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

基于正交网格法的非定常流数值分析提高飞机环境兼容性和安全性

基本信息

批准号：
16J07740
负责人：
玉置義治
金额：
$ 0.58万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J07740/
关键词：
直交格子乱流境界層埋め込み境界法非定常流乱流解析

项目摘要

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．

今年，我们首先研究了去年正交晶格中湍流分析的壁边界条件，并进一步扩展了基于正交晶格的流体求解器的功能，这是此基础。第一个点是开发和检查设置边界条件的方法，以便在复杂形状上进行分析。使用结果，我们证明可以在所有飞机飞机部署状态下在所有飞机上进行稳健的湍流分析。其次，我们研究了允许使用开发的壁边界条件的晶格条件。在对二维平板上的湍流边界层的分析中，可以证实，如果晶格宽度为边界层厚度的1/50或更小，则可以在5％的时间内复制表面摩擦系数，并且用于确定边界条件的图像点应安装在壁上的三倍以上。基于这些结果，我们估算并证明了分析所有飞机周围流场所需的晶格。使用上述方法，分析了非态流场。已经证实，当延迟解决的涡流模拟（一种在非平稳计算中使用的湍流模型）被用于正交晶格中时，湍流边界层无法正确复制。因此，我们改善了湍流模型，以减少湍流边界层计算中的晶格依赖性。使用这种湍流模型，进行了跨气速和高攻击角度的叶片的数值计算，并在实验中观察到的冲击波后面的流动的重复分离和附着，并复制了冲击波的随附振动。此外，按数值计算了高速设备30P30N周围的不稳定流场，以预测机翼前缘上的板条发出的空气动力学声音。如上所述，我们开发并验证了进行非稳态的湍流分析所需的各种要素，并将其用于计算与飞机相关的非稳态流场并检查了物理学。因此，我们认为我们能够获得知识，这将有助于“改善飞机的环境兼容性和安全性”的预期目的。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Turbulent Flow Simulations of the NASA Common Research Model using the Immersed Boundary Method with a Wall Function

DOI：
10.2514/6.2017-4235
发表时间：
2017-06
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yoshiharu Tamaki;T. Imamura
通讯作者：
Yoshiharu Tamaki;T. Imamura

埋め込み境界法における力計算精度と質量保存則の関連性の調査

嵌入式边界法中力计算精度与质量守恒定律关系的研究

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tamaki;Y.;Imamura;T.;玉置義治，今村太郎;玉置義治，今村太郎;玉置義治，今村太郎;玉置義治，今村太郎
通讯作者：
玉置義治，今村太郎

A Simple and Robust Cut Cell Method for High-Reynolds-Number Flow Simulation on Cartesian Grids

笛卡尔网格上高雷诺数流动模拟的简单而稳健的切割单元方法

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
AIAA Journal
影响因子：
2.5
作者：
Harada;M.;Tamaki;Y. and Imamura;T.
通讯作者：
T.

RANS解析における壁関数を用いた埋め込み境界法の検討

RANS分析中使用壁函数的埋藏边界法研究

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
宗方宥;和田正義;玉置義治，原田基至，今村太郎;玉置義治，原田基至，今村太郎;玉置義治，原田基至，今村太郎
通讯作者：
玉置義治，原田基至，今村太郎

Inviscid and RANS Simulation of the NASA-CRM Using the Cartesian Flow Solver UTCart

使用笛卡尔流求解器对 NASA-CRM 进行无粘性和 RANS 仿真 UTCart

DOI：
10.2322/astj.jsass-d-17-00024
发表时间：
2018
期刊：
AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN, THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES
影响因子：
0
作者：
Kunishima;T.;R. Iwamoto;M. Iida and K. Tachihara;玉置義治，原田基至，今村太郎
通讯作者：
玉置義治，原田基至，今村太郎