機械の研究 2025年8月1日発売 第77巻 第8号

説明

巻頭記事
分離型解法による流体構造連成のシミュレーション

機械工学や航空宇宙工学において流体構造連成（Fluid–StructureInteraction：FSI）は広く関心のもたれる課題の1つである。流体中におかれた構造に流体力が作用するとき、その構造が弾性変形をし、それにあわせて構造近傍の流体挙動にフィードバックする、という密接な連成挙動は、実利用においてときに大きな問題となる。たとえば、遷音速領域における翼型のフラッターは代表的なFSI課題の1つであるし、パラシュート展開とその空力減速挙動、織物で構成される柔軟エアロシェルにおけるFSIの役割は大きい。このような背景において、FSIの予測・評価手法の確立が望まれる状況である。

風洞はFSIの評価においても重要な装置であるが、気流の制限や支持装置などの存在により、適切な条件策定や実施が困難になる場合がある。また、流体と構造のスケール則をどのような取り扱うべきかも頭を悩ませる問題である。数値シミュレーションはこの点において制限が取り払われ、研究開発上の一定の役割も期待されている。しかし、物理モデル・解析モデルに起因する誤差や計算資源をどうするか、などの課題も無視することはできない。

Turek-Hronらによってなされた流体中の弾性フラップ挙動は、基本的なFSI解析モデルのベンチマークとして広く取り組まれている。低速領域や遷音速領域におけるデルタ翼リミットサイクル挙動なども数値解析によって調べられる課題である。そのほか、展開型空力減速機の柔軟エアロシェルと大気突入気流の相互作用について数値解析的手法を用いて明らかにした例や、パネルフラッターの不安定モードの挙動とリミットサイクルの数値解析例も具体的なFSI課題である。

近年では、オープンソースソフトウェア（OSS）を用いたFSIシミュレーションも実行可能になりつつある。本稿ではOSSによるFSIシミュレーションについて簡単に紹介する。FSIの対象としては広くベンチマークとして用いられているTurek-Hron FSIケースを採用した。

北海道大学 大学院工学研究院 准教授
高橋裕介