2021 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of large-scale structure of sonic boom based on fast full-field CFD using space marching method
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21K14349
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
山下 礼 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 研究開発員 (20804644)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ソニックブーム / 全空間シミュレーション / 数値流体力学 / 空間進行法 / 衝撃波 / カットオフ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超音速機から発生するソニックブームは、準１次元音響解析で評価されてきたが、その適用範囲は衝撃波が回折する前までに限定されている。本研究の目的は、空間進行法を用いた全空間・高速シミュレーション法を構築し、ソニックブームが回折して消失するまでの3次元空間内での挙動を明らかにすることである。
本年度の成果は以下の通りである。
１）空間進行法を用いた全空間・高速シミュレーション法を構築した。特に、空間進行法では、計算の安定条件により格子の形状が制限されるため、衝撃波に沿った適合格子の使用は困難であった。そこで予備計算結果を利用することで、可能な限り衝撃波に沿った準適合構造格子を形成するための手法を構築した。
２）解析精度を検証するため、JAXAが行ったD-SEND#1飛行試験を再現した。その結果、従来の時間進行法を用いたシミュレーションよりも、高速かつ高精度で計算できることを実証し、飛行試験結果ともよく一致することを確認した。また、飛行試験データには限りがあるため、従来の準１次元音響解析結果と比較し、衝撃波が回折する前までの全領域で解析精度が十分高いことを確認した。
３）斜め下方に伝播する衝撃波の回折現象（横方向カットオフ）の解析に適用し、時間進行法によるシミュレーションよりも、高速かつ高精度で計算できることを確認した。特に、空間進行法の場合、3次元計算を実質2次元の計算コストで実施できるため、格子解像度を格段に向上させることが可能である。そのため、これまで定量的な評価が困難であった衝撃波の集積現象をより詳細に解析できるようになった。
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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
当初の計画通り、空間進行法を用いた全空間・高速シミュレーション法を構築し、飛行試験を再現することで計算精度を検証した。それに加え、次年度予定していた準１次元音響解析との比較や、カットオフの解析にも一部着手できたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度構築した全空間・高速シミュレーション法により、衝撃波が回折した後のカットオフブームの現象解明に着手する予定である。本年度の研究で、衝撃波の回折領域では、流れ場が大きく変動する影響で、適合構造格子が歪み、計算が発散してしまうケースが見られた。このようなケースに対しては、計算コストは高くなるが、直交格子も併用し、現象の解明に着手する。
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