Numerical study of Mach cutoff noise generated with supersonic flight

商業運行が期待されている超音速旅客機(SST)は，ソニックブームの問題が避けられないが，大気中の温度勾配に起因するマッハカットオフ(MCO)現象を利用した回避法が模索されている。しかしながら，気象に起因した局所的な大気乱流によるMCO騒音の発生が問題となっている。本研究の目的は，数値的手法によるMCO騒音の全容解明であるが，本年度はブームとMCO騒音の計算を分離したハイブリッド解法を開発した。ブーム本体の伝搬計算は拡張Burgers法と非線形Tricomi法の組み合わせで，高忠実な計算を行えるようにした。その結果，従来の時間領域差分(FDTD)法のみの場合より，騒音レベルにして20-30 dBの精度向上が確認された。また，MCO騒音の伝搬計算には大気乱流モデルを組み入れたFDTD法を使用した。数値実験の結果，MCO騒音は主にSSTから放射された直後の衝撃波によって発生している可能性が示唆された。しかしながら，この知見は1)地上から遠い高高度の騒音の方が優勢である，2)低高度のフォーカスブームの音圧が最大にも関わらず騒音が小さい，といったこれまでの常識とは異なる結果であるため，その真偽について議論を呼んだ。そこで，乱流を局所的に表すランキン渦を擾乱モデルに組み込み，渦の位置を変化させることでMCO騒音の性質を探ったところ，前述の結果が支持されることとなった。一方，解析結果の検証には，実験結果との比較検討が必須であるが，我が国は民間超音速機を保有していないばかりか国内に広大な飛行試験場も存在しない。そこで，NASAが2012年に実施したFaINTプロジェクトの実験データを入手した。このプロジェクトは，マッハ1.2以下で35,000 ftを水平飛行した場合のMCOによるエバネッセント波を対象として，様々な高度の音圧波形を取得している。次年度以降は，このデータとの比較を実施する。

商業運行が期待されている超音速旅客機(SST)は，ソニックブームの問題が避けられないが，大気中の温度勾配に起因するマッハカットオフ(MCO)現象を利用した回避法が模索されている。しかしながら，気象に起因した局所的な大気乱流によるMCO騒音の発生が問題となっている。本研究の目的は，数値的手法によるMCO騒音の全容解明であるが，本年度はブームとMCO騒音の計算を分離したハイブリッド解法を開発した。ブーム本体の伝搬計算は拡張Burgers法と非線形Tricomi法の組み合わせで，高忠実な計算を行えるようにした。その結果，従来の時間領域差分(FDTD)法のみの場合より，騒音レベルにして20-30 dBの精度向上が確認された。また，MCO騒音の伝搬計算には大気乱流モデルを組み入れたFDTD法を使用した。数値実験の結果，MCO騒音は主にSSTから放射された直後の衝撃波によって発生している可能性が示唆された。しかしながら，この知見は1)地上から遠い高高度の騒音の方が優勢である，2)低高度のフォーカスブームの音圧が最大にも関わらず騒音が小さい，といったこれまでの常識とは異なる結果であるため，その真偽について議論を呼んだ。そこで，乱流を局所的に表すランキン渦を擾乱モデルに組み込み，渦の位置を変化させることでMCO騒音の性質を探ったところ，前述の結果が支持されることとなった。一方，解析結果の検証には，実験結果との比較検討が必須であるが，我が国は民間超音速機を保有していないばかりか国内に広大な飛行試験場も存在しない。そこで，NASAが2012年に実施したFaINTプロジェクトの実験データを入手した。このプロジェクトは，マッハ1.2以下で35,000 ftを水平飛行した場合のMCOによるエバネッセント波を対象として，様々な高度の音圧波形を取得している。次年度以降は，このデータとの比較を実施する。