2017 Fiscal Year Research-status Report
Study on transition processes of streamwise vortices aimed at an innovative creation for the growth of perturbations in a high Mach number
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17K05145
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
比江島 俊彦 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60316007)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 航空宇宙工学 / 流体 / 数理物理 / シミュレーション工学 / 再使用型宇宙輸送機 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，高いマッハ数での縦渦遷移機構の解明と渦崩壊等の制御に必須な知見を得ることである。縦渦は低速流から高速流まで乱流遷移における核となる組織渦構造であるが，高速流での縦渦遷移の機構は低速流と違ってよくわかっていない。この高速流における縦渦遷移機構の解明は，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。
平成29年度は，縦渦に対する圧縮性効果の定量的評価を高精度の超音速数値計算により，発達する攪乱や組織渦構造から調べた。計算コードの差分の高次精度化にも取り組んだ。
得られた知見は以下の通りである。
(1) 空間的な微小攪乱の線形発達の範囲は短いこと，(2) 発達する組織渦構造は，波数モード，マッハ数により異なること，さらに，波及効果として，当初想定した以外に (3) 超音速流中では軸流の加速により淀み点の生じない渦崩壊が発生すること，(4) 乱れの成長を抑制する圧縮性効果と縦渦分布の熱力学的特性に関連がある，という新規の結果も得られた。(3)と(4)は本研究テーマとの関連から，さらに深く掘り下げて調べる必要がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
遷移機構の解明に必須な空間的精度の高い計算コード(9次精度)が完成した。加えて，衝撃波を伴わない超音速縦渦崩壊現象を初めて捉え，その発生条件も明らかにした。それらの結果を２つの論文にまとめ Physics of Fluids と Journal of Fluid Mechanics に掲載された。
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| Strategy for Future Research Activity |
高いマッハ数でも圧縮性の影響を受けにくい縦渦の基本特性を遷移の観点から解明し，超音速縦渦を制御する指針を得る。
上述したように平成30年度に予定していた超音速流中での渦崩壊に関する研究で大きな進展があったため，引き続きその詳細をさらに詳しく調べる。当初予定していた攪乱の伝播過程に関する研究は次年度以降に行う。これらの新規の知見を，従来の不安定特性と絡めて，新しい乱れの生成，発達を模索する。
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| Causes of Carryover |
次年度に成果発表のための国外旅費が必要になったが，購入したワークステーションが予定より数十万安かったため，その分を次年度使用額にまわした。
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