将来輸送システムの研究(空気吸い込み式輸送システム)
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: R25JG3205
利用分野: 研究開発
- 責任者: 南里秀明, 研究開発部門第四研究ユニット
- 問い合せ先: 高橋 俊 研究開発部門 第四研究ユニット(takahashi.shun@jaxa.jp)
- メンバ: 福井 正明, 長谷川 進, 井上 拓, 小寺 正敏, 古賀 勝, 加藤 悠之, 宗像 利彦, 永田 貴之, 大西 陽一, 小川 哲司, 田野 貴史, 富岡 定毅, 佃 絢太, 高橋 政浩, 高橋 俊
事業概要
本事業では, 将来輸送システムの一つである空気吸い込み式輸送システムの技術高度化に関連して, エンジンの燃焼解析, 機体の空力解析, 構造物の熱構造解析, 機体の飛行解析などを実施する.
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
本事業は, 将来輸送システムの一つである空気吸い込み式輸送システムの技術高度化として, エンジンの燃焼解析, 機体の空力解析, 構造物の熱構造解析, 機体の飛行解析などを実施するが, それらの解析には, 計算コストが非常に大きいものも多数含まれている. また, その解析にはJAXAが開発したFaSTARを初めとしたツールを用いた解析が行われるため, JAXAスパコンとの親和性も高い. これらの背景と理由から, JAXAスパコンを活用することには大きな意義がある.
今年度の成果
スクラムジェットエンジンの性能向上および作動範囲の拡大のため, 高性能が期待される3D形状空気取入口の研究を進めている. 昨年度整備した３D形状空気取入口設計ツールを用いて, 流路断面が矩形から楕円に連続的に変化するREST(Rectangular-to-Elliptic Shape Transitioning)型空気取入口を設計しCFDで評価した（図1）. 主流静圧で無次元化した壁面圧力分布と, 中央対称面内のマッハ数分布を示す. ３D形状空気取入口流れの基本特性や迎角が内部流れに及ぼす影響について知見を得た. また, CFD評価に基づき形状１次案を選定し, 風洞試験用模型を製作した. 同模型の風洞試験を近々実施する予定である.
また本事業では実験模型に１８点の圧力測定点（図2）を設け, 飛行状態を高精度に予測可能な圧力測定点の組合せおよび機械学習アルゴリズムの検討を行った. まず, 風洞試験（図3）により, 広範囲のマッハ数条件における圧力計測データを取得した. 次に, その結果を基に数値計算を実施し, 実験データとの比較を通じて計算の妥当性を確認した. さらに, 機械学習アルゴリズムに加えて組合せ最適化技術を適用することで, より高精度な飛行状態推定モデルの構築を目指した. 迎角 α および滑り角 β を変化させたマッハ2条件での試験結果を図4に示す. CFDと実験による圧力測定結果を比較した結果, 取得データの妥当性が確認された. さらに, CFDから得られた各圧力計測点の値を用いてPLS回帰を行い, 変数重要度指標であるVIP（Variable Importance in Projection）を算出した.
図1: REST型スクラムジェット空気取入口模型の壁圧分布および中央対称面内の等マッハ数線図：主流マッハ数 5.45, 迎角0度. 壁圧は主流静圧で無次元化した値を表示.
図2: 実験模型と圧力計測孔の番号
図3: シュリーレン図（マッハ２試験）
図4: VIPのランキング（左）迎角予測 （右)滑角予測
成果の公表
-口頭発表
高橋 俊, 永田 貴之, 谷 香一郎, 古賀 勝, 磯野 達志, 竹腰 正雄, ”高速輸送機の空力最適化に向けたモード分解を用いたサロゲートモデル開発”, 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
加藤悠之, 佃絢太, 佐々木大輔, 高橋俊, 古賀勝, 谷香一郎, 磯野達志, 竹腰正雄, ”スペースプレーン設計に向けた広いマッハ数におけるEuler解析の適用”, 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
Shun Takahashi, TatsushiIsono, Takuo Onodera, Masao Takegoshi, Shuto Yatsuyanagi, SadatakeTomioka, "Numerical simulation of instability in hydrocarbon fuel flow under supercritical conditions", The 35thInternational Symposium on Space Technology and Science (ISTS), 2025
佃絢太, 加藤悠之, 佐々木大輔, 藤尾秩寛, 高橋俊, 磯野達志, 古賀勝, 竹腰正雄, ”スペースプレーン全機に対するエンジン吸排気を模擬した空力解析”, 62期関西・中部支部合同秋期大会, 2025
高橋 俊, 永田 貴之, 谷 香一郎, 古賀 勝, 磯野 達志, 竹腰 正雄, 富岡定毅, 加藤悠之, 佃絢太, 佐々木大輔, ”モード分解に基づくサロゲートモデルを用いた極超音速機の逆問題設計”, 第39数値流体力学シンポジウム
Shun Takahashi, Takayuki Nagata, Kouichiro Tani, Masaru Koga, Tatsushi Isono, Masao Takegoshi, Sadatake Tomioka, Haruyuki Kato, Kenta Tsukuda, Daisuke Sasaki, "Hypersonic vehicle design based on mode decomposition", AIAA SciTech 2026, 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: 非該当
- プロセス並列数: 256 - 1800
- 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(%): 0.51
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 | 13107353.13 | 0.59 |
| TOKI-ST | 95782.81 | 0.10 |
| TOKI-GP | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-XM | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-LM | 1935.99 | 0.15 |
| TOKI-TST | 1.10 | 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 | 40960.00 | 0.27 |
| /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 | 20.08 | 0.06 |
|---|
※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) | 1283.83 | 0.90 |
※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)