航空機・将来宇宙輸送機への水素燃料の適用技術の研究
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: R24JA2121
利用分野: 航空技術
- 責任者: 富岡定毅, 研究開発部門第四研究ユニット
- 問い合せ先: 田口秀之(taguchi.hideyuki@jaxa.jp)
- メンバ: 有吉 志満, 遠藤 悠, 藤井 愛実, 廣瀨 帆, 本郷 素行, 伊藤 大樹, 井上 拓, 菊井 碧斗, 小林 亮太, 木内 渉太, 百瀬 雅文, 宗像 利彦, 成田 知史, 中山 浩太郎, 中谷 辰爾, 尾身 興一, 大木 純一, 鈴木 歩都, 今村 俊介, 高松 俊介, 田口 秀之, 山口 慧, 吉田 凌大
事業概要
液体水素燃料を用いた極超音速予冷ターボジェットの推力制御方法と機体／推進統合制御方法を実証する. このため, 極超音速機と極超音速エンジンの相互干渉を加味した機体／推進統合制御技術の確立に向けて, 極超音速統合制御実験機の制御特性を取得する. また, 極超音速実用機の要求仕様を定義するとともに, 極超音速予冷ターボジェットの飛行実証を行うための極超音速実験機の設計仕様を提示する.
参照URL
「航空機・将来宇宙輸送機への水素燃料の適用技術の研究｜JAXA｜研究開発部門」参照.
JAXAスーパーコンピュータを使用する理由と利点
極超音速実験機の全機空力性能をCFDで取得する場合, 計算負荷が大きく, 計算時間が長く必要となるため.
NOxを含む反応性流体の計算では, 化学種が多く通常の計算機での詳細な計算が困難であるため.
今年度の成果
模型支持スティングを模擬した極超音速統合制御実験機のCFD解析を行い, スティングが空力特性に及ぼす影響の評価を行った. (図1)
HIMICO用インテークのランプ高さ駆動時におけるヒステリシスを評価するため, 重合格子を用いた駆動解析を実施した. （図2）
スクラムジェットエンジンモデル燃焼器の燃焼試験を対象とした数値解析を行い, 解析により得られた燃焼器上下壁面の圧力分布をもとにした燃焼器内部の状態を把握するセンサ配置のスパース最適化を実施した. （図3）
極超音速統合制御実験(HIMICO)用ラムジェットエンジンの背圧変化に伴う擬似衝撃波の挙動を調査するため, CFD解析を実施した. (図4)
図1: 極超音速統合制御実験機の風洞試験模型の周囲流（マッハ数分布, 迎角-15deg）
図2: 極超音速インテークのランプ角度変化に対応した内部流の変化（マッハ数分布）
図3: 極超音速インテークの背圧変化時の内部流の変化（マッハ数分布）
図4: 超音速燃焼器の内部流（マッハ数分布 およびスパース最適化の結果）
成果の公表
-口頭発表
木内渉太, 廣谷智成, 髙橋英美, 田口秀之, 手塚亜聖, ”極超音速統合制御実験機(HIMICO)のマッハ5空力特性試験におけるスティング支持の影響”, 第62回飛行機シンポジウム, 2024
髙松俊介, 藤井愛実, 有吉志満, 小林亮太, 佐藤哲也, 田口秀之, 髙橋政浩, 富岡定毅 ＂極超音速複合サイクルエンジンのインテーク流路形状の数値的設計検討” 第68回宇宙科学連合講演会,2024.
有吉志満, 藤井愛実, 髙松俊介, 小林亮太, 佐藤哲也, 廣谷智成, 田口秀之, 富岡定毅＂移動重合格子を用いた極超音速複合サイクルエンジンのインテーク内部流れにおけるヒステリシス解析”, 令和6年度宇宙輸送シンポジウム, 2025.
高松俊介,藤井愛実,有吉志満,小林亮太,佐藤哲也, 廣谷智成,田口秀之,髙橋政浩,富岡定毅 “ターボ・ラム/スクラム複合エンジンのインテーク流路設計に関する数値的検討” 日本航空宇宙学会北部支部２０２５年講演会ならびに第６回再使用型宇宙輸送系シンポジウム, 2025.
小林亮太, 佐藤哲也”非設計マッハ数におけるターボ・ラム/スクラム複合サイクルエンジンのインテーク流路の性能解析”, 関東学生会, 第64回学生員卒業研究発表講演会, 2025.
中山浩太郎, 中谷辰爾, 津江光洋,
”スクラムジェットエンジン燃焼制御のためのスパースセンシングに向けた研究”, 第68回宇宙科学連合講演会,2024.
中山浩太郎, 廣瀨 帆, 中谷辰爾, 津江光洋, 富岡定毅,
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: 1 – 2
- 1ケースあたりの経過時間: 30 時間
JSS3利用量
総資源に占める利用割合※1(%): 2.57
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 | 61870260.83 | 2.83 |
| TOKI-ST | 1428173.41 | 1.47 |
| TOKI-GP | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-XM | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-LM | 88709.99 | 6.40 |
| 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 | 1429.11 | 0.96 |
| /data及び/data2 | 400802.00 | 1.92 |
| /ssd | 5420.00 | 0.29 |
| アーカイバシステム名 | 利用量(TiB) | 資源の利用割合※2(%) | J-SPACE | 8.89 | 0.03 |
|---|
※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) | 13088.05 | 8.94 |
※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)