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: R25JTET36

利用分野: 技術習得方式

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: 青山剛史(aoyama.takashi@jaxa.jp)
• メンバ: 青山 剛史, 長川 稜希, 西 勇成, 西村 光人, 小笠原 寛人

事業概要

スペースプレーンのモデルベース設計手法を確立するとともに, 大気圏再突入カプセルや火星大気に突入する展開型柔軟エアロシェルの動的安定性に関する現象解明に基づいて安定性向上の改善策を考案する.

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

CFDによって, 全機スペースプレーンの空力解析やカプセルの動安定解析を実施するため.

今年度の成果

極超音速機概念設計向けCFDとして, FaSTAR を用いたハイブリッド非構造格子法を検証した. 衝撃波形状に適合するプリズム層を導入することで数値不安定性を解消し, OREX解析において構造格子と同等の衝撃波捕捉精度(抗力係数誤差+0.9%)と約8時間の解析時間を実現した. また, 極超音速流れ場に対する自動適応格子細分化(AMR)手法の基礎検証を行った. 航空部門で開発中のFaSTAR-AMR-REFINE( FaSTAR とNASAのAMRツール refine の連成)を用い, マッハ6.8の鈍頭円柱流れを解析した. 全テトラ格子では二次精度計算が困難なため, 衝撃波前方にプリズム層を配置したハイブリッド格子を導入することで, 衝撃波捕捉が改善され, 格子点数を約60%削減(600万→240万点)した.

カプセル動安定に関する研究では, はやぶさ2再突入カプセルの亜音速域における想定外振動の原因解明を目的として, 強制振動および自由振動の空力解析を実施した. その結果, 乱流モデルである URANS, DES, および IDDES の間で解析結果に大きな差異が生じることを確認した. また, 移動格子法と重合格子法の比較を目的として, 薄殻エアロシェルの一自由度自由振動計算を実施した. その結果, 移動格子法は重合格子法に比べて計算時間を20倍以上短縮できることを示した. さらに, 両手法とも風洞実験結果と定性的に一致し, 迎角振動の減衰を再現できることを確認した.

図1: 再突入実験機(OREX)周りの流れの等圧線図(上:本解析, 下:先行研究). ハイブリッド格子(右)は, 全テトラ格子(左)における不鮮明さを解消し, 構造格子を用いた先行研究と同等のシャープな離脱衝撃波を捕捉している.

図2: AMR適用前後における鈍頭円柱まわりのCp分布の比較

図3(ビデオ): はやぶさ型カプセルの強制振動中におけるマッハ数分布―後流で非対称な流れ場が見られた.

図4: 薄殻エアロシェルの1自由度自由振動に関する風洞実験結果と計算結果(移動格子法および重合格子法)の比較―迎角振動の減衰に関して, 両計算手法ともに風洞実験結果と定性的に一致する.

成果の公表

-査読なし論文

長川稜希, 金崎雅博, 青山剛史, 大山聖, 展開型柔軟エアロシェルの形状が空力動安定におよぼす影響, 流力/ANSS, 2025年7月.

西村光人, 北村圭一, 青山剛史, 大山聖, はやぶさ2カプセルの過振動現象理解に向けた亜音速1自由度振動の数値流体解析, 宇宙科学技術連合講演会, 2025年11月.

小笠原寛人, 小島良実, 青山剛史, 橋本敦, 極超音速機の概念設計における非構造格子を用いた数値計算の実用可能性に関する検討, 宇宙航行の力学シンポジウム, 2025年12月.

西村光人, 北村圭一, 青山剛史, 大山聖, はやぶさ2カプセルの亜音速1自由度振動解析におけるURANS, DES, IDDESの比較, 宇宙航行の力学シンポジウム, 2025年12月.

小笠原寛人, 小島良実, 青山剛史, 橋本敦, 極超音速機の概念設計における非構造格子を用いた数値計算の実用可能性に関する検討, 数値流体力学シンポジウム, 2025年12月.

長川稜希, 金崎雅博, 青山剛史, 大山聖, 大気突入カプセルの自由振動解析における移動格子法と重合格子法の比較, 数値流体力学シンポジウム, 2025年12月.

-口頭発表

長川稜希, 金崎雅博, 青山剛史, 大山聖, 展開型柔軟エアロシェルの形状が空力動安定におよぼす影響, 流力/ANSS, 2025年7月.

西村光人, 北村圭一, 青山剛史, 大山聖, はやぶさ2カプセルの過振動現象理解に向けた亜音速1自由度振動の数値流体解析, 宇宙科学技術連合講演会, 2025年11月.

小笠原寛人, 小島良実, 青山剛史, 橋本敦, 極超音速機の概念設計における非構造格子を用いた数値計算の実用可能性に関する検討, 宇宙航行の力学シンポジウム, 2025年12月.

西村光人, 北村圭一, 青山剛史, 大山聖, はやぶさ2カプセルの亜音速1自由度振動解析におけるURANS, DES, IDDESの比較, 宇宙航行の力学シンポジウム, 2025年12月.

小笠原寛人, 小島良実, 青山剛史, 橋本敦, 極超音速機の概念設計における非構造格子を用いた数値計算の実用可能性に関する検討, 数値流体力学シンポジウム, 2025年12月.

長川稜希, 金崎雅博, 青山剛史, 大山聖, 大気突入カプセルの自由振動解析における移動格子法と重合格子法の比較, 数値流体力学シンポジウム, 2025年12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: 240 - 1200
• 1ケースあたりの経過時間: 72 時間

JSS3利用量

総資源に占める利用割合※1(%): 1.08

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)