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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。

The supersonic machine is used to analyze the vowels of the first time, and to define the limit of the vowel before it is folded back. The purpose of this study is to use the full-space high-speed air-to-air vehicle tracking method, the full-space high-speed telemetry method, the full-space high-speed vehicle tracking method, the full-space high-speed transmission method, the full-space high-speed transmission method, the full-space high-speed transmission method, the full-space high-speed transmission method, the full-space high-speed transmission method, the full-space high-speed transmission method, the full-space high-speed transmission method, the full-space high-speed transmission method, the full-space high-speed transmission method. The following are the achievements of this year. 1) Last year, the accuracy of the full-space high-speed thermal analysis method was tested, and the three-dimensional machine was used to analyze the fluid in AIAA Sonic Boom Prediction Workshop. The results of the back-to-back analysis of the data, the results of the workshop results are consistent, and the conditions for the operation of the shape of the machine, the high-speed and high-precision calculation of the machine are verified. In the field of communication, the wave is crooked along the grid, and the image (horizontal direction) of the wave is correct in the right direction. 2) instead of means, grid, grid, calculation, horizontal direction, horizontal direction, horizontal direction. The result of the test, the low number of the radar, the direct and downward contact of the machine, the ground interference of the incident wave, and the cluster of the incident wave. On one side, the number of passengers is high, the position of the machine is straight down, the waves are on the ground, and the sky is in the air. The ground, the ground, and the folding field are clear through the shape of the wave, and the characteristics of the wave. 3) the orthogonal grid will calculate the height of the grid and the horizontal direction of the grid. The purpose of this paper is to study the two-dimensional analysis and application of the two-dimensional analysis of the wave wave in the straight down of the machine. The results show that the horizontal direction of the wave is the same, and the ground is affected by the shape of the wave, and the temperature of the wave is reversed.