2021 Fiscal Year Research-status Report
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
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21K11922
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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) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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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 / 衝撃波 / 縦渦 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，高マッハ数縦渦と衝撃波との干渉による擾乱成長過程およびその崩壊の内部構造の詳細解析を行うために必要な衝撃波の鋭い捕獲と高次精度補間を有す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3年度は，衝撃波捕獲と高次精度空間差分を両立できる計算コードを開発した。これを用いた2つの交差する斜め衝撃波と超音速縦渦の干渉場の解析から乱れを持たない縦渦が衝撃波を強い外乱として受容し，崩壊すること，エンストロフィーにより渦崩壊の有無が判断できることを見出した。引き続き，これらの現象の詳細をさらに調べる必要がある。
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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（9次精度，11次精度）が完成した。これを用いて，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た。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述したパラメーターを系統的に整理し，衝撃波を外乱とした受容過程をさらに詳しく調べる。それらを基に，2つの斜め衝撃波が干渉する場合の渦崩壊の発生条件を理論的に導く。さらに高速流での変動抑制を表す圧縮性効果との関係も調べる予定である。
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| Causes of Carryover |
感染症の流行（コロナ禍）の影響で，学会等の成果発表の予算が未使用となった。また，研究成果をまとめる投稿論文の英文校正費用や成果発表の費用を次年度使用することと，購入予定だったワークステーションを次年度の大型計算機使用料に充てるために予算を繰り越した。
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