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航空用ターボ機械エアロメカニクス分野のための流体－構造連成解析法の開発と応用

航空涡轮机械气动领域流固耦合分析方法开发及应用

基本信息

批准号：
14J10312
负责人：
立石敦
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度までに構築・検証された，流体構造連成解析手法とシステム同定を組み合わせたフラッター解析手法を用いて，遷音速ファンのフラッター発生点予測を試みた．その結果，ファンの回転数が高い場合には，数値解析により発生点が的確に捉えられた．しかし，フラッターが起こらない低い回転数でも数値解析ではフラッターが発生した．このミスマッチの原因について流れ場や翼振動の増幅に寄与する流れ構造をもとに考察した結果，前縁付近に位置する離脱衝撃波が主な励振力となること，衝撃波足元の流れ場の安定性は乱流モデルの実装に非常に敏感であり，衝撃波バフェットが生じる可能性があることがわかった．さらなる予測精度の改善には，現実の作動状態における流れ場の詳細な理解が必要だと結論づけた．実用的なファン翼列の振動予測で見出された課題に対し，以下の①②の異なる視点から，振動現象理解と予測精度の改善につなげるための研究を実施した．①翼固有振動数のばらつきが翼振動の安定性に与える影響(ミスチューニングによるフラッター抑制効果)をモンテカルロ法により定量化した．結果として，通常の製造公差で生じる程度のばらつきではフラッター発生点はほとんど影響を受けないことがわかり，前述のミスマッチは構造特性由来ではなく前縁剥離・離脱衝撃波の共存する遷音速乱流流れ場の解析精度などの，CFDに由来する可能性が高いと考察した．②フラッター発生点まわりにおける遷音速乱流流れ場の理解にむけて，最適化コンパクト差分・人工粘性・重合格子・壁関数を組み合わせた圧縮性乱流解析コードを構築した．チャネル乱流(Re:180～5200)，カルマン渦列(Re=3900),層流剥離遷移の生じる静翼翼列流れを対象とした検証を実施し，本コードで正しく乱流を解析するための指針を獲得できた．また，カルマン渦列について，遷音速の条件(マッハ0.75)でも安定な計算が実現できた．

In the past year, the structure of the fluid structure has been verified, and the analytical method has been used to predict the occurrence point of the fluid structure. The result is that the number of returns is high, the number of returns is high, and the number of returns is high. The number of times the number of times The cause of the shock wave is the flow field, the amplitude of the wing vibration is increased, and the structure of the shock wave is investigated. As a result, the shock wave is separated from the main excitation force near the front position. The shock wave is sufficient. The stability of the flow field is very sensitive to turbulence. The possibility of shock wave generation is very high. For the improvement of prediction accuracy, the detailed understanding of the flow field is necessary for the conclusion. The problems of vibration prediction of wing arrays in practical application were found out. The following research was carried out: (1) different viewpoints, understanding of vibration phenomena and improvement of prediction accuracy. (1) The number of wing natural vibrations and their effects on stability of wing vibration are quantified by the method of vibration analysis. As a result, the origin of the structural characteristics mentioned above is highly probable due to the high accuracy of the analysis of the sonic turbulent flow field and the high possibility of the origin of CFD. 2. Optimization of differential, artificial viscosity, coincidence lattice, wall relation number, construction of compressible turbulence analysis system for understanding transonic turbulent flow field. Turbulent flow (Re:180~5200), vortex train (Re=3900), laminar flow separation and migration, static flow train, image detection, detectionまた，カルマン涡列について，迁音速の条件(マッハ0.75)でも安定な计算が実现できた.