によりd(Cm)/dqを求める. 2つの解析手法の比較では, 両者の一致は良好と言える. しかし, やはりマッハ数の低下とともに不一致が生じること, また, Newton流れ近似は, 他の縦動安定微係数（迎角時間変化に対するCmの変化率）を求める手法の開発が必要である.

図1: エレボン舵角を有するHIMICO形状と計算格子

図2: 縦空力特性のCFDと極超音速Newton流近似の比較

図3: 縦動安定微係数のCFDと極超音速Newton流近似の比較

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: 非該当
• プロセス並列数: 72 - 576
• 1ケースあたりの経過時間: 8 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。

※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)