2023 Fiscal Year Annual Research Report
Aerothermal Analysis and Multidisciplinary Design Optimisation of Innovative Scramjets for Future Space Transportation
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17K20144
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
小川 秀朗 九州大学, 工学研究院, 准教授 (30817565)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 宇宙輸送 / 圧縮性流体力学 / 熱流体力学 / 最適化 / 機械学習 / 深層学習 / 極超音速 / 空気吸込式推進 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スクラムジェットエンジンを用いた宇宙輸送システムについて、遺伝的アルゴリズムや機械学習に基づく代替モデルによる最適化手法に加え、次元削減・深層学習に基づく流れ場の予測や感度解析など、情報科学分野の技術を融合したアプローチにより、本研究は当初構想の枠を超え進展した。
極超音速で流入する気流を圧縮・減速する役割を果たすインテークに関し、動圧を一定に保ちながら加速上昇する飛行経路において、複数の作動条件を考慮し圧縮効率や抵抗など複数の性能変数に関する多設計点同時最適化を実施し、燃焼器については、衝撃波の入射やキャビティを用いた燃料混合の促進や化学反応を含む超音速燃焼に関する数値解析により、ロバストかつ高効率なインテークと燃焼器の設計ならびに性能と物理現象の関連に関する重要な知見を獲得した。また、インテーク・燃焼器内で衝撃波・燃料噴射による複雑な干渉の生じる流れ場に関して、低次元化や深層学習を適用し、高速かつ高精度な流れ場予測を実現し、それに基づく性能評価を用いた最適化および感度解析・不確定性解析といった新手法を開発した。さらに、自由曲線により柔軟に表現した燃料噴射孔の形状に関し、多設計点において代替モデルとGPUによる大規模な多目的同時最適化や、化学反応モデルの低次元化やロケットを統合した複合サイクルエンジンの燃焼モード遷移に関する研究をJAXAや海外の大学と共同で実施し、有益な洞察を得た。
ロケットブースターとスクラムジェットを用いた完全再使用型宇宙往還機システムを考案し、空力性能や加熱を考慮した多設計点同時最適化や、打ち上げから上昇加速・分離を経て宇宙空間まで到達するシークエンスについても、空力・推進特性を考慮した飛行経路の多目的同時最適化を実施し、システム全体の成立性に関する検証および分析を行うためのフレームワークを構築し、ロケットのみを用いた宇宙輸送に対する優位性を示した。
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Research Products
(14 results)
