ロケット打ち上げ時に発生する非線形空力音に関する研究

本件急では(1)計算コードの構築・改良を行い、その後(2)平板に衝突する超音速ジェットから発生する音波を取り出してその数値解析を行った.最終的に(3)音響波予測のための指針を明らかにした.(1)より複雑で解像度を必要とする問題のため、計算コードの構築、改良に関しては報告者が以前から研究してきた重み付きコンパクトスキームの高効率化を行った.これにより解像度の向上および計算速度が3倍程度速くすることができた.(2)ロケット打ち上げ時を模擬した、斜め平板に衝突する超音速ジェットから発生する音波の数値解析を行った.JAXAのスーパーコンピュータを用いて、様々にパラメタを変化させた計4ケース程度の超音速ジェットの流れ場及び音響場の大規模解析を行い、そこから得られた大量の非定常データを用いてその特性を明らかにした.計算手法は前述した改良された重み付きコンパクトスキームであり、現状で最も効率の高い手法の一つである.得られた知見として以下の3つがあげられる.1)音響波は衝突前に(i)せん断層から発生するマッハ波、(ii)衝突に起因する音響波、(iii)衝突後にせん断層から発生するマッハ波の3種類あることを明らかにした.(ii)の音響波に関しては、これまで十分に議論されていなかったものであり、本研究でその存在を明確にできた.2)(i)、(iii)の音響波に関しては、昨年度行った超音速ジェット単体から発生する音響波と同様の特性を持っていることを明らかにした.3)(ii)の音響波に関しては、周波数特性に関しては、従来どおりの予測手法と同様に議論できるが、その放射角度はロケット側であり、音響波もかなり強いものであるため、予測の高精度化が必要であることがわかった(3)これまでの結果から、音響波予測手法に対する以下の知見が明らかになった.1)雰囲気からみた超音速領域がマッハ波の音源となっている.2)衝突点ではマッハ波と異なるメカニズムで音響波が発生している.これらの知見はロケットの音響波予測に対して非常に有効なものであると考えられ、今後のこの分野の発展に欠かせないものである.

本件急では(1)計算コードの構築・改良を行い、その後(2)平板に衝突する超音速ジェットから発生する音波を取り出してその数値解析を行った.最終的に(3)音響波予測のための指針を明らかにした.(1)より複雑で解像度を必要とする問題のため、計算コードの構築、改良に関しては報告者が以前から研究してきた重み付きコンパクトスキームの高効率化を行った.これにより解像度の向上および計算速度が3倍程度速くすることができた.(2)ロケット打ち上げ時を模擬した、斜め平板に衝突する超音速ジェットから発生する音波の数値解析を行った.JAXAのスーパーコンピュータを用いて、様々にパラメタを変化させた計4ケース程度の超音速ジェットの流れ場及び音響場の大規模解析を行い、そこから得られた大量の非定常データを用いてその特性を明らかにした.計算手法は前述した改良された重み付きコンパクトスキームであり、現状で最も効率の高い手法の一つである.得られた知見として以下の3つがあげられる.1)音響波は衝突前に(i)せん断層から発生するマッハ波、(ii)衝突に起因する音響波、(iii)衝突後にせん断層から発生するマッハ波の3種類あることを明らかにした.(ii)の音響波に関しては、これまで十分に議論されていなかったものであり、本研究でその存在を明確にできた.2)(i)、(iii)の音響波に関しては、昨年度行った超音速ジェット単体から発生する音響波と同様の特性を持っていることを明らかにした.3)(ii)の音響波に関しては、周波数特性に関しては、従来どおりの予測手法と同様に議論できるが、その放射角度はロケット側であり、音響波もかなり強いものであるため、予測の高精度化が必要であることがわかった(3)これまでの結果から、音響波予測手法に対する以下の知見が明らかになった.1)雰囲気からみた超音速領域がマッハ波の音源となっている.2)衝突点ではマッハ波と異なるメカニズムで音響波が発生している.これらの知見はロケットの音響波予測に対して非常に有効なものであると考えられ、今後のこの分野の発展に欠かせないものである.