大気突入実在気体熱空力評価
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: R25JDA201A32
利用分野: 航空技術
- 責任者: 徳川直子, 航空技術部門事業推進部
- 問い合せ先: 小澤宇志(ozawa.takashi@jaxa.jp)
- メンバ: 井手 優紀, 松山 新吾, 小澤 宇志, 鈴木 俊之
事業概要
本研究では, 大気圏突入時における加熱および空力特性を数値シミュレーションによって高い精度で予測するため, 高温気体の物理モデルやシミュレーション手法について高度化を行う. 新たに提案するモデル・手法を用いたシミュレーションと実験によって得られたデータを比較することで予測精度を実証し, 高精度なシミュレーションツールの実現を目指す. 今年度は特に軽ガス銃流れ場, サンプルリターンカプセル周りの流れ場, カプセル姿勢安定性, 希薄空力について検証する. また, 境界層遷移に係るCFD及び安定解析技術の高度化も行う.
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
物理モデル, 形状, 試験気流条件, 等の不確定性・依存性を評価するため, モデル, 形状, 条件等を変化させて多くのケースの解析を実施するためにスパコンを使用した.
今年度の成果
本研究では, まず, 希薄空力に関する研究として, 空気入吸込式イオンエンジンの実証に向けた, インテーク性能評価ツールの開発を行った. 一例を図1に示す. また, 希薄流領域における表面微細加工の影響を明らかにするため, 地上試験検証を進めている. 希薄風洞環境における表面微細加工風洞模型のDSMC解析(図2)を実施し, その影響を検証した. 境界層安定性に関しては, 二次元線形安定性理論に基づく最適撹乱解析を圧縮性三次元流に適用し, 横流れ二次乱れのnon-modal成長の挙動を明らかにした（図3）. さらに, S-520-RD1飛行試験における極超音速境界層遷移のメカニズムを明らかにするため, ギャップフィラーの突出により生じた出っ張りを考慮した機体形状に対してマッハ5.8の条件でDNS解析を実施した（図4）.
図1: 超低高度軌道におけるインテーク内部・外部の密度比分布
図2: 表面微細加工模型管内圧力分布の比較：加工なし(上), 加工有り(下)
図3: 超音速三次元流モデルにおけるエネルギーゲインと最適撹乱の空間局在性
図4: 機体表面の出っ張りによるマッハ5.8での境界層遷移の様子（速度勾配テンソルの第二不変量の等値面をマッハ数により色付けした結果）
成果の公表
-査読付き論文
1) Rarefied Gas Dynamics, Proceedings of the 33rd International Symposium, Springer Aerospace Technology, 2026
2) Non-modal secondary growth in a boundary layer modulated by primary crossflow vortices, Physics of Fluids 37, 054103 (2025)
-査読なし論文
1) 松山 新吾 "S-520-RD1 飛行試験データのポストフライト解析", 第57回流体力学講演会/第43回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム論文集, JAXA-SP-25-010, p. 95-100, 2026.
-口頭発表
1) Ryunosuke Endo et al., "Optimization of the ABIE Intake Model for Pressure Measurement in Rarefied Gas Flow", 35th International Symposium on Space Technology and Science, 2025.
2) 遠藤 龍之介 他, "極超音速希薄風洞環境における表面微細加工による圧力分布影響評価", 第69回宇宙科学技術連合講演会, 2025.
3) 松山 新吾 "S-520-RD1 飛行試験データのポストフライト解析," 第57回流体力学講演会／第43回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム, 2025.
4) 松山 新吾 "S-520-RD1 飛行試験における極超音速境界層の乱流遷移 DNS," 日本航空宇宙学会北部支部2026年講演会ならびに第7回再使用型宇宙輸送系シンポジウム, 2026.
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: 366 - 2928
- 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(%): 1.68
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 | 44700892.03 | 2.03 |
| TOKI-ST | 76519.20 | 0.08 |
| TOKI-GP | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-XM | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-LM | 0.00 | 0.00 |
| 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 | 1024.00 | 1.64 |
| /data及び/data2 | 102400.00 | 0.67 |
| /ssd | 30720.00 | 1.87 |
| アーカイバシステム名 | 利用量(TiB) | 資源の利用割合※2(%) | J-SPACE | 28.69 | 0.09 |
|---|
※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) | 0.00 | 0.00 |
※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)