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(2025年2月～2026年1月)
報告書番号: R25JA2121
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(旧)、taghide@rs.tus.ac.jp(現))
- メンバ: 遠藤 悠, 藤尾 秩寛, 廣瀨 帆, 本郷 素行, 伊藤 大樹, 井上 拓, 小林 亮太, 百瀬 雅文, 宗像 利彦, 成田 知史, 中山 浩太郎, 中谷 辰爾, 高松 俊介, 田口 秀之, 渡辺 真羽, 山口 慧, 矢田 爽佳
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
https://www.kenkai.jaxa.jp/research/pastres/hydrogenfuel.html 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
JSS3を用いて作成した2次元燃焼CFDデータセットをもとに深層学習による流動予測モデルを構築し, 予測モデルを用いて極超音速エアブリーザーの機体・推進統合設計最適化を実施した. 得られた機体に対し, 全機CFDを実施し機体の空力性能を評価した. （図1）
ダブルデルタ翼宇宙往還機について, FaSTARを用いて低速の空力解析を実施し, 上反角を付けることによる静的安定性への影響を調査した. （図2）
極超音速統合制御実験（HIMICO）用ラムジェットエンジンのインテークランプ表面にボルテックスジェネレーターを搭載し, インテーク内部の流れ場に与える影響をCFD解析により調査した. （図３）
水素ガスタービン燃焼器の噴射器内における水素噴流のシミュレーションを実施した. （図４）
図1: 楔形ウェーブライダーの全機空力解析
図2: ダブルデルタ翼宇宙往還機の全機空力解析
図3: インテークランプ表面の渦構造と壁面せん断応力の可視化
図4: 水素ガスタービン燃焼器内部の水素噴流のCFD解析
成果の公表
-査読付き論文
Yuki Kuwabara, Manami Fujii, Yuki Fujimori, Yusuke Hoshiya, Rintaro Tanaka, Shima Ariyoshi, Ayuto Suzuki, Tetsuya Sato, Hidemi Takahashi, Hideyuki Taguchi, Experimental and Numerical Investigation of the Sideslip Angle on the Ramjet Intake for High Mach Integrated Control Experiment (HIMICO) Model at Mach 2, Journal of Evolving Space Activities, 2025.
-口頭発表
C. Fujio and H. Taguchi, “Design exploration of hypersonic vehicle airframe and air-breathing engine using deep-learning flowfield prediction,” 4th International Conference on High-Speed Vehicle Science & Technology, Sept. 2025, Tours, France
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(%): 1.11
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 | 16938633.00 | 0.77 |
| TOKI-ST | 2696133.64 | 2.79 |
| TOKI-GP | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-XM | 125.22 | 0.04 |
| TOKI-LM | 65099.13 | 4.90 |
| 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 | 0.00 | 0.00 |
| /data及び/data2 | 102400.00 | 0.67 |
| /ssd | 0.00 | 0.00 |
| アーカイバシステム名 | 利用量(TiB) | 資源の利用割合※2(%) | J-SPACE | 7.97 | 0.02 |
|---|
※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) | 13561.09 | 9.50 |
※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)