JAXA スーパーコンピュータシステム利用成果報告(2022 年 2 月～2023 年 1 月)

再使用型細長物体の空力特性についての数値解析

報告書番号：R22JACA12
利用分野：JSS 大学共同利用
URL：https://www.jss.jaxa.jp/ar/j2022/20582/
責任者
北村圭一, 横浜国立大学
問い合せ先
間々下智広(mamashita-tomohiro-nj@ynu.jp)
メンバ
北村 圭一, 間々下 智広, 仲原 宏哉, 塚本 悠太

事業概要
宇宙輸送コスト削減のため, ロケット機体の再使用化が急務となっている. 再使用型ロケットは機体に受ける空気抵抗を利用して減速や転回運動を行うため, 安全な着陸には帰還飛行時の空力特性を把握しておく必要がある. 本研究では再使用型観測ロケットの実現に向け, 帰還飛行時の機体の空力特性を調査している. 主に帰還飛行時の低マッハ数流れを想定した風洞試験と数値解析を実施し, 数値解析結果の妥当性を確認しながら進めている. その上で, 風洞試験と実飛行のレイノルズ数の違いが空力特性に与える影響や, 帰還飛行性能を向上させるための空力デバイスの検討を行っている.

JAXA スーパーコンピュータを使用する理由と利点
再使用型ロケットの帰還飛行時における空力特性を把握するために数値流体計算を行っている. 特に高迎角流れ(迎角 60-120 度付近)における流れ場を再現するには, 機体近傍に生じる細かい渦を数値的に解像する必要がある. このためには細かい計算格子を用いた大規模な数値計算を行う必要があり,そのために JSS3 を利用している. この大規模計算により, 対応する風洞試験の結果に近い計算結果を得ることができた. さらにその結果を可視化等によって分析することで, 風洞試験での取得が難しい,空間的な流れ場を明らかにする

今年度の成果
再使用ロケット実験機"RV-X"の形状を用いて, 風洞試験スケール(レイノルズ数:6.6E+5)及び実飛行スケール(レイノルズ数:9.0E+6)で数値流体計算を実施した. 今年度は主に迎角 90, 150-180 度における両スケールの流れ場の違いを解析した. いずれの迎角においても, 実飛行スケールはレイノルズ数が大きいため剥離位置が下流側に移行することが明らかとなった. 代表例として図 1 に迎角 90 度における表面圧力係数分布及び表面流線の可視化を示す. ノーズコーン付近に注目すると, 両スケールの- 60 -JAXA スーパーコンピュータシステム利用成果報告(2022 年 2 月～2023 年 1 月)

剥離位置が大きく異なっており, レイノルズ数効果が顕著になっている. これにより, 実飛行スケー
ルのノーズコーン下流側の表面圧力が低くなり, ピッチングモーメント係数が風洞試験スケールに比べて 61.4%大きくなることが予測された.

図 1: 迎角 90 度における表面圧力係数分布及び表面流線の左舷側からの可視化. 図中の黒線は主要な剝離線を模式的に表示したもの. a) 風洞試験ス
ケール(レイノルズ数:6.6E+5), b) 実飛行スケール(レイノルズ数:9.0E+6).

成果の公表-査読付き論文- Tomohiro Mamashita, Tomotaro Muto, Keiichi Kitamura, Satoshi Nonaka, "Numerical Analysis on
Axial Force Charactaristics of Reusable Launch Vehicle at 150-180° Angles-of-Attack," Transactionsof the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, in press.
-口頭発表- 仲原宏哉, 北村圭一, 野中聡, "クロース・カップルド・デルタ翼型空力デバイスによる細長物体の揚抗比向上", 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, 2022.
- 塚本悠太, "スーパークリティカル翼における Vortex Generator・翼境界層干渉の数値的調査", 第60 回飛行機シンポジウム, 2022.
- Kouya Nakahara, Keiichi Kitamura, Satoshi Nonaka, "Numerical Study on L/D Improvement ofSlender Body by Close-Coupled-Delta-Wing-Type Aerodynamic Devices," The 2022 Asia-PacificInternational Symposium on Aerospace Technology, 2022.
- 間々下智広, 玉井亮多, 武藤智太朗, 北村圭一, 野中聡, "再使用ロケット実験機 RV-X の迎角 90 度における実飛行スケール数値解析", 第 66 回宇宙科学技術連合講演会, 2022.
-ポスター- Yuta Tsukamoto, Keiichi Kitamura, "Improvements of Vortex Generator for Transonic Buffet
Suppression over Supercritical Airfoil," Nineteenth international conference on flow dynamics (ICFD),
2022.

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JSS 利用状況⚫ 計算情報プロセス並列手法

MPI

スレッド並列手法

非該当

プロセス並列数

480 - 3840

１ケースあたりの経過時間

50 時間⚫ JSS3 利用量
総資源に占める利用割合※1 (%)： 0.17

内訳
計算資源
計算システム名CPU 利用量(コア・時)資源の利用割合※2 (%)

TOKI-SORA

3,103,929.79

0.14

TOKI-ST

81,522.27

0.08

TOKI-GP

0.00

0.00

TOKI-XM

0.00

0.00

TOKI-LM

99,290.90

6.65

TOKI-TST

3.87

0.00

TOKI-TGP

0.00

0.00

TOKI-TLM

0.00

0.00

ファイルシステム資源
ファイルシステム名

ストレージ割当量(GiB)

資源の利用割合※2 (%)/home

423.670.38/data 及び/data240,980.00

0.32

/ssd

153.33

0.02

アーカイバ資源
アーカイバシステム名

利用量(TiB)

資源の利用割合※2 (%)

J-SPACE

28.18

0.12

※1 総資源に占める利用割合：3 つの資源(計算,ファイルシステム,アーカイバ)の利用割合の加重平均※2 資源の利用割合：対象資源一年間の総利用量に対する利用割合- 62 -JAXA スーパーコンピュータシステム利用成果報告(2022 年 2 月～2023 年 1 月)

⚫ ISV 利用量
ISV ソフトウェア資源
ISV ソフトウェア(合計)

利用量(時)

資源の利用割合※2 (%)

3,809.18

2.65※2 資源の利用割合：対象資源一年間の総利用量に対する利用割合- 63 -