2013 Fiscal Year Annual Research Report
超音速噴流から発生する非線形音響波の発生機構の解明と定量的予測
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25709009
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Japan Aerospace Exploration Agency |
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Principal Investigator |
野々村 拓 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (60547967)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 宇宙科学 / 超音速噴流 / 空力音響 / 数値流体力学 |
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| Research Abstract |
本研究では,数値解析と実験を併用し,超音速噴流から発生する音響波の数値解析の精度の向上を狙うものである. 実験に関しては小型超音速ジェットの流体音響場観測装置の構築に尽力した．低圧環境下とはなるが，所有する超音速ジェットを発生させる装置をベースとして．所有する音響波計測用マイクをチャンバー内にて使用できるようにし，音響計測システムの構築を行った，また，まだ完全には計測ができていないが，超音速PIVシステムの構築に向け所有する高繰り返しレーザーを適用できるようにし，高速度カメラを購入し調整することで，定常PIV観測装置の構築を行ってきた．音響波計測を行うことで，大規模構造から発生する乱流騒音と考えられるスペクトルを持つ音響データの取得に成功している．
数値解析に関しては，過去に用意した高速流からの音響波の発生過程を的確に捉える高解像度圧縮性コードを用いて，JAXAのスーパーコンピュータを利用して解析を行ってきた．計算規模としては，1ケース1-2億点規模の解析を行った．本年度は特に乱流遷移する超音速ジェットに着目して解析を行っており，初期のせん断層厚さを実験と合わせることで，乱流の大規模構造から発生する音響波を的確に捉えることができ，音響波の強さを目標の2dB以下の誤差で予測できることを示した．また，せん断層の厚さを変えた一連の解析から，超音速ジェットから音響波の予測に際しても，せん断層厚さを変えた場合に最も不安定なモードが変化し，乱流遷移の様相が変化するために音響波の強さが5dB程度変化することがわかった．この乱流遷移の過程を解像するのにせん断層に7-8点あれば良いことがわかった．本年度は，加えて一様等方性乱流の解析，上記不安定モードを解析するツールの作成や乱流流入する超音速ジェット用の解析の準備を行った．
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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
本年度実施予定の実験の準備に関しては若干の遅れが見られるが，チャレンジングな計測であり，調整に時間がかかるのは想定の範囲内である．また音響データの取得は，低圧化といった非常にシビアな環境にも関わらず，問題なくデータの取得が行えることが確認できた.
数値解析に関しては，先行研究の実験との比較により数値解析の検証がスムーズに行え，今後の解析の精度を担保する非常に良いデータが得られている．さらに，来年度以降に実施する予定であった乱流の大規模構造から発生する音響波の理解を始めており，ここでも数多くの知見が得られている．特に，乱流遷移する超音速噴流に関しては，せん断層に7-8点の格子解像度を保つことで，乱流遷移を的確に捉えそこから発生する音響波を2dB以内の誤差で予測することができるといった，最終ゴールに近い知見が得られている．また，上記乱流遷移の過程をより詳細に追うための線形安定性解析ツールの構築も終わっており，来年度以降さらなる詳細な物理まで明らかにするための道具立てを揃えている．
また一様等方性乱流の解析も平行して行っており，乱流の微細構造から発生する音響波のモデリングにつながる知見を得ている．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度には，25年度に用意した実験システムおよび数値解析コードを用いて1)乱流の大規模構造から発生する音響波を解析する．大規模データが取得できるためデータストレージ等を用意する．また流体現象の理解を行うためにデータマイニング等を利用する予定である．追加の試験装置として，複数マイクによる詳細な音響データ取得装置を構築する予定である．25年度から構築しているPIV計測装置も完成させ，これによる計測も行っていきたい．
平成27年度には，25，26年度に用意した実験システムおよび数値解析コードを用いて2)乱流の微細構造から発生する音響波を解析する．大規模データが取得できるためデータストレージ等を用意する．また前年度同様流体現象の理解を行うためにデータマイニング等を利用する予定である．
平成28年度には，25，26年度に用意した実験システムおよび数値解析コードを用いて3)衝撃波乱流干渉から発生する音響波を解析する．大規模データが取得できるためデータストレージ等を用意する．また前年度同様流体現象の理解を行うためにデータマイニング等を利用する予定である．また28年度後半にこれまでの成果をまとめ，2dB以内の精度で数値解析をおこなうためにどのような物理現象を解像すべきかを示したい．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初申請よりも大幅に減額されたため,来年度以降の旅費,消耗品に当てるため基金分を残している.
来年度以降の旅費や消耗品に当てたい.
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