航空機の環境適合性・安全性向上のための直交格子法に基づく非定常流の数値解析

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本年度はまず，昨年度開発した直交格子における乱流解析用壁面境界条件を検証するとともに，そのベースである直交格子ベース流体ソルバの機能のさらなる拡充を行った．その1点目として，複雑な形状周りでの解析を可能とするために，境界条件の設定方法等の開発・検討を行った．またその結果を用い，高揚力装置展開状態での航空機全機周りの乱流解析がロバスト行えることを実証した．2点目として，開発した壁面境界条件を用いることのできる格子の条件についての調査を行った．2次元の平板上の乱流境界層の解析では，格子幅を境界層厚みの1/50以下とすれば表面摩擦係数が5%以内で再現できること，境界条件の決定に使用するイメージポイントは，壁面から格子幅の3倍以上離れた場所に設置するのが望ましいことを確認した．この結果に基づき，航空機全機周り流れ場の解析に必要な格子等の見積もり・実証を行った．以上の手法を用いて，非定常流れ場の解析を行った．非定常計算で従来広く用いられている乱流モデルであるDelayed-Detached Eddy Simulationを直交格子で用いた場合，乱流境界層が正しく再現できないことを確認した．そこで，乱流モデルの改良を行い，乱流境界層の計算における格子依存性を低減した．この乱流モデルを用いて遷音速・高迎角における翼の数値計算を行ったところ，実験で観察されるような衝撃波背後での流れの剥離・付着の繰り返しと，それに伴う衝撃波の振動が再現された．併せて，高揚力装置30P30N周りの非定常流れ場を数値計算し，翼前縁のスラットから放出される空力音の予測を行った．以上のように，非定常乱流解析を行う上で必要な諸要素の開発・検証および，それらを用いて航空機に関連した非定常流れ場を計算，物理の考察を行った．よって，所期の目的である「航空機の環境適合性・安全性向上」に資する知見を得ることが出来たと考える．