空力・空力音響基盤技術としての階層型直交格子法を用いる圧縮性流体解析法の構築

• 研究課題/領域番号: 15H05559
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 今村 太郎 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30371115)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 23,270千円 (直接経費: 17,900千円、間接経費: 5,370千円); 2018年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2017年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2016年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2015年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
• キーワード: 直交格子法 / 圧縮性流体力学 / 航空機設計 / 空力音響 / 最適化 / 流体構造連成 / 高次精度スキーム / カットセル法 / 数値流体力学 / 流体力学 / 直交格子 / 並列計算 / 流体 / 埋め込み境界法 / 乱流モデル / 航空宇宙工学 / 階層型直交格子

研究成果の概要

航空機の安全性・燃費・環境適合性の更なる向上に寄与する事を目指し，その基盤技術として，航空宇宙分野で重要な高レイノルズ数・圧縮性流れの解析に適用可能な階層型直交格子法に基づく流体解析法を構築した。これまでも航空機周りの流れ場の解析を実施することは可能であったが，完全自動格子生成が可能な階層型直交格子法を用いた解析には様々な課題があった。本研究ではそれらの課題に取り組み，様々な解析事例を通じて新規提案方法の有効性を示した。新しく構築した流体解析法を翼や航空機周りの空力・空力音響解析，流体構造連成や最適化計算に適用できることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

新しく開発される民間航空機には，安全性・燃費・環境適合性の更なる向上が求められており，その実現のためには数値流体力学が不可欠な技術だが，依然として数値流体力学を専門としない研究者・技術者が簡単に利用できるツールではない。そこで本研究では，航空機周り流れの流体解析の準備手続きを大幅に自動化できる新しい流体解析ツールを構築した。革新的な航空機形態・空力デバイス・空力騒音低減デバイスのアイディアを思いついた時に直ちに流体解析が実行できるようになることにより，CFDを専門としない航空宇宙分野の研究者・技術者の利用拡大が見込まれ，より優れた航空機空力設計が可能になると期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Turbulent Flow Simulations of the NASA Common Research Model using Immersed Boundary Method (2018)
  • 著者名/発表者名: Tamaki, Y., Imamura, T.
  • 雑誌名: AIAA Journal 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 2271-2282
  • DOI: 10.2514/1.j056654
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 直交格子流体ソルバUTCartを用いたNASA-CRMの非粘性およびRANS解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 玉置義治，原田基至，今村太郎
  • 雑誌名: 航空宇宙技術 巻: 17 号: 0 ページ: 173-178
  • DOI: 10.2322/astj.JSASS-D-17-00024
  • NAID: 130007412948
  • ISSN: 1884-0477
  • 査読あり
• [雑誌論文] First Aerodynamics Prediction Workshop (APC-I) の集計結果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 橋本 敦, 松島 紀佐他9名
  • 雑誌名: 航空宇宙技術 巻: 17 号: 0 ページ: 123-131
  • DOI: 10.2322/astj.JSASS-D-17-00048
  • NAID: 130007381756
  • ISSN: 1884-0477
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Second Aerodynamics Prediction Workshop (APC-II) の集計結果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 2.橋本 敦, 松島 紀佐他9名
  • 雑誌名: 航空宇宙技術 巻: 17 号: 0 ページ: 133-141
  • DOI: 10.2322/astj.JSASS-D-17-00049
  • NAID: 130007381755
  • ISSN: 1884-0477
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 遷音速流れ場の相似則と二次元複葉翼の数値解析結果への適用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大久保岳，今村太郎
  • 雑誌名: 日本航空宇宙学会論文集 巻: 66 号: 1 ページ: 7-14
  • DOI: 10.2322/jjsass.66.7
  • NAID: 130006337707
  • ISSN: 1344-6460, 2432-3691
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simple and Robust Cut-Cell Method for High-Reynolds-Number-Flow Simulation on Cartesian Grids (2017)
  • 著者名/発表者名: Motoshi Harada, Yoshiharu Tamaki, Yuichi Takahashi, and Taro Imamura
  • 雑誌名: AIAA Journal 巻: Vol.55, No.8 号: 8 ページ: 2833-2841
  • DOI: 10.2514/1.j055343
  • 査読あり
• [雑誌論文] Near-Wall Modification of Spalart-Allmaras Turbulence Model for Immersed Boundary Method (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshiharu Tamaki, Motoshi Harada, and Taro Imamura
  • 雑誌名: AIAA Journal 巻: Vol.55, No.9 号: 9 ページ: 3027-3039
  • DOI: 10.2514/1.j055824
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient dimension-by-dimension higher order finite-volume methods for a Cartesian grid with cell-based refinement (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshiharu Tamaki, and Taro Imamura
  • 雑誌名: Computers & Fluids 巻: 144 ページ: 74-85
  • DOI: 10.1016/j.compfluid.2016.12.002
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 階層型直交格子法を用いた線形化格子ボルツマン法による一円柱周りの放射音解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 前山大貴，今村太郎
  • 雑誌名: 日本航空宇宙学会誌論文集 巻: -
  • NAID: 130005549039
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Simple and Robust Cut Cell Method for High-Reynolds-Number Flow Simulation on Cartesian Grids (2017)
  • 著者名/発表者名: Motoshi Harada, Yoshiharu Tamaki, and Taro Imamura
  • 雑誌名: AIAA Journal 巻: -
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Near-Wall Modification of the Spalart-Allmaras Turbulence Model for the Immersed Boundary Method (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshiharu Tamaki, Motoshi Harada and Taro Imamura
  • 雑誌名: AIAA Journal 巻: -
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 直交格子法における埋め込み境界法とCut-Cell法の比較ー壁面近傍での圧力・せん断応力分布の検証ー (2016)
  • 著者名/発表者名: 原田基至，今村太郎
  • 雑誌名: 日本航空宇宙学会論文集 巻: 64 号: 3 ページ: 200-207
  • DOI: 10.2322/jjsass.64.200
  • NAID: 130005154798
  • ISSN: 1344-6460, 2432-3691
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Experimental and Numerical Studies based on POD on Separated Flow Formed on NACA0012 Airfoil at Low-Reynolds-Number (2018)
  • 著者名/発表者名: Jun Hattori,Yasuto Sunada,Taro Imamura, Yasir Ahmed Malik, Kenichi Rinoie
  • 学会等名: Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology
  • 国際学会
• [学会発表] Grid Metrics Modification Approach for Flow Simulation around 3D Geometries on Cartesian CFD method (2018)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Sugaya and Taro Imamura
  • 学会等名: AIAA Scitech 2019 Forum
  • 国際学会
• [学会発表] 遷音速バフェットのDelayed Detached-Eddy Simulationにおける境界層保護関数の影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 玉置義治、今村太郎、河合宗司
  • 学会等名: 日本航空宇宙学会第49期定時社員総会および年会講演会
• [学会発表] UTCartを用いた30P30N高揚力装置周りの非定常流れ場解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 玉置 義治，今村 太郎
  • 学会等名: 日本航空宇宙学会 4th Aerodynamic Prediction Challenge
• [学会発表] 非物体適合階層型直交格子を用いた30P30Nの空力予測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 周 健文、玉置 義治、今村 太郎
  • 学会等名: 日本航空宇宙学会 4th Aerodynamic Prediction Challenge
• [学会発表] 直交格子簡易カットセル法を用いた3次元複雑形状まわりの格子生成法の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 菅谷 圭祐, 玉置 義治, 今村 太郎
  • 学会等名: 第50回流体力学講演会／第36回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
• [学会発表] 直交格子法を用いた凹部特徴線を有する3次元物体周りの格子生成手法の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 菅谷圭祐、今村太郎
  • 学会等名: 日本機械学会 第３１回計算力学講演会
• [学会発表] 階層型直交格子を用いたAdaptive Mesh Refinementによる30P30N周り流れ場の2次元解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 周健文，玉置義治，今村太郎
  • 学会等名: 第３２回数値流体力学シンポジウム
• [学会発表] Characteristics of Adjoint-Based Shape Optimization on Hierarchical Cartesian Mesh with Immersed Boundary Method (2018)
  • 著者名/発表者名: Gaku Okubo, Taro Imamura
  • 学会等名: AIAA SCITECH2018
  • 国際学会
• [学会発表] 遷音速バフェットのDelayed Detached-Eddy Simulationにおける境界層保護関数の影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 玉置義治、今村太郎、河合宗司
  • 学会等名: 第49期定時社員総会および年会講演会
• [学会発表] 航空機実高レイノルズ数流れに対するCFDの挑戦 (2017)
  • 著者名/発表者名: 今村太郎、河合宗司
  • 学会等名: 日本航空宇宙学会年会講演会2017
  • 発表場所: 東京大学山上会館（東京都）
  • 年月日: 2017-04-13
  • 招待講演
• [学会発表] Parallelization of a Compressible Flow Solver (UTCart) on Cell-based Refinement Cartesian Grid with Immersed Boundary Method (2017)
  • 著者名/発表者名: Taro Imamura, Yoshiharu Tamaki, Motoshi Harada
  • 学会等名: Parallel CFD'2017, 29th International Conference on Parallel Computational Fluid Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] urbulent Flow Simulations of the NASA Common Research Model using the Immersed Boundary Method with a Wall Function (2017)
  • 著者名/発表者名: Tamaki, Yoshiharu, and Taro Imamura
  • 学会等名: 35th AIAA Applied Aerodynamics Conference, AIAA AVIATION2017
  • 国際学会
• [学会発表] 3次元複雑形状周りのRANS解析へ向けた直交格子ソルバUTCartの機能拡張 (2017)
  • 著者名/発表者名: 玉置 義治，今村 太郎
  • 学会等名: 第49回流体力学講演会／第35回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
• [学会発表] 圧縮性流体解析ソルバーUTCart の概要と壁面境界条件について (2017)
  • 著者名/発表者名: 今村太郎
  • 学会等名: ポスト「京」重点課題⑧・⑥第1回HPCものづくり統合ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 直交格子流体ソルバーUTCart を用いた航空機周りの空力解析事例 (2017)
  • 著者名/発表者名: 今村 太郎，玉置 義治
  • 学会等名: 日本機械学会 第30回計算力学講演会（CMD2017）
• [学会発表] 階層型直交格子埋め込み境界法におけるアジョイント法を用いた翼型の空力最適化について (2017)
  • 著者名/発表者名: 大久保岳，今村太郎
  • 学会等名: 第55回飛行機シンポジウム
• [学会発表] APC-IIIの集計結果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 橋本敦，青山剛史，上野真，中北和之，浜本滋，澤田恵介，松島紀佐，今村太郎，越智章生，吉本稔
  • 学会等名: 第55回飛行機シンポジウム
• [学会発表] 航空機実高レイノルズ数流れに対するCFDの挑戦 (2017)
  • 著者名/発表者名: 今村太郎,河合宗司
  • 学会等名: 第48期定時社員総会および年会講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 非粘性流中における翼端渦の空間的発達に関する数値的検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤宗嵩,今村太郎
  • 学会等名: 第48期定時社員総会および年会講演会
• [学会発表] 簡易カットセル法を用いた直交格子法の三次元への拡張 (2017)
  • 著者名/発表者名: 菅谷圭祐、今村太郎
  • 学会等名: 第31回数値流体力学シンポジウム
• [学会発表] 壁関数を用いた埋め込み境界法の適用可能範囲に対する考察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 玉置義治、今村太郎
  • 学会等名: 第31回数値流体力学シンポジウム
• [学会発表] 埋め込み境界法における力計算精度と質量保存則の関連性の調査 (2016)
  • 著者名/発表者名: 玉置義治，今村太郎
  • 学会等名: 第30回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: タワーホール船堀（東京都）
  • 年月日: 2016-12-12
• [学会発表] 階層型直交格子を用いた格子ボルツマン法の二次元コード構築及びナビエ・ストークス解析結果との比較 (2016)
  • 著者名/発表者名: 前山大貴，今村太郎
  • 学会等名: 第30回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: タワーホール船堀（東京都）
  • 年月日: 2016-12-12
• [学会発表] 壁関数を用いた埋め込み境界法によるNASA-CRM遷音速空力予測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 玉置 義治，原田 基至，今村 太郎
  • 学会等名: 第54回飛行機シンポジウム
  • 発表場所: 富山国際会議場（富山県・富山市）
  • 年月日: 2016-10-24
• [学会発表] APC-IIの集計結果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 橋本敦、青山剛史、松尾裕一、上野真、中北和之、浜本滋、澤田恵介、松島紀佐、今村太郎、越智章生、吉本稔
  • 学会等名: 第54回飛行機シンポジウム
  • 発表場所: 富山国際会議場（富山県・富山市）
  • 年月日: 2016-10-24
• [学会発表] 壁関数・埋め込み境界法を用いた30P30N周りのDDES解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 玉置 義治，原田 基至，今村 太郎
  • 学会等名: 第29回計算力学講演会（CMD2016）
  • 発表場所: 名古屋大学豊田講堂（愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2016-09-22
• [学会発表] RANS解析における壁関数を用いた埋め込み境界法の検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 玉置義治，原田 基至，今村太郎
  • 学会等名: 第48回流体力学講演会/第34回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
  • 発表場所: 金沢歌劇座（石川県・金沢市）
  • 年月日: 2016-07-06
• [学会発表] 階層型直交格子法を用いた格子ボルツマン法による一円柱周りの放射音解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 前山大貴，今村太郎
  • 学会等名: 第48回流体力学講演会/第34回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
  • 発表場所: 金沢歌劇座（石川県・金沢市）
  • 年月日: 2016-07-06
• [学会発表] 複葉翼周りの遷音速・超音速流れ場の理論及び数値計算による検証 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大久保岳，今村太郎
  • 学会等名: 第48回流体力学講演会/第34回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
  • 発表場所: 金沢歌劇座（石川県・金沢市）
  • 年月日: 2016-07-06
• [学会発表] Near-wall modification of Spalart-Allmaras Turbulence Model for Immersed Boundary Method (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshiharu Tamaki, Motoshi Harada, and Taro Imamura
  • 学会等名: 46th AIAA Fluid Dynamics Conference
  • 発表場所: Washington, D.C.(USA)
  • 年月日: 2016-06-13
  • 国際学会
• [学会発表] 階層型直交格子法による高レイノルズ数流れ解析に向けて (2016)
  • 著者名/発表者名: 今村太郎，玉置義治，原田基至，高橋悠一
  • 学会等名: 平成27年度航空宇宙空力シンポジウム
  • 発表場所: 指宿いわさきホテル（鹿児島県・指宿市）
  • 年月日: 2016-01-22
• [学会発表] A Novel Efficient Reconstruction Scheme for Unstructured Grids based on Iterative Least-Squares methods (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshiharu Tamaki, Taro Imamura
  • 学会等名: SCITECH2016
  • 発表場所: San Diego (USA)
  • 年月日: 2016-01-04
  • 国際学会
• [学会発表] A Novel Simple Cut-Cell Method for Robust Flow Simulation on Cartesian Grids (2016)
  • 著者名/発表者名: Motoshi Harada, Yoshiharu Tamaki, Yuichi Takahashi, Taro Imamura
  • 学会等名: SCITECH2016
  • 発表場所: San Diego (USA)
  • 年月日: 2016-01-04
  • 国際学会
• [学会発表] Summary of First Aerodynamics Prediction Challenge (APC-I) (2016)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Hashimoto, Takashi Aoyama, Yuichi Matsuo, Makoto Ueno, Kazuyuki Nakakita, Shigeru Hamamoto, Keisuke Sawada, Kisa Matsushima, Taro Imamura, Akio Ochi, Keizo Takanaka
  • 学会等名: SCITECH2016
  • 発表場所: San Diego (USA)
  • 年月日: 2016-01-04
  • 国際学会
• [学会発表] 階層型直交格子法と埋め込み境界法の組み合わせによる解析(その2) (2016)
  • 著者名/発表者名: 玉置義治，原田 基至，今村太郎
  • 学会等名: Second Aerodynamics Prediction Challenge (APC-II)
  • 発表場所: 金沢歌劇座（石川県・金沢市）
• [学会発表] 繰り返し変数再構築に基づくコンパクトな高次精度有限体積法の提案 (2015)
  • 著者名/発表者名: 玉置義治、今村太郎
  • 学会等名: 第29回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 九州大学筑紫キャンパス（福岡県・春日市 ）
  • 年月日: 2015-12-15
• [学会発表] 直交格子法における埋め込み境界法とCut-Cell法の比較-壁関数を用いた乱流解析 - (2015)
  • 著者名/発表者名: 原田基至，玉置 義治，高橋 悠一，今村 太郎
  • 学会等名: 第29回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 九州大学筑紫キャンパス（福岡県・春日市 ）
  • 年月日: 2015-12-15
• [学会発表] 超音速複葉翼機に適した新しい翼型に対する一考察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 今村 太郎、井口 智広、カネサン クリスチャン、レイランド ペネロペ
  • 学会等名: 第53回飛行機シンポジウム
  • 発表場所: 松山市総合コミュニティセンター（愛媛県・松山市）
  • 年月日: 2015-11-11
• [学会発表] 階層型直交格子によるNASA-CRMの遷音速空力予測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 玉置 義治、原田 基至、高橋 悠一、今村 太郎
  • 学会等名: 第53回飛行機シンポジウム
  • 発表場所: 松山市総合コミュニティセンター（愛媛県・松山市）
  • 年月日: 2015-11-11
• [学会発表] APC-Iの集計結果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 橋本 敦、青山 剛史、松尾 裕一、上野 真、中北 和之、浜本 滋、澤田 恵介、松島 紀佐、今村 太郎、越智 章生、竹中 啓三
  • 学会等名: 第53回飛行機シンポジウム
  • 発表場所: 松山市総合コミュニティセンター（愛媛県・松山市）
  • 年月日: 2015-11-11
• [学会発表] 直交格子法における埋め込み境界法とCut-Cell法の比較 － 壁面近傍での圧力・せん断応力分布の検証 (2015)
  • 著者名/発表者名: 原田 基至、今村太郎
  • 学会等名: 第47回流体力学講演会/第33回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所（東京都）
  • 年月日: 2015-07-02
• [学会発表] Locally-Defined High-Resolution Scheme for Shock-Capturing Problems on Unstructured Cartesian Grids (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshiharu Tamaki, Taro Imamura
  • 学会等名: 22nd AIAA Computational Fluid Dynamics Conference
  • 発表場所: Dallas (USA)
  • 年月日: 2015-06-22
  • 国際学会
• [備考] 直交格子法を用いた圧縮性流体解析コードの研究開発
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/rinoielab/research/index.html
• [備考] 李家・今村研究室ホームページ
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/rinoielab/welcome/