再使用型ロケットの要素技術に関するCFD解析
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: R25JDA201J08
利用分野: 航空技術
- 責任者: 中北和之, 航空技術部門基盤技術研究ユニット
- 問い合せ先: 松山 新吾(matsuyama.shingo@jaxa.jp)
- メンバ: 松山 新吾
事業概要
近年, 精力的に研究開発が進められている再使用型ロケットでは, ロケットエンジンの逆噴射やグリッドフィンなど, 従来の使い切りロケットにはない新しい技術が多く採用される見込みである. これらの要素技術を確立するにあたっては, 風洞試験や飛行試験だけでなくCFDによるシミュレーションの活用が強く期待されている. 本研究では再使用型ロケットに使用されるエンジン逆噴射やグリッドフィンによる姿勢制御などのCFD解析を高度化することを目指す.
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
ロケットエンジンの逆噴射, グリッドフィンによる飛行制御などの解析では複雑な物体形状を伴う三次元解析が必須となる. また, 燃焼ガスによる化学反応を考慮する場合は燃料・酸化剤・燃焼生成物による多数の化学種を伴う解析が必要となる. さらに逆噴射やグリッドフィンの有効性を評価するには噴射条件やフィン形状などをパラメトリックに変更して多数の解析を実施する必要がある. このような解析は計算コストが非常に高く, スーパーコンピュータを使用しなければ実行は不可能である.
今年度の成果
NASA の Unitary Plan Wind Tunnel （マッハ 4.6） および 31-Inch Mach 10 Air Tunnel (マッハ 9.8) において実施された不足膨張ジェット逆噴射の極超音速風洞試験を対象として LES 解析を実施し, 計測データとの比較により解析精度を検証した. 模型迎角 0°の条件についてジェットの噴射圧を変化させて解析を実施した結果（図1 および 2）, マッハ 4.6 および 9.8 ともに LES により計測データをよく再現できることを示した（図 3 および 4）.
図1: マッハ 4.6 の風洞試験について LES 解析を行った結果. 密度勾配の瞬時場により疑似的なシュリーレン画像を表示.
図2: マッハ 9.8 の風洞試験について LES 解析を行った結果. 密度勾配の瞬時場により疑似的なシュリーレン画像を表示.
図3: LESと風洞試験データを比較した結果 （マッハ 4.6）. Lj と Ls はジェットプルームの高さとバウショックの離脱距離を示す.
図4: LESと風洞試験データを比較した結果 （マッハ 9.8）. Lj と Ls はジェットプルームの高さとバウショックの離脱距離を示す
成果の公表
-口頭発表
1) 松山 新吾, "極超音速流における不足膨張ジェット逆噴射のLES", 令和7年度 宇宙航行の力学シンポジウム, 2025.
2) 松山 新吾, "極超音速流における不足膨張ジェット逆噴射のLES", 2025年度衝撃波シンポジウム, 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: 98 - 196
- 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(%): 0.04
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 | 1050647.52 | 0.05 |
| TOKI-ST | 0.00 | 0.00 |
| 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)