ロケット推進系の熱流動解析
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: R25JRSC85
利用分野: 宇宙技術
- 責任者: 榊和樹, 開発部, インターステラテクノロジズ株式会社
- 問い合せ先: 坂田 良文(yoshifumi.sakata@istellartech.com)
- メンバ: 坂田 良文, 内山 竜之介, 古市 侑太郎
事業概要
ロケットの飛行中における推進剤タンク内の熱流動現象を正確に予測することは, 推進剤の効率的利用において極めて重要である.
本事業では, 飛行加速度, 上部からの加圧ガス噴射, 底部からの推進剤排出, および壁面からの輻射熱といった複数の複合要因が絡み合う, タンク内の相変化を伴う熱的挙動をCFDによって再現する.
これにより, タンク内の圧力・温度履歴や必要な加圧ガス流量を定量的に取得し, ロケット推進系の開発に活用することを目的とする.
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
推進剤の相変化を伴う高精度な多相流解析には, 膨大な並列演算能力と, 巨大な格子データを処理するための大容量メモリが必要である.
今年度の成果
JSSを活用し, 飛行中のロケットタンク内における推進剤の熱的挙動を解析した.
本解析では, 実機サイズの推進剤タンクを模擬した2次元軸対称モデルを作成し, ANSYS Fluent 2022 R2を用いて非定常計算を実施した.
解析手法には, 相変化を考慮したVOF法を用いた. 飛行中のタンク内状況を再現するため, 上部からの加圧ガス噴射, 底部からの液体推進剤排出, および飛行加速度を考慮した. また, タンク壁面への輻射熱を境界条件として考慮した.
解析の結果, 推進剤の液面挙動, タンク内の圧力・温度履歴, および蒸発・凝縮量や必要加圧ガス流量を定量的に算出することができた.
図1: 推進剤タンク内のガス体積分率および温度のコンター
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: 36
- 1ケースあたりの経過時間: 4 時間
JSS3利用量
総資源に占める利用割合※1(%): 0.01
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 | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-ST | 1478.48 | 0.00 |
| TOKI-GP | 28702.94 | 0.46 |
| 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 | 0.00 | 0.00 |
| /data及び/data2 | 46566.13 | 0.31 |
| /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) | 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)