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解析事例・インタビュー

金沢工業大学 工学部
工学部の教育現場でCFDを活用
基礎的な知識の習得に貢献

写真1 金沢工業大学 工学部 機械系
航空システム工学科 担当 准教授
博士(情報科学) 佐々木大輔 氏

[後編] 金沢工業大学工学部航空システム工学科および機械工学科では、航空部門で欠かせないCFDの基礎的な活用法を学ぶため汎用ツールとして熱流体解析ソフトウェアのSCRYU/Tetraを授業に使用している。どのようにCFDを教育現場に取り入れているのか、航空システム工学科の佐々木大輔准教授(写真1)に話を聞いた。

人力飛行機など自由な形状を解析

 講義の4つ目のテーマでは、用意された翼型のモデルを使用するか、または自分の計算したいもののモデルを用意して解析を行い、レポートを提出する。物性や流れの情報を設定したりするため、自分で調べなければ解析ができない。昨年は半数ほどが各自の興味のあるものを解析し、すでにある翼型に独自のパーツを取り付けて性能がどう変わるかを調べたり、アイスホッケーのパックの動きを調べた学生がいたそうだ。

写真5 航空システム工学科3年
西岡 航太 氏

 また金沢工業大学では、ものづくり系の課外活動として人力飛行機プロジェクトや小型無人飛行機プロジェクトなどがある。これらに参加する学生も多いため、自分たちが使っている翼型について計算して流れを見たいという学生もいるそうだ。同じく講義を受講中の西岡航太氏(写真5)は、昨年は人力飛行機のパイロットを務め、今年は設計者として機体の設計を担当しているという。昨年からSCRYU/Tetraを設計に利用しており、機体の抗力がどれくらい減るかをシミュレーションしている。またフェアリング(人の乗る部分)内部の空気流れも計算したいという。インテーク位置が適切でないと内部を冷却できず、非常に高温になるためだ。

写真6 ティーチングアシスタント
國塩泰希 氏(左)、廣瀬拓也 氏(右)

マニュアルを見れば初心者でも一通りのことがわかる

 ティーチングアシスタントのお二人にも話を聞いた。機械工学専攻修士課程2年の廣瀬拓也氏(写真6・右)は、研究室に配属された際に初めてSCRYU/Tetraを使用したという。初めのころに取り組んだ2つの入り口、1つの出口のバルブには苦労したという。様々なパーツが組み合わさっており、干渉面を取り除くといったことが大変だったそうだ。現在は,直交格子法による自作の固体ロケット燃焼室内部流解析プログラムの検証に使用しているそうだ。SCRYU/Tetraのよいところは、計算が安定しているところだという。


 同じく修士1年の國塩泰希氏(写真6・左)は、この講義でSCRYU/Tetraに触れて以来、現在まで使用している。初めのころは手順通りにやっているつもりでもエラーが出て、原因もわからず大変だったが、現在は格子や境界条件など、原因が何か予測がつくようになったそうだ。またわからないことは、ソフトウェアクレイドルのマニュアルを見ればたいてい解決するそうだ。「CFDに初めて取り組む人を想定しているので、基本的な言葉も解説されていて、初心者でも一通りのことが分かります」(國塩氏)。

図1 円柱周りの非定常層流解析。非定常流れ場を理解する。
   ※クリックで拡大

 佐々木氏は、応用力を高めるために、クレイドルのマニュアルも参考にしてほしいという。解析対象と似たような演習問題が載っているとのことだ。2つ目のテーマである円柱周りの非定常流れ(図1)は、3年次の専門実験で、同様の円柱周りの流れを風洞実験で行っている。こういった対比も可能になっているので、より流体現象への理解を深めてほしいということだ。

 

 ソフトウェアについては、一貫して作業でき授業に使いやすいということだが、授業用ライセンスについては2並列までしか対応していないため、作業に時間が掛かるそうだ。大学の設備自体も全学で利用するもののため、利用するパソコンにほかのツールが入っていたり様々な制限があるため一概には言えないが、この点はもう少し融通が利くとよいだろうということだ。

CFDの需要は確実に高まっている

 流体解析は、航空機や流体機械のように流体との関わりが必須の分野以外にも使われている。工学系の実験をメインとする分野でも流体と関わるものは多いため、そういった分野でも解析ツールを役立てていけるのではという。たとえば同大学には日本刀の研究グループもあり、機能美や構造材料など多角的なアプローチの中で、風洞実験およびCFDによる風切り音の研究もあるという。一方で企業においても流体解析を取り入れたいというニーズも高まっている。特に中小企業は関心があっても導入できていないところも多く、そういった点でも学生への教育は重要であるといえるようだ。

 

 今後はSCRYU/Tetraも活用しつつ、移動体、回転体などに研究応用を進めていければという。とくに最近、流体解析のニーズが高まっているのがドローンだ。なかでもドローンの安全性をより高めたり、電池寿命を延ばすための空力性能の向上といった需要は高い。そういった課題に空力的な面から検討、アドバイスができるだろうという。

 

 またロバスト設計を進め、適切な設計条件や、少ない回数での効率的な最適化手法の検討を進めていく。基本的に佐々木氏の研究する最適化プログラム(設計ツール)についてはSCRYU/Tetraなどの商用ツールと組み合わせられるような形で開発されているという。SCRYU/Tetraとのコンビネーションによって、教育および研究の進展がますます期待できそうだ。

※SCRYU/Tetraは、日本における株式会社ソフトウェアクレイドルの登録商標です。
※その他、本インタビュー記事に記載されている会社名、製品・サービス名は、各社の商標または登録商標です。
※本インタビュー記事の内容は2016年11月現在のもので、予告なしに変更する場合があります。また、誤植または図、写真の誤りについて弊社は一切の責任を負いません。

プロフィール

 

金沢工業大学 工学部
航空システム工学科・機械工学科
設立 1965年4月1日
学部設置 1965年
学科所在地 石川県野々市市
学校種別 私立
URL http://www.kanazawa-it.ac.jp/

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