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SST-CFD Workshop. International CFD Workshops for Super-sonic Transport Design 航空宇宙技術研究所 19980316-19980317 東京 日本, SST-CFD Workshop. International CFD Workshops for Super-sonic Transport Design National Aerospace Laboratory 19980316-19980317 Tokyo Japan, 資料番号: AA0063609011, レポート番号: JAXA-SP-06-029E

SST-CFD Workshop. International CFD Workshops for Super-sonic Transport Design 航空宇宙技術研究所 19980316-19980317 東京 日本, SST-CFD Workshop. International CFD Workshops for Super-sonic Transport Design National Aerospace Laboratory 19980316-19980317 Tokyo Japan, A three-dimensional time-accurate Reynolds-averaged Navier-Stokes code has been extended for use in a parallel supercomputer called Numerical Wind Tunnel (NWT) developed by the Japanese National Aerospace Laboratory. The power of parallel supercomputer enables us to perform a more accurate computation of the unsteady flowfield within a multipassage configuration. The numerical simulations was aimed at investigating the unsteady flow behavior for a transonic fan rotor blade with inlet total pressure distortion, which is inclined to appear in a SST (SuperSonic Transport) propulsion system., 資料番号: AA0063609020, レポート番号: JAXA-SP-06-029E

Fan noise prediction method using unsteady CFD analysis has been developed. It is a hybrid scheme of CFD and linear theory, in which fan noise sources are predicted by unsteady 3D CFD analysis and acoustic power levels in a fan duct are predicted by 3D linear theory. Distributions of fan noise sources predicted by 3D CFD analysis are compared with 2D and 3D linear theory. Acoustic power levels calculated from noise sources of 3D CFD and 3D linear theory are compared and evaluated using fan noise test results., 資料番号: AA0047427007, レポート番号: JAXA-SP-03-002

NAL introduces a new supercomputer system called Numerical Simulator 3 (NS3) October 2002 whose peak performance is 9.3 TFLOPS with 3.6 TB user memory. In this paper, the performance evaluation results for NS3, particularly for the Central NS System called CeNSS, are shown. These include the full system LINPACK measurement is 5.406TFLOPS, for single CPU results are 400 to 700MFLOPS, and for the actual NAL parallel applications the sustained performance is over 1TFLOPS., 資料番号: AA0047427008, レポート番号: JAXA-SP-03-002

航空宇宙技術研究所 7-9 Jun. 2000 東京 日本, National Aerospace Laboratory 7-9 Jun. 2000 Tokyo Japan, 航空数値シミュレーションに関する、以下の主題を論じている。計算流体力学、超音速旅客機および宇宙往還機開発、航空用エンジンシミュレーション、計算機開発、数値風洞、航空機性能評価システム、翼型失速、熱空力環境、遷音速流解析、空力設計、ノズル流れ、回転曲管内流、流れの可視化、フラップ歪み、乱流解析、離陸時特性、空力弾性解析、翼端漏れ渦崩壊、翼後流相互作用、超音速パルスジェット衝突、混合促進、および境界層厚。, The following topics on aerospace numerical simulation were discussed: computational fluid dynamics, development of super sonic transports, reusable space transportation systems, aero-engine simulation, computer development, numerical wind tunnels, the computational aerodynamics system for performance evaluation and research, airfoil stall, aerothermodynamic environments, transonic flow analysis, aerodynamic design, nozzle flow, fluid flow in rotating heated curve pipes, flow visualization, flap distortion, turbulence analysis, take-off characteristics, aeroelasticity analysis, tip leakage vortex breakdown, blade wake interaction, supersonic pulse jets impinging, mixing enhancement, and boundary layer thickness., 資料番号: AA0028635000, レポート番号: NAL SP-46

航空宇宙技術研究所 7-9 Jun. 2000 東京 日本, National Aerospace Laboratory 7-9 Jun. 2000 Tokyo Japan, 航空宇宙技術研究所(NAL)では、3次元空力弾性解析プログラムとして、線型コードDPM(ダブレットポイント法)、完全ポテンシャルコードUSTF3、オイラーコード(EL)、ナビエ-ストークス・コード(NSコード)がそれぞれ単独に開発された。この論文では、新しく構築した数値空力弾性評価試験評価系(NATAS)について述べ、関係する解析プログラムにつぃて概説した。NATASは別々に開発されたこれらのコードを統一し、全てのコードに共通する新しい計算環境を作った。これまでは有効利用と運転性能を向上することを目的にして作業した。機能の重複する別々のプログラムとコードを整理せずにそのままにして、一緒にまとめるというコンセプトのもとにプログラムの統一作業を行った。次の段階で、入力パラメータや出力データシステムの共通フォーマットを開発する。, Three dimensional aeroelastic analysis programs, which include linear code DPM (Doublet-Point Method), USTF3 full potential code, and EL (Euler) and NS (Navier-Stokes) codes, have individually been developed at NAL. This paper describes a newly constructed Numerical Aeroelasticity Testing and Assessment System (NATAS) and outlines involved analytical programs. The NASTAS integrates these separately developed codes into a single network system and creates a new computational environment common to all the codes. This particular activity is focused on the objective that the effective utilization and operational performance should be enhanced. Integration has been built so far on the concept that just the separate programs and codes have been put together leaving the functional duplication intact, so that some common formats on input parameters and output data systems must be developed in the next stage., 資料番号: AA0028635052, レポート番号: NAL SP-46

航空宇宙技術研究所 7-9 Jun. 2000 東京 日本, National Aerospace Laboratory 7-9 Jun. 2000 Tokyo Japan, 航空宇宙技術研究所(NAL)は独立行政法人となる予定であるが、他組織機関との関係を強化するために3つの技術開発センターが設立される予定であり、そのひとつがCFD(計算流体力学)技術開発センターである。CFDセンターは、多学問分野の問題での数値シミュレーション技術に関する新しい研究プログラムを実施する予定である。本プログラムは、多学問分野シミュレーションコードの開発、コードの検証と標準化、基幹技術の開発およびスーパコンピュータからなる。本稿では、CFD技術開発センターの役割と今後4年間の活動予定について概要を述べた。, National Aerospace Laboratory (NAL) is scheduled to become an independent administrative agency. In order to reinforce the relation with other organizations, three technology development centers will be constructed, one of which is CFD (Computational Fluid Dynamics) technology development center. The CFD center is going to conduct a new research program concerning the numerical simulation technology on multidisciplinary problem. The program is composed of the development of multi-disciplinary simulation codes, verification and standardization of the codes, development of the key technology and the super computer system. This paper summarizes the role of the CFD technology development center and its planned activities in the coming four years., 資料番号: AA0028635002, レポート番号: NAL SP-46

数値風洞(NWT)は、航技研の研究開発における数値シミュレーション処理を目的とした主記憶分散型並列計算機システムである。NWTの高度有効利用を実現するために、ジョブ処理におけるシステム構築を行った。ジョブ処理のNSシェルとNSコマンドと呼称するユーザ・インタフェイスを開発し、これらにNWTのジョブ処理用に必要となる多くの機能を集約した。また、NSシェルとNSコマンドは航技研ユーザが利用に長けている従来システム(Fujitsu FACOM VP-2100)の形式とした。実運用において、NSシェルとNSコマンドは有効に活用され、UNIXに不慣れなユーザの容易かつ確実なジョブ処理を実現している。その結果、NWTは所期の目標どおり、高度有効利用を可能にするシステム運用を実現した。本稿では、NWTのジョブ処理におけるシステム構築とその有効性について報告する。, The Numerical Wind Tunnel (NWT) is a distributed memory parallel computer for research and development in numerical simulation. Effective utilization is a major consideration in the design of the NWT system. User interfaces in NWT were produced in the same manner as in the existing system (Fujitsu FACOM VP-2100), comprising shell-scripts (NS-Shell) and command procedures (NS-Command). Numerous job-processing functions were included, resulting in a system that may be used easily and with confidence and delivering high overall performance. Experiments confirmed that all goals for system effectiveness were achieved. In this paper concepts and detailed functions of system design for NWT jobs are presented, along with their availability., 資料番号: AA0028655000, レポート番号: NAL TR-1410

主記憶分散型並列コンピュータである数値風洞(NWT)のジョブ処理に必要なユーザ・インタフェイスを開発した。NWTのオペレーティング・システム(OS)はUNIXであるが、航技研ユーザは長年運用されてきた汎用OSのMSPシステムの利用に長けていた。したがって、NWTにおいても、ユーザ利用性の継続とユーザ資産の継承を図る必要があった。この観点から、NWTのユーザ・インタフェイスはMSPビューとした。本稿では、MSPビュー・ユーザ・インタフェイスとして開発されたジョブ制御言語マクロ形式のNSカタプロと会話型マクロ・コマンド形式のNSコマンドを利用したジョブ処理について述べる。これらのユーザ・インタフェイスを利用したジョブ処理の中では、2つの異種OSの相違が自動吸収され、UNIXシステムのNWTを従来OSのMSPと等価な利用とすることが実現した。この結果、NWTの運用において、ユーザ利用性の継続とユーザ資産の継承という所期の目標を達成することができた。, In this paper the concepts and detailed functions of the MSP View User Interfaces are presented. It is a distributed memory parallel computer with UNIX operating system and is developed for the Numerical Wind Tunnel (NWT). Users at the NAL however were very skilled in the use of MSP operating systems for general purposes, and it was necessary therefore to ensure continued usability by users and of user assets. For this reason Interfaces in NWT were made in MSP View. Catalogued procedures (NS-CATAPRO) and command procedures (NS-COMMAND) were developed as MSP View User Interfaces. In job processing with these Interfaces a number of the differences between UNIX and MSP can be discounted, and NWT used in the same manner as MSP. As a result, users can use NWT easily and with confidence. Moreover, there is no need to change resources from MSP to UNIX. Experiments have shown that the intended effectiveness of MSP View User Interfaces has been achieved., 資料番号: AA0028651000, レポート番号: NAL TR-1405

航空宇宙技術研究所 16-18 Jun. 1999 東京 日本, National Aerospace Laboratory 16-18 Jun. 1999 Tokyo Japan, チャンネル流の層流-乱流遷移を並列計算機上で直接数値シミュレーションを行った。シミュレーションは、基本流と様々なレイノルズ数に対応する異なるエネルギーレベルの小さな撹乱の和で与えられる初期流れで開始する。超臨界レイノルズ数の場合、以下の2つの機構により遷移が起こる。ひとつは初期撹乱が非常に小さい場合、流れの中で成長するトルミーン・シュリヒティング波であり、もうひとつは初期撹乱が大きい場合、流れの方向に軸を持つ縦渦の過渡的増幅である。一方、亜臨界レイノルズ数では、初期撹乱が非常に大きい場合にのみ過渡的増幅により遷移が起こる。過渡的増幅型遷移を引き起こす初期撹乱のエネルギーレベルは、レイノルズ数の-7/2乗に比例することが見出された。, Laminar-turbulent transition of channel flow is directly simulated on a parallel computer. The simulations are started with initial flows given as the basic flow plus small disturbances with different energy levels for various Reynolds numbers. In the case of supercritical Reynolds numbers, the transition is triggered by two mechanisms: one is Tollmien-Schlichting waves growing in the flow when initial disturbances are very small, and the other is transient growth of stream-wise vortices when initial disturbances are rather large. On the other hand, for subcritical Reynolds numbers, transition is triggered by the transient growth only when initial disturbances are considerably large. It is found that the energy levels of initial disturbances, which can trigger the transient-growth type transition, are proportional to -7/2 power of the Reynolds number., 資料番号: AA0001961054, レポート番号: NAL SP-44

数値風洞は、計算空気力学プログラムの超高速処理を目的とした分散メモリ型の並列計算機システムである。数値風洞を効率的に利用するためにジョブスケジューラを開発し、1994年の10月から運用に供している。その際、数値風洞の運用効率を高めるために種々の機能を付加した。その結果、要素計算機の効率的使用、適切なターンアラウンドタイムでのジョブ実行が実現された。本稿では、数値風洞用ジョブスケジューラの機能および有効性について報告する。, The Numerical Wind Tunnel (NWT) is a CFD (Computational Fluid Dynamics)-oriented vector parallel computer system with distributed memory. A job scheduler was developed to utilize the NWT effectively and it was put into operation in October 1994. Since then various functions have been added to the job scheduler to enhance the manageability of the NWT. It now achieves effective use of the Processing Elements (PEs) and executes tasks with a suitable turn-around time. This paper reports the functions and availability of the job scheduler for NWT use., 資料番号: AA0001974000, レポート番号: NAL TR-1383

航空宇宙技術研究所 24-26 Jun. 1998 東京 日本, National Aerospace Laboratory 24-26 Jun. 1998 Tokyo Japan, 数値風洞(NWT)は高処理性能並列計算機である。これは非常に高いCPU(中央処理装置)稼働率で運用されている。NWTを有効に使用するためにNWTジョブの入出力(I/O)の性能を調査し、NWTジョブが処理性能を低下する重大な問題を抱えていることが判った。その問題は書式なしフォートランレコードの出力性能にある。この処理性能の改善案を見出し、NWTジョブのI/O処理性能の重要性を認識した。本報では、NWTジョブのI/O処理性能の統計的および実測データ、ならびに本問題を解決する方法の詳細を示した。, NWT (Numerical Wind Tunnel) is a high performance parallel computer. It has served at the very high CPU (Central Processing Unit) utilization rate. To make the best use of NWT, the behaviors of Input/Output (I/O) on NWT jobs were investigated, and it was found that NWT jobs have a serious problem to deteriorate the performance. It is in the output process of Fortran unformatted sequential writing. The scheme that improves the performance has been found, and the importance of I/O performance on NWT jobs is recognized. In this paper the statistical and actual surveyed data of the I/O performance on NWT jobs, and the details of the method to solve this problem are shown., 資料番号: AA0001958054, レポート番号: NAL SP-41

航空宇宙技術研究所 24-26 Jun. 1998 東京 日本, National Aerospace Laboratory 24-26 Jun. 1998 Tokyo Japan, 最近、コンピュータ性能の発達により乱流の大型数値計算が可能となった。本報では、実際的な直接数値計算(DNS)および大規模渦シミュレーション(LES)技術を開発するために、後退角のないNACA0012翼のまわりの流れについて行った数値解析の研究を報告する。レイノルズ数Reは、一様流入速度とコード長さに基づいて、2.0×10(exp 6)にした。計算はNALの高処理性能並列計算機NWT(数値風洞)で現在行っている。, Recently, the development of computer power has enabled to make large scale numerical simulation for turbulent flows. In this paper, studies on the simulation of flow around the NACA0012 airfoil without sweep are reported in order to develop the practical DNS (Direct Numerical Simulation) and LES (Large Eddy Simulation) technologies. The Reynolds number Re, based on the uniform inflow velocity and the chord length, is set to be 2.0 x 10(exp 6). Computations are now under going with the high performance parallel supercomputer NWT (Numerical Wind Tunnel) at NAL., 資料番号: AA0001958064, レポート番号: NAL SP-41

航空宇宙技術研究所 24-26 Jun. 1998 東京 日本, National Aerospace Laboratory 24-26 Jun. 1998 Tokyo Japan, CFD(数値流体力学)研究のために開発されたNWT(数値風洞)の性能を評価する多くの試験を幾つかのアプリケーションプログラムを用いて行ってきた。また、異なる数値解法および並列化を組み合わせて2次元ラプラス方程式を解いて、NWTとPARAGON間の整合性(適合性)を示した。整合性は正規化された転送データ量に対する比および正規化された転送性能に対する比で測られる。ここで言う正規化は、全体の演算量と演算性能は、各々、1である、ことを意味する。注意すべきことは、これは並列化効率の定義とは異なり、また高い並列化効率は必ずしも高い整合性を意味しない。ここで、異なる解法、並列化手法および格子生成法を持つNALで用いられる幾つかのアプリケーションプログラムを選び、演算量、転送量、転送回数と転送パターン、単一NWTベクトルPE(要素計算機)の性能評価、およびNWT内部PEデータ転送の性能評価と言った様な特性を解析し、整合性について考察する。, Several tests to evaluate the performance of NWT (Numerical Wind Tunnel), which was developed for CFD (Computational Fluid Dynamics) research, have been conducted using some application programs. Also, the suitability (adaptability) between NWT and PARAGON in solving two dimensional Laplace equation by combining different numerical methods and parallelizations has been shown. The suitability is measured by the ratio to the amount of normalized transmitted data and the ratio to normalized transmission performance. Normalization here means that the total amount of calculation and the calculation performance are set equal to one, respectively. Note that this is different from the definition of parallelization efficiency, and high parallelization efficiency does not necessarily mean high suitability. Here, several application programs used at NAL that have different solving parallelization and grid generation methods have been picked up, and the suitability analyzing the characteristics was discussed, such as calculation burden, transmission size, number of transmission process and transmission pattern, the performance of single NWT vector PE (Processing Element) and the performance of NWT inter-PE data transmission., 資料番号: AA0001958055, レポート番号: NAL SP-41

航空宇宙技術研究所 24-26 Jun. 1998 東京 日本, National Aerospace Laboratory 24-26 Jun. 1998 Tokyo Japan, CFD(数値流体力学)の信頼性を確立するために、HSCT(高速民間輸送機)模型周りの流れの数値シミュレーションを実行した。3次元複合構成を処理するために、メッセージパッシング・ライブラリーによるマルチブロック型構造化格子と並列化を使用した。数値結果は実験のデータと比較され、それらはよい一致を示した。さらに、格子の収斂を確認するために、数値シミュレーションを実行した。, Numerical simulations of a flow around an HSCT (High Speed Civil Transport) model are carried out in order to establish reliability of CFD (Computational Fluid Dynamics). Multi block type structured grid and parallelization by message passing library are used to treat three dimensional complex configurations. Numerical results are compared with experimental data and they show good agreement. Numerical simulations are also carried out in order to check grid convergence., 資料番号: AA0001958034, レポート番号: NAL SP-41

航空宇宙技術研究所 12-13 Jun. 1997 東京 日本, National Aerospace Laboratory 12-13 Jun. 1997 Tokyo Japan, 航空宇宙技術研究所の数値風洞(NWT)を用いて、HYFLEX(極超音速飛行実験)機、スペースシャトルおよびHOPE(H-2ロケット打上げ型有翼回収機)のような再突入機の周りの流れを3次元熱空力解析した。領域分割並列処理法によりシミュレーションを実行した。ほかの計画で実施の飛行計測および/または数値シミュレーションからのデータとここでの結果を比較した。, Three dimensional aerothermodynamic analyses of flows around re-entry vehicles, such as HYFLEX (Hypersonic Flight Experiment), Space Shuttle, and HOPE (H-2 Orbiting Plane), have been carried out on the Numerical Wind Tunnel (NWT) of the National Aerospace Laboratory. The simulations have been performed with a domain-decomposition parallel-processing approach. Comparison of the results with data from flight measurements and/or numerical simulation by other programs has been made., 資料番号: AA0001433021, レポート番号: NAL SP-37

航空宇宙技術研究所 12-13 Jun. 1997 東京 日本, National Aerospace Laboratory 12-13 Jun. 1997 Tokyo Japan, 航空宇宙技術研究所に設置のNWT(数値風洞)およびPARAGON(パラゴン)でのCFD(数値流体力学)プログラムによる並列性能については、既に報告した。本報告では、ラプラス方程式ソルバプログラムの特性、演算数、メモリ量および演算シーケンスを解析した。また、これら並列計算機の実行の効率的性能、メモリアクセス待ち時間およびネットワーク帯域幅も解析した。オペレーション特性およびネットワーク通信での並列プログラムおよび並列計算機の適合性を報告した。, Parallel performance with CFD (Computational Fluid Dynamics) programs on the NWT (Numerical Wind Tunnel) and the PARAGON installed National Aerospace Laboratory was already reported. In this paper, the characteristics of Laplace equation solver programs, number of operations, amount of memory and sequence of operations are analyzed. And also the effective performance of execution, memory access latency and network bandwidth of these parallel computers are analyzed. The suitability of parallel programs and parallel computers with their characteristics of operations and network communications are reported., 資料番号: AA0001433052, レポート番号: NAL SP-37

航空宇宙技術研究所 12-13 Jun. 1997 東京 日本, National Aerospace Laboratory 12-13 Jun. 1997 Tokyo Japan, 圧縮性流体の乱流の微細構造を解明に、通常の計算スキームがどの程度適用できるかを調べる数値シミュレーションを行った。テイラー・クエット流に対して、3次元ナビエ・ストークス方程式を解き、完全に発達した乱流の特性を調べた。NAL(航空宇宙技術研究所)のNWT(数値風洞)システムを用いた大規模数値シミュレーションがかなり良い結果を与えることを示した。, Numerical simulation is carried out to investigate the applicability of monotone numerical scheme in resolving the fine structure of turbulence of compressible fluids. Three-dimensional compressible Navier-Stokes equations are solved for the Taylor-Couette flows, and the characteristic feature of fully developed turbulence are examined. It is shown that the large numerical simulations using NAL NWT (Numerical Wind Tunnel) system give the fairly good results., 資料番号: AA0001433037, レポート番号: NAL SP-37

航空宇宙技術研究所 12-13 Jun. 1997 東京 日本, National Aerospace Laboratory 12-13 Jun. 1997 Tokyo Japan, 圧縮機翼列翼型設計における空力形状最適化に、FonsecaとFlemingのパレートランキング法および適応度シェアリング技法に基づく多目的遺伝的アルゴリズムを適用した。単目的最適化とは異なり、多目的最適化(MO)での解は単一でなく、パレート最適セットとして知られる解の集合である。解集団を保持することにより、GA(遺伝的アルゴリズム)は多数のパレート最適解を同時に探索することが出来る。ナビエ・ストークスコードにより翼型性能を評価した。航空宇宙技術研究所の並列ベクトル計算機NWT(数値風洞)で、GA解集団の評価を並列処理した。ここで示したMOでは、低マッハ数での高圧縮比、高転向角および低全圧損失を目標とした。その結果、すべてのGA解集団はパレート解となり、これらの解の幾つかは高圧力上昇、高旋回角および低全圧損失を示した。結果として得られた翼型性能を既存の拡散制御翼(CDA)性能と比較した。, Multiobjective genetic algorithms based on Fonseca-Fleming's Pareto-based ranking and fitness sharing techniques have been applied to aerodynamic shape optimization of compressor cascade airfoil design. Unlike the single objective optimization, the solution to Multiobjective Optimization (MO) is not a single point, but a family of points known as the Pareto-optimal set. By maintaining a population of solutions Genetic Algorithm (GA) can search for many Pareto-optimal solutions in parallel. Airfoil performance is evaluated by a Navier-Stokes code. Evaluation of GA population is parallelized on Numerical Wind Tunnel (NWT), a parallel vector machine, located at National Aerospace Laboratory. The present MO seeks high pressure rise, high turning angle and low total pressure loss at a low Mach number. Consequently, all of GA population became Pareto-solutions, and some of these solutions showed high pressure rise, high turning angle and low total pressure loss. The performance of the resulting airfoils is compared with that of the existing Controlled Diffusion Airfoil (CDA)., 資料番号: AA0001433042, レポート番号: NAL SP-37

航空宇宙技術研究所 12-13 Jun. 1997 東京 日本, National Aerospace Laboratory 12-13 Jun. 1997 Tokyo Japan, CFD(数値流体力学)に関する次の主題を論じている。(1)SST(超音速輸送)、小型高速実験機、SSTの主翼空力設計、ナセルのブリード流/バイパス流効果、(2)高エンタルピー流れ、空力加熱の化学反応モデル、衝撃波誘起非定常空力加熱、(3)航空エンジン/宇宙推進、航空機エンジン内の3次元非定常流れ解析、(4)回転翼、ヘリコプタ・メインロータ周りの流れ、ロータCFDコードの開発、および(5)乱流、圧縮性流体の乱流、平行平板間の乱流熱伝達。, The following subjects on CFD (Computational Fluid Dynamics) are discussed: (1) SST (Supersonic Transport), scaled high-speed experimental aircraft, aerodynamic design of a SST wing, bleed and bypass effects of nacelles; (2) high enthalpy flows, chemical reaction model of aerodynamic heating, shock wave induced unsteady aerodynamic heating; (3) aircraft engine/space propulsion, three dimensional unsteady flow analysis in turbomachinery; (4) rotor, flowfields around main rotor, development of rotor CFD codes, and (5) turbulence, turbulence of compressible flows, turbulent heat transfer in a channel between parallel plates., 資料番号: AA0001433000, レポート番号: NAL SP-37

航空宇宙技術研究所 12-13 Jun. 1997 東京 日本, National Aerospace Laboratory 12-13 Jun. 1997 Tokyo Japan, 日本の再突入宇宙機、OREX(軌道再突入実験)機、HYFLEX(極超音速飛行実験)機およびHOPE-X(宇宙往還機技術試験機)の開発に関連して、極超音速流シミュレーションのためのCFD(数値流体力学)解析の研究が大変盛んになってきた。HOPE-Xは2001年に打上げ予定であるが、HOPE-Xの空力設計のため、NAL(航空宇宙技術研究所)のNWT(数値風洞)を用いて、数100回の数値計算が行われている。これらの設計解析に伴い、数値結果と幾つかの極超音速風洞実験との比較により、CFDコードの検証がなされた。さらに、これらの解析を通して、空力および空熱力特性の評価において、実在気体効果が重要な設計ファクタであることが分かった。エレボンおよび機体フラップのような制御面のトリム能力および効率は、これら実在気体効果によって著しい影響を受ける。本論文では、HOPE-Xの極超音速空気動力学の研究に関する最近のCFD結果および検証プロセスを紹介した。, CFD (Computational Fluid Dynamics) activity for hypersonic flow simulation has increased enormously due to the developments of Japanese re-entry spacecraft, OREX (Orbital Re-entry Experiment), HYFLEX (Hypersonic Fluid Experiment), and HOPE-X (H-2 Orbiting Plane-Experimental). HOPE-X will be launched in 2001 and several hundreds of numerical computations are being performed for the aerodynamic design of HOPE-X, by using NWT (Numerical Wind Tunnel) at NAL. With these design analyses, validation of CFD codes are made by comparing numerical results with several hypersonic wind tunnel experiments. Moreover, through these analyses, it is known that real gas effects are important design factors in the evaluation of aerodynamic and aerothermodynamic characteristics. Trim capability and efficiency of control surfaces, such as elevons and body flaps, are significantly influenced by these real gas effects. In this paper, recent CFD results and validation process for the study of hypersonic aerodynamics of HOPE-X are introduced., 資料番号: AA0001433030, レポート番号: NAL SP-37

航空宇宙技術研究所 12-13 Jun. 1997 東京 日本, National Aerospace Laboratory 12-13 Jun. 1997 Tokyo Japan, 近年のスーパーコンピュータの発達は乱流のDNS(直接数値シミュレーション)を可能にし、乱流現象の研究に著しく貢献した。0.025から5までの種々のプラントル数における乱流熱伝達のDNSを実行して、乱流熱流束、温度変動およびそれらの収支のような統計量を得た。Pr=0.2、0.4のような中位のプラントル数に対するデータを実験的に求めることは、非常に困難である。水に対応するプラントル数5は、現在までに計算されたチャネル流における乱流熱伝達での最高値である。計算対象は両壁からの一様加熱により十分に発達したチャネル流とした。複雑形状への適応可能であるという利点があるので、FDM(有限差分法)を数値解析に採用した。2次精度のコンシステントスキーム(無撞着法)を用いて、ナビエ・ストークスおよびエネルギー方程式の対流項を式化した。スペクトル法と比較して本手法を十分に調べた。両方程式の分子拡散項を2次の中心法で打ち切りとした。約800万のメッシュポイントおよび1GB(ギガバイト)の主メモリを用いて、スーパーコンピュータ「NWT(数値風洞)」により計算可能となった。平均温度プロフィルはKaderの相関と良く一致した。温度変動生成項ピークは、プラントル数の増加に伴い高くなり、壁に接近移動した。これはプラントル数増加に伴う平均温度勾配および乱流熱流束の増加が原因である。壁に垂直な乱流熱流束の収支は、TPG(温度圧力勾配相関)項がPr=5、0.4で支配的であること、一方、散逸項がPr=0.05で支配的であることを示した。計算した最高プラントル数(Pr=5)において、分子および乱流拡散項は、壁近傍で重要な役割を演じた。, Recent advance in supercomputers enables to perform the DNS (Direct Numerical Simulation) of turbulence, which contributes remarkably to the investigation of the turbulence phenomena. DNS of the turbulent heat transfer for various Prandtl numbers ranging from 0.025 to 5 are performed to obtain statistical quantities such as turbulent heat flux, temperature variance and their budget terms. The data for the middle Prandtl number such as Pr = 0.2, 0.4 are very difficult to be obtained experimentally. The Prandtl number of 5, which is equivalent to the water, is the highest value ever calculated for the turbulent heat transfer in the channel flow. The configuration is the fully developed channel flow with uniform heating from both walls. The Finite-Difference Method (FDM) is employed in the numerical analysis, because FDM has an advantage to be applicable for complex geometry. The convection terms in the Navier-Stokes and energy equations are expressed by using the consistent scheme with the 2nd-order accuracy. The method was well examined in comparison with the spectral method. The molecular diffusive terms in both equations are discretized with the 2nd-order central scheme. The calculation has been enabled by means of a super computer 'Numerical Wind Tunnel (NWT)' using about eight million mesh points and 1 GB main memory. The mean temperature profile agrees well with the Kader's correlation. The peak of the production term of the temperature variance becomes higher and moves closer to a wall as the Prandtl number increases. This is because the mean temperature gradient and turbulent heat flux increases with increasing Prandtl number. Budget of the wall-normal turbulent heat flux shows that the TPG (Temperature-Pressure Gradient correlation) term is dominant for Pr = 5 and 0.4, while the dissipation term is dominant for Pr = 0.05. In the highest Prandtl number calculated (Pr = 5), the molecular and turbulent diffusion terms play a significant role in the wall vicinity., 資料番号: AA0001433039, レポート番号: NAL SP-37

航空宇宙技術研究所 12-13 Jun. 1997 東京 日本, National Aerospace Laboratory 12-13 Jun. 1997 Tokyo Japan, メッセージパッシングライブラリPVM(並列バーチャル・マシン)およびNWT(数値風洞)-Fortranコンパイラ指示の2つの方法で、ナビエ・ストークス方程式に基づくDNS(直接数値シミュレーション)ソルバを並列化した。1次元および2次元分割手法を用いて、NAL(航空宇宙技術研究所)のベクトルパラレルコンピュータ「NWT」のプログラム性能を解析し、NWTへの適合ベクトルチューニングおよび並列チューニングを適用した。次に、プログラムの実行時間を推定するプログラムの性能評価モデル作成した。本モデルにて導出の推定時間を実測実行時間と比較し、性能評価モデルの適応性を評価して、良い一致を得た。本作業はONERA(国立航空宇宙工学研究所)とNALの共同で実施した。本作業で扱ったプログラムはONERAが開発した「PEGASE」と称するものである。, A DNS (Direct Numerical Simulation) solver based on the Navier-Stokes equations was parallelized in two ways: one uses PVM (Parallel Virtual Machine) message passing library and the other NWT (Numerical Wind Tunnel)-Fortran compiler directives. By employing both one- and two-dimensional partitioning methods, the performance of the program on NAL vector parallel computer 'NWT' was analyzed, and vector tuning and parallel tuning was applied to it to be suitable for NWT. Then a performance model of the program to estimate the consuming time of the program was made. By comparing the estimation time derived from the model and the actual time consumed, applicability of the performance model was evaluated and a good agreement was obtained. This work was done in the collaboration between ONERA (Office National d'Etudes et de Recherches Aerospatiales) and NAL. The program treated in this work is called 'PEGASE' developed by ONERA., 資料番号: AA0001433051, レポート番号: NAL SP-37

航空宇宙技術研究所 12-13 Jun. 1997 東京 日本, National Aerospace Laboratory 12-13 Jun. 1997 Tokyo Japan, 一般的輸送機の遷音速翼形状の最適化にGA(遺伝的アルゴリズム)を適用した。NACA5桁方式のほかに、拡張ジューコフスキー変換を翼型定義として用いて、揚力分布による曲げモーメントに耐えられるほど十分な翼厚を保つ遷音速翼形状を設計した。3次元圧縮性N-S(ナビエ・ストークス)ソルバを用いて、空力性能を評価した。日本の航空宇宙技術研究所の166処理要素を有する並列ベクトル計算機NWT(数値風洞)を用いて、このN-S評価を並列処理した。設計翼では、構造的制約による翼型厚みの増加と衝撃波による造波抗力の減少との間でトレードオフを示した。GA演算子と同様に、翼型定義に関して更なる研究が必要である。, A Genetic Algorithm (GA) has been applied to optimize a transonic wing shape for generic transport aircraft. The extended Joukowski transformation as well as NACA five-digit series is used as airfoil definition of a wing to design a transonic wing geometry which maintains enough wing thickness to stand the bending moment due to the lift distribution. A three-dimensional compressible Navier-Stokes (N-S) solver is used to evaluate aerodynamic performance. The N-S evaluation is parallelized on Numerical Wind Tunnel (NWT) at National Aerospace Laboratory in Japan, a parallel vector machine with 166 processing elements. Designed wings show a trade-off between an increase of the airfoil thickness driven by a structural constraint and a reduction of the wave drag produced by a shock wave. Further investigations are necessary for the airfoil definitions as well as the GA operators., 資料番号: AA0001433041, レポート番号: NAL SP-37

航空宇宙技術研究所 12-13 Jun. 1997 東京 日本, National Aerospace Laboratory 12-13 Jun. 1997 Tokyo Japan, ロータブレードの空気力学のために非定常オイラーコードを開発した。移動複合格子法を用いて、ロータブレードを取り扱った。本コードは伴流および翼端渦のモデル化しないで、ロータブレードの空力特性を解析することができる。2つの格子システムを用いて、オイラー方程式を解いた。1つの格子システムはBFC(境界適合調整法)を用いてロータブレードを覆う。もう1つの格子システムでは全ロータにわたる計算領域全体を覆う背景計算格子である。計算はNAL(航空宇宙技術研究所)のNWT(数値風洞)で行い、大規模かつ正確な計算をした。本手法をホバリングおよび前進飛行条件の計算に適用した。両方の場合について、翼端渦を捉えることができることを可視化した等渦度面により示した。ホバーの場合、翼面圧力分布および翼端渦軌跡の計算と計測はかなり良く一致した。, An unsteady Euler code for rotor blade aerodynamics is developed. A moving overlapped grid method is employed to treat rotating blades. This code has an ability to analyze rotor blade aerodynamic characteristics without modeling wake and tip vortex. Two grid systems are employed to solve the Euler equations. One of the grid systems wraps the rotor blade using Boundary Fitted Coordinates (BFC). The other is the Cartesian background grid covering the whole calculation region including the entire rotor. The calculation is carried out on Numerical Wind Tunnel (NWT) in National Aerospace Laboratory (NAL) to perform large scale and accurate computations. This method is applied for the calculations of hovering and forward flight conditions. The capability of capturing tip vortex is shown by some visualized iso-surfaces of the vorticity magnitude in both cases. In the hover case, the reasonable agreements are obtained between computed and measured pressure distributions on the blade surface and tip-vortex trajectories., 資料番号: AA0001433033, レポート番号: NAL SP-37

航空宇宙技術研究所 12-13 Jun. 1997 東京 日本, National Aerospace Laboratory 12-13 Jun. 1997 Tokyo Japan, 3次元の時間高精度でレイノルズ平均したナビエ・ストークスコードを、日本のNAL(航空宇宙技術研究所)が開発したNWT(数値風洞)と称する並列スーパコンピュータシステムでの適用のため拡張した。並列スーパコンピュータの能力は、多流路形状中の非定常流れ場に関するより正確な計算を行うことを可能にした。最初の段階は、高圧タービンの静翼・動翼形状の実験計測値を用いて、CFD(数値流体力学)結果の妥当性を確認することであった。また、CFD結果に基づき動翼出口に出現する流れ機構も説明した。第2の段階は、高圧タービン単段においてホットストリーク流入を伴う流れ場を調べることであった。解析にホットストリークを取り入れて、タービン単段を通るホットストリーク分布におよぼす相対的周方向位置の影響と、動翼翼面の幾つかの温度変動特性を示した。, A three-dimensional time-accurate Reynolds-averaged Navier-Stokes code has been extended for use in a parallel supercomputer called Numerical Wind Tunnel (NWT) developed by the Japanese National Aerospace Laboratory. The power of parallel supercomputer enables to perform a more accurate computation of the unsteady flowfield within a multipassage configuration. The first step was to validate the CFD (Computational Fluid Dynamics) results using the experimental measurements of the stator-rotor configuration of a high pressure turbine. The CFD results also explained the flow mechanism appeared at the exit of the rotor. The second step was to investigate the flowfield with hot streak inflow of the high pressure turbine. Introduction of hot streaks in the analysis showed the effects of the relative circumferential positions on the hot streak distributions through the turbine stage, and also showed some features of temperature fluctuations on the rotor blade surface., 資料番号: AA0001433003, レポート番号: NAL SP-37