音速近くの流れの解明と制御

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 14205137
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 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: 松島 紀佐 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40332514) ; 大林 茂 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (80183028) ; 高山 和喜 東北大学, 先進医工学研究機構, 教授 (40006193) ; 藤井 孝蔵 宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部, 教授 (50209003) ; キム ヒョンジン 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00361121)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2005
• キーワード: 音速 / 衝撃波 / 数値流体力学 / 最適設計

研究概要

音速近くの流れに対する数値計算と実験研究を行い、以下の研究成果を得た。
1.非構造格子を用いた内製CFDソフト(TAS-code)の高度化を進め、遷音速航空機周りの流れの解析と設計を行う有用なツールを構築した。
2.随伴方程式を用いた効率よい直接最適化コードを開発した。遷音速機の翼とエンジンナセルおよびバイロン部の空力設計に適用し、工学的に重要な知見を得た。
3.高性能な遷音速旅客機開発のためのツールとして、遺伝的アルゴリズムおよびデータマイニング等を用いた効率よい多分野複合最適化コードを開発・整備した。
4.CFDの抵抗値予測精度を改善する方法を開発した。これにより、遷音速機の精度に敏感なウイングレット最適化問題も行えるようになった。
5.マッハ数0.98で飛行する航空機を空力最適化を施した。その結果、揚抗比が25%程度改善され、高遷音速域での空力性能の優れた翼形状の一般条件の知見を得た。
6.惑星大気突入カプセルが遷音速付近で動的不安定性を示すことについての数値解析を行い、それを基にカプセルの動的安定特性の予測手法を提案した。
7.高速飛翔物体の底面背後に生ずるベース流れについて、LES/RANSハイブリッド手法を用いて解析し、遷音速領域での時間変動特性が亜音速・超音速とはまったくことなるものであることを示した。
8.宇宙往還機の遷音速域での舵の逆効き現象につき、TAS-codeで原因を特定するとともに、逆効き問題解決のための形状修正法を提案した。
9.弱い衝撃波の挙動に付随する様々な現象に関して、実験的・数値的手段により解明研究を進めた。

研究成果

• [雑誌論文] Drag Reduction of a Near-Sonic Airplane by Using Computational Fluid Dynamics (2005)
  • 著者名/発表者名: W.Yamazaki, K.Matsushima, K.Nakahashi
  • 雑誌名: AIAA Journal 43(9) ページ: 1870-1877
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Simulation of Aircraft Response to Control Surface Deflection Using Unstructured Dynamic Grids (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Murayama, F.Togashi, K.Nakahashi, K.Matsushima, T.Kato
  • 雑誌名: Journal of Aircraft 42(2) ページ: 340-346
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Drag Prediction and Decomposition Based on CFD Computations (2005)
  • 著者名/発表者名: W.Yamazaki, K.Matsushima, K.Nakahashi
  • 雑誌名: JSME International Journal, Series B 48(2) ページ: 235-240
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Surface Modification Method for Aerodynamic Design Optimization (2005)
  • 著者名/発表者名: H.J.Kim, S.Koc, K.Nakahashi
  • 雑誌名: AIAA Journal 43(4) ページ: 727-740
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Experimental study of Richtmyer-Meshkov instability induced by cylindrical shock waves (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Hosseini, K.Takayama
  • 雑誌名: PHYSICS OF FLUIDS 17(8) ページ: Art. No.084101
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Efficient Search for Trade-Offs by Adaptive Range Multi-Objective Genetic Algorithms (2005)
  • 著者名/発表者名: D.Sasaki, S.Obayashi
  • 雑誌名: Journal of Aerospace Computing, Information, and Communication 2(1) ページ: 44-64
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Drag Reduction of a Near-Sonic Airplane by Using Computational Fluid Dynamics (2005)
  • 著者名/発表者名: W.Yamazaki, K.Matsushima, K.Nakahashi
  • 雑誌名: AIAA Journal Vol.43, No.9 ページ: 1870-1877
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Simulation of Aircraft Response to Control Surface Deflection Using Unstructured Dynamic Grids (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Murayama, F.Togashi, K.Nakahashi, K.Matsushima, T.Kato
  • 雑誌名: Journal of Aircraft Vol.42, No.2 ページ: 340-346
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Drag Prediction and Decomposition Based on CFD Computations (2005)
  • 著者名/発表者名: W.Yamazaki, K.Matsushima, K.Nakahashi
  • 雑誌名: JSME International Journal, Series B Vol.48, No.2 ページ: 235-240
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Surface Modification Method for Aerodynamic Design Optimization (2005)
  • 著者名/発表者名: H.J.Kim, S.Koc, K.Nakahashi
  • 雑誌名: AIAA J. Vol.43, No.4 ページ: 727-740
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Experimental study of Richtmyer-Meshkov instability induced by cylindrical shock waves (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Hosseini, K.Takayama
  • 雑誌名: PHYSICS OF FLUIDS Vol.17 No.8 ページ: Art.No.084101
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Efficient Search for Trade-offs by Adaptive Range Multi-Objective Genetic Algorithms (2005)
  • 著者名/発表者名: D.Sasaki, S.Obayashi
  • 雑誌名: Journal of Aerospace Computing, Information, and Communication Vol.2, No.1 ページ: 44-64
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より