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: R25JDU10301

利用分野: 宇宙科学

PDF(準備中)

• 責任者: 小林弘明, 宇宙科学研究所宇宙飛翔工学研究系
• 問い合せ先: 佐藤紫衣, 帝京大学(25fm100170x@stu.teikyo-u.ac.jp)
• メンバ: 佐藤 紫衣

事業概要

現在JAXA/ISASでは大気アシストロケットと呼ばれる, 再使用観測ロケットの研究開発が進められている. この機体はロケットエンジンとエアターボエンジンが組み合わさったATRIUMエンジンを搭載する. このエンジンは1次燃焼として水素/酸素をFuelリッチの状態で燃やし, 2次燃焼器でその燃料と取り込んだ空気で2次燃焼を行うものである. 帝京大学ではこの2次燃焼器に着目し, サブスケール試験器を使用して燃焼試験を行ってきた. 試験より, 燃料ガスが通る円管部の先端に工夫(燃料噴射部先端形状)を施すと, 2次燃焼器の燃焼効率は向上することが判明し, その効率は100%に近づいてきている. しかし, 先端形状の寸法による影響の度合い, また実機サイズではなく, サブスケールで実験を行っていることによる影響など, 未解明な点もある. そこで数値流体解析を行い, サブスケール試験器における2次燃焼器のメカニズムおよび, スケール変更の影響の解明を目的とする.

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

本研究では, 複雑な形状である燃料噴射部先端形状の周囲の流れおよび, 燃焼現象を3次元で解析する. 計算にはCHARIOTを使用し, 複雑な燃焼現象を扱うため, 大規模計算を行うことができるJSS3を使用した. また, JSS3ではPointwiseを使用することができ, 格子分けを行う際に使用した.

今年度の成果

チュートリアルとして, 同軸型噴射器を使用したサブスケールのシングルエレメント燃焼器を想定して, スパコンで格子作成, 数値計算を行った. これらの作業はJAXA有識者よりご指導をいただきながら進めた. 格子はPointwiseを用いて61,750セルで作成し, ドメインは18で分割した(図1). 計算はCHARIOTで行い, 水素, 酸素を燃焼させたときの, 燃焼温度, 速度, 圧力, 発熱率, モル分率を取得した. 図2は取得した温度の分布である. 襞状に火炎が広がっていることが確認できる.

次に, 帝京大学のサブスケール試験器で行った燃焼試験を再現するべく, 最もシンプルな噴射部形状である突起を対象として解析を進めた. まず, 実際の3次元解析を行う前に2次元で解析を進めることにした. チュートリアルと同様にPointwiseを用いて, 合計89ドメイン, 217,500セルの格子を作成した(図3および図4). JAXA有識者の意見を踏まえ, 突起部分の格子は細かく, バッファ領域の格子は粗く作成し, 格子のサイズがスムーズに変化するようにした. 現在は境界条件をつけ終わり, CHARIOTで計算を行っている最中である.

今後は, 3次元で突起形状の解析を進める. その後, 実際に燃焼効率が高かった形状での解析を進めていき, サブスケール試験器内でどのような現象が起こっているのか, 形状変更が燃焼効率に対してどのような影響を及ぼしているかを明らかにしていく.

図1: 同軸型噴射器の格子

図2: 水素/酸素の燃焼における温度分布

図3: 2次燃焼器(突起)の格子

図4: 突起部の拡大図

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: OpenMP
• プロセス並列数: 1 - 13
• 1ケースあたりの経過時間: 1.5 時間

JSS3利用量

総資源に占める利用割合※1(%): 0.00

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)