Turbomachinery aeroelasticity modeling for future practical use of Large-Eddy Simulations

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現在広く用いられているターボ機械の空力減衰・フラッター評価手法はReynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) によるが，サージ線近傍で生じる失速フラッターに特徴的な大規模な剥離を伴う流れ場に対し，満足な解析精度を有さないという欠点がある．一方で剥離流の解析にはLarge Eddy Simulation (LES) が有望だが，翼振動現象の時間・空間スケールは一般に乱流に比べ非常に大きいため，LESを直接フラッター解析に用いることは解析規模上の困難がある．そこで，本研究ではLESによる高精度な剥離流解析結果を利用したフラッター解析を実現するため，乱流現象と翼振動現象の間の時間スケール差を克服する，マルチスケールシミュレーション手法を提案し，実証することを目指した．本研究の初年度は，航空用エンジンファン翼列の亜音速作動条件における前縁剥離流れに適用し，今後のフラッター解析の基礎となるLESデータベースを構築することを目標とした．申請者の構築したLESコードと東京大学の大型計算機であるOakforest-PACSを用いて，流入マッハ数0.5，インシデンス4deg～10degの条件についてLESにより時間平均流れ場を取得した．得られた流れ場をRANSのものと比較した結果，前縁ごく近傍の圧力分布を除き，インシデンスの増大とともに剥離泡が伸長する様子や圧力分布は，LESとRANSでほぼ同様の分布が得られた．また研究発表として，本研究で使用するLESコードの基礎的な検証や翼列流れへの応用を国内・国際学会で発表した．重合格子を用いる際，格子間内挿に高精度なRadial basis function を応用する新しいアイデアや，遷音速ファン・圧縮機静翼・タービンといった様々な翼列流れに本コードが適用できることを紹介した．