収納・進展性を考慮した火星探査ドローン向けブレードの空力最適設計
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: R25JACA59
利用分野: JSS大学共同利用
- 責任者: 金崎雅博, 東京都立大学
- 問い合せ先: 金崎雅博(kana@tmu.ac.jp)
- メンバ: 金崎 雅博, 河野 日香, 松野 隆, 高木 大成, 玉置 義治, 横井 真奈
事業概要
本研究では, 火星探査ヘリコプタをロケット輸送に適した大きさ・形状に収納するためのロータブレードの概念として, 厚みの薄いキャンバー翼型を利用したブレードを考案し, 空力・推進と薄翼であることによる構造変形に関する不確実さの観点で数値計算と最適設計を行った. 最適設計では二次元の翼型評価に基づく運動量理論による評価と, 進化計算による大域的探索を行い, NASAの火星ヘリコプターに対して平均性能・ロバスト性ともに優秀な翼型を得た. 薄型であることにより懸念される構造強度に関しても, 構造評価を行い, 安全率が保たれることを調べた.
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, 大域的最適化法を用いた最適設計を実施する. 設計対象を断面翼型形状とするため, 翼素運動量理論に対し, 設計解ごとに2次元翼型評価が必要となる. 低コスト評価法であることによって, 進化計算の適用が可能となったものの, 数値流体力学と構造評価を行うことから, JSS3の利用が必須である. 確認の計算のために, 重合格子法に基づく数値計算を実施する際にも, JSS3の能力が必要となる.
今年度の成果
本研究では, 厚みの薄いキャンバー翼型を利用したブレードに対し, 空力・推進と薄翼であることによる構造変形に関する不確実さを考慮した翼型最適設計を実施した. 最適化には進化計算にPolynomial Chaosによる不確実さ定量化を取り入れた. その結果, 図1の通り, 空力性能のよいブレード平面形を取得した. これを荷重計算により評価（図2）し, 破断などが起こらないことも理解された.
図1: 得られた翼型の推力係数-FoM線図
図2: 荷重計算の結果
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: 32
- 1ケースあたりの経過時間: 2 時間
JSS3利用量
総資源に占める利用割合※1(%): 0.14
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 | 2621379.75 | 0.12 |
| TOKI-ST | 309002.08 | 0.32 |
| TOKI-GP | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-XM | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-LM | 14137.15 | 1.07 |
| 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 | 0.00 | 0.00 |
| /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 | 0.00 | 0.00 |
|---|
※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) | 628.43 | 0.44 |
※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)