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: R25JCWU04

利用分野: 連携大学院

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• 責任者: 溝渕泰寛, 航空技術部門航空機ＤＸ技術実証（ＸＡＮＡＤＵ）プロジェクトチーム
• 問い合せ先: 名古屋大学大学院　工学研究科　航空宇宙工学専攻　杵淵紀世志(kiyoshi.kinefuchi@mae.nagoya-u.ac.jp)
• メンバ: 井上 哲志, 山口 真輝

事業概要

本研究ではホローカソードやMPDスラスタといった電気推進機のプラズマ物理現象の理解を目的としている. 実験におけるプラズマ計測が困難な電気推進機内外のプラズマ物理量の分布を調査するため, 電気推進機内外のプラズマの流れを数値シミュレーションによって解析する.

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

JSS3を利用することで, 電気推進機内の流れ場をHybrid-PIC法もしくはDSMC法で解析する際に, 比較的コストの大きな計算を高速に解析できるため, 様々な条件下での解析を行うことができる.

今年度の成果

・ホローカソードのHybrid-PICシミュレーション

ホローカソードは作動ガスの流量を絞るとプルームモードと呼ばれる不安定放電振動が発生する放電モードとなる. ホローカソードの不安定放電は推進機全体の不安定性を引き起こすため, 安定放電であるスポットモードと不安定なプルームモードの境界がホローカソードのスロットリングの限界となる. 今年度はホローカソード内の現象理解と前年度の数値計算を再現する目的として, 高流量作動と低流量作動時のホローカソードのプラズマの計算を試みた. 計算の結果, 流量を絞るほど放電振動が大きくなる様子を確認, 前年度の再現を達成した．

・MPDスラスタのHybrid-PICシミュレーション

MPDスラスタの数値解析においては従来, イオンと中性粒子を連続体として扱うことが多い. しかし, この方法では密度が減少するプルーム領域ではプラズマが希薄であり, 連続体近似が破綻するため, 流れを正確に捉えることが難しい. そのため, 電子を流体, イオンと中性粒子を粒子として扱うHybrid-PIC法を採用した. 今年度は壁面でのシースや電子-イオン間衝突などの物理モデルを精緻化し, 外部磁場印加型MPDスラスタの解析を行った. Fig.1にイオンの数密度およびイオンの流線を示す. 本解析結果とプローブ計測による実験結果を比較・評価し, 今後の計算指針を得た.

図1: イオン流線およびイオン数密度

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: 非該当
• プロセス並列数: 12 - 30
• 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(%): 0.05

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)