低騒音な次世代航空機の設計に向けた高精度空力騒音解析

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本研究では、高次精度非構造格子法であるdiscontinuous Galerkin (DG)法を用いて、乱流を高精度に予測するlarge eddy simulation (LES)を行い、高精度空力音響解析を実現することで、低騒音な次世代航空機開発への貢献を試みている。このために3つのステップを設け、平成29年度は(2)高精度LES解析実現のための自乗量保存型DG法の構築、(3)航空機まわりの高精度空力音響解析を行った。(2)では、これまで提案されていた自乗量保存型nodal DG法の構築方法を参考にし、自乗量保存型modal DG法の構築を行った。自乗量保存型nodal DG法では差分的な考え方が用いられているが、modal DG法ではこの考え方が容易ではない。そのため、自乗量保存型nodal DG法を有限体積的にフラックスを用いて構築し直し、その知見をmodal DG法へと適用した。その結果、適切なフラックスだけでなく、解析的に導出可能な適切なモード係数を用いることにより自乗量保存が満たされることがわかった。非粘性Taylor-Green渦の解析を通して構築した自乗量保存型modal DG法の性能評価を行ったところ、運動エネルギーの保存が確認できた。(3)では、まず円柱まわりの空力音響解析を通してvalidationを行った。基本的な乱流統計量だけでなく、速度スペクトルや音響を表す圧力スペクトルなども参照解とよく一致した。その後、高揚力装置まわりの解析を行ったところ、境界層の剥離や再付着、乱流遷移などといった特徴的な流れだけでなく、それらにより発生した特徴的な音響についても捉えることができた。しかし、参考にした過去の解析例とは異なる傾向を示した。この原因はスパン方向の計算領域の違いにあることが分かり、今後はより広い計算領域での解析を予定している。