Development of a 6-degrees-of-freedom trajectory simulator for the risk assessment of flying debris caused by explosions

开发用于爆炸引起的飞行碎片风险评估的六自由度轨迹模拟器

基本信息

批准号：
21K03880
负责人：
坂村芳孝
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Toyama Prefectural University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は，剛体の6自由度運動方程式と流体運動の支配方程式とを連成して解析する数値シミュレーターを開発し，爆発によって生じる飛散物の危険度評価に資するツールを提案することを最終的な目的とするものである．令和4年度に実施した主な研究は，以下に示す通りである．(1) 昨年度の研究で有効性が確かめられた数値シミュレーターを用い，衝撃波管内を伝播する衝撃波との衝突によって誘起される直方体形状物体の運動を予測した．管路幅を変えて行ったシミュレーションによって，管路幅の違いが物体の運動に及ぼす効果（閉塞効果）を調べた．その結果，従来の実験で用いられた管路幅30 mmの衝撃波管内では，物体に作用する抗力（流体力の流れ方向成分）が閉塞効果を強く受けていることを示すことができ，その流体力学的要因を明らかにすることができた．本成果は，爆発飛散物の運動に及ぼす周囲環境の重要性を示すものであり，閉鎖された空間内における飛散物の危険度評価に資するものとなった．(2) 爆発によって生じる強い衝撃波を伴う流れ場に対するOpenFOAMの有効性を調査するため，反応性気体を対象としたソルバー（hy2Foam）を用いた数値シミュレーションを試みた．その結果，大気圏再突入時の極超音速流れのように極めて強い衝撃波を伴う場合においてもOpenFOAMが利用できることが明らかになった．ただし，よどみ点近傍において壁面近傍の物理量の分布が不自然になる場合があり，その原因を明らかにする必要がある．以上の成果については，国内の学術講演会等で発表・公表した．

本研究开发了一种数值模拟器，将刚体的六自由度运动方程与流体运动的控制方程耦合并分析，最终旨在提出一种有助于评估由以下原因引起的飞行物体风险的工具：目的是爆炸。 2020财年进行的主要研究如下所示。 (1) 使用在去年的研究中确认了其有效性的数值模拟器，我们预测了长方体物体与在冲击波管中传播的冲击波碰撞时引起的运动。我们通过对不同管道宽度进行模拟，研究了不同管道宽度对物体运动的影响（遮挡效应）。结果表明，在传统实验中使用的通道宽度为 30 mm 的冲击波管中，作用在物体上的阻力（流体力的流动方向分量）受到遮挡效应的强烈影响，和流体我们能够澄清机械因素。这一结果显示了周围环境对爆炸碎片运动的重要性，有助于评估封闭空间内飞行碎片的危险。 (2) 为了研究 OpenFOAM 对于爆炸产生的强冲击波流场的有效性，我们尝试使用反应气体求解器 (hy2Foam) 进行数值模拟。结果表明，OpenFOAM 即使在涉及极强冲击波的情况下也可以使用，例如重返大气层期间的高超音速流。然而，在驻点附近，壁面附近的物理量分布可能会变得不自然，需要明确其原因。上述成果已在日本学术会议上发表并发表。