Analysis and modeling of the wing-body boundary layer interaction in aircraft stall phenomenon

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K22379
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 玉置 義治 東北大学, 工学研究科, 助教 (10881203)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2022-03-31
• Keywords: 乱流 / 境界層 / 失速

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、航空機の失速予測において重要となる、胴体ー翼結合部における乱流境界層の干渉現象の解明を目指し、側壁のある乱流境界層の高精度乱流シミュレーションを行う。航空機の失速条件においては胴体と翼の結合部においてしばしば境界層の剥離が生じるが、この剥離現象には、胴体境界層と翼境界層の干渉によって生じる主流方向に軸線を持つ渦(二次渦)が影響していると推測されている。二次渦の効果は既存の乱流モデルでうまく再現できないことが知られており、本研究で得られる高精度乱流データベースの分析を通じて、1)境界層剥離とその結果として起こる失速現象に対する二次渦の影響の定量化、2)乱流モデルの改良への知見の創出、の双方を目指す。
初年度である本年度は、主に計算条件の検討やLarge eddy simulation (LES)計算コード、計算で得られる時間平均流れ場の解析コードの構築を実施した。また、試計算として、胴体ー翼結合部を模した側壁付き乱流境界層のLES解析を行った。この計算は実際の航空機より低レイノルズ数であるが、航空機周り流れに類似した二次渦が再現できることが確認された。併せて、計算領域の形状を変更することにより、流れ場に逆圧力勾配を生じさせ、境界層の剥離を誘起したケースの計算も実施した。詳細な解析やレイノルズ数に対する依存性の調査は次年度以降の課題であるが、これらの計算によって解析の枠組みが正しく構築できていることが確認された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は解析条件の検討やコードの整備を重点的に行い、今後行う計算ケースのセットアップをほぼ完了した。よって、来年度以降本計算の実施や結果の分析に集中できる状況が整備できており、進捗は順調である。

Strategy for Future Research Activity

本研究課題で行うシミュレーションは、令和三年度HPCIシステム利用課題(hp210099, 題目：高レイノルズ数剥離乱流境界層の複雑物理とマルチフィデリティモデリング)に採択されており、スーパーコンピュータ「富岳」を用いた大規模LES解析が可能な状況にある。よって、本年度はなるべく実際の航空機に近いような高レイノルズ数条件におけるLES解析を実施し、結果の解析やモデリングを行う。

Causes of Carryover

本年度はCOVID-19の流行により、学会発表が出来なかった。そのため、来年度はオンライン開催のものも含めて積極的に学会発表を実施する予定である。