ヴァイナス(大阪市)は流体解析で得た複雑な流れの時系列データから、複数の基本的な渦現象を成分要素として取り出すツール「FBasis V1」を2019年7月3日から発売する。宇宙航空研究開発機構(JAXA)が研究用途に開発、利用しているツールを基に、一般販売可能な形にした。処理の過程で、成分要素として重要な現象とそうでない現象を区別するのに機械学習技術を応用する。単に流れを可視化するだけでなく、複雑な現象を基本的かつ特徴的な現象に分解・抽出して知見を得るツールは「商用としては世界初」(ヴァイナス)という。

 JAXAはFBasisを、宇宙から大気圏に再突入するカプセルの姿勢が不安定になる現象の解明のため、カプセル後方の空気流を解析する研究などに利用している(図1)。カプセル後流の渦構造は既存のポストプロセッサーでも見えるが、渦がどのような構造になっているのか、渦が生じる場所がどことどこなのか、といった分析は難しい(図2)。FBasisでは、例えば「縦渦モード」「らせん渦モード」「交番渦モード」のようなモードに分解。それぞれのモードが持つ周波数と空気力により「カプセル姿勢の不安定性に特に縦渦モードが影響するとともに、大きな抗力を生む」といった知見が得られる(図3)。複数のモードそれぞれの特徴を把握し、例えば「らせん渦モードはカプセルを上下左右に振る力、交番渦モードは上下方向の力(揚力)に特に寄与している」といった分析が可能だ。

図1 JAXAによるFBasisの適用例
FBasisはもともとJAXAが研究用途で開発した。宇宙船カプセルの大気圏再突入時の解析。(出所:JAXA)
図2 カプセル後流の可視化
渦の構造は分かるが、その細かい原因や発生場所などまでは読み取れない。(出所:JAXA)
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図3 抽出した動的モード分解(DMD)のうち重要なもの
モードそれぞれの空間的な特徴や、振動の周波数が分かり、それぞれがカプセルに及ぼす抗力、揚力、横力の分析が可能。(出所:JAXA)
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