JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2025年2月～2026年1月)

報告書番号: R25JDU10300

利用分野: 宇宙科学

PDF(準備中)

• 責任者: 野中聡, 宇宙科学研究所宇宙飛翔工学研究系
• 問い合せ先: 高澤秀人(takasawa.hideto@jaxa.jp)
• メンバ: 馬場 翔太郎, 飯田 怜央, 森本 智仁, 三木 嵩大, 高澤 秀人

事業概要

大気突入時において, カプセルは極超音速から亜音速に至る広範な速度域を飛行する. そのため, 厳しい空力加熱に曝されることや, 飛行姿勢が乱されるといった問題が生じる. したがって, これらの現象の解明および低減を目的として数値解析を実施し, 風洞試験や実飛行試験では取得が困難な詳細な流れ場情報に基づく検討を行う. 本年度は, 一軸自由振動下における風洞試験結果を数値的に再現し, 姿勢不安定性のメカニズムを明らかにする. なお, 本研究では深宇宙からのサンプルリターンを想定した薄殻カプセルを対象とする.

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

姿勢不安定性に関しては, カプセル背後に形成される後流が不安定化に影響することが知られている. さらに, この後流の数値的解像度に強く依存して振動の成長挙動が大きく変化することが報告されている. したがって, 不安定性現象を適切に捉えるためには, 空間高次精度化を図るとともに, 後流領域に十分に細分化した格子を配置する必要がある. すなわち, 大規模な三次元非定常解析が不可欠である. 本研究では, このような高負荷な計算条件に対応するため, スーパーコンピュータを用いた.

今年度の成果

マッハ1.3の流れ場下における風洞試験結果を再現するために, 同様の流れ場条件下で一軸自由振動運動と流れ場の練成解析を実施した. 図1に示す通り, 数値解析により風洞試験における振動の成長履歴を再現することができた. 一例として図2にマッハ数分布を示す. 超音速域のため, カプセル前面では衝撃波が形成されるとともに肩部から剥離した流れが膨張しながら後流に流れていること, カプセル背後に再循環領域が形成されていることが確認できた. カプセルの前面では, 運動により圧力の位相進みが形成され姿勢安定に寄与することが確認できた. 一方, カプセル背後では, 再循環渦の移流にかかる時間が遅れるという渦の位相遅れが形成されていた. これらは姿勢不安定に寄与しており, 前面と背面のバランスにより, 振動の成長が生じていることが示唆された.

図1: 迎角の振動履歴. 赤線は数値解析結果, 黒丸は実験における振幅履歴を示す.

図2: 迎角0度付近における0.4ms間の時間平均密度分布.

成果の公表

-口頭発表

高澤秀人, 吉雄忠行, 永田靖典, 山田和彦, 遷音速 1 軸自由振動下の流れ場が発散閾値に与える影響について, 令和7年度宇宙航行の力学シンポジウム, ISAS2025-SFMA-051, 2025.

高澤秀人, 松山新吾, 永田靖典, 山田和彦, 薄殻カプセルの1軸自由振動下姿勢運動過渡期における運動周波数の影響について, 3I14, 2025.

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 - 784
• 1ケースあたりの経過時間: 240 時間

JSS3利用量

総資源に占める利用割合※1(%): 0.65

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(2025年2月～2026年1月)