サイレント超音速飛行実現のための実験・計算融合研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15206091
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 大林 茂 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (80183028)
• 研究分担者: 齋藤 務 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (00302224) ; 佐宗 章弘 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (40215752) ; 早瀬 敏幸 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30135313) ; 松島 紀佐 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40332514) ; 中橋 和博 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00207854)
• キーワード: 超音速流 / ソニックブーム / 衝撃波 / 航空機設計 / CFD / 最適化 / 感圧塗料 / 並列処理

研究概要

今年度、実験グループでは、超音速射出実験装置を完成させた。既存のラム加速器の駆動部を改良し、ダブルダイアフラムを用いたヘリウム銃とした。直径25mmのモデルを、700m/sの速度で射出することができた。購入したブラストレスサボ分離装置により、擾乱の少ない試験状態を実現することができた。さらに、感圧塗料を用いて、ブラスト波と背後の接触面の伝播、移動の時間履歴を計測する技術を完成させた。
計算グループでは、カナード付きの翼胴形態の多目的最適設計システムを構築した。主翼・カナード・シアーズ=ハック胴体を表現するパラメータを設定し、非構造格子法を用いた3次元オイラー計算で空力抵抗と等価断面積分布を評価、低抵抗・低ブームの多目的最適化を実施した。多目的最適化には、領域適応型多目的遺伝的アルゴリズムを開発し、少ない個体数でも進化計算が行えるように工夫した。進化結果より、カナードを揚力面として用いることで、抵抗増加を抑えつつ、ダーデン分布により近い等価断面積分布を実現することができた。計算には、東北大学流体科学研究所のスーパーコンピュータORIGIN2000を利用し、並列処理を行った。
融合研究グループでは、CFDの計算結果に基づく波形パラメータ法を採用し、軸対称・3次元物体まわりの近傍場圧力分布から、遠方場でのブーム波形を推定するシステムを構築した。今後、軸対称物体で最適化計算と実験を実施する予定である。

研究成果

• [文献書誌] Guowei Yang: "Aileron Buzz Simulation Using an Implicit Multiblock Aeroelastic Solver"Journal of Aircraft. 40・3. 580-589 (2003)
• [文献書誌] 大林 茂: "航空機空力設計における多目的最適化"システム/制御/情報. 47・6. 253-258 (2003)
• [文献書誌] 大林 茂: "流体問題最適化入門(1)"日本計算工学会「計算工学」. 8・2. 694-699 (2003)
• [文献書誌] Kazuhisa Chiba: "Evolutionary Design Optimization of Wing Shape for RLV Booster Stage Using Unstructured Navier-Stokes Computation"Proceedings of the 3rd International Symposium on Advanced Fluid Information (AFI-2003). 61-62 (2003)
• [文献書誌] Daisuke Sasaki: "Automated Aerodynamic Optimization System for SST Wing-Body Configuration"Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences. 46・154. 230-237 (2004)
• [文献書誌] Aya Yamazaki: "Three-dimensional Analysis of Swimming Properties of a Spiral-type Magnetic Micro-machine"Sensors and Actuators. A105. 103-108 (2003)
• [文献書誌] Akihiro Sasoh: "Laser-powered Launch in Tube"Transaction of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences. 46・151. 52-54 (2003)
• [文献書誌] Yuichiro Hamate: "High Ram Acceleration Using Open-base Projectile"Journal of Propulsion and Power. 19・2. 190-195 (2003)
• [文献書誌] 山崎 渉: "超音速機の音速域での空力最適化"日本航空宇宙学会論文集. 51・597. 577-581 (2003)
• [文献書誌] Kisa Matsushima: "Transonic Design of SST -To Employ Japanese SST as a Candidate for Near Sonic Transport"Fluid Mechanics and Application. 73. 317-324 (2003)
• [文献書誌] Lae Sung Kim: "Navier-Stokes Computations of Multi-Element Airfoils"Computational Fluid Dynamics Journal. 12・1. 107-114 (2003)
• [文献書誌] Ryoji Takaki: "The Development of the UPACS CFD Environment"Lecture Notes in Computer Science. 2858. 307-319 (2003)