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Elucidation of large-scale structure of sonic boom based on fast full-field CFD using space marching method

基于空间行进法的快速全场CFD解析音爆大尺度结构

基本信息

批准号：
21K14349
负责人：
山下礼
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Japan Aerospace EXploration Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

超音速機から発生するソニックブームは、準１次元音響解析で評価されてきたが、その適用範囲は衝撃波が回折する前までに限定されている。本研究の目的は、空間進行法を用いた全空間・高速シミュレーション法を構築し、ソニックブームが回折して消失するまでの3次元空間内での挙動を明らかにすることである。本年度の成果は以下の通りである。１）昨年度構築した全空間・高速シミュレーション法の解析精度を検証するため、AIAA Sonic Boom Prediction Workshopで使用された3次元機体まわりの流体解析を実施した。衝撃波が回折する直前までの解析結果は、workshopの結果とよく一致し、これまで困難であった実機形状・実飛行条件での高速・高精度計算が実施できることを確認した。しかし、流れ場が大きく変動する領域では、衝撃波に沿った適合格子が歪み、斜め下方に伝播する衝撃波の回折現象（横方向カットオフ）は正確に評価できなかった。２）代替手段として、直交格子ベースの計算手法を構築し、横方向カットオフの調査を行った。その結果、飛行マッハ数が低く、カットオフの位置が機体直下に近い場合、入射波と回折波が地上で干渉し、衝撃波が集積する。一方、飛行マッハ数が高く、カットオフの位置が機体直下から離れた場合、地上では衝撃波が集積せず、上空のみで集積することが分かった。また、地面効果により、回折波や回折領域を透過する波の形状、及び減衰特性が変化することも明らかにした。３）直交格子の場合計算コストが高く、横方向カットオフの調査は非効率であった。研究の効率化を図るため、機体直下で起きる衝撃波の回折現象（マッハカットオフ）の2次元解析も実施した。その結果、横方向カットオフと同様に、地面効果により回折波や透過波の形状が変化し、大気温度の逆転層ではカットオフが繰り返し発生することが分かった。

Supersonic machine sound analysis system, quasi-1-dimensional sound analysis testてきたが, そのapplicable standard 囲は撃波がturnback する前までにlimited されている. The purpose of this study is to use the space-based method to construct a full-space high-speed high-speed system. The ックブームがturn back and disappear するまでのでの挙动を明らかにすることである in the 3-dimensional space. The results of this year are as follows. 1) Last year's construction of the full space and high-speed シミュレーション method's analytical accuracy certification and AIAA Sonic Boom Prediction Workshop uses the された3-dimensional body まわりのfluid analysis を実士した. The result of the analysis is the same as the result of the workshop, and the result of the workshop is consistent. It is difficult to calculate the shape and flight conditions of the aircraft and perform high-speed and high-precision calculations to confirm the configuration.しかし, flow field が大きく変动する区では, 撃波に edge ったsuitable for the grid がskew み, slant めThe following is a correct comment on the reversal phenomenon of the horizontal wave (horizontal wave). 2) Substitution method, orthogonal grid calculation method, construction method, and horizontal direction investigation method.その result, the flight number is low, the カットオフの position is the machine body is straight down, the case is close, the incident wave is the refracted wave, the ground is dry, and the impact wave is accumulated. One side, the flying horse number is high, the airframe is in the right position, and the body is straight down and away from the field. Together, the waves on the ground are gathered, and the waves in the sky are divided and divided. The shape of the wave, the ground effect, the return wave, the return wave, the wave shape, and the attenuation characteristics are all the same. ３) In the case of orthogonal grid, calculate the height of the grid and the inefficiency of the transverse direction of the grid. Research on efficiency improvement and 2-dimensional analysis of the phenomenon of turning the body straight down and hitting the waves.その result, horizontal direction カットオフと同様に, ground effect により return folded wave やtransparent wave の shape が変化し、大気temperatureの転layerではカットオフが缲り回し発生することが分かった.