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: R25JU0902

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: 大山聖(oyama.akira@jaxa.jp)
• メンバ: 有馬 佳奈, 飯田 怜央, 飯田 悠生, 黒田 悠哉, 倉田 昇祈, 武川 光李, 桃井 蓮, 大山 聖, 大西 龍汰郎, 清水 健二, 澤田 健, 竹内 玲温

事業概要

火星ドローンの空力設計など高速流体力学に関する基盤研究を実施する

参照URL

https://ladse.eng.isas.jaxa.jp/ 参照.

JAXAスーパーコンピュータを使用する理由と利点

火星ドローンの空力設計などにはLES計算などの大規模計算が必要になるため, スーパーコンピュータを利用する必要がある.

今年度の成果

火星着陸時のプルーム・地表相互作用(PSI)に着目し, 数値解析によるリスク評価と理解促進を目的とした研究を行った. PSIは降下エンジンの超音速プルームがレゴリスに衝突することでクレーター形成や粒子飛散を引き起こす現象である. PSIは着陸機の安定性低下, 視界悪化, 機器への損傷などの要因となり得る. 一方で, 火星環境に適用可能な定量データや再現手法は依然として限られており, 高忠実度な数値解析に基づく理解と設計指針の整備が重要である. 主な成果は, 高い格子解像度で圧縮性流れと粒子の挙動を同時に扱える解析の枠組みを整備し, PSI現象の再現に向けたシミュレーション基盤を確立した点にある. 具体的には, JAXAの圧縮性CFDソルバーFaSTARとオープンソースのDEMソルバーLIGGGHTSを連成するアルゴリズムを構築し, 大規模なPSI解析の実現可能性を示した. また, ソルバーの妥当性を示すために基礎的な実験データ, 理論をはじめとしてVerificationおよびValidationを行った. その結果, 噴流の衝突に伴う流れ場の形成, 地表近傍の圧力場の変化および粒子の挙動が, 妥当であることを示した. 図1にPSIのテスト計算の可視化例を示す. このように, 噴流と粒子の相互作用が時間とともにどのように立ち上がり, 変化していく様子を再現できる. 本成果により, 今後の火星環境条件(低圧. 低重力)への拡張, およびパラメータスタディに進むための土台が整った. 今後は, クレーター形状や粒子飛散量等の評価指標を用いた定量評価を進め. PSIに関するリスク評価と低減策検討に資する知見の獲得を目指す.

火星表面の広域探査を目的とした火星飛行機が現在注目されている. 火星飛行機主翼の空力性能向上を目的として, 翼型の多目的空力最適化を実施した(図2). その結果, 得られた全てのパレート最適解に共通して見られる前縁上面の凹形状が, 強い低圧部を生成することで, 揚力を高めつつ圧力抗力および粘性抗力を同時に抑制することが明らかになった(図3). これらの結果から, 適切に設計された凹型前縁を持つ翼型は, 広い迎角範囲において優れた性能を維持する高いロバスト性を有し, 構造成立性と空力性能を両立する将来の火星飛行機主翼として極めて有望な形状であることが示された.

図1(ビデオ): Plume-Surface Interactionのテストシミュレーション

図2: 火星飛行機主翼翼型の空力設計最適化により得られたパレート最適解の性能値(赤い四角で示す)

図3: 得られたパレート最適解の1つの形状. 主流方向速度で色付けし, 前縁凹部における再循環領域を可視化

成果の公表

-口頭発表

Yuki Iida, Akira Oyama, Satoshi Sekimoto, and Makoto Sato, "Aerodynamic Optimization of Angular Airfoil for Micro-Scale Mars Airplane," AIAA ScITech 2026 Forum, Orlando, Florida, 12-16 January, 2026, 飯田悠生, 大山聖, 関本諭志, 佐藤允, 超小型火星飛行機に向けた直線セグメント翼型の空力設計最適化, 第63回飛行機シンポジウム, 沖縄県那覇市, 10月15-17日, 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: 144 - 480
• 1ケースあたりの経過時間: 24 時間

JSS3利用量

総資源に占める利用割合※1(%): 1.27

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)