著者

大西 亮一 木村 俊哉 太田 高志 Guo Zhihong Onishi Ryoichi Kimura Toshiya Ota Takashi Guo Zhihong

出版者

航空宇宙技術研究所

雑誌

航空宇宙技術研究所特別資料 = Special Publication of National Aerospace Laboratory (ISSN:0289260X)

巻号頁・発行日

no.37, pp.265-269, 1998-02

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航空宇宙技術研究所 12-13 Jun. 1997 東京 日本本論文では、有限要素構造と緩く結合するナビエ・ストークス方程式を用いた空力弾性解析に関する現在進行中の研究を紹介した。移動格子上の計算機能、構造的移動に追随できる格子系、有限要素法を基にした構造力学コード、および流体と構造の2過程間での変形と圧力を交換するためのプログラムを持つ数値流体力学コードを新しく開発した。構造的変形を伴う流れの解析に適用できるように本システムを構築した。両コードは多重プログラム多重データ並列処理で同時実行され、さらに、各々のコード自体も単一プログラム多重データ処理で並列化される。有限要素ベースの構造的ダイナミックコード、および流体と構造との2つの行程間の変位および圧力交換のプログラムを含む。構造的変形を伴う流れの解析に適用できるように本システムを計画した。多プログラム多データ並列処理を用いて、両コードを同時実行し、一方、単プログラム多データ処理で、各コードごとに実行した。現在、航空機への適用に焦点を絞っているが、本手法は多原理間の結合に関連する他の工学問題にも有用であることを示唆した。資料番号: AA0001433043レポート番号: NAL SP-37

著者

木村 俊哉 高橋 政浩 若松 義男 長谷川 恵一 山西 伸宏 長田 敦 Kimura Toshiya Takahashi Masahiro Wakamatsu Yoshio Hasegawa Keiichi Yamanishi Nobuhiro Osada Atsushi

出版者

宇宙航空研究開発機構

雑誌

宇宙航空研究開発機構研究開発報告 = JAXA Research and Development Report (ISSN:13491113)

巻号頁・発行日

vol.JAXA-RR-04-010, 2004-10-25

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ロケットエンジン動的シミュレータ(Rocket Engine Dynamic Simulator: REDS)とは、ロケットエンジンの始動、停止、不具合発生時などのエンジンシステム全体の過渡特性を、コンピュータを使って模擬し評価する能力を持った計算ツールである。REDSでは、ロケットエンジンの配管系を有限個の配管要素の連結(管路系)としてモデル化し、この管路系に対しボリューム・ジャンクション法と呼ばれる手法を用いて質量、運動量、エネルギーの保存方程式を時間発展的に解くことによって管路内(エンジン内)における、燃料、酸化剤、燃焼ガスの流動を計算する。ターボポンプ、バルブ、オリフィスなどの流体機器はボリューム要素やジャンクション要素にそれらの対応する作動特性を持たせることで動作を模擬する。燃料や酸化剤の物性については、ロケットエンジンの特殊な作動範囲に適応するよう別途外部で開発された物性計算コード(GASPなど)を利用するが、そのためのインターフェースを備える。燃焼ガスの物性計算については、熱・化学平衡を仮定した物性計算を行い、未燃混合ガスから燃焼状態、燃焼状態から未燃混合状態への移行計算も行う。ターボポンプの運動は、ポンプやタービンの特性を考慮したポンプ動力項、タービン動力項を加速項とする運動方程式を流れの方程式と連立して時間発展的に解くことによって求める。未予冷区間においては、配管要素と流体との間の熱交換を、熱伝導方程式を解くことによって求め、再生冷却ジャケットにおいては、燃焼ガスから壁、壁から冷却剤への熱伝達を考慮する。燃焼室、ノズル内においては、燃焼ガス流れの分布から熱流束の分布を考慮する。今回のバージョンでは、2段燃焼サイクルを採用した日本国の主力ロケットLE-7AおよびLE-7の始動、停止過程時における動特性を模擬することを目的にエンジンモデルを構築し、実機エンジン燃焼試験の結果と比較することでシミュレータの検証を行った。ただし、ボリューム要素の組み合わせは任意であり、エキスパンダーサイクルなどの新しいエンジンシステムに対しても適用が容易に出来る。計算の高速化のために2CPU以上用いた並列処理への対応を行い、ネットワークで接続した複数のPC(PCクラスタ)を用いた並列計算も可能である。