2018 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), 講師 (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 |
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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，スーパーコンピュータ(大規模計算機システム)による数値計算と安定性理論に基づく数理解析により高マッハ数で発達する渦構造から遷移特性や渦崩壊機構を明らかにする。
超音速縦渦流れに対する圧縮性の効果を高精度の数値計算により，成長する攪乱や発達する組織渦構造から調べている。2018年度に新たに得られた知見は以下の通りである。
(1) マッハ数の増加とともに乱れの成長を阻害する圧縮性効果の要因がエントロピーの変動成長と関連があることを示した。(2) 縦渦は分布の条件や成長する攪乱モードによって動径方向に拡がるせん断領域が異なる。ゆえに周知の混合層と違って，せん断領域の厚さから拡がり率（増幅率）を評価できないことがわかった。
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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
高マッハ数においても低速流のような乱れの成長を促進できる要素が速度分布とともに熱力学的量の分布にも存在することをエントロピーの平均分布と変動成長から明らかにした。この2年間で超音速流での渦崩壊現象の発生条件を解明し，マッハ数の増加とともに変動成長が抑制される圧縮性効果に関する要因の解明が進展した。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き，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調べる。新しい乱れの生成・発達要素を求めて，得られた新規の知見を従来の不安定特性と絡めた縦渦不安定のダイバーシティ効果を模索するために，ヘリシティの不安定効果を線形安定解析によって調べる。加えて，それらの非線形発達を数値計算によって考慮し，攪乱の伝播過程を含む高マッハ数での縦渦の遷移機構とその乱れの発達過程を整理する。さらに発達した下流での組織構造に関してはレイノルズ数の影響も見ていく予定である。
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| Causes of Carryover |
次年度に予定していた成果発表の外国旅費を今年度使用し，今年度予定していた後処理用計算機を次年度にまわしたために差額が生じた。その分を次年度使用額にまわした。
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