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大規模流体計算における高効率な不確実性解析手法の開発と火星航空機空力設計への応用

研究課題

研究課題/領域番号 19J12469
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分24010:航空宇宙工学関連
研究機関東京大学

研究代表者

河合 成孝  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2019年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード不確定性定量化 / 数値流体力学 / 多項式カオス展開 / stochastic Galerkin法 / ギブス現象 / エッジ検出 / multi-element法
研究開始時の研究の概要

本研究では,まず大規模高精度流体計算のための高効率かつパラメータ空間内の不連続的変化を捉えることが可能な不確実性評価手法を開発する.そのために,従来の手法にエッジ検出技術を取り入れた新手法を提案し,その性能を示すことにより,これまでは困難であった大規模流体計算を用いた不確実性評価を可能にする.
次に,開発した手法とラージエディシミュレーションのカップリングによって,主流乱れや突風に関連する不確実性が火星航空機主翼の空力特性に与える影響を評価する.

研究実績の概要

前年度は一次元のパラメータ空間で生じる不連続をエッジ検出によって検知し,その不連続位置で空間を分割するというアルゴリズムを開発した.特に,前年度は時間発展に伴って不連続位置が変化しない問題に対して有効なアルゴリズムを提案した.しかしながら,不連続が時間とともに移動する場合には空間分割数が増大し,計算コストが高くなる.当該年度は不連続位置が時間とともに移動する場合にも高効率性を保つ手法を開発した.具体的には,時間とともに不連続が移動した場合,応答が滑らかになった領域で部分空間を結合するアルゴリズムを導入した.この拡張した提案手法を準一次元遷音速ノズル流れの数値解析に適用することで,拡張前の手法と比較して高い精度を維持しながら計算コストを大きく削減できることを示した.
また,前年度に構築した提案手法を多次元の不確かさをもつ問題へと拡張した.一次元のパラメータ空間では不連続はある点において生じるが,多次元のパラメータ空間では応答の不連続はある超曲面上に生じる.その結果,不連続が生じる超曲面によって分割されてできる部分空間は不規則なものとなる.当該年度には,この不規則な部分空間上で応答曲面モデルを構築するために,Rosenblatt変換を用いて部分空間を超立方体に射影し,射影した超立方体上で応答曲面モデルを構築するアルゴリズムを導入した.この拡張された提案手法をベンチマーク問題に対して検証し,従来手法から追加の計算コストを必要とせずに不連続な応答に対する精度を改善できることを示した.また,本提案手法を超音速複葉翼周り流れの数値解析に応用することで,提案手法の空力設計問題への適用可能性を示した.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Multi-Element Stochastic Galerkin Method Based on Edge Detection for Uncertainty Quantification of Discontinuous Responses2020

    • 著者名/発表者名
      Kawai Shigetaka、Oyama Akira
    • 雑誌名

      Journal of Verification, Validation and Uncertainty Quantification

      巻: 5 号: 4 ページ: 041004-041004

    • DOI

      10.1115/1.4049200

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Uncertainty Quantification and Global Sensitivity Analysis of Low-Reynolds-Number Airfoil for Future Mars Airplane2020

    • 著者名/発表者名
      KAWAI Shigetaka、OYAMA Akira
    • 雑誌名

      TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES

      巻: 63 号: 4 ページ: 172-182

    • DOI

      10.2322/tjsass.63.172

    • NAID

      130007869266

    • ISSN
      0549-3811, 2189-4205
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Uncertainty Quantification of Supersonic Biplane Airfoil by Multi-Element Polynomial Chaos Based on Edge Detection2021

    • 著者名/発表者名
      Shigetaka Kawai
    • 学会等名
      AIAA SciTech Forum 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An Intrusive Multi-Element Polynomial Chaos Method Based on Edge Detection Technique for Uncertainty Quantification2019

    • 著者名/発表者名
      Shigetaka Kawai and Akira Oyama
    • 学会等名
      3rd International Conference on Uncertainty Quantification in Computational Sciences and Engineering
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] エッジ検出技術に基づいたintrusive型不確実性定量評価手法の開発2019

    • 著者名/発表者名
      河合成孝,大山聖
    • 学会等名
      日本機械学会 第29回 設計工学・システム部門講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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