データ同化による風洞実験デジタルツイン

具有数据同化功能的风洞实验数字孪生

• 批准号: 21H04586
• 负责人: 大林 茂
• 金额: $ 27.54万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04586/
• 关键词: デジタルツイン; 風洞実験; データ同化; 粒子画像流速計測法; 感圧塗料計測法

航空機や流体機械の性能評価方法は主に二種類である．一つは，風洞実験である．風洞実験の利点は，実際の飛行状態を模した流れ場を用いて流れの剥離や乱流遷移といった複雑な流動現象を再現できることである．一方で，取得可能なデータに物理的制約があること，模型を風洞内で保持するための支持装置により流れが変化すること (支持干渉) といった欠点が存在する．また，模型製作や風洞の運用コストの高さや，実験期間の長さも大きな欠点である．もう一つは，近年の計算機性能向上に伴い利用され始めた「数値シミュレーション」である．流れのシミュレーション手法は，乱流をモデルで表現するか，流れ場を離散化する格子を細かく設定し流体運動の支配方程式を直接計算するかによって大別される．数値シミュレーションでは計算領域内の全格子に流れ場の物理量が保存されるため，時空間的に非常に多くのデータが得られるという利点がある．しかし，計算精度の高さと計算コストの高さは相関関係にあり，現在航空機の開発をはじめとする工業分野で製品開発など実用的なシミュレーションに使用されるのは計算コストが低いが高い精度は期待できない 乱流モデルを用いたシミュレーションである．実現象に忠実であるが取得可能なデータに限りがある風洞実験と，実現象の再現性は低いが大量のデータを取得可能な乱流モデルを用いたシミュレーションを融合させることで，両者の利点を活かし，欠点を補いあう理想的な流れ場の評価手法「風洞実験デジタルツイン」を実現できると考えられる．本研究では，これを実現させる手法として，データ同化という計測値を用いて数値シミュレーションを統計的に修正する手法を採用し，三次元の流れ場について風洞実験の PIV 計測 によって得られた流れ場の速度分布を計測値として用いたデータ同化による乱流モデルパラメータの最適化を実施した．

Aviation aircraft や fluid machinery <s:1> performance evaluation 価 methods や main に two types である. A である, wind tunnel experiment である. Wind tunnel be 験 の tartness は, be actually の flight state を mode し を れ た flow field with い て flow れ の stripping や turbulence migration と い っ た complex 雑 な を reproduce the phenomenon で き る こ と で あ る. Party で, may な デ ー タ に physical restriction が あ る こ と, を model wind tunnel で keep す る た め の support device に よ り flow れ が variations change す る こ と (support dry involved) と い っ た points less が exist す る. Youdaoplaceholder0, model making や, wind tunnel <s:1> utilized コスト さや, high さや, during the experiment, team leader さ, large な, な, and a bit short である. In recent years, the performance of <s:1> computers has improved to に, accompanied by the utilization of され, to めた "digital values シ ュレ ュレ ショ ショ <e:1> である" である. Flow れ の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン は, turbulence を モ デ ル performance で す る か, れ field を discretization す る fine grid を か く set し fluid motion の govern equations を directly calculate す る か に よ っ て comparing さ れ る. The numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で は の whole grid computing field に の れ field quantities が save さ れ る た め, when space more に very に く の デ ー タ が have ら れ る と い う tartness が あ る. し か し, high calculation accuracy の さ と computing コ ス ト の high さ は phase masato masato is に あ り, aviation machine の now open 発 を は じ め と す る industrial eset で products open 発 な ど be used な シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に use さ れ る の は computing コ ス ト が low い が high precision い は expect で き な い turbulence モ デ ル を with い た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で あ る. Be phenomenon に loyalty be で あ る が made possible な デ ー タ に limit り が あ る wind tunnel be 験 と, be low phenomenon の reproducibility は い が large の デ ー タ を made possible な turbulence モ デ ル を with い た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を fusion さ せ る こ と で, who struck の tartness を live か し, Fill points less を い あ う ideal な の れ field evaluation 価 technique "wind tunnel be 験 デ ジ タ ル ツ イ ン" を be presently で き る と exam え ら れ る. This study で は, こ れ を be presently さ せ る gimmick と し て, デ ー タ assimilation と い う measuring numerical を with い て the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を statistics に correction す る を adopts し approach, Three dimensional の れ field に つ い て wind tunnel be 験 の PIV measuring に よ っ て must ら れ を の れ た flow field velocity distribution on measuring numerical と し て in い た デ ー タ assimilation に よ る turbulence モ デ ル パ ラ メ ー タ の optimization を be applied し た.

项目成果

Slanted cylinder afterbody aerodynamics measured by 0.3-m magnetic suspension and balance system with six-degrees-of-freedom control

采用六自由度控制的 0.3 米磁悬浮和平衡系统测量斜筒尾部空气动力学

• DOI: 10.1007/s00348-022-03470-1
• 发表时间: 2022
• 期刊: Experiments in Fluids
• 影响因子: 2.4
• 作者: Tashiro;K.;Yokota;S.;Zigunov;F.;Ozawa;Y.;Asai;K.;and Nonomura;T.
• 通讯作者: T.

円柱後流のPIV計測データを用いたデータ同化による乱流モデルの高精度化

利用圆柱尾流PIV测量数据进行数据同化提高湍流模型精度

• 发表时间: 2022
• 作者: 野本京佑;吉村僚一;焼野藍子;大林茂
• 通讯作者: 大林茂

Effect of Reynolds Number on Critical Geometry of Magnetically Supported Cylinder Body

雷诺数对磁支撑缸体临界几何形状的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: K. Fuchigami;H. Okuizumi;S. Yokota;S. Obayashi;T. Nonomura
• 通讯作者: T. Nonomura

カーボンナノチューブ感温塗料の周波数応答

碳纳米管温敏涂料的频率响应

• 发表时间: 2022
• 作者: 伊神翼;高橋幸一;小西康郁;永井 大樹
• 通讯作者: 永井 大樹

Measurement of boundary layer transition on oscillating airfoil using cntTSP in low-speed wind tunnel

• DOI: 10.1088/1361-6501/abe2be
• 发表时间: 2021-07-01
• 期刊: MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY
• 影响因子: 2.4
• 作者: Ikami, Tsubasa;Fujita, Koji;Yorita, Daisuke
• 通讯作者: Yorita, Daisuke