• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

高レイノルズ数空力予測の精度向上を目指した衝撃波/境界層干渉の先進画像計測

研究課題

研究課題/領域番号 23K22954
補助金の研究課題番号 22H01684 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分24010:航空宇宙工学関連
研究機関岡山大学

研究代表者

河内 俊憲  岡山大学, 環境生命自然科学学域, 教授 (40415922)

研究分担者 鈴木 博貴  岡山大学, 環境生命自然科学学域, 准教授 (10626873)
田中 健人  岡山大学, 環境生命自然科学学域, 助教 (40911011)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2025年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2024年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2023年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2022年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
キーワード高レイノルズ数 / 先進レーザ計測 / 非定常空気力学 / 非定常空力
研究開始時の研究の概要

本研究では、レイノルズ数を大きく変化させた条件で、付着境界層や衝撃波-境界層干渉に伴うはく離の詳細なデータを、PIV、LSV、油膜干渉法といった先進画像計測を用いて取得する。加えて、これらデータを用いて検証した高忠実な数値計算に機械学習を併用することで、高レイノルズ数流れにおけるはく離の計算モデル構築を目指す。

研究実績の概要

本研究では、レイノルズ数を大きく変化させた条件で、付着境界層や衝撃波-境界層干渉に伴うはく離の詳細なデータを先進画像計測を用いて取得し、これらデータを用いて検証した高忠実な数値計算に機械学習を併用することで、高レイノルズ数流れにおけるはく離の計算モデル構築を目指している。
2023年度、実験としては大きく2つの成果を得た。一つ目は付着境界層の実験を通じた計測システムの改良で、二つ目は斜め衝撃波導入法の確立である。既存のシステムでは本研究での鍵となる流速と壁面せん断応力を同じ位置、また同時刻に計測することは困難であった。後述する斜め衝撃の導入方法の変更と併せて、油膜干渉法にカメラキャリブレーションとミラーを導入することで、これを改善した。斜め衝撃波の導入方法としては、既存の金属製ランプブロックの挿入から3Dプリンター製樹脂ランプのガラス面への接着による方法に変更した。これにより、計測したい任意の位置に容易に任意の強さの斜め衝撃波の導入が可能となった。現状、これら改良したシステムを用いた詳細なデータ取得は出来てないため、2024年度以降、これを行う。実験に対応する数値計算に関しては、衝撃波-境界層干渉の高解像度計算を実施できた。得られた結果を文献値と比較したところ、これまで用いてきたスキームでは、境界層のはく離の状況(圧力変動やはく離長さ)を正確に捉えることが困難であることが分かった。現在、高精度・高忠実、かつ斜め衝撃波を導入する境界条件に対応可能なスキームの開発を行っている。高レイノルズ数流れにおける壁面せん断応力を予測する深層学習モデルの構築に関しては、モデルの入力となる流速分布の高さ方向位置を壁面に近づけることで、ロバスト性が改善すること、また正解データとなる壁面せん断応力値の学習確立を均等にすることで、さらなる精度・ロバスト性の改善が見込めることが分かった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

実施計画として「1)大気吸込み超音速風洞を用いた付着境界層の詳細データ取得の継続」、「2)大気吸込み超音速風洞実験における斜め衝撃波の導入」、および「3)加圧吹出し風洞実験の準備」「4)実験データ公開の準備」、「5)付着境界層および衝撃波-境界層干渉の高解像度数値計算」、および「6)付着境界層の深層学習を用いた数理モデルの改良」を挙げていた。
1)と2)に関しては、先に記載した通り目標の達成できた。しかしながら、3)に関しては本年度、大学での実験棟の移設があり、移設および移設後の装置検証等に注力する必要が生じ、ほとんど行えなかった。4)に関しては、新規にネットワークストレージの購入を行い、まずは研究室内でのネットワークを用いたデータ共有までは達成できた。5)と6)に関しても、先に記載した通り、一部対応中の問題はあるけれども、達成できている。しかしながら、本研究でキーとなるレイノルズ数を大きく振った実験として重要となる3)が遅れていることから、これらを加味し、「やや遅れている」とした。

今後の研究の推進方策

2024年度、大気吸込み式超音速風洞を用いた実験に関しては1)衝撃波-境界層干渉の詳細データの取得を行う。具体的にPIVによる広域での速度データの取得、PTVによる壁面近傍での速度データの取得、オイルフローによるはく離の可視化、および油膜干渉方法による壁面せん断応力データの取得を行う。レイノルズ数を変化させる実験としては、2)境界層レイノルズ数を増加させる加圧吹出し風洞実験の準備を進め、初期実験を行うと共に、小型の大気吸込み風洞を用いた実験を導入し、少なくとも境界層レイノルズ数を下げた実験を併せて行うことで、研究が手詰まりとならないようにする。数値シミュレーションに関しては、3)高精度・高忠実、かつ斜め衝撃波を導入する境界条件に対応可能なハイブリットスキームの開発を継続し、衝撃波-境界層干渉における高精度計算データの取得を行う。数理モデルに関しては、4)現在行なっている深層学習モデルの改良、特に正解データの選択的学習を行い、モデルの高精度・高ロバスト化を推し進める。またこれと併せて、衝撃波-境界層干渉に対して、これまで構築してきた深層学習を適用し、数理モデルの構築が可能か検討を開始する。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (43件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (13件) (うち査読あり 13件、 オープンアクセス 12件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Comparative Testing the Uncertainty of A/D Converters in A Hot-Wire Anemometer Measurement Using Grid-Generated Turbulence2024

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Hiroto、Suzuki Hiroki、Kouchi Toshinori
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 2694 号: 1 ページ: 012003-012003

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2694/1/012003

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Assessing OpenFOAM-based Large-eddy Simulation Using Decay Characteristics of An Isotropic Taylor-green Vortex2024

    • 著者名/発表者名
      Ono Akira、Chitose Makoto、Suzuki Hiroki、Kouchi Toshinori
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 2694 号: 1 ページ: 012004-012004

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2694/1/012004

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multiscaled inviscid Taylor-Green vortex flow for examining energy conservation error in incompressible flows2024

    • 著者名/発表者名
      Gong Xuanyou、Suzuki Hiroki、Kouchi Toshinori
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 2701 号: 1 ページ: 012052-012052

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2701/1/012052

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Non-linear response of kinetic energy in an inviscid Taylor-Green flow obtained by OpenFOAM-LES with respect to time increments2024

    • 著者名/発表者名
      Ono Akira、Suzuki Hiroki、Kouchi Toshinori
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 2701 号: 1 ページ: 012054-012054

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2701/1/012054

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] LES analysis of local isotropic turbulence depending on the spatial scale of the external forcing field2024

    • 著者名/発表者名
      Minami Koki、Suzuki Hiroki、Kouchi Toshinori
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 2701 号: 1 ページ: 012055-012055

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2701/1/012055

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Experimental validation on a calibration position of a hot-wire anemometer for measuring multi-scale grid-generated turbulence2024

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Hiroto、Suzuki Hiroki、Kouchi Toshinori
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 2701 号: 1 ページ: 012056-012056

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2701/1/012056

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Energy conservation uncertainly due to the use of an implicit time integration method clarified by a multiplexed TGV inviscid flow2024

    • 著者名/発表者名
      Chitose Makoto、Suzuki Hiroki、Kouchi Toshinori
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 2701 号: 1 ページ: 012059-012059

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2701/1/012059

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] LES analysis clarifying the response of static pressure fluctuation characteristics in isotropic/anisotropic steady turbulence field to reducing isotropic small-scale spatial resolution2023

    • 著者名/発表者名
      Hirabayashi Riku、Suzuki Hiroki、Mochizuki Shinsuke
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 2585 号: 1 ページ: 012006-012006

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2585/1/012006

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Low-order isotropic spatial resolution characteristics of the viscous terms for LES analysis on iso/anisotropic steady turbulent flows2023

    • 著者名/発表者名
      Hirabayashi Riku、Suzuki Hiroki、Mochizuki Shinsuke
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 2591 号: 1 ページ: 012019-012019

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2591/1/012019

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Examination of the Initial Field Dependence of the Decay Exponent Value of Decaying Turbulence using a Large-Eddy Simulation and a Wind Tunnel Experiment2023

    • 著者名/発表者名
      N. Itamura, H. Suzuki, S. Mochizuki
    • 雑誌名

      Advanced Experimental Mechanics

      巻: 8 ページ: 17-24

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fundamental numerical analysis clarifying the response of incompressible turbulence fields to the uncertainty of kinetic energy conservation_2023

    • 著者名/発表者名
      M. Chitose, H. Suzuki, K. Tanaka, T. Kouchi
    • 雑誌名

      Proceedings of the International Conference on Power Engineering 2023

      巻: ICOPE-2023-1274

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of a single-scale initial flow field into steady homogeneous turbulence with validating a constructed Fourier spectral analysis2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Suzuki, Toshinori Kouchi
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 2313 号: 1 ページ: 012008-012008

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2313/1/012008

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Numerical visualisation on applying a five-stage multi-scaled square turbulence-generating grid to generating turbulence2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Suzuki
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 2313 号: 1 ページ: 012005-012005

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2313/1/012005

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 壁面せん断応力を推定する機械学習モデルのロバスト性向上2024

    • 著者名/発表者名
      原健太, 成富和希, 河内俊憲, 鈴木博貴, 田中健人
    • 学会等名
      第54回 日本機械学会 中国四国学生会 学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 数値計算による断層シュリーレン法の再現2024

    • 著者名/発表者名
      小寺成美, 河内俊憲, 鈴木博貴, 田中健人
    • 学会等名
      第54回 日本機械学会 中国四国学生会 学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 超音速風洞における乱流格子形状と風洞壁に発達する境界層の関係2024

    • 著者名/発表者名
      福田_光一,_河内_俊憲,_鈴木_博貴,_田中_健人
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国支部 第62期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 定常等方主流乱流から拡散した乱れの滑面壁面への衝突に関するLES解析2024

    • 著者名/発表者名
      南_光樹,_鈴木_博貴,_田中_健人,_河内_俊憲
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国支部 第62期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 定常化された周期的低レイノルズ数流れによる差分空間分解能のSGS成分補償の検証2024

    • 著者名/発表者名
      Gong_Xuanyou,_鈴木_博貴,_田中_健人,_河内_俊憲
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国支部 第62期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Phase-lock Analysis of Two-dimensional Transonic Shock Buffet by Using Machine Learning2024

    • 著者名/発表者名
      T. Kikuchi, T. Kouchi, K. Tanaka, K. Takeuchi
    • 学会等名
      AIAA Scitech 2024 Forum
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Locally Broken Shock Wave Detection with One-dimensional Convolutional Neural Network in Shock Turbulence Interaction2024

    • 著者名/発表者名
      K. Tanaka, T. Kouchi, H. Suzuki, K. Takeuchi
    • 学会等名
      AIAA Scitech 2024 Forum
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 一様等方性乱流との干渉により発生する球面衝撃波の変調2024

    • 著者名/発表者名
      田中健人, 渡邉大成, 鈴木博貴, 河内俊憲
    • 学会等名
      2023年度衝撃波シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 高レイノルズ数超音速風洞における付着境界層の壁面せん断応力計測2023

    • 著者名/発表者名
      加藤真吾, 田中健人, 鈴木博貴, 河内俊憲
    • 学会等名
      第55回 日本航空宇宙学会 流体力学講演会・第41回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] KEEPスキームを導入した超音速乱流境界層のLES2023

    • 著者名/発表者名
      藏崎響, 田中健人, 鈴木博貴, 河内俊憲
    • 学会等名
      第32回 日本流体力学会 中四国・九州支部講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 風洞閉塞加速に対する定常等方乱流の応答のモデルを検証するLES 解析2023

    • 著者名/発表者名
      小野士, 鈴木博貴, 田中健人, 河内俊憲
    • 学会等名
      第32回 日本流体力学会 中四国・九州支部講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] エネルギー保存特性の離散化誤差に対する非圧縮性周期箱乱流の応答のLES解析2023

    • 著者名/発表者名
      千歳惇人, 鈴木博貴, 田中健人, 河内俊憲
    • 学会等名
      第32回 日本流体力学会 中四国・九州支部講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 多重スケール格子乱流中の速度変動の主流方向発展に関する風洞実験2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木博貴, 山口寛人, 田中健人, 河内俊憲
    • 学会等名
      第32回 日本流体力学会 中四国・九州支部講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Dynamic Mode Decomposition of Simultaneous Dual-layer Focusing Schlieren and Unsteady Pressure-Sensitive Paint Measurements for Transonic Buffet on a Swept Wing2023

    • 著者名/発表者名
      S. Fukumoto, T. Kouchi, Y. Sugioka, and S. Koike
    • 学会等名
      AIAA Scitech 2023 Forum
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Openfoam-LESによる Taylor-Green vortex流れの数値解析2023

    • 著者名/発表者名
      小野士, 鈴木博貴, 田中健人, 河内俊憲
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国学生会 第53回学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ベクトルポテンシャルにより定常化された乱流場のLES解析2023

    • 著者名/発表者名
      南光樹, 鈴木博貴, 田中健人, 河内俊憲
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国学生会 第53回学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Openfoam-LES解析の運動エネルギー保存特性に関する基礎的検討2023

    • 著者名/発表者名
      千歳惇人, 鈴木博貴, 河内俊憲, 田中健人
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国支部 第61期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 閉塞効果検証にもとづく多重スケール生成乱流特性に関する風洞実験2023

    • 著者名/発表者名
      山口寛人, 鈴木博貴, 河内俊憲, 田中健人
    • 学会等名
      日本機械学会 中国四国支部 第61期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 一次元畳み込みニューラルネットワークを用いた選択的な衝撃波面の検出方法の提案2023

    • 著者名/発表者名
      田中健人, 鈴木博貴, 河内俊憲, 竹内孔一
    • 学会等名
      2022年度衝撃波シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Reθ =14,000の数超音速風洞壁に発達する乱流境界層のPIV計測2022

    • 著者名/発表者名
      貝原涼弥, 田中健人, 鈴木博貴, 河内俊憲
    • 学会等名
      第54回 流体力学講演会 / 第40回 航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 二次元遷音風洞におけるCRM後退翼のデュアルレイヤー断層シュリーレン/非定常感圧塗料を用いた三断面同時可視化2022

    • 著者名/発表者名
      河内俊憲, 福本翔太, 杉岡洋介, 小池俊輔
    • 学会等名
      第54回 流体力学講演会 / 第40回 航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ラバルノズルを用いない主流乱れを導入した超音速風洞2022

    • 著者名/発表者名
      清水崇史, 福田光一, 田中健人, 鈴木博貴, 河内俊憲
    • 学会等名
      第54回 流体力学講演会 / 第40回 航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 一様等方性乱流との干渉による球面衝撃波面の歪みの評価2022

    • 著者名/発表者名
      渡邉大成, 田中健人, 鈴木博貴, 河内俊憲
    • 学会等名
      第54回 流体力学講演会 / 第40回 航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 機械学習を用いた2次元バフェットにおける衝撃波位置の追跡と圧力伝播速度の位相平均値の算出2022

    • 著者名/発表者名
      菊池翼, 福本翔太, 田中健人, 竹内孔一, 河内俊憲
    • 学会等名
      第54回 流体力学講演会 / 第40回 航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 二次元後退翼バフェットの先進画像計測2022

    • 著者名/発表者名
      河内俊憲
    • 学会等名
      第29回 日本流体力学会 中四国・九州支部講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 一次元畳み込みニューラルネットワークによる局所崩壊した衝撃波面の検出2022

    • 著者名/発表者名
      田中健人, 鈴木博貴, 河内俊憲, 竹内孔一
    • 学会等名
      第29回 日本流体力学会 中四国・九州支部講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 後退翼バフェットに関するデュアルレイヤー断層シュリーレンと非定常感圧塗料の同時計測データの動的モード分解2022

    • 著者名/発表者名
      福本翔太, 河内俊憲, 杉岡洋介, 小池俊輔
    • 学会等名
      第60回 飛行機シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 航空機の設計・開発を支える先進流体計測とデータ駆動型解析2022

    • 著者名/発表者名
      河内俊憲
    • 学会等名
      2022年度 日本冷凍空調学会 年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] エネルギー保存不確かさに対する非圧縮性定常乱流場のロバスト性の基礎的検討2022

    • 著者名/発表者名
      千歳惇人, 鈴木智也, 鈴木博貴, 河内俊憲, 田中健人
    • 学会等名
      第36回 数値流体力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 岡山大学 工学部 流体力学研究室 Research Projects

    • URL

      http://www.cc.okayama-u.ac.jp/fdl/o3_sub_projects.html

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi