Advanced Flow Prediction of Scramjet Intakes and Data-Driven Inverse Design

超燃冲压发动机进气口的高级流量预测和数据驱动的逆向设计

• 批准号: 22KJ2460
• 负责人: 藤尾 秩寛
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2460/
• 关键词: 宇宙輸送; 流体力学; 深層学習; 逆解析; スクラムジェット; 最適化; 感度解析; 極超音速流体

高効率かつロバストな燃料混合を補助するスクラムジェットインテークの実現に向けた本研究は、高コストな数値シミュレーションを代替する深層学習を用いた流動予測、流動予測を用いた燃料混合最適化・感度解析、インテーク流れ場の制御を可能にする逆解析からなる。当初の実施計画に則って、これまでに深層学習を用いた流動予測に関して異なる２種類のモデルを提案しており、インテークおよび燃料混合流れ場に対して高精度かつ高速の流動予測を実現した。超音速流れ場を特徴づける不連続的な変化を伴う衝撃波に対して、従来モデルより精度よく予測できることが示された。また、両方のモデルにおいて予測の信頼性を高める目的で不確実性解析を用いた誤差推定手法も提案している。さらに、流動予測を用いた多目的最適化および感度解析の手法を提案し、インテークに対して実施した。この結果、最適なインテーク流れ場の特徴を解明でき、流動予測および最適化・感度解析の有用性を示した。インテーク流れ場が燃料混合に与える影響を調査するため、衝撃波/噴流干渉による燃料混合促進に関する数値的研究を実施している。燃料混合の性能に影響を与える流れ場構造を明らかにするなど有益な洞察を得た。現在は超音速風洞実験による検証・非定常現象の観測に向けた準備に加え、多目的最適化の実施に向けて気流条件や形状変数の選定、シミュレーション手法の整備などに取り組んでいる。また、高速かつ網羅的に設計を探索できる逆解析手法の開発にも着手した。深層生成モデルを用いて、性能変数の値に基づいて軸対称形態のインテーク形状を決定することに成功しており、より高度な逆解析の実現に向け課題を明らかにすることができた。

This study aims to replace high efficiency fuel mixing with high efficiency fuel mixing with deep learning for flow prediction, fuel mixing optimization, sensitivity analysis, and inverse analysis for flow field control. In the initial implementation plan, deep learning was used for flow prediction, and two types of flow prediction were proposed for high accuracy flow prediction. Supersonic flow field characterisation and shock wave prediction accuracy are demonstrated. The reliability of the prediction is high, and the error estimation method is proposed for the purpose of analyzing the uncertainty. The method of multi-purpose optimization and sensitivity analysis is proposed and implemented in advance. The results, the characterization of optimal flow field, the usefulness of flow prediction and optimization, and sensitivity analysis are shown. Investigation of fuel mixing effects in fluid field, shock wave/jet interaction, and numerical investigation of fuel mixing promotion Fuel mixing and flow field structure are useful insights. Now, the supersonic wind tunnel implementation, detection, measurement, preparation, multi-purpose optimization, implementation, flow conditions, shape selection, system optimization, and preparation are discussed. Explore the design of high-speed network and start the development of inverse analysis method. The depth of the problem is determined by the number of parameters, the shape of the axis, and the depth of the problem.

项目成果

Scramjet Intake Design Based on Exit Flow Profile via Global Optimization and Deep Learning toward Inverse Design

• DOI: 10.2514/6.2022-1408
• 发表时间: 2022-01
• 期刊: AIAA SCITECH 2022 Forum
• 作者: C. Fujio;H. Ogawa

Data-Driven Approach toward Full Flowpath Optimisation of Scramjet Engines

超燃冲压发动机全流程优化的数据驱动方法

• 发表时间: 2023
• 作者: Ogawa;H.;Fujio;C.;and Akiyama;H.
• 通讯作者: H.