収納・進展性を考慮した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(2024年2月～2025年1月)
報告書番号: R24JACA59
利用分野: JSS大学共同利用
- 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: 金崎 雅博, 河野 日香, 松野 隆, 中川 巧, 徳尾野 陸
事業概要
本研究では, 火星探査ヘリコプタをロケット輸送に適した大きさ・形状に収納するためのロータブレードの概念として, 厚みの薄いCorrugated翼型を利用したブレードを考案し, 空力・推進の観点で数値計算と最適設計を行った. 最適設計では二次元の翼型評価に基づく運動量理論による評価と, ベイズ最適化による大域的探索を行い, NASAの火星ヘリコプターに対して優秀な翼型を得た. 最適設計の結果を三次元の重合格子法によるCFDにより, 確認を行うとともに, 構造成立性の基本的な評価も行い, 解が有望であることを確認した.
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, 大域的最適化法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
本研究では, 前年度の検討の結果から, ベイズ最適化の一つであるTree-structured Parzen Estimatorによる翼型最適設計を実施した. その結果, 初期翼型や比較の基準としたNASAの火星ヘリコプターに用いられる翼型よりも空力性能のよいCorrugated翼型を取得した. これを実際に回転翼ブレードに用いた例を重合格子法によるCFDにより評価（図1）し, 凹凸が剥離の抑制などに有用であることが理解された.
図1: Corrugated翼型によるブレードに対するCFDの結果.
成果の公表
-口頭発表
徳尾野 陸, 金崎雅博, 玉置義治, 今村太郎, 「低レイノルズ数環境における回転翼機への適用に向けたcorrugated 翼型の最適設計」, 第68回宇宙科学連合講演会, 4I18, 姫路市, 2024年11月.
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(%): 0.14
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 | 3229461.33 | 0.15 |
| TOKI-ST | 191407.37 | 0.20 |
| TOKI-GP | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-XM | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-LM | 4069.43 | 0.29 |
| 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 | 2535.00 | 0.01 |
| /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) | 608.62 | 0.42 |
※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)