超高精度計算による高マッハ数での縦渦の擾乱受容性とその崩壊に関する研究

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本研究の目的は，高マッハ数縦渦の衝撃波との干渉による擾乱成長過程とその崩壊の内部構造の詳細解析を行うために，衝撃波の鋭い捕獲と高次精度補間による高精度計算法を構築し，主流中の超音速乱流場生成に必須な知見を得ることである。縦渦は乱流遷移の中心となる組織渦構造であるが，高速流における強い擾乱に対する受容性やその崩壊機構は未解明である。この高速流における縦渦の衝撃波との干渉による崩壊過程の解明は，次世代高速旅客機や宇宙往還機におけるエンジンの性能向上，超音速域での騒音低減および再突入時に生じる空力加熱に対する機体の熱防御に関する問題等に貢献が期待できる基礎的知見となる。本研究では，高マッハ数で発達する3次元渦構造をスーパーコンピュータ(大型計算機)による数値計算と安定性理論に基づく数理解析により明らかにする。令和4年度は，開発した高次精度空間差分を有する計算コードを用いて，2つの交差する斜め衝撃波の角度と強さがどのように縦渦崩壊に影響するのかを調べて，渦崩壊が発生する一つの条件式を導いた。その結果を学術論文にまとめた。引き続き，縦渦が衝撃波を強い外乱として受容し，崩壊する現象をさらに詳しく調べる予定である。