音速近くの流れの解明と制御

2004 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14205137
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 中橋 和博 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00207854)
• 研究分担者: 大林 茂 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (80183028) ; 松島 紀佐 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40332514) ; 澤田 恵介 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80226068) ; 藤井 孝蔵 (独法)宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部, 教授 (50209003) ; 吉田 憲司 (独法)宇宙航空研究開発機構, 総合技術研究本部, 研究員
• キーワード: 音速 / 衝撃波 / CFD / 最適設計 / 遷音速 / 空気抵抗

研究概要

航空機実形状周りの高遷音速流れや弱い衝撃波を伴った流れの数値解析ツールとして、非構造格子に基づくEuler/Navier-Stokesソルバー(TAS=Tohoku University Aerodynamic Simulation Code)の信頼性改善、計算効率改善を行うとともに、格子生成の高度化を進めた。また、それら計算コードを用いて遷音速から超音速にわたっての航空機への適用を行い精度検証を進めた。
遷音速旅客機の実機空力設計ツールとして随伴方程式を用いた最適設計法のツールを構築した。それに付随して形状変形や翼と胴体の干渉部分の変更に伴う格子修正法について国際会議発表を行った。
マッハ数が0.95から0.98近傍の高遷音速域での航空機について遺伝的アルゴリズムを用いた最適化設計に関して論文投稿を行うとともに、航空機の抵抗を発生原因ごとに分ける抵抗分解法を提案し検証した。
Large-Eddy Simulationとレイノルズ平均NSの計算とのハイブリッド法としてのDESを既開発のTASコードに組み込みを進め、その実用上の評価を行った。また、それを用いた大規模計算のための格子細分化や並列計算法の改善を進めた。
宇宙往還機機体の音速域での飛行特性についての数値解析を進めるとともに、音速域特有の舵の逆効きについての制御に関する研究を開始した。
非構造格子に基づく流体数値計算法の更なる高精度化を目的として離散ガラーキン法の研究を進めた。
超音速実験機の信頼性改善をすすめ、その遷音速時の空力特性の検討を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Improvements in the Reliability and Quality of Unstructured Hybrid Mesh Generation (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Ito, K.Nakahashi
  • 雑誌名: International Journal for Numerical Methods in Fluids 45 ページ: 79-108
• [雑誌論文] Wing design for supersonic transport using integral equation method (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Matsushima, T.Iwamiya, K.Nakahashi
  • 雑誌名: Engineering Analysis with Boundary Elements 28 ページ: 247-255
• [雑誌論文] Aerodynamic Wing Design of NEXST-2 Using Unstructured-Mesh and Supersonic Inverse Problem (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Fujita, K.Matsushima, K.Nakahashi
  • 雑誌名: Journal of Aircraft 41 ページ: 1146-1152
• [雑誌論文] Simulation of Aircraft with Changing Control Surface Deflection at Near-Sonic Speed (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Murayama, K.Nakahashi, K.Yamamoto, T.Iwamiya
  • 雑誌名: CFD Journal 13(2) ページ: 295-303
• [雑誌論文] Numerical Analyses of Discrete Gust Response for an Aircraft (2004)
  • 著者名/発表者名: G.Yang, S.Obayashi
  • 雑誌名: Journal of Aircraft 41(6) ページ: 1353-1359
• [雑誌論文] Study on the Use of High-Fidelity Methods in Aeroelastic Optimization (2004)
  • 著者名/発表者名: Guru P.Guruswamy, Shigeru Obayashi
  • 雑誌名: Journal of Aircraft 41(3) ページ: 616-619