全空間シミュレーションによる極超音速ソニックブームの伝播特性解明

通过全空间模拟阐明高超音速音爆的传播特性

• 批准号: 15J06433
• 负责人: 山下 礼
• 金额: $ 1.24万
• 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: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J06433/
• 关键词: ソニックブーム; 数値流体力学; 極超音速; 分子振動緩和; 衝撃波

本研究の目的は、高高空で発生した衝撃波を地上までCFD解析する手法（全空間シミュレーション法）に分子振動緩和効果を組み込むことで、ソニックブームの立ち上がり時間の予測を可能にし、極超音速飛行体から発生したソニックブームの伝播特性を解明することである。本年度は、以下の2点に取り組んだ。１、分子振動緩和効果が波形に及ぼす影響酸素、窒素、水の3化学種間で起こる振動‐振動エネルギー交換反応の影響を調査した。その結果、振動緩和時間が長い場合、振動‐振動エネルギー交換反応により、励起が遅い分子の振動エネルギーが速く励起されるようになり、圧力波形の形状も変化することが分かった。一方、振動緩和時間が短い場合、全ての分子の並進‐振動エネルギー交換反応が速く起きるため、振動‐振動エネルギー交換反応の影響は小さいことが分かった。また、これまでは細長い軸対称回転体を対象に解析を実施してきたため、強い離脱衝撃波が発生する球体に対しても解析を実施した。その結果、離脱衝撃波の場合、波を急峻化する非線形効果が強いため、衝撃波が遠方まで伝播して十分に弱くなるまで、立ち上がり時間は形成されないことが分かった。２、全空間シミュレーションの適用範囲の拡張当初の予定よりも早く研究が進展したため、本研究をさらに発展させるための研究にも着手した。これまで構築してきた全空間シミュレーション法は、構造格子を使うことが前提となっており、3 次元形状機体に適用することができなかった。この問題を改善するため、物理量の変動が大きい領域で自動的に格子を細分化できる解適合格子法の導入に向けた調査を行った。具体的には、解適合格子法による解析を専門に扱っているケンブリッジ大学のNikiforakis博士の研究室を訪問し、解適合格子上で層状大気を考慮するための手法を調査した。

は の purpose this study, high altitude で 発 raw し た blunt shock wave を ground ま で CFD analytical す る technique (full space シ ミ ュ レ ー シ ョ ン method) に molecular vibration alleviation working fruit を group み 込 む こ と で, ソ ニ ッ ク ブ ー ム の stand on ち が の り time may be を に し, hypersonic FeiXingTi か ら 発 raw し た ソ ニ ッ ク ブ ー ム の 伝 seeding feature を interpret す る こ Youdaoplaceholder0. This year, に, and the following points に take the group んだ. 1, molecular vibration alleviation working fruit に が waveforms and ぼ す influence acid element, smothering element, water の three chemical species で up こ る vibration ‐ エ ネ ル ギ ー exchange the 応 の impact を investigation し た. そ の results, vibration alleviation が long い occasions, vibration ‐ エ ネ ル ギ ー exchange the 応 に よ り, excitation が 遅 い molecular vibration エ の ネ ル ギ ー が speed く wound up さ れ る よ う に な り, shape of pressure waveform の も variations change す る こ と が points か っ た. Short side, vibration time が い occasions, whole て の molecular の hand ‐ vibration エ ネ ル ギ ー exchange the 応 く が speed up き る た め, vibration ‐ エ ネ ル ギ ー exchange the 応 の は small effect さ い こ と が points か っ た. Slender ま た, こ れ ま で は い axis planning body said back seaborne を like に seaborne parsing を be applied し て き た た め, strong い from blunt shock wave off が 発 raw す る sphere に し seaborne て も parsing を be applied し た. そ の results, from the impact shock wave の occasions, that opened wave を urgent す る nonlinear strong working fruit が い た め, strong shock wave が distant ま で 伝 sowing し て very weak に く な る ま で, vertical ち が り time は form さ れ な い こ と が points か っ た. 2, whole space シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の applicable van 囲 の company, zhang had の designated よ り earlier も が く research progress し た た め, this study を さ ら に 発 exhibition さ せ る た め の research に も to し た. こ れ ま で build し て き た full space シ ミ ュ レ ー シ ョ は ン method, structural grid を make う こ と が premise と な っ て お り, three dimensional shape body に applicable す る こ と が で き な か っ た. こ の problem を improve す る た め, physical quantities の - moved が big き で automatic に い field grid を differentiation で き る XieShi qualified method の import に to け た survey line を っ た. Specific に は, XieShi qualified method に よ る parsing を 専 door に Cha っ て い る ケ ン ブ リ ッ ジ university の Nikiforakis の laboratory を access し, Dr XieShi qualified son で layer large 気 を consider す る た め の gimmick を survey し た.

项目成果

ケンブリッジ大学(英国)

剑桥大学（英国）

Rise Time Prediction of Sonic Boom by Full-Field Simulation with Thermal Nonequilibrium

通过热非平衡全场模拟预测音爆的上升时间

• 发表时间: 2015
• 作者: 山下礼;鈴木宏二郎;Rei Yamashita and Kojiro Suzuki
• 通讯作者: Rei Yamashita and Kojiro Suzuki

Full-Field Simulation for Sonic Boom Cutoff Phenomena

音爆截止现象的全场模拟

• 发表时间: 2017
• 作者: Rei Yamashita and Kojiro Suzuki;Rei Yamashita and Kojiro Suzuki
• 通讯作者: Rei Yamashita and Kojiro Suzuki

全空間シミュレーションによる先進的ソニックブーム解析

使用全空间模拟进行高级音爆分析

• 发表时间: 2016
• 作者: Rei Yamashita and Kojiro Suzuki;Rei Yamashita and Kojiro Suzuki;山下礼
• 通讯作者: 山下礼

隕石爆発による爆風の数値シミュレーション

陨石爆炸引起的冲击波的数值模拟

• 发表时间: 2016
• 作者: 山下礼;鈴木宏二郎
• 通讯作者: 鈴木宏二郎