超高精度計算による高マッハ数での縦渦の擾乱受容性とその崩壊に関する研究
Project/Area Number |
21K11922
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 60100:Computational science-related
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Research Institution | Osaka Metropolitan University (2022) Osaka Prefecture University (2021) |
Principal Investigator |
比江島 俊彦 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 講師 (60316007)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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Keywords | 航空宇宙工学 / 流体力学 / 数理物理 / シミュレーション工学 / 再使用型宇宙輸送機 / 衝撃波 / 縦渦 |
Outline of Research at the Start |
縦渦は乱流遷移の中心となる組織渦構造であるが,高速流における強い擾乱に対する受容性やその崩壊機構は未解明である。本研究では,高マッハ数縦渦の衝撃波との干渉による擾乱成長過程とその崩壊の内部構造の詳細解析を行うために,衝撃波の鋭い捕獲と高次精度補間による高精度計算法を構築し,主流中の超音速乱流場生成に必須な知見を得ることを目的とする。本研究は高速乱流の制御技術(効果的な乱れの成長促進)につながり次世代高速旅客機や宇宙往還機におけるエンジン効率,騒音および熱伝達問題を解決する重要な糸口となる。
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Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は,高マッハ数縦渦の衝撃波との干渉による擾乱成長過程とその崩壊の内部構造の詳細解析を行うために,衝撃波の鋭い捕獲と高次精度補間による高精度計算法を構築し,主流中の超音速乱流場生成に必須な知見を得ることである。縦渦は乱流遷移の中心となる組織渦構造であるが,高速流における強い擾乱に対する受容性やその崩壊機構は未解明である。この高速流における縦渦の衝撃波との干渉による崩壊過程の解明は,次世代高速旅客機や宇宙往還機におけるエンジンの性能向上,超音速域での騒音低減および再突入時に生じる空力加熱に対する機体の熱防御に関する問題等に貢献が期待できる基礎的知見となる。本研究では,高マッハ数で発達する3次元渦構造をスーパーコンピュータ(大型計算機)による数値計算と安定性理論に基づく数理解析により明らかにする。 令和4年度は,開発した高次精度空間差分を有する計算コードを用いて,2つの交差する斜め衝撃波の角度と強さがどのように縦渦崩壊に影響するのかを調べて,渦崩壊が発生する一つの条件式を導いた。その結果を学術論文にまとめた。引き続き,縦渦が衝撃波を強い外乱として受容し,崩壊する現象をさらに詳しく調べる予定である。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
強不連続面である衝撃波を含む流れ場でも計算が可能な空間的に高次精度を有する計算コードを用いて,2つの斜め衝撃波と縦渦が干渉する流れ場に対して,流入マッハ数と縦渦の旋回強さ,干渉する斜め衝撃波の角度をパラメーターとして,渦崩壊の有無を調べ,縦渦崩壊の有無が判断できる条件式を導き,論文にまとめた。
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Strategy for Future Research Activity |
圧縮性(超音速)乱流では,非圧縮流と違って密度変動も重要であるため,高速流での変動抑制を表す圧縮性効果を念頭に置き,縦渦の旋回強さの渦崩壊に関する効果も調べ,縦渦崩壊後の下流場の乱れのスケールの評価を行っていく予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(11 results)