rFlow3Dの用自動格子生成ツール “rGrid”の紹介
国立研究開発法人 宇宙航空研究開発機構
航空技術部門

航空環境適合イノベーションハブ

回転翼機高速化技術チーム
木村2022.3.16

桂大

目次
1.
2.
3.
4.

はじめに
rGridの概要・格子作成例
rGrid機能紹介
まとめ

2022.3.16

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はじめに
rFlow3D : JAXA開発の回転翼機解析に特化したCFDソルバー••••

移動重合格子法により、回転翼の運動を直接的に表現可能
幅広いマッハ数範囲で低散逸な計算スキーム
高次精度の解法により渦を含めた流れ場を詳細に解像ヘリコプター、ドローン、風車など幅広い分野について解析事例があり、検証が進んでいる

rFlow3Dの重合格子系

ヘリコプター全機解析
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マルチロータ

風車後流風速分布3前処理・後処理のサポート
rFlow3Dは流体解析・構造解析・音響解析と多くの機能を持ち、幅広い解析が可能
ただし・・・
CFD解析には、別途格子生成・可視化ソフトが必要（Pointwise, tecplotなど。高価！）(1) 専用格子生成ツール（rGrid）の開発(2) フリーの可視化ソフトへの対応により導入障壁を低く・使いやすく

格子生成ソフト
Pointwise

専用自動格子生成
ツール rGrid

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可視化ソフトTecplot

フリー可視化ソフト
paraview

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rFlow3Dで用いる格子系
外側背景格子内側背景格子

 移動重合格子法による格子系✓
外側背景格子（直方体・円筒型）✓
内側背景格子✓ブレード格子（＋ダクト格子）✓
胴体構造格子
✓胴体非構造格子＊赤字の項目についてrGridでカバー
外側背景格子内側背景格子ブレード格子

胴体格子

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rGridによる格子作成例✓ ダクテッドロータ✓ ヘリコプター

IG
IBK
OBK
✓ ドローン✓ rFlow3Dでは重合格子系のセットを扱う✓ rGridでは•
外側背景格子（OBK）•内側背景格子（IBK）•
ブレード格子/ダクト格子（IG）
が作成可能

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rGrid機能一覧
rGrid_BK(背景格子)

rGrid_IG(ブレード、物体格子）
任意断面形状データ（ユーザーが用意）

1. 翼型定義(NACA4,5桁系列)

1. 直方体背景格子生成

1. 円筒型背景格子生成

2. 2次元格子生成

3. 3次元格子生成（矩形ブレード）

3. 3次元格子生成（ダクト）

4. 平面形状変形（ねじり角・コード長etc）✓ 物体周りの格子を作成するIGファミリーと背景格子を作るBKファミリー
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rGrid_IG ：翼型定義
rGrid_IG(ブレード、物体格子）
任意断面形状データ（ユーザーが用意）

NACA4digits.exe, NACA5digits.exe

1. 翼型定義(NACA4,5桁系列)

2. 2次元格子生成

3. 3次元格子生成（矩形ブレード）

4. 平面形状変形（ねじり角・コード長etc）

3. 3次元格子生成
（ダクト）

操作画面

出力例
（NACA0012）✓ NACA0012、NACA23012などの4桁、5桁の番号の情報から翼型の点群データを出力するモジュール✓ NACA系列以外の翼型形状についても点群データを準備すれば以降の格子生成ツールの利用が可能

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rGrid_IG：2次元格子生成
rGrid_IG(ブレード、物体格子）
任意断面形状データ（ユーザーが用意）

OH2D_Gridgen.exe

1. 翼型定義(NACA4,5桁系列)
格子幅

2. 2次元格子生成

3. 3次元格子生成（矩形ブレード）

3. 3次元格子生成
（ダクト）
空間長さ

4. 平面形状変形（ねじり角・コード長etc）

2次元格子外観✓ 用意した翼型形状・断面形状データから2次元格子を作成✓ 物体周りの空間長さや格子幅について設定可能（これらのパラメータの設定についてもカリキュレーターの用意あり）

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rGrid_IG：3次元格子生成（ブレード）
rGrid_IG(ブレード、物体格子）
任意断面形状データ（ユーザーが用意）

1. 翼型定義(NACA4,5桁系列)

SOH3D_Gridgen.exe

I : spanwise-index

2. 2次元格子生成

3. 3次元格子生成（矩形ブレード）

4. 平面形状変形（ねじり角・コード長etc）

3. 3次元格子生成（ダクト）

3次元格子（ブレード）外観✓ 2次元格子をスパン方向に並べていくことで3次元格子を作成✓ 翼端・翼根は特異点（線）に集まるように成長✓ 格子点数や翼端・翼根周りの格子解像度を調整可能

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rGrid_IG：平面形状変形
rGrid_IG(ブレード、物体格子）
任意断面形状データ（ユーザーが用意）

Blade_Modification.exe

1. 翼型定義(NACA4,5桁系列)

2. 2次元格子生成

青：変形後形状
白：ベースラインブレード
3. 3次元格子生成（矩形ブレード）

3. 3次元格子生成（ダクト）

変形ツール使用例

4. 平面形状変形（ねじり角・コード長etc）✓ 4種類の変形モード
1. ねじり角（スプライン・線形）
2. コード長（スプライン・線形）
3. 前進角・後退角
4. 上反角・下反角
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rGrid_IG：平面形状変形
Blade_Modification.exe 翼型の入れ替え機能•

複数の翼型を用いてスパン位置ごとに翼型を変えることが可能

airfoil1
airfoil2

airfoil3

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合成後のブレード (例)r/R = 0.1 ~ 0.3 (airfoil1)
r/R = 0.3 ~ 0.4 (遷移領域)
r/R = 0.4 ~ 0.8 (airfoil2)
r/R = 0.8 ~ 0.9 (遷移領域)
r/R = 0.9 ~ 1.0 (airfoil3)

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rGrid_IG：ダクト格子生成
rGrid_IG(ブレード、物体格子）
任意断面形状データ（ユーザーが用意）

SOH3D_Gridgen_ducted.exe

ダクト格子境界

1. 翼型定義(NACA4,5桁系列)ブレード表面

2. 2次元格子生成

ダクト表面

3. 3次元格子生成（矩形ブレード）

3. 3次元格子生成（ダクト）
ダクト格子外観

4. 平面形状変形（ねじり角・コード長etc）

ブレード格子境界重合領域の調節✓ 3次元格子作成の派生形。2次元格子を円周方向にスイープすることで任意断面形状をもつダクト格子を作成✓ 重合領域の調整可（CFD解析手法からくる要求）

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rGrid_BK：直方体背景格子
BK_cubic_Gridgen.exe
rGrid_BK(背景格子)
1. 直方体背景格子生成

1. 円筒型背景格子生成

格子セット例（OBK + IBK + ブレード）✓ 解析上の要求から、広範囲の領域を持ち、なおかつ局所的に解像度の高い領域を持つ背景格子が必要✓ ブレード存在領域周辺に格子を寄せる幅寄せ機能付✓ xyz方向それぞれの長さと点数、幅寄せ具合をパラメータとして自動生成
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rGrid_BK：円筒型背景格子
BK_cylinder_Gridgen.exe
rGrid_BK(背景格子)
1. 直方体背景格子生成

1. 円筒型背景格子生成

JI

翼端近傍・ダクト周辺の解像度を調整

K✓ ホバリング解析など円周方向に周期性のある条件に適する✓ 半径方向の幅寄せ機能により、例えばダクト周辺の解像度だけを高めるなどの調整が可能✓ 格子点数を決めるためのカリキュレータあり
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まとめ✓ rFlow3D用自動格子生成ツール “rGrid” の開発状況を共有した✓ rFlow3Dを利用する場合はもれなく付属（マニュアルもあり）✓ ダクテッドロータを含む幅広い条件の回転翼解析が自動生成で可能✓ トライ＆エラーを繰り返す（≃格子を作り直す）CFD解析において、多くの手間を削減可能（再現性・利便性UP）

今後の課題✓ 胴体格子の自動生成（トポロジー上はブレード格子と同様に作成可能）

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ご清聴ありがとうございました

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